化工安全之系统安全与评价

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》1第一节安全系统工程简述

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。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。2

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。32．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。43．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；5(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。6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。7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。82.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。9(2)死亡概率：10死亡概概率在在10－3数量级级的产产业或或部门门，与与人的的自然然死亡亡概率率相当当，操操作危危险性性极高高，必必须立立即采采取措措施予予以改改进；；死亡概概率在在10－4数量级级的产产业或或部门门，其其操作作为中中等程程度危危险，，应采采取改改进措措施；；死亡概概率在在10－5数量级级的产产业或或部门门和游游泳或或煤气气中毒毒属同同一数数量级级，人人们对对此比比较关关心，，也愿愿采取取措施施加以以预防防；11死亡概概率在在10－6数量级级的产产业或或部门门，相相当地地震或或天灾灾的死死亡概概率，，人们们并不不担心心这类类事故故的发发生；；死亡概概率在在10－7～10－8数量级级的产产业或或部门门，相相当于于陨石石坠落落伤人人，没没有人人愿为为此投投资加加以预预防。。12二、危危险性性分析析的基基本要要素导致灾灾难性性事故故的原原因来来自于于人、、物、、环三三个方方面。。为了了预防防灾难难性的的事故故的发发生，，就应应当从从消除除事故故主要要原因因着手手，进进行危危险性性分析析和预预测。。1．物物的原原因设备、、装置置结构构不良良，强强度较较低，，磨损损和恶恶化；；存在有有毒有有害物物质及及火灾灾爆炸炸危险险性物物质；；安全装装置及及防护护器具具的缺缺陷等等因素素；132．人的的原因因误判断断、误误操作作；违章指指挥、、违章章作业业；精神不不集中中、疲疲劳及及身体体缺陷陷等。。所谓误误操作作是指指在生生产活活动中中，作作业人人员在在操作作或处处理异异常情情况时时，对对情况况的识识别、、判断断和行行动上上严重重失误误。在在危险险性大大的生生产作作业中中，保保持作作业人人员处处于良良好的的精神神状态态，是是避免免事故故的重重要环环节。。143．环境境条件件主要是是作业业环境境中的的照明明、色色彩、、温度度、湿湿度、、通风风、噪噪声、、振动动以及及由于于邻近近的火火灾爆爆炸和和有毒毒有害害物质质的泄泄漏弥弥散等等所形形成的的次生生灾害害。15三、危危险性性分析析的步步骤和和方法法1．分析析步骤骤(1)危险性性辨识识。通通过以以往的的事故故经验验，或或对系系统进进行解解剖，，或采采用逻逻辑推推理的的方法法，把把评价价系统统的危危险性性辨识识出来来；(2)找出危危险性性导致致事故故的概概率及及事故故后果果的严严重程程度；；(3)一般以以以往往的经经验或或数据据为依依据，，确定定可接接受的的危险险率指指标；；16(4)将计算算出的的危险险率与与可接接受的的危险险率指指标比比较，，确定定系统统的危危险性性水平平；(5)对危险险性高高的系系统，，找出出其主主要危危险性性并进进一步步分析析，寻寻求降降低危危险性性的途途径，，将危危险率率控制制在可可接受受的指指标之之内。。172．分分析方方法(1)检查查表；；(2)危险险预先先分析析；(3)可操操作性性研究究；(4)故障障类型型、影影响及及致命命度分分析；；(5)道化化学公公司化化工装装置评评价法法；(6)事故故树分分析；；(7)事件树树分析析；18第三节节故故障类类型、、影响响及致致命度度分析析故障类类型、、影响响及致致命度度分析析是一一种归归纳分分析方方法，，用于于系统统安全全性和和可靠靠性的的分析析。尤尤其是是在设设计阶阶段充充分考考虑并并提出出所有有可能能发生生的故故障，，分析析故障障的类类型和和严重重程度度，判判明其其对系系统的的影响响和发发生的的概率率等。。