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由此可见,生产和技术的发展,不仅改变着产业结构和企业面貌,而且也对企业的生产安全工作提出了更新更高的要求。
工业和新兴产业群的出现,涉和到诸多的知识领域,安全工程技术也必须与其发展相适应。
二、系统与系统工程
1.系统
系统这一概念有多种理解,但其基本意义大致相同,即:
系统是相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特殊功能的有机整体。
系统无处不有,如一块手表、一辆自行车、一架飞机、一个宇宙飞船等都是一个系统。
一个工段、车间、工厂,一个联合企业,一个飞机工业,农业,甚至整个国民经济,整个世界,整个宇宙都可看作一个系统。
例如,对生产系统来讲,系统是由人员、物质、设备、财务、任务指标和信息等按任务水平组成的整体。
其功能是在既定的操作或后勤支援的条件下,协同完成预定的生产目标。
系统按形式划分为:
自然系统、人工系统和复合系统,按结构复杂程度划分为:
简单系统、复杂系统。
2.系统的特点:
(1)目的性。
任何系统必须具有明确的功能以达到一定的目的,没有目的就不能成为系统。
(2)整体性。
系统至少是由两个或两个以上可以相互区别的元素(单元)按一定方式有机地组合起来,完成一定功能的综合体。
相同元素与不同元素组合构成不同功能的系统。
如齿轮副元件可以传动,它组成减速器的功能是减速增矩,组成齿轮泵能将低压油变为高压油起增压作用。
元件本身的功能固然要分析,更重要的是元件组成系统的整体功能,要从整体功能,出发,再分别对元件功能提出要求。
系统整体功能不是个别元素功能的简单叠加,而是通过不同功能不同性能元素的有机联系、互相制约,即使在某些元素功能并不完善的情况下,经过组合,也能统一成为具有良好功能的系统。
反之,即使每个元素都是。
良好的,但如果只是简单叠加,而未经过良好组合,则构成整体后并不一定具备某种良好的功能。
(3)分解性。
系统由元素组成,具有可分解性。
可以认为系统是由较小的分系统有机组合而成,而分系统又由更小的子系统组成……依次类推,直至组成系统的最小单元为止。
(4)相关性。
系统内部各元素之间相互有机联系、相互作用、相互依赖的特定关系决定系统的特性。
系统本身不是孤立的,与周围边界条件有密切关系,也就是说,系统必须适应外部环境的变化。
分析问题时,必须考虑环境对系统的作用。
(5)系统的功能性。
为了实现系统自身的正常运行和功能,系统需要一定的方式构成,应具有保持和传递能量、物资和信息的特征。
3.系统工程
所谓工程,是利用自然资源为人类服务而形成的各种学科的总称。
如机械工程、电力工程、电子工程、土木工程、化工工程、计算机工程、宇航工程、环境工程、安全系统工程等。
系统工程就是从系统的观点出发,跨学科的考虑问题,运用工程的方法去研究和解决各种系统问题,具体的说,就是运用系统分析理论,对系统的规划、设计、制造、实验和使用等各个阶段进行有效的组织管理。
它科学地规划和组织人力、物力、财力,通过最佳方案的选择,使系统在各种约束条件下,达到最合理、最经济、最有效的预期目标。
它着眼于整体的状态和过程,而不拘泥于局部的、个别的部分。
这是因为系统工程采用了新的方法论,这种方法论的基础就是系统分析的观点,即一种“由上而下”、“由总而细”的方法。
它不着眼于个别单元的性能是否优良,而是要求巧妙地利用单元间或子系统之间的相互配合与联系,来优化整个系统的任能,以求得整体的最佳方案。
三、安全与系统安全
1.术语解释
(1)安全。
这是个很普通的概念,用通俗的话来说,就是人们在生活和生产过程中,生命得到保证,身体免于伤害。
安全的定义有多种,有人定义为“不发生导致死伤、职业病、设备或财产损失的状态”。
对于某些导致发生上述损失的状态,看其概率是可以接受的,也可视为安全。
从本质上来讲,安全就是预知人们活动的各个领域里存在的固有危险和潜在危险,并且为消除这些危险的存在和状态而采取的各种方法、手段和行动。
在生产活动中,人们处于各种不同的生产环境和工作条件下,使用着各种机器、设备、工具和原料生产,由此构成“人-机-材料-环境”系统。
