危险性分析方法

第八章 危险性分析方法辨别危险、分析可能发生的事故及其影响后果的过程就是危险性分析。危险性分析是为防止危险造成事故所采取的手段，其作用是为制定防止事故发生的对策提供依据。危险性分析需要运用系统工程的原理和方法。危险性分析有定性分析和定量分析两种类型：定性分析：找出系统存在的危险因素，分析危险在什么情况下能发生事故，以及对系统安全影响的大小，提出针对性的安全措施控制危险。定性分析不对各种危险因素作定量评价，本章主要介绍定性危险性分析方法。定量分析：在定性分析的基础上，进一步研究事故或故障与其影响因素之间的数量关系，以数量大小评定系统的安全可靠性。在第八章介绍。8.1 危险、危害因素8.1.1 危险因素与危害因素危险因素是指突发性造成人身伤亡和财产损失的因素。危险因素强调突发性和瞬间作用；危害因素是指可能造成人身伤害、职业病、财产损失和作业环境破坏的因素。危害因素强调在一定时间范围内的积累作用。危险因素和危害因素二者有时难以区分，故有时统称为危险因素，更多的是并称为危险、危害因素。8.1.2 危险、危害因素分类根据GB/T 1381692生产过程危险和危害因素分类与代码的规定，按导致事故和职业危害的直接原因，将生产过程中的危险、危害因素分为6类：1、物理性危险、危害因素（1）设备、设施缺陷如强度不够、刚度不够、运动件外露、制动器缺陷、外形缺陷等。（2）防护缺陷如无防护、防护不当、防护距离不够、防护设施缺陷等。（3）电危害（4）噪声危害（5）振动危害（6）电磁辐射如电离辐射：X射线、高能电子束等；非电离辐射：激光、紫外线等。（7）运动物危害如固体抛射物、液体飞溅物、气流冲击、岩土滑动等。（8）明火（9）能造成灼伤的高温物质（10）能造成冻伤的低温物质（11）粉尘与气溶胶（不包括爆炸性、有毒性粉尘与气溶胶）（12）作用环境不良如采光照明不良、安全过道缺陷、通风不良、气温过高或过低、空气质量差等。（13）信号缺陷如无信号设施、信号不清、信号失准、信号选用不当等。（14）标志缺陷如无标志、标志不清、标志不规范、标准位置不当等。（15）其他物理危险和危害因素2、化学危险和危害因素（1）易燃易爆性物质有易燃易爆性气体、液体和固体、易燃易爆性粉尘与气溶胶、以及其他易燃易爆性物质。如环氧乙烷、甲醇、氯酸钠、煤粉尘等。（2）自燃性物质如黄磷、二乙基锌、油纸、油布等。（3）有毒性物质如三氧化二砷、氯化汞、氰化钠、四乙基铅等。（4）腐蚀性物质如硫酸、烧碱、氢氟酸、双氧水、二氧化氮等。（5）其他化学性危险、危害因素3、生物性危险、危害因素（略）4、心理、生理性危险、危害因素（略）5、行为性危险、危害因素（1）指挥错误（2）操作失误（3）监护失误（4）其他错误（5）其他行为性危险、危害因素6、其他危险、危害因素（略） 8.2 安全检查表8.2.1 概述1.安全检查表安全检查表(SCL，Safety Check List)是一种针对检查对象设计的安全状态检查表，其中详细列出了检查对象、检查项目（内容）、检查结果等，能够直观地反映检查对象的安全状态，是进行安全检查和诊断的清单。对于比较复杂的系统，在编制安全检查表时，通常是将系统分割成若干个子系统，按子系统编制安全检查表。安全检查表是最早开发的一种系统危险性分析方法，也是最基础、最简便的识别危险的方法。该法应用最多且广泛。在我国目前安全检查表不仅用于定性危险性分析，有的还对检查项目给予量化，用于系统的安全评价。2.安全检查表的优点：（1）安全检查是进行安全管理的重要手段，安全检查表是由各种专业人员事先经过充分的分析和讨论,集中了大家的智慧和经验而编制出来的，按照安全检查表进行检查就会避免传统安全检查时的一些弊端，能全面找出生产装置的危险因素和薄弱环节；（2）安全检查表简明易懂，易于掌握，实施方便；（3）安全检查表应用范围广,项目的设计、施工、验收,机械设备的设计、制造,运行装置的日常操作、作业环境、运行状态及组织管理等各个方面都可应用；（4）编制安全检查表的依据之一是有关安全的规程、规范和标准。