这种种方法法通常常分为为两部部分，，即故故障类类型及及影响响分析析和致致命度度分析析。。19一、故故障类类型及及影响响分析析故障类类型及及影响响分析析是采采用系系统分分割的的方法法，根根据需需要把把系统统分割割成子子系统统或进进一步步分割割成元元件。。首先先逐个个分析析元件件可能能发生生的故故障和和故障障类型型，进进而分分析故故障对对子系系统乃乃至整整个系系统的的影响响，最最后采采取措措施加加以解解决。201．故障类类型故障是指指元件、、子系统统、系统统在运行行时不能能完成设设计规定定的功能能。并不不是所有有故障对对系统都都有影响响，只是是其中有有些故障障会影响响系统任任务的完完成或造造成事故故损失。。元件发发生故障障时，其其表现形形式不尽尽相同，，因而呈呈现不同同的故障障类型。。不同故障障类型所所引起的的子系统统或系统统障碍有有很大不不同，因因而在研研究处理理措施时时应按轻轻重缓急急区别对对待。21(1)简简单划分分法几种故障障类型分分级方法法等级影响程度可能造成的损失和危害一级致命性死亡或系统损坏二级严重性严重伤害、严重职业病或系统损坏三级临界性轻伤、轻重职业病或次要系统损坏四级可忽略性无伤害、职业病和系统受损22(2)评评点法评点法从从几个方方面来考考虑故障障对系统统的影影响程度度，用一一定的点点数表示示程度的的大小，，通过计计算求出出故障等等级。利用下式式求评点点数，即即式中:CS——总评评点数，，0＜CS＜10；Ci——因素素系数，，0＜Ci＜10。23评点因素素一般考考虑以下下五个方方面：故障影响响大小；；对系统影影响的程程度故障发生生的频率率；防止故障障的难易易；是否新设设计的工工艺。24(3)风风险率矩矩阵评价价法将故障发发生可能能性和故故障发生生后引起起的后果果综合考考虑后会会得出比比较准确确的衡量量标准，，称为为风险率率(也称称危险度度)，它它是在考考虑故障障发生概概率和严严重度两两方面基基础上的的综合评评价。a.严重重度指故障类类型对系系统功能能的影响响程度，，它分为为四个等等级：低的、、主要的的、关键键的、灾灾难性的的。b.故障障概率指在特定定的时间间，故障障类型所所出现的的次数。。单个故故障类型型的概率率可以使使用定性性和定量量的方法法确定。。252.可靠性框框图(略)对于复杂杂的系统统，为了了说明子子系统之之间功能能的传输输情况，，可以用用可靠性性框图表表示系统统的状况况。从可靠件件框图中中可以明明确地看看出系统统、子系系统和元元件之间间的层次次关系，，系统以以及子系系统间间的功能能输入和和输出、、连接方方式。26可靠性框框图和流流程图或或设备布布置图不不同，它它只是表表示系统统与子子系统间间功能流流动情况况，而且且可以根根据实际际需要，，对风险险度大的的子系统统进行深深入分析析，问题题不大的的则可放放置一边边，可靠靠性框图图的各层层次要进进行编码码，以便便和制表表的项目目编码相相对应。。273.制表制表是FMEA方法的的特点之之一。为为了表格格便于编编码、分分类、查查阅、保保存，各各部门应应根据各各自的的不同情情况拟出出表格，，但其基基本内容容相似。。284.分析析步骤1）明确确系统本本身的情情况和目目的2）确定定分析程程度和水水平3）绘制系系统图和和可靠性性框图4）列出出所有故故障类型型并选出出对系统统有影响响的故障障类型5）列出出造成故故障的原原因29二、致命命度分析析对于特别别危险的的故障类类型可采采用致命命度分析析方法(CA)，进一一步分析析。致命度分分析一般般是与故故障类型型影响分分析合用用。30第四节火灾爆炸炸危险分分析及其其应用(介绍)一、案例美国道化化学公司司火灾、、爆炸危危险性指指数评价价法是以以工艺过过程中物物料的火火灾、爆爆炸潜在在危险险性为基基础，结结合工艺艺条件、、物料量量等因素素求取火火灾、爆爆炸指数数，进而而可求出出经济损损失的大大小。以以经济损损失评价价生产装装置的安安全性。。评价中中定量的的依据是是以往事事故的统统计资料料、物质质的潜在在能量和和现行安安全措施施的状况况。该方法主主要用于于评价储储存、处处理、生生产易燃燃、可燃燃、活性性物质的的操作过过程，还还可用于于潜在危危险物质质库存量量较小的的工艺过过程的风风险评价价。31二、评价程序序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确定工艺单元危险系数F3=F1×F2危害系数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评价的基基本程序序图32三、资料料准备在评价之之前首先先要准备备如下资资料：1)装置置或工厂厂的设计计方案；；2)火灾灾、爆炸炸指数危危险度分分级表；；3)火灾灾、爆炸炸指数（（F&EI）计计算表；33（F&EI）计计算表确定MF的物质：

