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系统安全分析

系统安全分析的目的是查明系统中的危险因素,以便采取相应措施消除系统故障或事故,保证系统安全运行。

一、系统安全分析的作用、内容及程序

1.系统安全分析的作用在生产过程中导致事故发生的原因是很多的,预防事故需要预先发现、鉴别和判明可能导致发生灾害事故的各种危险因素,尤其是那些潜在的因素,以便于消除或控制这些危险,防止和避免发生灾害事故。因此必须从系统的观点出发,对生产过程运用系统分析的方法进行分析、评价。系统安全分析就是把生产过程或作业环节作为一个完整的系统,对构成系统的各个要素进行全面的分析,找出系统的薄弱环节,判明各种状况的危险特点及导致灾害性事故的因果关系,从而对系统的安全性做出预测和评价,为采取各种有效的手段、方法和行动消除危险因素创造条件。

防止事故的发生就是要辨识危险源、分析危险源和控制危险源。不同类别的危险源所产生的危险与危害也不相同,在进行安全性分析与危险性控制时要有明确的指导思想。典型的安全分析与控制过程可用图1表示。

图1

综上所述,系统安全分析的作用可概括为:

(1)能将导致灾害事故的各种因素,通过逻辑图做出全面、科学和直观的描述;

(2)可以发现和查明系统内固有的或潜在的危险因素,为安全设计、制定安全技术措施及防止发生灾害事故提供依据;

(3)使操作人员全面了解和掌握各项防灾控制要点;

(4)可对已发生的事故进行原因分析;

(5)便于进行概率运算和定量评价。

2.系统安全分析的内容系统安全分析是从安全角度对系统中的危险因素进行分析,主要分析导致系统故障或事故的各种因素及其相关关系,通常包括如下主要内容:

(1)对可能出现的初始的、诱发的及直接引起事故的各种危险因素及其相互关系进行调查和分析;

(2)对与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关因素进行调查和分析;

(3)对能够利用适当的设备、规程、工艺或材料控制或根除某种特殊危险因素的措施进行分析;

(4)对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的最好方法进行调查和分析;

(5)对不能根除的危险因素失去或减少控制可能出现的后果进行调查和分析;

(6)对危险因素一旦失去控制,为防止伤害和损害的安全防护措施进行调查和分析。

对于流程工业,其安全分析的一个重点就是各种流程。流程的安全分析综合起来主要包括下面的内容:

(1)流程的危险;

(2)以前的事故和最近的事故损失;

(3)工程和行政管理;

(4)工程和行政管理故障后果及影响;

(5)定性评估这些后果对职员、公众和环境的影响;

(6)装置和工厂现场;

(7)人的可靠性。风险和可靠性的管理有助于建立一个有效的管理、执行与跟踪安全分析研究的系统。

对于安全,最重要的原则是确保过程是本质安全的。在安全措施实施的过程中,不能遗漏任何危及安全的因素,大多数复杂的安全设备应采用最好的安全分析技术分析其有效性。如果在流程工业中存在有害的物质,不论采用什么安全措施,风险都不会降低为零。因此用有益的物质代替有害物质,可以大幅度降低风险。对有人参与的活动,从根本上消除风险是不可能的,安全工程师能做到的是努力控制风险,确保风险与收益相当。

通过对各种安全分析方法的讨论,要回答下面的问题:

(1)发生的事故类型?

(2)可能发生事故的频率有多大?

(3)事故后果是什么?

(4)事故产生的风险是否可以接受?

