第九章 系统安全分析与评价

1. 第九章 系统安全分析与评价 第一节 安全系统工程简述 第二节 系统危险性分析 第三节 故障类型、影响及致命度分析 第四节 火灾爆炸危险分析及其应用 -------《化工安全技术》

2. 第一节安全系统工程简述 安全系统工程是以预测和防止事故为中心，以检查、测定和评价为重点，按系统分析、安全评价和系统综合三个基本程序展开。 1．系统分析 • 系统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。

3. 系统分析的程序，方法和内容如下： • (1)把所研究的生产过程和作业形式作为一个整体，确定安全设想和预定的目标； • (2)把工艺过程和作业形式分成几个部分和环节，绘制流程图； • (3)应用数学模型和图表形式以及有关符号，将系统的结构和功能抽象化，并将因果关系、层次及逻辑结构用方框或流线图表示出来，也就是将系统变换为图像模型； • (4)分析系统的现状及其组成部分，测定与诊断可能发生的故障、危险及其灾难性后果，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。

4. 2．安全评价 • 安全评价包括对物质、机械装置、工艺过程及人机系统的安全性评价，内容主要有： • (1)确定适用的评价方法、评价指标和安全标淮； • (2)依据既定的评价程序和方法，对系统进行客观的、定性或定量的评价，结合效益、费用、可靠性、危险度等指标及经验数据，求出系统的最优方案和最佳工作条件； • (3)在技术上不可能或难以达到预期效果时，应对计划和设计方案进行可行性研究，反复评价，以达到符合最优化和安全标准为目的。

5. 3．系统综合 系统综合是在系统分析与安全评价的基础上，采取综合的控制和消除危险的措施，内容包括： • (1)对已建立的系统形式、潜在的危险程度及可能的事故损失进行验证，提出检查与测定方式，制定安全技术规程和规定，确定对危险性物料、装置及废弃物的处理措施；

6. (2)根据安全分析评价的结果．研究并改进控制系统，从而控制危险，以保证系统安全；(2)根据安全分析评价的结果．研究并改进控制系统，从而控制危险，以保证系统安全； • (3)采取管理、教育和技术等综合措施，对工艺流程、设备、安全装置及设施、预防及处理事故方案、安全组织与管理、教育培训等方面进行统筹安排和检查测定，以有效地控制和消除危险，避免各类事故。

7. 第二节 系统危险性分析 一、危险性及其表示方法 • 1.危险性 指对于人身和财产造成危害和损失的事故发生的可能性。险性本身含有许多不确定的因素。

8. 原因： • 生产过程中的许多因素是随机的； • 危险的程度也是难以确定的； • 同装置运行可靠性有关的故障数据资料还不完备，对于系统危险性的判定还不能提供充分的数据依据； • 对于危险性，应探求用定量的方法加以表述，即确定危险性的尺度。

9. 2.表示方法 • 　(1)危险率 事故频率与损失严重度的乘积称为危险率或风险率，可表示为： • 事故频率：根据经验和统计，得出的一定的时间内危险性可能导致事故的次数； • 损失严重度：一定事故所造成的人员伤亡和财产损失的数值。

10. (2)死亡概率：

11. 死亡概率在10－3数量级的产业或部门，与人的自然死亡概率相当，操作危险性极高，必须立即采取措施予以改进；死亡概率在10－3数量级的产业或部门，与人的自然死亡概率相当，操作危险性极高，必须立即采取措施予以改进； • 死亡概率在10－4数量级的产业或部门，其操作为中等程度危险，应采取改进措施； • 死亡概率在10－5数量级的产业或部门和游泳或煤气中毒属同一数量级，人们对此比较关心，也愿采取措施加以预防；

12. 死亡概率在10－6数量级的产业或部门，相当地震或天灾的死亡概率，人们并不担心这类事故的发生；死亡概率在10－6数量级的产业或部门，相当地震或天灾的死亡概率，人们并不担心这类事故的发生； • 死亡概率在10－7～10－8数量级的产业或部门，相当于陨石坠落伤人，没有人愿为此投资加以预防。

