安全仪表系统的功能安全分析课件

安全仪表系统的功能安全分析

电子信息与自动化学院王鹏安全仪表系统的功能安全分析

电子信息与自动1目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望2目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与

研究背景及意义

随着现代化工业的快速发展，工业生产过程的控制规模在不断扩大，复杂程度不断增加，工艺过程不断强化，对过程控制系统的要求也越来越高。

在生产过程中，用于监视生产过程，在危险条件下采取相应措施防止危险事件发生的安全仪表系统已经得到了广泛使用。

但安全仪表系统的产业化应用，遇到了系统功能安全难以保证这个最大的阻力。1976年意大利化工厂二噁英泄漏、1984年印度Bhopal农药厂毒气泄漏、1986年切尔诺贝利核电站事故……连接发生的工业事故起因都是安全仪表系统的功能失效。3研究背景及意义随着现代化工业的快速发展，安全仪表系统（SIS）

监视控制系统状态，完成安全保护功能，注重安全性

研究背景及意义控制系统分为两类：基本过程控制系统（BPCS）

实现对过程的连续控制或顺序控制，强调可靠性4安全仪表系统（SIS）研究背景及意义控制系统分为两类：基本

研究背景及意义安全仪表系统(SIS)功能安全理论安全功能（SafetyFunction）功能安全（FunctionalSafety）5研究背景及意义安全仪表系统(SIS)功能安全理论安全功能

研究背景及意义火电厂炉膛安全监控系统（FSSS）统一SIS的范围：包括ESD、FSSS、FGS等安全完整性等级（SIL）作为功能安全的评价标准安全生命周期（SLC）为架构广泛应用到化工、冶金、铁路、机械等领域，电力行业开始引进和渗透。功能安全理论6研究背景及意义火电厂炉膛安全监控系统（FSSS）统一SIS

功能安全技术的研究内容

以功能安全标准为基础以安全生命周期为架构基于风险降低原理7功能安全技术的研究内容

以功能安全标准为基础以安全生命周期功能安全技术的发展现状功能安全技术的发展现状可靠性技术安全评价技术功能安全技术可靠性数学可靠性物理可靠性工程危险识别风险评价风险控制功能安全标准功能安全理论功能安全产品的评估和认证8功能安全技术的发展现状功能安全技术的发展现状可靠性安全评价技危险辨识及风险分析确定目标安全完整性等级(SIL)FSSS的SIL验证及改进措施FSSS的功能安全分析火电厂锅炉的危险辨识建立炉膛爆炸后果的数学模型炉膛爆炸事故保护层分析采用风险矩阵及风险图法，确定FSSS的目标SIL主燃料跳闸（MFT）硬跳闸回路安全性与可靠性分析风量<30%触发MFT，对比实际SIL与目标SIL，提出整改措施。9危险辨识及确定目标安全FSSS的SIL验证FSSS的功能安全目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望10目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与可靠性与安全性指标可靠性指标可靠度R(t)、可用率A(t)、失效率λ(t)、平均故障前时间MTTF、平均故障修复时间MTTR、维修率μ(t)及平均故障间隔时间MTBF安全性指标要求时失效概率PFD、安全失效概率PFS、平均无危险故障时间MTTF及诊断覆盖率C基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估11可靠性与安全性指标可靠性指标可靠度R(t)、可用率A(t)、基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估SIS控制器的冗余结构1oo1结构1oo2结构2oo3结构2oo2结构12基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估SIS控制器的冗余结基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估失效模式安全（S）危险（D）无影响安全检测到的（SD）安全未检测到的（SU）危险检测到的（DD）危险未检测到的（DU）安全检测到的共因（SDC）安全检测到的独立（SDN）安全未检测到的共因（SUC）安全未检测到的独立（SUN）危险检测到的共因（DDC）危险检测到的独立（DDN）危险未检测到的共因（SUC）危险未检测到的独立（SUN）失效模式分类13基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估失效模式安全（S）危基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估定义出12种状态：OK、DDN、DUN、SDN、SUN、DDNSDN、DDNSUN、DUNSDN、DUNSUN、FS、FDD、FDU四种冗余结构的马尔可夫模型1oo1结构1oo2结构14基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估定义出12种状态：O基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估2oo3结构2oo2结构15基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估2oo3结构2oo2基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估安全完整性等级低要求操作模式下的PFD高要求操作模式下的PFH410-4～10-510-8～10-9310-3～10-410-7～10-8210-2～10-310-6～10-7110-1～10-210-5～10-6安全性和可用性指标安全完整性等级（SIL）是SIS安全性能最重要的衡量标准可用率(A)用来表征可维修系统的正常工作特性稳态可用率时变可用率16基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估安全完整性等级低要求基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估基于连续马尔可夫模型求取