系统中的危险源和相关因素是很多的,因此,必须从系统的观点出发,运用系统分析的方法对整个系统进行分析、评价,和早消除危险源,才能实现系统的安全。
(2)危害、危险与危险性。
危害是造成事故的一种潜在危险,它是超出人的直接控制之外的某种潜在的环境条件。
危险是一种状态,它可以引起人身伤亡、设备破坏或降低完成预定功能的能力。
当存在危险性时,就存在产生这些不良影响的可能性。
危险性表示危险的相对暴露。
可能存在危险,但由于采取了预防措施,危险性可能不大。
例如高压变压器组,只要通了电,就有使人触电死亡的固有危险性。
如果这个变压器组不加防护,放在人员比较集中的地方,就有高度危险性。
2.系统安全
所谓系统安全,是指在系统运行周期内,应用系统安全管理和安全工程原理,识别系统中的危险性并排除危险,或使危险减至最小,从而使系统在操作效率、使用期限和投资费用的约束条件下达到最佳安全状态简言之,系统安全就是系统在一定的功能、时间和费用的约束条件下,使系统中人员和设备遭受的伤害和损失为最少。
也可这样说,系统安全是一个系统的最佳安全状态。
要达到系统安全,就必须在系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用等各个阶段,正确实施系统安全管理和安全工程。
人们在运用系统时,总是希望在人力、物力、财力和时间等约束条件下,所设计的系统具有最佳工作状态,如最佳性能、最大可靠性、最小重量和最大期望寿命等。
寻求这种最佳效果的愿望,几乎渗透于产品的规划、研究、设计、制造、运行等各个阶段,这就需要应用优化理论。
关于优化理论已超出了本书的范围,读者需要时可参考有关专著。
要使系统能达到安全的最佳状态,应满足:
①在能实现系统安全目标的前提下,系统的结构尽可能简单、可靠;
②配合操作和维修用的指令数目最少;
③任何一个部分出现故障,保证不导致整个系统运行中止或人员伤亡;
④备有显示事故来源的检测装置或警报装置;
⑤备有安全可靠的自动保护装置并制定行之有效的应急措施。
四、安全系统工程
安全系统工程的定义是:
应用系统工程的原理与方法,识别、分析、评价、排除和控制系统中的各种危险,对工艺过程、设备、生产周期和资金等因素进行分析评价和综合处理,使系统可能发生的事故得到控制,并使系统安全性达到最佳状态。
由于安全系统工程是从根本上和整体上来考虑安全问题,因而它是解决安全问题的具有战略性的措施。
为安全工作者提供了一个既能对系统发生事故的可能性进行预测,又可对安全性进行定性、定量评价的方法,从而为有关决策人员提供决策依据,并据此采取相应安全措施。
安全系统工程是系统工程学科的一个分支,它的学科基础除有系统论、控制论、信息论、运筹学、优化理论等外,还有其特有的学科基础,如预测技术、可靠性工程、人机工程、行为科学、工程心理学、职业安全卫生学、劳动保护法规、法律以和与其相关的各种工程学等多门学科和技术。
第二节安全系统工程发展概况
安全系统工程在50年代末创始于美国,首先使用于军事工业方面,随后在原子能工业上也相继提出了保证系统安全的问题,并于1974年由美国原子能委员会发表了WASH1400报告,即商用核电站风险评价报告。
这个报告发表后,引起世界各国的普遍重视,推动了安全系统工程的进一步发展。
继美国之后其他各国在安全系统工程方面也展开了研究,并取得不小的成果。
如英国在60年代中期开始收集有关核电站故障的数据,对系统的安全性和可靠性问题,采用了概率评价方法,进一步推动了定量评价工作,并设立了系统可靠性服务所和可靠性数据库。
日本引进安全系统工程的方法虽然较晚,但发展很快,已在电子、宇航、航空、铁路、公路、原子能、汽车、化工、冶金等工业领域大力开展了研究与应用。
当前,安全系统工程已引起了各国普遍重视,曾多次召开过安全系统工程的学术会议,出版了许多学术刊物和专著。
国际安全系统工程学会每两年举办一次学术年会,1983年在美国休斯敦召开的第六次会议,有40多个国家参加,讨论的议题涉和国民经济各个行业。
可以看出,这门学科正得到越来越广泛的应用,并起到了越来越大的作用。
安全系统工程在我国开展应用研究工作比较晚。
1982年北京市劳动保护研究所召开了安全系统工程座谈会,由研究单位、大专院校和重点企业等部门同志参加。