MF=1、一般工艺危险危险系数范围采用危险系数基本系数1.001.00A、放热化学反应0.30~1.25B、吸热反应0.20~0.40C、物料处理与输送0.25~1.05D、密闭式或室内工艺单元0.25~0.90E、通道0.20~0.35F、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1.001.00A、毒性物质0.20~0.80B、负压

(<500mmHg)0.50C、接近易燃范围的操作：惰性化、未惰性化

(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0.80D、粉尘爆炸0.25~2.00E、压力：操作压力/kpa,(绝对)释放压力/kpa，(绝对)

F、低温0.20~0.30G、易燃及不稳定物质量

(1)工艺中的液体及气体

(2)储存中的液体及气体

(3)储存中的可燃固体及工艺中的粉尘

H、腐蚀与磨损0.10~0.75I、泄漏——接头和填料0.10~1.50J、使用明火设备

K、热油、热交换设备0.15~1.15L、转动设备0.50特殊工艺危险系数(F2)

工艺单元危险系数

F3

火灾爆炸指数

F§EI

344)安全措施施补偿系系数表5)工艺单元元风险分分析汇总总表；6)工厂风险险分析汇汇总表；；7)有关装置置的更换换费用数数据。35安全措施施补偿系系数表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0.96~0.98

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C=C1*C2*C3

36四、评价价步骤1.选择择评价单单元单元是装装置的一一个独立立部分，，与其他他部分保保持一定定的距离离，或用用防火墙墙隔开。。37选择评价价单元时时可以从从以下几几个方面面考虑：：(1)潜潜在化学学能(物物质系数数)；(2)工工艺单元元中危险险物质的的数量；；(3)资资金密度度(每平平方米美美元数)；(4)操操作压力力和操作作温度；；(5)导导致火灾灾、爆炸炸事故的的历史资资料；(6)对对装置操操作起关关键作用用的单元元；一般情况况下，这这些方面面的数值值越大，，该工艺艺单元越越需要评评价382.确定定物质系系数MF在火灾、、爆炸指指数的计计算和其其他危险险性评价价时，物物质系数数(MF)是最最基础的的数值，，它是表表述物质质由燃烧烧或其他他化学反反应引起起的火灾灾、爆炸炸中释放放能量大大小的内内在特性性。物质系数数根据由由美国消消防协会会规定的的物质可可燃性NF和化学活活性(或或不稳定定性)NR，查表求求取。393.确确定一般工艺艺危险系系数F1一股工艺艺危险性性是确定定事故损损害大小小的主要要因素，，共包括括六项内内容，即即放热反反应、吸吸热反应应、物料料处理和和输送、、封闭单单元或室室内单元元、通道道、排放放和泄漏漏。一个评评价单单元不不一定定每项项都包包括，，要根根据具具体情情况选选取恰恰当的的系数数，填填入前前面火灾、、爆炸炸指数数（F&EI））计算算表中，并并将这这些危危险系系数相相加，，得到到单元元一般般工艺艺危险险系数数F1。404.确确定特特殊工工艺危危险系系数F2特殊工工艺危危险性性是影影响事事故发发生概概率的的主要要因素素。一个评评价单单元不不一定定每项项都包包括，，要根根据具具体情情况选选取恰恰当的的系数数，填填入前前面火灾、、爆炸炸指数数（F&EI））计算算表中，并并将这这些危危险系系数相相加，，得到到单元元特殊殊工艺艺危险险系数数F2。415.确确定工工艺单单元危危险系系数F3F3=F1×F26.确确定火火灾、、爆炸炸指数数F&EI、危危险等等级F&EI=MF×F3危险等等级按按下表表确定定。F&EI值与危危险等等级表表F&EI值危险等级1～60最轻61~96较轻97~127中等128~158较大>159非常大427.安安全设设施补补偿系系数C安全措措施分分成三三类：：工艺艺控制制(C1)、物物质隔隔离(C2)、、防火火措施施(C3)。计算程程序：：直接把把合适适的系系数填填入该该安全全措施施的右右边没有采采取的的安全全措施施，系系数记记为1每一类类安全全设施施的补补偿系系数是是该类类别中中所有有选取取系数数的乘乘积总补偿偿系数数C=C1×C2××C3438.实实际危危险等等级F&EI＝＝C××F&EI查危险险等级级表，，确定定实际际危险险等级级449.影响区区域的的确定定查取影影响半半径-火灾爆爆炸指指数曲曲线，，确定定影响响区域域。10.各种种损失失的计计算(1)基本本最大大可能能财产产损失失(BaseMPPD)基本MPPD＝＝0.82××单元元损害害系数数×影影响区区域财财产值值×价价格上上涨因因素单元损损害系系数查查图45(2)实际际最大大可能能财产产损失失(实实际MPPD)实际MPPD＝＝基本本MPPD×安安全设设施补补偿系系数C(3)最大大可能能工作作日损损失(MPDO)和和停产产损失失BI最大可可能工工作日日损失