安全系统工程4第四章

第四章系统安全评价4.1安全评价概述4.2概率评价法4.3指数评价法4.4单元危险性快速排序法4.5生产设备安全评价方法4.6安全管理评价4.7系统安全综合评价法4.8安全评价方法应用实例4.1安全评价概述4.1.1风险的定义对于风险要同时考虑如下两个方面：⑴受害程度或损失大小。⑵造成某种损失或损害的难易程度。考虑到上述两个方面的问题，可用下面象征性的两个式子来表示风险：风险=不可靠性×损害风险=危险源/安全防护风险的大小，可用以下的风险率来表示：风险率=式中——某一事项发生的概率；——该事项发生的效用（一般为负，仅考虑事故发生后造成的损害程度，即严重度）。4.1.2安全评价的定义安全评价是以实现安全为目的，应用安全系统工程原理和方法，辨识与分析工程、系统、生产经营活动中的危险、有害因素，预测发生事故造成职业危害的可能性及其严重程度，提供科学、合理、可行的安全对策措施及建议，作出评价结论。安全评价可针对一个特定对象，也可针对一特定区域范围安全评价可在同一工程、系统中用来比较风险大小，但不能用来证明当必要的安全设备未投入使用时，工程、系统的状态是安全的。4.1.3安全标准经定量化的风险率或危险度是否达到要求的安全程度，需要有一个界限、目标或标准进行比较，这个标准称为安全标准。PUPU(4-1)安全标准的确定主要取决于一个国家、行业或部门的政治、经济、技术和安全科学发展的水平。确定安全标准的方法有统计法和风险与收益比较法。4.1.4安全评价原理⑴相关性原理⑵类推原理⑶惯性原理(4)量变到质变原理安全评价危险性识别危险度评价危险源的辨识（检查）1.新的危险2.危险的变化危险的定量化（确认）1.发生的概率2.损害的程度危险排除（措施）1.使危险变小2.消除危险允许界限（评价标准）社会对危险性的允许界限再评价图4-1安全评价程序4.1.5安全评价程序安全评价程序可用图4-1表示。从这个图可以看出，安全评价包括危险性识别和危险度评价两部分。4.1.6安全评价方法分类1.根据评价对象的不同阶段分类⑴安全预评价⑵安全验收评价⑶安全现状评价2.根据评价方法的特征分类⑴定性评价⑵定量评价3.根据内容分类⑴工厂设计的安全性评审。⑵安全管理的有效性评价。⑶人的行为安全性评价。⑷生产设备的安全可靠性评价。⑸作业环境和环境质量评价。⑹化学物质的物理、化学危险性评价。4.2概率评价法概率评价法是一种定量评价法。此法是先求出系统发生事故的概率，在此基础上进一步计算风险率，以风险率大小确定系统的安全程度。系统危险性的大小取决于两个方面，一是事故发生的概率，二是造成后果的严重度。风险率是综合了两个方面的因素，它的数值等于事故的概率与严重度的乘积。计算出风险率就可以与安全指标比较，从而得知风险是否降到人们可以接受的程度。生产装置或生产工艺过程发生事故是由组成它的若干元件相互作用的结果，总的故障概率取决于这些元件的故障概率和它们之间相互作用的性质。故要计算装置或工艺过程的事故概率，必须首先了解各个元件的故障概率。4.2.1元件的故障概率及其求法根据可靠性工程理论，元件分为可修复系统元件和不可修复系统元件。可修复系统元件的故障概率为,为故障率，为平均修复时间；不可修复系统元件的故障概率为，为元件运行时间。元件在两次相邻故障间隔期内正常工作的平均时间，叫平均故障间隔期，用表示。qtqtntnii1(4-2)元件在单位时间（或周期）内发生故障的平均值称为平均故障率，用表示，单位为故障次数/时间。平均故障率是平均故障间隔期的倒数。即：故障率是通过实验测定出来的，实际应用时受到环境因素的不良影响，如温度、湿度、振动、腐蚀等，故应给与修正，即考虑一定的修正系数（严重系数k）。部分环境下严重系数k见下表。