会上交流了国内开展研究和应用的情况,并探讨了在我国发展安全系统工程的方向,研究如何组织分工合作、如何长期进行学术交流等,这次会议为我国开展安全系统工程的研究与应用打下了良好的基础。
1985年,中国“劳动保护管理科学专业委员会”成立,在会上建立了“系统安全学组”,该学组以安全系统工程为中心,进行开发研究和推广应用等活动,为安全系统工程学科的发展和推进安全管理作出了贡献。
目前,我国各产业部门、地方劳动局和工业部门在所属企业中,正在推广应用安全系统工程的活动,并取得了较好的效果。
例如天津市原机械局于1988年贯彻《机械工厂安全性评价标准(试行)》,当年在行业内部就取得无一人死亡的成绩。
这是天津市机械行业历史上从未有过的大事。
根据原劳动部1996年第3号令,规定今后“三同时”审查,应有“安全评价”的内容。
另外全国几十所高等院校增设了安全工程专业。
这些都为普和和推广安全系统工程知识,推进现代安全管理创造了有利条件,同时也为创造出适合我国国情的安全系统工程打下了良好的基础。
第三节安全系统工程的内容
安全系统工程的基本任务就是预测、评价和控制危险。
其分析过程可概括为:
①系统安全分析(识别与预测危险);
②危险性(安全性)评价(包括人、机、物、工艺、环境、组织等);
③比较;
④综合评价;
⑤最佳化计划的决策。
从分析过程可看出,系统安全分析和评价是安全系统工程的核心,只有分析得准确、评价得周密,才能得出最佳的决策,由此采取的安全措施才能得力。
1.系统安全分析
系统安全分析是实现系统安全的重要手段,它的目的在于通过分析使人们识别系统中存在的危险性和损失率,并预测其可能性。
因此,它是完成系统安全评价的基础。
根据不同的情况和要求,可以把分析进行到不同的深度,可以是初步的,也可以是详细的。
系统安全分析的方法有数十种之多,这些方法有定性的也有定量的,有逻辑推理的,也有综合比较的。
要完成一个准确的分析,就要事先了解各种分析方法的特点、适用场合,经过比较,再决定采用哪种分析方法。
但不管采用哪种分析方法,都要事先建立一个系统模型。
这种模型大多数采用图解方式,表示出系统各单元之间的关系。
这样易于为人们掌握系统各单元之间的关系和影响,便于查到事故的真正原因和危险性大小。
2.安全评价
安全评价要以系统安全分析为依据,只有通过分析,掌握了系统中存在的潜在危险和薄弱环节、发生事故的概率和可能的严重程度等,才能正确地进行安全评价。
安全评价分为定性评价和定量评价。
定性分析的结果用于定性评价,而定量分析的结果用于定量评价。
任何定量方法总是在定性的基础上开始的。
但是定性评价只能够知道系统中的危险性的大致情况,如危险性因素的多少和严重程度等。
要想深入了解系统的安全状态,还有待于定量评价。
只有经过定量的评价,才能充分发挥安全系统工程的作用,通过定量评价的结果,决策者才可以选择最佳方案,领导和监察机关才可以根据评价结果督促企业改进安全状况,保险公司就可以按企业的安全性要求规定不同的保险金额。
3.安全措施
安全措施是指根据安全评价的结果,针对存在的问题,对系统进行调整,对危险点或薄弱环节加以改进。
安全措施主要有两个方面:
一是预防事故发生的措施,即在事故发生之前采取适当的安全措施,排除危险因素,避免事故发生;
二是控制事故损失扩大的措施,即在事故发生之后采取补救措施,避免事故继续扩大,使损失减到最小。
4.安全系统工程的优点
从上述介绍可看出,安全系统工程在解决安全问题上与传统的方法不同,它改变了以往凭直观经验和事后处理的被动局面,因而形成了它本身的一些优点。
(1)预测和预防事故的发生,是现代安全管理的中心任务。
运用系统安全分析方法,可以识别系统中存在的薄弱环节和可能导致事故发生的条件,而且通过定量分析,预测事故发生的可能性和事故后果的严重性,从而可以采取相应的措施,预防事故发生。
(2)现代工业的特点是大规模化、连续化和自动化,其生产关系日趋复杂,各个环节和工序之间相互联系、相互制约。
安全系统工程是通过系统分析,全面地、系统地、彼此联系地以和预防性地处理生产系统中的安全性,而不是孤立地、就事论事地解决生产系统中安全性问题。
(3)对安全进行定量分析、评价和优化技术,为安全管理事故预测提供了科学依据,根据分析可以选择出最佳方案,使各子系统之间达到最佳配合,用最少投资得到最佳的安全效果,从而可以大幅度地减少人身伤亡和设备损坏事故。