PFD、PFS

初始状态矩阵为状态转移矩阵，经过n个时间间隔安全失效向量危险失效向量

令时间增量趋于0，得到连续时间马尔可夫模型假设条件推导过程离散时间马尔可夫模型或17基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估基于连续马尔可夫模型基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估

N取M(MooN)结构的PFS、PFD曲线PFS最终趋于稳态曲线分析PFD都呈线性增加趋势与1oo1结构相比1oo2：

PFD

PFS2oo2：

PFD

PFS2oo3：

PFD

PFSMooN结构的时变可用率2oo2<1oo1<1oo2<2oo3可用率比较：18基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估N取M(MooN)考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

单元故障事件描述单元i单独故障含单元i在内的若干单元同时故障逆事件单元i正常可靠性与安全性分析的假设系统单元故障次数服从泊松分布相同个数的单元共因失效的故障率相同每个单元服从相同的分布，承受相似的共因失效冲击…19考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

单元故障事件描述单19考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估基于上述假设，得到：在[0,t)时间内，单个单元及多个单元同时故障首次发生概率为：

,…在[0,t)时间内，首次故障不发生的概率为：,…20考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估基于上述假设，得到：考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的典型结构可靠性分析串联系统的可靠性框图并联系统的可靠性框图系统正常串联系统可靠度平均故障前时间系统正常并联系统可靠度平均故障前时间21考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的典型结考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的可靠性框图不考虑共因失效的n取k系统的可靠度

替换为考虑共因失效的n取k系统的可靠度平均故障前时间22考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的可靠性框22考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估a)串-并联系统b)并-串联系统混联系统的可靠性框图

表示第i个并联子系统中j个单元的共因失效率串-并联系统的可靠度平均故障前时间

表示第j个串联子系统中i个单元的共因失效率并-串联系统的可靠度平均故障前时间23考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估a)串-并联系统b)考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的系统安全性分析串联系统的故障树模型24考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的系统安考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估并联系统的故障树模型25考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估并联系统的故障树模型考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

n取k系统的故障树模型

26考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的故障树考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估多重冗余结构的共因失效故障率确定双重冗余结构共因失效模型三重冗余结构共因失效模型四重冗余结构共因失效模型27考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估多重冗余结构的共因失考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估手动跳闸按钮可靠性与安全性指标计算动作方式结构正逻辑跳闸方式串联

并-串联

串-并联负逻辑跳闸方式

并联

并-串联手动跳闸按钮连接方式28考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估手动跳闸按钮可靠性与考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

两种跳闸方式下的触点失效模式影响及诊断分析（Failuremodes,effects,anddiagnosticanalysis,FMEDA）名称失效模式影响λ自诊断能力DDDUSDSU正逻辑跳闸触点高插入损耗危险10001000污浊危险600600开路危险100100短路安全100001工艺及其它危险300300负逻辑跳闸触点高插入损耗安全10000010污浊安全600006开路安全100001短路危险100100工艺及其它安全

30000329考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估两种跳闸方式下考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估结论1.可靠度比较

正逻辑串联与负逻辑并联的可靠度相同，

正逻辑串-并联与负逻辑并-串联的可靠度相同结构PFDavgPFS正逻辑串联正逻辑并—串联正逻辑串—并联负逻辑并联负逻辑并—串联正逻辑：负逻辑：2.与比较正逻辑三种结构的可靠度随时间变化趋势不同结构的PFDavg与PFS指标30考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估结论1.可靠度考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

可靠度均随

因子的增大而增大，随时间的增长而呈下降趋势正逻辑串联正逻辑串-并联正逻辑并-串联3.正逻辑三种结构的可靠度随因子和时间变化趋势31考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估可靠度均随目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望32目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与火电厂单元机组生产流程33火电厂单元机组生产流程33火电厂锅炉危险辨识

锅炉压力容器失效分析火电厂锅炉常见事故分为：强度失效、刚度失效、稳定失效按力学特征，按宏观外貌特征，分为：变形失效、断裂失效、表面损伤失效、

泄漏失效、裂纹引起失效、材料老化锅炉供水及水质引起的事故（缺水、满水、汽水共腾、水击）锅炉爆管事故（水冷壁、省煤器、过热器、再热器）燃烧及风烟系统事故（炉膛爆燃、尾部烟道二次燃烧、锅炉结渣）锅炉爆炸事故（水蒸气、超压、缺陷、严重缺水）34火电厂锅炉危险辨识