/1使用场合k使用场合k实验室1火箭试验台60普通室1.1~10飞机80~150船舶10~18火箭400~1000(4-3)表4-1严重系数值举例元件在规定时间内和规定条件下完成规定功能的概率称为可靠度，用表示。元件在时间间隔(0,t)内的可靠度符合下列关系：式中t——元件运行时间。元件在规定时间内和规定条件下没有完成规定功能的概率是故障概率，用表示。式（4-4）和式（4-5）只适用于故障率稳定的情况。许多元件的故障率随时间而变化，显示出如图4-2所示的浴盆曲线。)(tRtteR)()(tP（4-4）ttteRP11)()(（4-5）由图可见元件故障率随时间变化有3个时期，即幼年故障期（早期故障期）、近似稳定故障期（偶然故障期）和老年故障期（损耗故障期）。元件在幼年期和老年期故障率都很高。这是因为元件在新的时候可能内部有缺陷或调试过程被破坏，因而开始故障率高，但很快就下降了。当使用时间长了，由于老化、磨损，功能下降，故障率会迅速提高。在幼年和老年两个周期之间（偶然故障期）的故障率低且稳定。故障率λ幼年故障率近似稳定故障期老年故障率图4-2故障率曲线图4.2.2元件的连接及系统故障（事故）概率的计算元件的相互连接有串联和并联两种情况⑴串联连接的元件用逻辑或门表示，指任何一个元件故障都会引起系统发生故障或事故。串联元件组成的系统，其可靠度计算公式如下：式中——每个元件的可靠度；——元件的数量。niiRR1iRn（4-6）系统的故障率由下式计算：式中，表示每个元件的故障概率。若只有A与B两个元件组成的系统，上式展开为：如元件的故障率很小，则项可以忽略。此时式（4-8）可以简化为：式（4-7）则可简化为：PniiPP1)1(1iP（4-7）)()()()()(BPAPBPAPBAP(4-8))()(BPAP)()()(BPAPBAP（4-9）niiPP1（4-10）⑵并联连接的元件用逻辑与门表示，指并联的几个元件同时发生故障，系统就会发生故障。并联元件组成的系统故障概率计算公式是：系统的可靠度计算公式如下：系统的可靠度计算出来后，可由式（4-4）(教材中为式4-7)求出总的故障率。PniiPP1niiRR1)1(1（4-11）（4-12）4.3指数评价法指数法是用火灾爆炸指数作为衡量一个化工企业安全评价的标准，以物质系数法为基础。这种方法是根据工厂所用原材料的一般化学性质，结合它们具有的特殊危险性，再加上进行工艺处理时的一般和特殊危险性，以及量方面的因素，换算成火灾爆炸指数或评点数，然后按指数或评点数划分危险等级，最后根据不同等级确定在建筑结构、消防设备、电气设备、电气防爆、检测仪表、控制方法等方面的安全要求。4.3.1美国道化学公司火灾爆炸指数评价法美国道化学公司火灾爆炸危险性指数评价法是以工艺过程中物质的火灾、爆炸潜在危险性为基础，结合工艺条件、物料量等因素求取火灾爆炸指数，进而可求出经济损失的大小，以经济损失评价生产装置的安全性。评价中定量的依据是以往事故的统计资料、物质的潜在能量和现行安全措施的状况。评价的目的：量化潜在的火灾爆炸和反应性事故的预测损失；确定可能引起事故发生或是事故扩大的设备或单元；向管理部门通报潜在火灾爆炸危险性；使工程技术人员了解各工艺部分可能造成的损失，并帮助确定减轻潜在事故严重性和总损失的有效而又经济途径。评价的基本程序见教材图4-6所示。在评价之前首先要准备的资料：⑴装置或工厂的设计方案。⑵火灾、爆炸指数危险度分级表。（见教材表4-8）⑶火灾、爆炸指数计算表。（见教材表4-5）⑷安全措施补偿系数表。（见教材表4-6）⑸工艺单元风险分析汇总表。⑹工厂风险分析汇总表。⑺有关装置的更换费用数据。资料准备齐全后，按教材图4-6程序进行。1.选择工艺（评价）单元一套生产装置包括许多工艺单元，但计算火灾、爆炸指数时，只评价那些从损失预防角度来看影响比较大的工艺单元，这些单元可称评价单元。选择评价单元可从以下几个方面考虑：⑴潜在化学能（物质系数）。