第3章系统安全分析Word文档下载推荐.docx
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定量分析是在定性分析的基础上,运用数学方法分析系统事故及影响因素之间的数量关系,对事故的危险作出数量化的描述和判断。
故障类型与影响分析(危险度)、事件树分析、事故树分析、因果分析等属于定量分析方法。
2.按逻辑方法分类
按照逻辑方法分类,可以分为归纳法和演绎法2类。
(1)归纳法
归纳法是从事故发生的原因推论事故结果的方法,通过对基本事件的分析,来总结和确定系统的安全状态。
安全检查表、预先危险性、故障类型与影响分析、危险性和可操作性分析、事件树分析等,都属于归纳法。
这种方法从故障或失误出发,探讨可能导致的事故或系统故障,从而确定危险源。
归纳法的优点是可以无遗漏的考察、辨识系统中的所有危险源。
缺点是对于复杂的系统或危险源很多的系统,分析工作量大,没有重点。
(2)演绎法
演绎法是从事故结果推论事故原因的方法,通过系统发生的事故类型和性质,去探寻导致系统发生事故的原因。
事故树分析、因果分析等属于演绎法。
这种方法从事故或系统故障出发,即从危险源出发,查找与事故(或故障)有关的危险因素。
演绎法的优点是可以把注意力集中在有限的范围内,提高工作效率。
缺点是对于遗漏的危险源(或未知危险源)可能造成的事故无法分析。
3.按事件的过程分类
按照事故的过程和环境的变化进行分类,可以分为静态分析方法和动态分析方法2类。
(1)静态分析法
静态分析是对系统事故危险的分析不能反映出事故过程和环境变化的特点。
安全检查表、预先危险性分析、故障类型及影响分析、危险性和可操作性分析、事故树分析等属于静态分析法。
(2)动态分析法
动态分析是指对系统事故危险的分析能够反映出事故过程和环境变化的特点。
事件树分析、因果分析等属于动态分析法。
综上所述,表3-1给出了各种系统安全分析方法的归属。
表3-1危险性分析方法分类
危险分析方法
安全检查表
预先危险性分析
故障类型和影响分析
危险性和可操作性研究
事件树分析
事故树分析
因果分析
归纳法
√
演绎法
定性法
定量法
静态法
动态法
三、系统安全分析方法的选择
首先,要考虑系统所处的寿命阶段。
在系统寿命不同阶段的危险因素辨识中,选择相应的方法。
例如,在系统的开发设计初期,应优先选择预先危险性分析方法,对系统中可能出现的安全问题进行分析。
在系统的运行阶段,选择危险性和可操作性方法、故障模型和影响分析等进行较为详细的分析。
还可以选择事件树分析、事故树分析、因果分析等对系统的安全性进行进一步的定量分析。
表3-2给出了系统寿命期间各阶段可供参考的系统安全分析方法。
表3-2系统安全分析方法的适用情况
分析方法
开发研究
方案设计
样机
详细设计
建造投产
日常运行
改建扩建
事故调查
拆除
检查表
危险性与可操作性研究
其次,针对系统的复杂程度、规模、工艺类型、操作类型来选择具体的系统安全分析方法。
例如,对于化工工艺过程,可以选择危险性与可操作性分析。
对于机械和电气过程的危险性分析,可以选择故障类型和影响分析。
由单一故障引起的事故,选择危险性与可操作性分析。
由许多因素共同引起的事故,选择事故树、事件树分析。
危险性高的系统,选择危险性与可操作性分析、故障类型与影响分析、事件树、事故树等方法。
危险性较低的系统,选择安全检查表法进行分析。
3.2安全检查表
一、基本概念
安全检查表是根据有关安全规范、标准、制度以及其它系统安全分析方法分析的结果,对一个系统或设备进行安全检查和安全诊断,找出各种不安全因素,以提问的方式把这些不安全因素按照其重要程度编制成表格,这种安全检查的专用表格称之为安全检查表。
安全检查表是实施安全检查和安全诊断的项目明细表,是安全检查结果的备忘录。
安全检查表的优点是完整、直观、清楚、简单、易控制,为事故后果模拟提供统计依据。
其缺点是对于复杂系统工作量大,不能定量分析。
二、安全检查表的格式
安全检查表必须包括系统的全部主要检查部位,不能忽略主要的和潜在的不安全因素,应从检查部位中引申和发掘与之有关的其它潜在危险因素。
检查表格式包括分类、项目、检查要点、检查情况与处理、检查日期以及检查者等。
检查要点以提问方式列出,检查情况用“是”和“否”或用“✓”和“✗”表示。