（5）安全检查表还可对系统进行安全性评价。8.2.2 安全检查表编制的步骤和依据1、编制的步骤：先组成一个由工艺、设备、操作及管理人员的编制小组，并大致按以下几步开展工作：(1)熟悉系统：详细了解系统的结构、功能、工艺流程、操作条件、布置和已有的安全卫生设施等。(2)搜集有关安全的法规、标准和制度及同类系统的事故资料，作为编制安全检查表的依据。(3)按功能或结构将系统划分成若干个子系统或单元，逐个分析潜在的危险因素。(4)确定安全检查表的检查内容和要点，并按照一定的格式列成表。2、编制的依据：(1) 有关的规程、规范、标准和规定；(2) 国内外事故案例；(3) 本单位经验；(4) 其他分析方法的结果。8.2.3 安全检查表的种类和内容安全检查表根据检查的对象和目的可分为五种类型，每种类型包括的主要内容如下：(1)设计审查用安全检查表供设计人员对工程项目安全设计和安监人员安全审查时使用，也作为“三同时”审查的依据。其主要内容含总图配置、工艺装置布置、安全装置与设施、消防设施、工业卫生措施、危险物品的储存和运输等方面。(2)厂级安全检查表主要用于全厂性的安全检查和安监部门日常安全检查。内容主要包括厂区各生产工艺和装置的安全性、重点部位、安全装置与设施、危险品的贮存和使用、消防通道与设施、操作管理与遵章守纪等。(3)车间安全检查表用于车间定期和预防性安全检查。内容主要有工艺安全、设备状况、产品和原料的合理存放、通风照明、噪声振动、安全装置、消防设施、防护用具、安全标志及操作安全等。(4)工段及岗位安全检查表主要用于班组日常安全检查、自查互查和安全教育。内容主要根据岗位的工艺与设施、危险部位、防灾控制要点等确定。重点是防止操作失误、内容具体、简明易行。(5)专业性安全检查表用于专业性安全检查或特种设备安全检查。内容要符合各专业安全技术要求。如锅炉压力容器、特种作业人员的安全技术考核等。8.2.4 编制和使用安全检查表应注意的问题（1）检查内容尽可能系统而完整，对导致事故的关键因素不能漏掉，应突出重点。(2) 各类检查表因适用对象不同，检查内容应有所侧重。(3) 凡重点危险部位应单独编制检查表，对能导致事故的所有危险因素都要列出。(4) 每项检查内容要定义明确、便于操作。(5) 安全检查表要根据工艺或设备的变更而及时修改，适应生产实际的需要。(6) 对查出的问题要及时反馈到有关部门并落实整改措施。每一个环节实施人员都要签字，责任明确。8.2.5 安全检查表的格式安全检查表的格式应根据检查项目而设计，不可能完全一致。1、用于定性危险性分析的检查表一般包括：类别、项目内容、检查结果、检查日期和检查者等；检查内容要求一般采用提问式，结果用“是”或“否”表示；也可用肯定式。2、用于安全评价的检查表应考虑检查评分的需要设置相应栏目。两种安全检查表的具体形式示例详见表7.1和表7.2，供参考。8.3 危险和操作性研究 8.3.1 概述危险和操作性研究(HAZOP，Hazard and Operability Studies)是查明生产装置和工艺过程中工艺参数及操作控制中可能出现的偏差；针对偏差，找出原因，分析后果，提出对策的一种分析方法。此法特别适用于化工装置设计审查和运行过程中危险性分析。8.3.2 分析步骤(1)建立研究小组：含设备、工艺、仪表、安全、操作等工程技术人员。(2)资料准备：含设计说明书、工艺流程图、平面布置图、设备结构图，以及各种参数的控制和管路系统图，有关规程和事故案例。(3)将系统划分成若干个部分：明确各部分功能及正常的参数和状态。