13. 二、危险性分析的基本要素 • 导致灾难性事故的原因来自于人、物、环三个方面。为了预防灾难性的事故的发生，就应当从消除事故主要原因着手，进行危险性分析和预测。 1．物的原因 • 设备、装置结构不良，强度较低，磨损和恶化； • 存在有毒有害物质及火灾爆炸危险性物质； • 安全装置及防护器具的缺陷等因素；

14. 2．人的原因 • 误判断、误操作； • 违章指挥、违章作业； • 精神不集中、疲劳及身体缺陷等。 • 所谓误操作是指在生产活动中，作业人员在操作或处理异常情况时，对情况的识别、判断和行动上严重失误。在危险性大的生产作业中，保持作业人员处于良好的精神状态，是避免事故的重要环节。

15. 3．环境条件 • 主要是作业环境中的照明、色彩、温度、湿度、通风、噪声、振动以及由于邻近的火灾爆炸和有毒有害物质的泄漏弥散等所形成的次生灾害。

16. 三、危险性分析的步骤和方法 1．分析步骤 • (1)危险性辨识。通过以往的事故经验，或对系统进行解剖，或采用逻辑推理的方法，把评价系统的危险性辨识出来； • (2)找出危险性导致事故的概率及事故后果的严重程度； • (3)一般以以往的经验或数据为依据，确定可接受的危险率指标；

17. (4)将计算出的危险率与可接受的危险率指标比较，确定系统的危险性水平；(4)将计算出的危险率与可接受的危险率指标比较，确定系统的危险性水平； • (5)对危险性高的系统，找出其主要危险性并进一步分析，寻求降低危险性的途径，将危险率控制在可接受的指标之内。

18. 2．分析方法 • (1)检查表； • (2)危险预先分析； • (3)可操作性研究； • (4)故障类型、影响及致命度分析； • (5)道化学公司化工装置评价法； • (6)事故树分析； • (7)事件树分析；

19. 第三节 故障类型、影响及致命度分析 • 故障类型、影响及致命度分析是一种归纳分析方法，用于系统安全性和可靠性的分析。尤其是在设计阶段充分考虑并提出所有可能发生的故障，分析故障的类型和严重程度，判明其对系统的影响和发生的概率等。这种方法通常分为两部分，即故障类型及影响分析和致命度分析。 。

20. 一、故障类型及影响分析 • 故障类型及影响分析是采用系统分割的方法，根据需要把系统分割成子系统或进一步分割成元件。首先逐个分析元件可能发生的故障和故障类型，进而分析故障对子系统乃至整个系统的影响，最后采取措施加以解决

21. 1．故障类型 • 故障是指元件、子系统、系统在运行时不能完成设计规定的功能。并不是所有故障对系统都有影响，只是其中有些故障会影响系统任务的完成或造成事故损失。元件发生故障时，其表现形式不尽相同，因而呈现不同的故障类型。 • 不同故障类型所引起的子系统或系统障碍有很大不同，因而在研究处理措施时应按轻重缓急区别对待。

22. 几种故障类型分级方法 • (1)简单划分法

23. (2)评点法 • 评点法从几个方面来考虑故障对系统 的影响程度，用一定的点数表示程度的大小，通过计算求出故障等级。 • 利用下式求评点数，即 式中:CS——总评点数，0＜CS＜10； Ci——因素系数，0＜Ci＜10。

24. 评点因素一般考虑以下五个方面： • 故障影响大小； • 对系统影响的程度 • 故障发生的频率； • 防止故障的难易； • 是否新设计的工艺。

25. (3)风险率矩阵评价法 • 将故障发生可能性和故障发生后引起的后果综合考虑后会得出比较准确的衡量标准， 称为风险率(也称危险度)，它是在考虑故障发生概率和严重度两方面基础上的综合评价。 • a.严重度 指故障类型对系统功能的影响程度，它分为四个等级：低的、主要的、关键的、灾难性的。 • b.故障概率 指在特定的时间，故障类型所出现的次数。单个故障类型的概率可以使用定性和定量的方法确定。