安全检查表的格式如表3-3所示。
表3-3安全检查表基本格式
检查时间
检查单位
检查部位
检查结果
安全要求
整改期限
整改负责人
序号
安全检查内容
结论与说明
四、安全检查表的编制程序
安全检查表的编制流程示意图如图3-2所示。
图3-2安全检查表的编制流程示意图
编制安全检查表的过程,也是对系统进行安全分析的过程.因此,在安全检查表的制定过程中,要根据有关规程或标准,并总结本单位和外单位的经验。
同时,可以借鉴其它系统安全分析方法的分析结果,使得安全检查表能够真正地用于事故预防与控制,成为一种科学化管理简单易行的基本方法。
六、应用实例
例1某型飞机前轮转弯系统的安全检查表
表3-4给出了某型飞机前轮转弯系统的安全检查表。
表3-4某型飞机前轮转弯系统的安全检查表
检查部位及内容
标准要求
依据标准
检查结果(是/否)
改进措施
负责人
1
限流器
完好,可靠
设计标准×
×
条
2
减压器
3
电磁开关
4
摩擦离合器
5
前轮转弯活门滑轮
6
换向滑轮
7
左操纵滑轮
8
微动开关
9
控制开关
10
自动保护开关
11
右操纵滑轮
12
右操纵手轮
13
同轴转接滑轮
14
新增换向滑轮
15
左操纵手轮
检查日期:
年×
月×
日×
时检查者:
3.3预先危险性分析
预先危险性分析又称初步危险性分析,是指在没有掌握详细的资料的时候,用来辨识和分析系统中潜在的危险和有害因素,确定危险等级,并制定相应的安全对策措施,防止事故的发生。
尽可能在付诸实践时找出错误,控制或消除危险。
预先危险性分析是在系统开发初期阶段和设计阶段对系统中存在的危险类别、形成条件、事故后果等进行安全分析识别,常用于新系统设计、已有系统改造之前的方案设计以及选址阶段的方案设计等。
二、预先危险性分析的特点
(1)预先危险性分析在系统开发的初期就可以识别、控制危险因素,用最小的代价和成本消除或减少系统中的危险因素。
(2)该分析方法简单、经济、有效。
(3)能为项目开发组分析和设计提供指南。
三、预先危险性分析的步骤
预先危险性分析包括准备、审查和结果汇总3个阶段。
(1)准备阶段
对系统进行分析之前,要收集资料,借鉴类似系统的安全检查表和相关资料。
要弄清楚系统的功能、结构、采用的工艺过程、选用的设备、相关物资和材料等。
(2)审查阶段
通过对方案设计、工艺、设备、场所、物质、环境因素、运行、试验、维修、应急、辅助设备、安全装备等的安全审查,辨别危险因素,确定风险等级。
根据审查结果,危险等级分为4级,如表3-5所示。
表3-5危险等级划分
危险等级
状态
特征和要求
Ⅰ级
安全的
暂时不能发生事物,可以忽略
Ⅱ级
临界的
有导致事故的可靠性,事故处于临界状态,可能造成人员伤亡和财产损失,应采取措施予以控制
Ⅲ级
危险的
可能导致事故发生,造成人员伤亡或财产损失,必须采取措施进行控制
Ⅳ级
灾难的
会导致事故发生,造成人员伤亡或财产巨大损失,必须立即设法清除
(3)结果汇总阶段
汇总审查结果,根据风险等级,按轻重缓急制定风险控制措施。
内容包括事故及其产生原因、可能后果、危险性级别、应采取的措施等。
四、预先危险性分析的基本格式
预先危险性分析的基本格式如表3-6所示,格式可以根据需要加以增删和调整。
表3-6预先危险性分析的基本格式
事故现象
危险因素
触发事件
事故原因
事故的可能性
事故后果
防治措施
五、预先危险性分析的程序
预先危险性分析的程序如图3-3所示。
图3-3预先危险性分析的程序
3.4故障类型和影响分析
(1)故障(Failure)
系统、子系统或元件在运行的过程中,由于性能低劣而不能完成规定功能时,称故障发生。
(2)故障类型(FailureMode)
由不同故障机理显现出来的各种故障现象的变现形式。
一个元件或系统可以有多种故障类型。
(3)故障等级(FailureClassification)
根据故障类型对系统或子系统影响的程度不同而划分的等级。
(4)故障影响(FailureEffect)
某种故障类型对系统、子系统、单元的操作、功能或状态所造成的影响。
(5)故障严重度(Severity)
考虑故障所能导致的最严重的潜在后果,并以伤害程度、财产损失或系统永久破坏加以度量。
(6)故障类型与影响分析(FailureModesandEffectsAnalysis)