（4）分析偏差：从某一个部分开始，以正常的工艺参数和操作条件为标准，逐项分析可能发生的各种偏差，找出原因及可能产生的后果，并确定防范措施。（5）结果整理：整个系统分析完毕后，对提出的安全措施进行归纳和整理，以供设计人员修改设计或有关部门参考。将分析的结果直接填入表7.6所示的表格内。为了使分析有一定的范围，防止遗漏和过多提问，方法中规定了七个引导词，按引导词逐个找出偏差。引导词的名称和含义见表7.5。8.3.3 应用举例某反应器系统如图7.1所示。由于反应是放热的，在反应器外面安装了夹套冷却水系统。当冷却能力下降时，反应器温度会增加，从而导致反应速度加快，压力增加。若压力超过反应器的承受能力就会发生爆炸。为控制反应温度，在反应器上安装了温度测量仪并与冷却水进口阀门联接，根据温度控制冷却水流量。该系统在反应中的安全性主要取决于温度的控制，而温度又与冷却水流量有关，因此冷却水流量的控制是至关重要的。下面用引导词对冷却水流量进行危险和操作性研究（HAZOP），结果见表7.6。 通过研究，对这个反应器系统应增加如下几项安全措施：(1)安装高温报警系统，以便温度超过规定值时能提醒操作者。(2)安装高温紧急关闭系统当反应温度过高时，自动关闭整个过程。(3)在冷却水进水管和出水管上分别安装止逆阀，防止物料漏入夹套时污染水源。(4)确保冷却水水源，防止污染和供应中断。(5)安装冷却水流量计和低流量报警器，当冷却水流量小于规定值时能及时报警。 另外，在管理方面也要加强，如定期检查设备，保持完好，无渗漏。对工人加强安全教育，严格执行操作规程等。 8.4 故障类型和影响分析8.4.1 概述故障类型和影响分析(FMEA，Failure Modes and Effects Analysis)是系统危险性分析的重要方法之一。故障类型和影响分析采用系统分割的方法，根据需要将系统划分成子系统或元件，然后逐个分析各种潜在的故障类型、原因及对于系统乃至整个系统产生的影响，以便制定措施加以消除和控制。对可能造成人员伤亡或重大财产损失的故障类型，进一步分析致命影响的概率和等级，称致命度分析(CA，Criticality Analysis)。故障类型和影响分析是定性找出危险因素，而致命度分析则是定量分析，两者结合起来称故障类型影响和致命度分析(FMECA)。故障不同于事故，它是指元件、子系统或系统在运行时达不到设计规定的要求，因而完不成规定的任务或完成得不好。 故障不一定都能引起事故。故障类型是故障呈现的状态。例如，阀门发生的故障类型可能有内漏、外漏、打不开、关不紧四种。8.4.2 分析步骤(1)熟悉系统 首先要收集与系统有关的各种资料，如设计说明书、设备图纸、工艺流程及各种规范、标准等，了解各部分的功能和相互关系。(2)确定分析的深度 系统是由若干个子系统组成，子系统又可逐层向下划分至元件。分析到哪一层应事先明确，一般根据分析目的而定。(3)绘制逻辑图 根据系统、子系统、元件之间的逻辑关系绘制成框图。逻辑图不同于流程图，除包括各个系统输入输出关系，还应标明各部分之间并联或串联关系。几个元件共同完成一项功能时用串联表示，繁杂回路则用并联表示。(4)分析故障类型和影响 按照逻辑框图，以表格的方式详细查明子系统或元件可能出现的故障类型、产生的原因，并进一步分析对子系统、系统以及人员的影响，然后根据故障类型的影响程度划分等级，以便分别轻重缓急采取安全措施。故障类型等级的划分方法有多种，大多根据故障类型的影响后果划分。表7.7所示的是故障类型的一种分级方法，称直接判断法。还有用风险率(或危险度)分级，即综合考虑故障发生的可能性及造成后果严重度两个方面的因素来确定故障等级。其方法是把故障概率和严重度都划分成几个等级，然后做出矩阵图。这里介绍的是把故障概率和严重度都划分为4个等级，划分原则见表7.8和表7.9。