26. 2.可靠性框图(略) • 对于复杂的系统，为了说明子系统之间功能的传输情况，可以用可靠性框图表示系统的状况。 • 从可靠件框图中可以明确地看出系统、子系统和元件之间的层次关系，系统以及子系统 间的功能输入和输出、连接方式。

27. 可靠性框图和流程图或设备布置图不同，它只是表示系统 与子系统间功能流动情况，而且可以根据实际需要，对风险度大的子系统进行深入分析，问题不大的则可放置一边，可靠性框图的各层次要进行编码，以便和制表的项目编码相对应。

28. 3.制表 制表是FMEA方法的特点之一。为了表格便于编码、分类、查阅、保存，各部门应根据各自 的不同情况拟出表格，但其基本内容相似。

29. 4.分析步骤 • 1）明确系统本身的情况和目的 2）确定分析程度和水平 3）绘制系统图和可靠性框图 4）列出所有故障类型并选出对系统有影响的故障类型 5）列出造成故障的原因

30. 二、致命度分析 • 对于特别危险的故障类型可采用致命度分析方法(CA)，进一步分析。 • 致命度分析一般是与故障类型影响分析合用。

31. 第四节 火灾爆炸危险分析及其应用 (介绍) 一、案例 • 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料的火灾、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。 • 该方法主要用于评价储存、处理、生产易燃、可燃、活性物质的操作过程，还可用于潜在危险物质库存量较小的工艺过程的风险评价。

32. 选取评价单元 确定物质系数MF 计算一般工艺危险系数F1 计算特殊工艺危险系数F2 危害系数 确定工艺单元危险系数F3=F1×F2 计算安全措施补偿系数C=C1×C2×C3 确定火灾、爆炸指数F&EI=F3×MF 确定经安全补偿后火灾爆炸指数F&EI# = F&EI×C 安全补偿后危险分级 危险分级 二、评价程序 评价的基本程序图

33. 三、资料准备 在评价之前首先要准备如下资料： • 1)装置或工厂的设计方案； • 2)火灾、爆炸指数危险度分级表； • 3)火灾、爆炸指数（F&EI）计算表；

34. B、负压(<500mmHg) MF= 1、一般工艺危险 危险系数范围 采用危险系数 基本系数 1.00 1.00 A、放热化学反应 0.30~1.25 B、吸热反应 0.20~0.40 工艺单元危险系数F3 C、物料处理与输送 D、密闭式或室内工艺单元 0.25~0.90 E、通道 0.20~0.35 F、排放和泄漏控制 0.20~0.50 一般工艺系数(F1) 2、特殊工艺危险 基本系数 1.00 1.00 A、毒性物质 确定MF的物质： 0.20~0.80 火灾爆炸指数F§EI 0.50 (1)罐装易燃液体 0.50 (2)过程失常或吹扫故障 0.30 (3)一直在燃烧范围内 0.80 D、粉尘爆炸 0.25~2.00 E、压力：操作压力/kpa,(绝对)释放压力/kpa，(绝对) F、低温 0.20~0.30 G、易燃及不稳定物质量 0.25~1.05 (1)工艺中的液体及气体 (3)储存中的可燃固体及工艺中的粉尘 H、腐蚀与磨损 0.10~0.75 I、泄漏——接头和填料 0.10~1.50 J、使用明火设备 K、热油、热交换设备 0.15~1.15 L、转动设备 0.50 特殊工艺危险系数(F2) C、接近易燃范围的操作：惰性化、未惰性化 (2)储存中的液体及气体 （F&EI）计算表