(4)安全系统工程要做出定性和定量的安全评价,就需要有各项标准和数据。
如许可安全值、故障率、人机工程标准以和安全设计标准等。
因此,安全系统工程可以促进各项标准的制定和有关可靠性数据的收集。
(5)通过安全系统工程的开发和应用,可以迅速提高安全技术人员、操作人员和管理人员的业务水平和系统分析能力,同时为培养新人提供了一套完整的参考资料。
第二章安全分析
第一节危险预先性分析
一、危险性预先分析的基本含义
危险性预先分析(PreliminaryHazardAnalysis,缩写为PHA),是一种定性分析评价系统内危险因素和危险程度的方法。
危险性预先分析是在每项工程活动之前,如设计、施工、生产之前,或技术改造之后,即制定操作规程和使用新工艺等情况之后,对系统存在的危险性类型、来源、出现条件、导致事故的后果以和有关措施等,作一概略分析。
危险性预先分析的目的是防止操作人员直接接触对人体有害的原材料、半成品、成品和生产废弃物,防止使用危险性工艺、装置、工具和采用不安全的技术路线。
如果必须使用时,也应从工艺上或设备上采取安全措施,以保证这些危险因素不致发展成为事故。
一句话,把分析工作做在行动之前,避免由于考虑不周造成损失。
二、危险性预先分析内容与主要优点
系统安全分析的目的不是分析系统本身,而是预防、控制或减少危险性,提高系统的安全性和可靠性。
因此,必须从确保安全的观点出发,寻找危险源(点)产生的原因和条件,评价事故后果的严重程度,分析措施的可能性、有效性,采取切合实际的对策,把危害与事故降低到最低程度。
1.危险性预先分析的内容
根据安全系统工程的方法,生产系统的安全必须从人-机-环境系统进行分析,而且在进行危险性预先分析时应持这种观点:
即对偶然事件、不可避免事件、不可知事件等进行剖析,尽可能地把它变为必然事件、可避免事件、可知事件,并通过分析、评价,控制事故发生。
分析的内容可归纳几个方面:
①识别危险的设备、零部件,并分析其发生的可能性条件;
②分析系统中各子系统、各元件的交接面和其相互关系与影响;
③分析原材料、产品、特别是有害物质的性能和贮运;
④分析工艺过程和其工艺参数或状态参数:
⑤人、机关系(操作、维修等);
⑥环境条件;
⑦用于保证安全的设备、防护装置等。
2.危险性预先分析的主要优点
(1)分析工作做在行动之前,可和早采取措施排除、降低或控制危害,避免由于考虑不周造成损失。
(2)对系统开发、初步设计、制造、安装、检修等做的分析结果,可以提供应遵循的注意事项和指导方针。
(3)分析结果可为制定标准、规范和技术文献提供必要的资料。
(4)根据分析结果可编制安全检查表以保证实施安全,并可作为安全教育的材料。
第二节危险性预先分析步骤
一、分析的一般步骤
图2-1危险预先性分析的程序
1.确定系统
明确所分析系统的功能和分析范围。
2.调查、收集资料调查生产目的、工艺过程、操作条件和周围环境。
收集设计说明书、本单位的生产经验、国内外事故情报和有关标准、规范、规程等资料。
3.系统功能分解一个系统是由若干个功能不同的子系统组成的,如动力、设备、结构、燃料供应、控制仪表、信息网络等,其中还有各种联接结构,同样,子系统也是由功能不同的部件、元件组成,如动力、传动、操纵和执行等。
为了便于分析,按系统工程的原理,将系统进行功能分解,并绘出功能框图,表示它们之间的输入、输出关系。
4.分析、识别危险性确定危险类型、危险来源、初始伤害和其造成的危险性,对潜
在的危险点要仔细判定。
5.确定危险等级
在确认每项危险之后,都要按其效果进行分类。
6.制定措施
根据危险等级,从软件(系统分析、人机工程、管理、规章制度等)、硬件(设备、工具、操作方法等)两方面制定相应的消除危险性的措施和防止伤害的办法。
二、危险性预先分析应注意的问题
(1)由于在新开发的生产系统或新的操作方法中,对接触到的危险物质、工具和设备的危险性还没有足够的认识,因此为了使分析获得较好的效果,应采取设计人员、操作人员和安技干部三结合的形式进行。
(2)根据系统工程的观点,在查找危险性时,应将系统进行分解,按系统、子系统、系统元一步一步地进行。