故障概率和严重度等级确定后，以故障概率为纵坐标，严重度为横坐标，画出如图7.2所示的风险率矩阵图。沿矩阵原点到右上角，画一条对角线，以对角线为轴线，轴线两边是对称的。处在右上角方块内的故障类型风险率最大，这是因为该处故障类型发生的概率高且后果严重。依次左移，风险率逐渐降低，因为它们的故障概率虽然高，但严重度却逐渐降低；同样从右上方依次下移，风险率也逐渐降低，因为尽管故障严重度高，概率则依次下降。如果知道了某一故障类型的概率和严重度等级，填入矩阵图中，就可以确定它的风险率或等级。（风险率 = 故障类型的概率严重度） (5)结果汇总 故障类型和影响分析完成以后，对系统影响大的故障要汇总列表，详细分析并制定安全措施加以控制。对危险性特别大的故障类型尽可能作致命度分析。致命度分析是用下式(71)计算致命度指数Cr，它表示元件运行100万小时(次)发生致命故障的次数。 （71）式中： J元件致命故障类型序数，J；1，2，n；n元件致命故障类型个数；KA运行强度修正系数，实际运行强度与实验室测定G时运行强度之比；KB环境修正系数；G元件的故障率；t完成一次任务，元件运行时间(小时或周期)；G中第j个故障类型所占的比率；发生故障时造成致命影响的概率。8.5 预先危险性分析8.5.1 概述1.预先危险性分析预先危险性分析(PHA，Preliminary Hazard Analysis)是指在一项工程活动之前(包括设计、施工、生产和维修等)，对系统存在的各种危险因素、出现的条件以及导致事故的后果进行宏观的、概略的分析，以便提出安全防范措施。预先危险性分析一般是作为定性分析手段。2.预先危险性分析的作用与优点（1）防范与未然，可以根据预先分析的结果制定防范措施；（2）一般采用预先危险性分析表进行分析，方法简单容易掌握；（3）既要找出危险因素出现的条件，也要分析危险转变成事故的原因，可以使安全措施全面和具体。8.5.2 分析步骤(1)熟悉系统在危险性分析之前，必须先对系统的生产目的、工艺流程、操作条件、设备结构、环境状况，同类装置或设备发生事故的资料，进行广泛地搜集并熟悉和掌握。(2)识别危险找出系统存在的各种潜在危险因素。可将系统划分成若干个子系统，按子系统进行查找。(3)分析触发事件触发事件亦即危险因素显现的条件事件。(4)找出形成事故的原因事件危险因素出现以后要发展为事故还需要一定的条件，这就是事故的原因事件。(5)确定事故情况和后果危险因素查出以后，能导致什么样的事故，造成怎样的破坏后果，需进行推测。（6）划分危险因素的危险等级系统或子系统查出的危险因素可能有很多，为了使采取安全措施时有轻重缓急、先后次序，对这些危险因素按造成后果的严重程度划分成四个危险等级，划分的原则见表7.4。(7)制定安全措施针对危险因素出现条件及形成事故的原因制定相应的安全措施。为了便于分析和查找，将分析项目列成表格，逐项进行。8.5.3 分析举例表7.3是某单位对无水氟化氢生产系统中的成品储存包装单元预先危险性分析的结果。该单元是将制得的纯品无水氟化氢经冷凝器冷凝后储存在储罐内。为了保持氟化氢呈液体状态，储罐外面装有夹层，通过循环冷冻盐水降温来保证。储罐内的氟化氢当有需求使用时，通过管道充装到气瓶内。瓶内充装液体的量用磅称计量。8.6 事故树分析简介8.6.1概述1.事故树分析的基本概念（1）事故树分析事故树分析（FTA, Fault Tree Analysis），又称故障树分析，是从结果到原因，逐级找出与事故（或故障）有关的各种因素之间因果关系及逻辑关系的分析方法。事故与故障（英文都是Fault）虽然不是同一概念，但二者的分析方法相同，事故树以事故为顶上事件，而故障树以故障为顶上事件。