3.系统安全分析的程序系统安全分析是以预测和防止事故为前提,对系统的功能、操作、环境、可靠性等经济技术指标以及系统的潜在危险性进行分析和测定。

系统安全分析的程序一般如下:

(1)把所研究的生产过程或作业环节作为一个整体,确定安全设想和要达到的目标;

(2)把工艺过程或作业环节分成几个部分绘制流程图;

(3)应用图表形式以及有关符号,将系统的结构和功能加以抽象化,并将其因果关系、层次及逻辑结构用逻辑图形表示出来;

(4)分析系统的现状及其组成部分,测定与判断可能发生的故障、危险及其灾害性后果,分析并确定导致危险的各个事件的发生条件及其相互关系;

(5)对已建立的系统,综合采用概率论、数理统计、网络技术、模型和模拟技术、最优化技术等数学方法,对各种因素进行数量描述,分析它们之间的数量关系,并进一步探求那些极不容易直接观察到的各种因素的数量变化及其规律。

二、系统偏差系统偏差的概念

对系统安全分析是非常重要的,在安全生产中,由于系统偏差的控制不当,发生过许多安全事故。系统偏差就是系统在运行过程中,由于某种因素(原因),或多种某种因素(原因),造成系统的运行状态与设计状态的一种偏离。这种偏离有各种形式,如温度的偏离、压力的偏离、流量的偏离、距离的偏离、大小的偏离、高低的偏离等。由于系统在设计时都有冗余,所以系统的偏差都有一定的允许范围。在这一范围内,系统运行都是正常的,也不会发生什么意外。如果系统超出了这一允许范围,系统的运行就可能发生异常、甚至造成事故。

三、生产工艺过程的安全分析

1.新工艺生产过程的危险性识别新的工艺生产过程应该进行危险性的识别,即进行危险物料的识别、危险化学反应过程的识别和危险单元操作的识别。危险物料的识别,应以具有爆炸危险的物料,有引起爆炸和火灾的活性物料(不稳定物料),可燃气体及易燃物料,能通过呼吸系统或皮肤吸收引起中毒的高毒和剧毒物料为主要重点。危险化学反应过程的识别,应以有活性物料参与或产生的化学反应能释放大量反应热,又在高温、高压和汽液两相平衡状态下进行的化学反应为主要重点,分析研究反应失控的条件、反应失控的后果及防止反应失控的措施。危险单元操作的识别,应以处理大量危险物料和处理含有活性物质的物料的单元操作过程为分析研究的重点。

2.生产装置危险度的定量评价采用新工艺的生产装置,应对生产装置危险度进行定量评价,并总体上对工艺过程和生产装置的危险程度进行评定,但不具体分析会出现什么样的危险以及危险的发生过程。设计工作中对生产装置危险度的定量评价,是为了确定装置的危险程度以及需要采取的措施。

3.生产流程的系统危险性分析采用新生产流程的工艺过程或对现有生产流程进行局部改进的工艺过程,应对工艺设计流程进行全流程的或局部流程的系统危险性分析。系统危险性分析,就是对生产系统的安全性进行检查诊断及预测危险的方法,对各种设计方案进行评价,确定所提出的设计方案是否能满足系统安全性的要求;找出系统的薄弱环节,以便加以改进,作为制定消除危险、防止灾害措施的依据。系统危险性分析,宜采取危险和可操作性研究方法(HAZOP),对比较复杂的环节宜进一步采取故障树分析(FTA)。

4.生产工艺过程安全分析的组织和监督新工艺生产过程的危险性识别由工艺专业负责人负责组织。生产装置的危险度定量评价由工艺专业负责人或工艺系统专业负责人负责组织。新生产流程的系统危险性分析一般由项目设计经理负责组织,必要时项目设计经理可以委托工艺系统专业负责人负责组织。项目安全控制工程师应参加所有的安全分析活动,并负责记录安全分析结论。此外,对生产工艺过程的安全分析工作负责督促检查。

四、系统安全分析方法

1.系统安全分析方法系统安全分析方法有许多种,可适用于不同的系统安全分析过程。这些方法可以按分析过程的相对时间进行分类,也可按分析的对象、内容进行分类。按数理方法,可分为定性分析和定量分析。按逻辑方法,可分为归纳分析和演绎分析。简单地讲,归纳分析是从原因推论结果的方法,演绎分析是从结果推论原因的方法。这两种方法在系统安全分析中都有应用。