这样做不仅可以避免过旱地陷入细节问题而忽视重点问题的危险,而且可以防止漏项。
(3)为了使分析人员有条不紊地、合理地从错综复杂的结构关系中查出深潜的危险因素,可采取以下对策。
第一,迭代。
对一些深潜的危险,一时不能直接查出危险因素时,可先做一些假设,然后将得出的结果作为改进后的假设,再进一步查危险因素。
这样经过一步一步地试析,向更准确的危险因素逼近。
第二,抽象。
在分析过程中,对某些危险因素常忽略其次要方面,首先将注意力集中于危险性大的主要问题上。
这样可使分析工作能较快地人门,先保证在主要危险因素上取得结果。
另外也可以运用控制论的观点来探求。
如图2-2所示。
输入是一定的,技术系统(具体结构)也是一定的,问题是探求输出哪些危险因素。
图2-2分析系统
(4)在可能条件下,最好事先准备一个检查表,指出查找危险性的范围。
三、危险性识别
生产现场包含着来自人、机(物)和环境三方面的多种隐患,为确保安全生产,就必须分析和查找隐患,并和早消除,将事故消灭在发生之前,做到预防为主。
因此,识别危险性是首要问题。
造成事故后果必须有两个因素,一是有引起伤害的能量,二是有遭受伤害的对象(人或物),二者缺一不可。
而且这两个因素必须相距很近,伤害能量能够达到,才能造成事故后果。
如人的不安全行为和机械或物质危险是人-机“两方共系”中能量逆流的两个系列,其轨迹交叉点就会造成事故。
如图2-3所示。
潜在的危险性只有在一定条件下才能发展成为事故。
为了迅速地找出危险源(点),除需具有丰富的理论基础和实践知识外,还可以从能量的转换等几方面人手。
生活和生产都离不开能源,在正常情况下,能量通过做有用功制造产品和提供服务,其能量平衡式为:
输入能=有用功(做功能)+正常耗损能
但在非正常运行状态下,其能量平衡式为:
输入能=有用功+正常耗损能+逸散能
这个逸散能作用在人体上就是伤害事故,作用在设备上则损坏设备。
因此,从预防事故来看,关键是查找出生产现场能量体系中潜在的危险因素。
能够转化为破坏能力的能量有:
电能、原子能、机械能、势能和动能、压力和拉力、燃烧和爆炸、腐蚀、放射线、热能和热辐射、声能、化学能等。
另一种表示破坏能量的因素和事件也可作为参考:
加速度、污染、化学反应、腐蚀、电(电击、电感、电热、电源故障等)、爆炸、火灾、热和温度(高温、低温、温度变化)、泄漏、湿度(高湿、低湿)、氧化、压力(高压、低压、压力变化)、辐射(热辐射、电磁辐射、紫外辐射、电离)、化学灼伤、结构损害或故障、机械冲击、振动与噪声等。
为了便于分析,我们应了解能量转换过程,为此有必要进一步叙述能量失控情况。
一般说来,能量失控情况可分为两种模式:
物理模式和化学模式。
各类生产企业中,机械设备很多,因此从事故数量上来看,物理模式的能量失控引起的事故占大多数。
1.物理模式
物理能可分为势能和动能两种形式。
以势能的形式出现的,如:
处于高处的物体(如落体、坠落、倒塌、崩垮、塌方、冒顶等)、受压的弹性元件、贮存的热量、电压等。
以动能的形式出现的有运动的机械、行驶的车辆、电流、流动的液体等。
势能是静止的、潜在的,人们对其危险性的认识往往不敏感。
然而由于某种原因,势能转换为动能时,危险性就可能急剧增大。
动能凭人的视觉能感觉到它的存在,危险性可以一目了然,但是静止的人会被运动物体所撞伤,人与物体相互运动也可能受伤,行动的人碰到静止物体也会受伤,这些危险都是元法预料的。
另外,还要注意有些物体同时具有两种能量,如电动机既有电能,又有机械回转能。
(1)物理爆炸。
物理爆炸是纯粹物理现象产生的冲击波,它常常是因压力容器的破坏而产生,受压气体突然释放,能够产生很大的破坏力。
如空压机贮气罐、液化气贮气罐、各种气瓶等。
(2)锅炉爆炸。
锅炉是工业生产中用得较多的设备,又是比较容易发生灾害性事故的设备。
锅炉爆炸比单纯的受压气体爆炸的破坏性更大,因为在相同压力下,蒸汽比同等体积的气体能量大很多倍。
另外,锅炉的过热水由于锅炉破坏而闪蒸成蒸汽,使蒸汽中所含的热量进一步增多。
引起锅炉爆炸的主要事件是锅炉体结垢、炉壁腐蚀、缺水和超压运行。
所有的蒸汽发生器、冷却水夹套、烧沸水的设备、家用水暖设备等
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