（2）事故树分析的表达形式事故树分析是以图形来表明“系统是怎样失效的”，它包括了人、机、环境等各种影响因素对系统失效的作用，系统是通过什么途径发生失效的，以及各种中间事件的相互关系。参见下面事故树分析图7.3。一个系统的事故树分析图包括的内容有：a）系统可能发生的事故；b）系统内导致事故的全部因素（人、机两方面的危险因素）；各子系统事件及各因素之间的逻辑关系，用专门符号标出。事故树是将最不希望发生的事故放在图的最上面（称为顶上事件），按照系统构成要素之间的关系，逐层向下分析与事故有关的原因。这些原因可能是其他一些原因的结果，称为中间原因事件（或中间事件），接着再往下分析，直到找出不能进一步往下分析的原因为止，这些原因称为基本原因事件（或基本事件）。由于图中各因果关系用不同的逻辑门连接起来，得到的图形就象倒立的一棵树。（3）事故树分析是一种系统分析事故树分析法是系统分析方法中的演绎法，要运用这种分析方法需要具有基本的系统科学观念、必要的系统工程知识和工程数学知识。2.事故树分析产生的背景事故树分析法是20世纪60年代初美国贝尔电话公司在研究民兵式导弹发射控制系统的安全性时开发出来的。导弹发射控制系统有三个不希望发生的事故：即疏忽的程序发射，发动机偶尔点火以及带故障发射。人们发现，仅对这三个不希望发生的事故进行仔细的分析就能对整个复杂系统的可靠性作出完全评价。后来波音公司对该分析方法又进行了重大改进，并应用于新型飞机的设计，取得了成功。1974年美国原子能委员会利用事故树分析法对核电站的危险性进行了评价，并发表了著名的拉斯姆逊报告，引起世界各国关注。现许多国家都在研究和应用这一方法。3.事故树分析的特点（1）事故树分析是一种图形演绎法，是对引起事故的原因在一定条件下的逻辑推理，能够形象地说明事故是怎样发生的。（2）事故树把系统的事故（顶事件）与组成系统部件的失效有机地联系在一起，通过事故树可以找出与事故有关的全部可能的失效状态，也就是事故树的全部最小割集。解释：a）事故树分析只关心与顶事件有关的所有失效，而不是系统的全部失效。 b）最小割集是部件失效的最小组合，如果这个组合中的部件全部失效，就将导致顶事件发生。任何事故树都包含有限个最小割集，最小割集可以是单一部件，也可以是多个部件。对于单一部件的最小割集，该部件失效，顶事件发生；对于多个部件的最小割集，这些部件一起失效，顶事件才发生。（3）事故树本身也是一种形象化的技术资料，当它建立以后，对不曾参与系统设计的管理、运行人员是一种直观的教学和维修指南。（4）事故树分析既耗费财力又耗费时间，常用于分析复杂系统。（5）事故树分析由于受到统计数据的不确定影响，在定量分析中有很大困难，因此多用于定性分析，以及定量分析方面的重要度分析与灵敏度分析。8.6.2 事故树符号和图形释义1.事故树符号释义事故树的符号根据功能分成三种类型：事件符号、逻辑门符号和转移符号。表7.10列出了常用符号及意义。表 7.10 事故树的符号及意义2.事故树图形释义下面以反应失控容器爆炸事故树图为例进行事故树图形释义。 图 7.3 反应失控容器爆炸事故树图8.6.3事故树分析步骤（1）确定系统 确定所分析系统的边界和范围。（2）收集、分析系统的各类事故 广泛搜集和分析国内外同行业已经发生的各种事故，同时推测将来可能发生的事故。（3）合理确定顶事件 一般选择那些发生的可能性较大，而且能够造成严重后果的事故为顶事件。（4）详细分析事故的原因 包括与顶事件有关的人、机、环境等各种失效因素。（5）确定不予考虑的事件 剔除虽然与事故有关，但发生的可能性极小的事件。（6）确定分析的深度 根据需要确定分析的深度，即分析到哪一层为止。（7）编制事故树 从顶事件开始，采用演绎分析方法逐层向下找出引起事故的原因，直到所有基本事件为止。（8）运用事故树进行定性分析和定量分析。17