采用系统分割的概念,根据实际需要分析的水平,把系统分割成子系统或进一步分割成元件。
然后逐个分析元件可能发生的故障和故障类型(状态),再分析故障类型对系统以及整个系统产生的影响,最后采取措施加以解决。
故障类型和影响分析是对系统各组成部分、元件进行分析的重要方法。
系统的子系统在运行过程中会发生故障。
查明各类故障对邻近子系统或元件的影响,以及组中对系统的影响,以及消除或控制的措施。
这种系统安全分析方法属于归纳方法,早期的故障类型和影响分析只能做定性分析,后来在分析中引入了故障发生难易程度的评价或发生的概率,再将之与致命度分析(CriticalAnalysis)结合起来,构成故障类型和影响、危险度分析(FMECA)。
如果确定了每个元件的故障发生概率,就可以确定设备、系统或装置发生的概率,就可以定量的描述故障的影响。
二、故障类型与影响分析的特点
(1)不仅对系统的各个元件的故障进行分析,而且对其影响进行分析,有重点地解决安全问题。
(2)适用于系统危险性分析的各个阶段。
(3)既可以应用于简单系统,又可以用于复杂系统的分析。
三、故障类型与影响分析的格式
表3-8给出了故障类型与影响的格式。
表3-8故障类型及影响格式
组成元素
故障类型
故障的原因
故障的影响
故障的识别
校正措施
四、故障类型与影响分析的分析程序
故障类型和影响分析通常包括以下5个方面的内容。
(1)掌握和了解所要分析的对象系统。
(2)对系统元件的故障类型和产生原因进行分析。
一种元件至少有4种故障类型,即意外运行、运行不准时、停止不及时和运行期间故障。
在进行元素故障类型分析时,该元素可能是其他元素故障的原因,也可能是导致重大故障或事故的原因。
(3)分析故障类型对系统和元件的影响,重点分析元素故障类型对相邻元素的影响,元素故障类型对整个系统的影响,元素故障类型对子系统及周围环境的影响。
(4)汇总结果,提出改正措施。
(5)列表。
图3-5给出了故障类型与影响分析程序。
图3-5故障类型与影响分析程序
五、应用实例
例3空气压缩机故障类型与影响分析
空气压缩机是在土木工程的道桥工程、地下工程等施工时常用的动力设备,储气罐属于一种易出事故的高压容器。
表3-9给出了空气压缩机储气罐的故障类型及影响分析结果。
表3-9空气压缩机储气罐的故障类型及影响分析
故障原因
故障影响
故障识别
罐体
轻微漏气
接口不严
能耗增加
漏气噪声、空气压缩机频繁打压
加强维修保养
严重漏气
焊接裂缝
压力迅速下降
压力表读数下降,巡回检查
停机维修
破裂
材料有缺陷,受冲击等
压力迅速下降,损伤人员、设备
安全阀
漏气
接口不严,弹簧疲劳
能耗降低,压力下降
错误开启
弹簧疲劳折断
压力表读书下降,巡回检查
不能安全泄压
由锈蚀污物造成
超压时失去安全功能,系统压力迅速提高
压力表读书上升,阀门检验
停机检查更换
故障类型与影响分析在航空领域得到了广泛的应用。
20世纪50年代初,美国第一次将FMEA思想用于一种战斗机操作系统的设计分析中。
60年代中期,FMEA正式用于航天系统的设计。
1976年,美国国防部颁布了FMEA军用标准。
1988年,美国联邦航空局发布通报要求所有航空系统得设计和分析必须使用FMEA。
1994年,FMEA成为QS-9000的认证要求。
FMEA在实践中形成了完整科学的分析方法。
目前,航空领域广泛应用该方法进行诸如发动机、油箱、起落架等设计的危险性分析。
六、故障类型及其影响和危险度(致命度)分析
将故障类型及影响分析和危险度分析相结合,便可以从定性分析发展到定量分析,称为故障类型及其影响和危险度分析。
这种方法在分析时,首先进行故障类型及其影响分析。
根据分析结果,再输入各种故障的危险度指标,即可得到定量的危险分析。
危险度分析的目的在于定量地评价每种组成元素故障类型的危险程度,危险度分析有以下2种方法。
1.采用2项指标的危险度分析
采用的2项指标分别为元素故障类型出现的概率和故障后果的严重度。
表3-10和表3-11分别给出了美国杜邦公司的严重度分级和概率值。
表3-10危险发生等级和概率标准
发生等级
非常容易发生
容易发生
偶尔发生
不常发生
几乎不发生
很难发生
发生概率
1×
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