35. 4)安全措施补偿系数表 • 5)工艺单元风险分析汇总表； • 6)工厂风险分析汇总表； • 7)有关装置的更换费用数据。

36. 0.96~0.98 项目 补偿系数范围 采用补偿系数 1、工艺控制 —— a、应急电源 0.98 b、急冷装置 0.97~0.99 c、抑爆装置 0.84~0.98 d、紧急切断装置 0.96~0.99 e、计算机控制 0.93~0.99 f、惰性气体保护 0.94~0.96 g、操作规程/程序 0.91~0.99 h、化学活泼性物质检查 0.91~0.98 I、其他工艺危险分析 0.91~0.98 工艺控制安全补偿系数C1 2、物质隔离 —— a、遥控阀 安全措施补偿系数C=C1*C2*C3 b、卸料/排空装置 0.96~0.98 c、排放系统 0.91~0.97 d、连锁装置 0.98 物质隔离安全补偿系数C2 3、防火设施 a、泄漏检验装置 0.94~0.98 b、钢结构 0.95~0.98 c、消防水供应系统 0.94~0.97 d、特殊灭火系统 0.91 e、喷洒系统 0.74~0.97 f、水幕 0.97~0.98 g、泡沫灭火装置 0.92~0.97 h、手提式灭火器和喷水枪 0.93~0.98 I、电缆防护 0.94~0.98 防火设施安全补偿C3 安全措施补偿系数表

37. 四、评价步骤 1.选择评价单元 • 单元是装置的一个独立部分，与其他部分保持一定的距离，或用防火墙隔开。

38. 选择评价单元时可以从以下几个方面考虑： • (1)潜在化学能(物质系数)； • (2)工艺单元中危险物质的数量； • (3)资金密度(每平方米美元数)； • (4)操作压力和操作温度； • (5)导致火灾、爆炸事故的历史资料； • (6)对装置操作起关键作用的单元； • 一般情况下，这些方面的数值越大，该工艺单元越需要评价

39. 2.确定物质系数MF • 在火灾、爆炸指数的计算和其他危险性评价时，物质系数(MF)是最基础的数值，它是表述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。 • 物质系数根据由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，查表求取。

40. 3. 确定一般工艺危险系数F1 • 一股工艺危险性是确定事故损害大小的主要因素，共包括六项内容，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。 • 一个评价单元不一定每项都包括，要根据具体情况选取恰当的系数，填入前面火灾、爆炸指数（F&EI）计算表中，并将这些危险系数相加，得到单元一般工艺危险系数F1。

41. 4.确定特殊工艺危险系数F2 • 特殊工艺危险性是影响事故发生概率的主要因素。 • 一个评价单元不一定每项都包括，要根据具体情况选取恰当的系数，填入前面火灾、爆炸指数（F&EI）计算表中，并将这些危险系数相加，得到单元特殊工艺危险系数F2。

42. F&EI值与危险等级表 5.确定工艺单元危险系数F3 F3=F1×F2 6.确定火灾、爆炸指数F&EI、危险等级 F&EI=MF×F3 危险等级按下表确定。

43. 7.安全设施补偿系数C • 安全措施分成三类：工艺控制(C1)、物质隔离(C2)、防火措施(C3)。 • 计算程序： • 直接把合适的系数填入该安全措施的右边 • 没有采取的安全措施，系数记为1 • 每一类安全设施的补偿系数是该类别中所有选取系数的乘积 • 总补偿系数C=C1×C2×C3

44. 8.实际危险等级 • F&EI＝C×F&EI • 查危险等级表，确定实际危险等级

45. 9.影响区域的确定 • 查取影响半径-火灾爆炸指数曲线，确定影响区域。 • 10.各种损失的计算 • (1)基本最大可能财产损失(Base MPPD) • 基本MPPD＝0.82×单元损害系数×影响区域财产值×价格上涨因素　 • 单元损害系数查图

46. (2)实际最大可能财产损失(实际MPPD) 实际MPPD＝基本MPPD×安全设施补偿系数C　 • (3)最大可能工作日损失(MPDO)和停产损失BI 最大可能工作日损失MPDO可应用实际MPPD由相关的图查出。 BI＝VPM×(MPDO／30)×0.70 式中 VPM为月产值；