⑵工艺单元中危险物质的数量。⑶资金密度（每平方米美元数）。⑷操作压力和操作温度。⑸导致火灾、爆炸事故的历史资料。⑹对装置操作起关键作用的单元。2.确定物质系数（MF）物质系数指物质由燃烧或其他化学反应引起的火灾、爆炸中释放能量大小的内在特性。（即工艺过程中物料的火灾、爆炸潜在危险性）物质系数根据美国消防协会规定的物质可燃性Nf和化学活性（或不稳定性）Nr，从教材表4-7中求取。3.计算一般工艺危险系数（F1）一般工艺危险性是确定事故损害大小的主要因素，总共包括6项内容。即放热反应、吸热反应、物料处理和输送、封闭单元或室内单元、通道、排放和泄漏。一般工艺危险系数=基本系数+表中所选取的系数之和4.计算特殊工艺危险系数（F2）特殊工艺危险性是影响事故发生的主要因素，共包括12项内容，即毒性物质、负压物质、在爆炸极限范围内或其附近的操作、粉尘爆炸、释放压力、低温、易燃和不稳定物质的数量、腐蚀、泄漏、明火设备、热油交换系统、转动设备。特殊工艺危险系数=基本系数+表中所选取的系数之和5.确定单元危险系数（F3）单元危险系数（F3）=一般工艺危险系数（F1）×特殊工艺危险系数（F2）。6.计算火灾、爆炸指数（F&EI）火灾、爆炸指数用来估算生产过程中事故可能造成的破坏情况。F&EI=物质系数（MF）和单元危险系数（F3）的乘积。7.确定暴露面积用火灾、爆炸指数乘以0.84，即可求出暴露半径R(英尺)，根据暴露半径计算出暴露区域面积。1英尺=0.3048m8.确定暴露区域内财产的更换价值更换价值=原来成本×0.82×价格增长系数9.危害系数的确定危害系数：由单元危险系数（F3）和物质系数（MF）按教材图4-10来确定。10.计算最大可能财产损失（基本MPPD）基本MPPD（最大可能财产损失）=暴露区域的更换价值×危害系数11.安全措施补偿系数（C）的计算道七版考虑的安全措施分成3类：工艺控制（C1）、物质隔离（C2）、防火措施（C3）。其总补偿系数是该类所有选取系数的乘积。C=C1C2C312.确定实际最大可能财产损失（实际MPPD）实际最大可能财产损失=基本最大可能财产损失×安全措施补偿系数。13.最大可能工作日损失（MPDO）14.停产损失（BI）估算BI=MPDO/30×VPM×0.7式中VPM——月产值；0.7——固定成本和利润。最后根据造成损失的大小确定其安全程度。4.3.2英国帝国化学公司蒙特法英国帝国化学公司（ICI）蒙德（Mond）工厂，在美国道化学公司安全评价法的基础上，提出了一个更加系统的安全评价法，称为ICIMond法，或英国帝国化学公司蒙德法。该方法在肯定道化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法的同时，又在其定量评价基础上对道三版作了重要的改进和扩充。扩成内容主要有以下几点：⑴加了毒性的概念和计算。⑵扩展了某些补偿系数。⑶增加了几个特殊工程类型的危险性。⑷能对较广范围内的工程及储存设备进行研究。改进和扩充后的蒙德法（Mond）评价的基本程序如教材图4-12所示。其评价步骤可以归纳如下4方面：1.确定需要评价的单元根据工厂的实际情况，选择危险性比较大的工艺生产线、车间或工段确定为需要评价的单元或子系统。2.计算道氏综合指数D式中B——物质系数,即MF；M——特殊物质危险值，即SMH;P——一般工艺危险值，即GPH;S——特殊工艺危险性，即SPH;)4001001)(1001)(1001(TLQSPMBD(4-13)Q——数量危险值；Ｌ——设备布置危险值；Ｔ——毒性危险值。各项包含的因素及取值见教材表4-9。3.计算综合危险性指数RR——综合危险性指数；Ｆ——火灾载荷系数；Ｕ——单元毒性指数；Ｅ——爆炸指数；Ａ——空气爆炸指数。)101(3FUEADR(4-14)４.采取安全措施后对综合危险性重新进行评价采