从危险源辨识的角度,演绎分析是从事故或系统故障出发查找与该事故或系统故障有关的危险因素。与归纳分析相比较,可以把注意力集中在有限的范围内,提高工作效率。归纳分析是从故障或失误出发探讨可能导致的事故或系统故障,再来确定危险源。与演绎方法相比较,可以无遗漏地考察、辨识系统中的所有危险源。实际工作中可以把两类方法结合起来,以充分发挥各类方法的优点。

在危险因素辨识中广泛应用的系统安全分析方法主要有:

(1)安全检查表法(Safety Checklist, SC);

(2)预先危险性分析(Preliminary Hazard Analysis, PHA);

(3)故障类型和影响分析(Failure Model and Effects Analysis, FMEA);

(4)事故树分析(Fault Tree Analysis, FTA);

(5)事件树分析(Event Tree Analysis, ETA);

(6)危险性和可操作性研究(Hazard and Operability Analysis, HAZOP);

(7)因果分析(Cause-Consequence Analysis, CCA)

(8)定量风险分析法(Quantitative Risk Analysis, QRA)等。此外,尚有What If(如果出现异常将会怎样)分析,MORT(管理疏忽和风险树)分析等方法,可用于特定目的的危险因素辨识。

2.系统安全分析方法的选择在系统寿命不同阶段的危险因素辨识中,应该选择相应的系统安全分析方法。例如,在系统的开发、设计初期,可以应用预先危险性分析方法。在系统运行阶段,可以应用危险性和可操作性研究、故障类型和影响分析等方法进行详细分析,或者应用事件树分析、事故树分析或因果分析等方法对特定的事故或系统故障进行详细分析。系统寿命期间内各阶段适用的系统安全分析方法见表1。表1

在进行系统安全分析方法选择时应根据实际情况,并考虑如下几个问题。

1)分析的目的系统安全分析方法的选择应该能够满足对分析的要求。系统安全分析的最终目的是辨识危险源,而在实际工作中要达到一些具体目的,例如:(1)对系统中所有危险源,查明并列出清单;

(2)掌握危险源可能导致的事故,列出潜在事故隐患清单;

(3)列出降低危险性的措施和需要深入研究部位的清单;

(4)将所有危险源按危险大小排序;

(5)为定量的危险性评价提供数据。

2)资料的影响关于资料收集的多少、详细程度、内容的新旧等,都会对选择系统安全分析方法有着至关重要的影响。一般来说,资料的获取与被分析的系统所处的阶段有直接关系。例如,在方案设计阶段,采用危险性和可操作性研究或故障类型和影响分析的方法就难以获取详细的资料。随着系统的发展,可获得的资料越来越多、越详细。为了能够正确分析,应该收集最新的、高质量的资料。

3)系统的特点针对被分析系统的复杂程度和规模、工艺类型、工艺过程中的操作类型等影响来选择系统安全分析方法。对于复杂和规模大的系统,由于需要的工作量和时间较多,应先用较简捷的方法进行筛选,然后根据分析的详细程度选择相应的分析方法。对于某些工艺过程或系统,应选择恰当的系统安全分析方法。

例如,对于分析化工工艺过程可采用危险性和可操作性研究;对于分析机械、电气系统可采用故障类型和影响分析。因此,应该根据分析对象的类型,选择相应的分析方法。对于不同类型的操作过程,若事故的发生是由单一故障(或失误)引起的,则可以选择危险性与可操作性研究。若事故的发生是由许多危险因素共同引起的,则可以选择事件树分析、事故树分析等方法。

4)系统的危险性当系统的危险性较高时,通常采用系统、严格、预测性的方法。如危险性与可操作性研究、故障类型和影响分析、事件树分析、事故树分析等方法。当危险性较低时,一般采用经验的、不太详细的分析方法,如安全检查表法等。对危险性的认识与系统无事故运行时间和严重事故发生次数,以及系统变化情况等有关。此外,还与分析者所掌握的知识和经验、完成期限、经费状况以及分析者和管理者的喜好等有关。根据邵辉编著的系统安全工程改编

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