表3-11危险等级划分及校正措施
危险度
大(危险)
中(临界)
小(安全)
立即停止作业
及时检修
注意观察
2.采用1项指标的危险度分析
采用元素运行百万小时(次)发生的故障次数来衡量危险度C,计算公式如下所示。
(3-1)
式中,n——导致系统故障或事故的故障类型的数目;
T——元素的运行时间;
Λ——元素的基本故障率;
k1·
k2——实际运行状态的修正系数和实际运行环境的修正系数;
α——导致系统故障或事故的故障类型数目占全部故障类型数目的比例;
β——导致系统故障或事故的故障类型出现时,系统发生故障或事故的概率。
表3-12给出了β的可参考值。
表3-12β的参考值
影响程度
实际的损失
可预计的损失
可能出现的损失
没有影响
发生概率(β)
β=1.00
0.1≤β<
1
0<
β<
0.1
β=0
3.应用实例
例4民用运输机起落架系统故障分析
(1)背景资料:
中国民航四川省航空公司维护信息统计,起落架系统故障约占飞机总故障的7.2%,其中2%左右的故障引起重要事件。
波音公司提供的事故和征候统计,起落架故障占15%~17%。
空客公司提供的事故和征候统计,起落架故障占12.1%。
(2)以波音飞机起落架故障类型为例,进行故障类型与影响分析。
1)找出故障分布和故障类型
起落架的故障分布主要在构件损伤、轮胎组件、收放系统、前轮转弯系统和刹车系统等方面。
其中构件主要指结构受力件,如起落架舱门拉杆、摇臂、锁钩、扭力臂接耳、连接螺栓、起落架支柱外筒、动作筒接头等。
表3-13给出了故障分布和故障类型。
表3-13故障分布和故障类型
故障分布
构件损伤
轮胎组件
收放系统
前轮转弯系统
刹车系统
(%)
构件断裂(24.6)
构件松脱(5.2)
构件磨损(2.2)
轮胎爆裂(14.9)
胎面分离(13.4)
组件脱落(8.2)
着陆放不下(3.7)
接地收起(3.0)
离地收不上(1.5)
操纵失效(9.0)
机轮摆动(3.0)
其它(4.5)
刹车起火(6.0)
机轮卡滞(0.7)
2)针对每一个故障类型分别进行影响分析(部分)
表3-14给出了故障类型的影响分析。
表3-14故障类型的影响分析
收放系统动作筒接头
漏油
压力波动热胀冷缩
接头疲劳破损发生事故
维修
使用更好的材料,缩短更换时间
轮速传感器
工作不正常
电子插件、线路环境适应性差
防滞故障
使用更好的材料
3)进行定量分析
输入定量的数据,如故障概率、严重度等,计算影响的程度。
3.5危险性和可操作性分析
危险性和可操作性分析(简称HAZOP)是指应用系统的审查方法,审查设计已有生产工艺和工程总图,通过对装置、设备、个别部位的误操作或故障引起的潜在危险进行分析,评价其对整个延续性生产系统的影响。
与其他分析方法不同的是,该分析方法由多人组成小组。
实质是对系统的工艺进行全面审查,找出可能偏离设计意图的情况。
分析产生的原因和造成的结果,予以控制。
这种方法既适用于设计阶段,又适用于在役的生产装置。
在应用过程中,经常用到以下专用术语。
(1)意图
意图是指所研究系统的工艺的某一部分欲完成的功能。
在很多情况下,这种意图通过流程图来描述。
(2)偏离
偏离是指背离设计意图,与设计意图不一致。
在分析过程中,需正确地运用引导词,系统地审查系统的工艺参数,找出偏离的情况。
(3)原因
此处的原因是指引起偏离的原因,这些原因可能是物的故障、人的失误、成分变化等意外的工艺状态和外界的破坏等。
(4)后果
此处的后果是指偏离系统设计意图所造成的结果。
(5)工艺参数
此处的工艺参数是指有关系统工艺的物理和化学特性,包括一般参数,如反应、混合、浓度、pH值等,还包括特殊参数,如温度、压力、相态、流量等。
当系统工艺的某个部分或某个操作步骤的工艺参数偏离了设计意图时,系统的运行状态必然发生变化,从而造成系统的故障或引起事故。
(6)引导词
引导词是指在辨识危险源过程中,引导、启发人的思维,对设计意图定性或定量描述的简单词语。
表3-15给出了HAZOP分析方法中引导词的意义和注释。
表3-15引导词的意义和注释
引导词
意义
注释
没有或不
是对意图的完全否定
意图的任何部分都没有达到
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