锅炉压力容器火电厂锅炉分为：强度失效、刚锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉爆燃原理炉膛外爆定容等熵过程理想气体定容积存的可燃混合物容积定容平均比热容可燃混合物单位容积发热值炉膛内爆理想气体方程积存的可燃物被瞬时点燃，炉膛烟气侧压力骤增炉膛压力过低、下降幅值超过炉墙结构的承受压力35锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉爆燃原理炉膛外爆定容等熵过程理锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉炉膛爆炸后果分析干饱和蒸汽爆破能量计算常用压力下干饱和蒸汽爆破能量系数干饱和蒸汽体积P（MPa）0.30.50.81.32.53.0Cs（kJ/m3）干饱和蒸汽爆破能量系数拟合曲线一次函数二次函数三次函数干饱和蒸汽爆破能量系数36锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉炉膛爆炸后果分析干饱和蒸汽爆破锅炉炉膛爆炸事故的风险分析饱和水的爆破能量计算饱和水爆破能量系数P（MPa）0.30.50.81.32.53.0Cw（kJ/m3）饱和水爆破能量系数拟合曲线饱和水爆破能量系数饱和水体积一次函数二次函数三次函数

37锅炉炉膛爆炸事故的风险分析饱和水的爆破能量计算饱和水爆破能量锅炉炉膛爆炸事故的风险分析爆炸冲击波超压计算若则取1000kgTNT为基准爆炸能量，计算距离爆炸中心R处的超压R0(m)5678910111216

（MPa）2.942.061.671.270.950.760.500.330.235R0(m)182025303540455055

（MPa）0.170.1260.0790.0570.0430.0330.0270.02350.021R0(m)60657075

（MPa）0.0180.0160.0140.0131000kgTNT爆炸的冲击波超压38锅炉炉膛爆炸事故的风险分析爆炸冲击波超压计算若则取1000k直流锅炉的爆炸风险分析直流锅炉的水容积及压力分布部件V（m3）P（MPa）部件V（m3）P（MPa）省煤器126.129.4过热器134.626水冷壁67.728.79再热器379.44.5分离器11.827.2部件爆炸比例冲击波超压

（MPa）后果省煤器1%0.126~0.17大部分人员死亡防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌5%0.50~0.76大部分人员死亡，大型钢架结构破坏10%0.95~1.27大部分人员死亡，大型钢架结构破坏30%2.06~2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏50%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏80%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏部件爆炸比例冲击波超压

（MPa）后果水冷壁1%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌5%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏10%0.50~0.76大部分人员死亡，大型钢架结构破坏30%1.27~1.67大部分人员死亡，大型钢架结构破坏50%1.67~2.06大部分人员死亡，大型钢架结构破坏80%2.06~2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏省煤器爆破能量、冲击波超压及后果水冷壁爆破能量、冲击波超压及后果39直流锅炉的爆炸风险分析直流锅炉的水容积及压力分布部件V（m3直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果分离器1%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎5%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎10%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎30%0.021~0.0235人员轻微损伤，墙裂缝50%0.0235~0.027人员轻微损伤，墙裂缝80%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落100%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果过热器1%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎5%0.027~0.033人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落10%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落30%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌;防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌50%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌;防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌80%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏;小房屋倒塌或大型钢架结构破坏100%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏;小房屋倒塌或大型钢架结构破坏分离器爆破能量、冲击波超压及后果过热器爆破能量、冲击波超压及后果40直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果分直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果再热器1%0.016~0.018人员轻微损伤，窗框损坏5%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落10%0.057~0.079人员内脏严重损伤或死亡，木建筑厂房房柱折断，房架松动，砖墙倒塌30%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌,防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌50%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏、小房屋倒塌或大型钢架结构破坏80%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏再热器爆破能量、冲击波超压及后果41直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果再可容忍风险标准确定严重性可能性灾难性的危险性的临界性的安全的频繁12713容易25916偶然461118很少8101419几乎不可能12151720

风险评价指数矩阵1～5:1级风险，不能接受；6～9:2级风险，不希望；10～17:3级风险，有条件接受；18～20:4级风险，完全可接受

ALARP原则风险概率等级分类频率说明频繁几乎经常出现容易在一个项目使用寿命期内将出现若干次偶然在一个项目使用寿命期内可能出现很少不能认为不可能出现几乎不可能出现的概率接近于零风险严重性等级分类严重性破坏人员伤害灾难性的系统报废死亡危险性的主要系统损坏严重伤害、严重职业病临界性的次要系统损坏轻伤、轻度职业病安全的系统无损坏无伤害、无职业病42可容忍风险标准确定严重性灾难性的危险性的临界性的安全的频繁1可容忍风险标准确定直流锅炉给水预热蒸发各部件爆炸的风险严重性部件爆炸比例风险严重性部件爆炸比例风险严重性部件爆炸比例风险严重性省煤器1%灾难性的过热器1%临界性的分离器1%临界性的5%灾难性的5%危险性的5%临界性的10%灾难性的10%危险性的10%临界性的30%灾难性的30%危险性的30%临界性的50%灾难性的50%危险性的50%临界性的80%灾难性的80%灾难性的80%危险性的100%灾难性的100%灾难性的100%危险性的水冷壁1%危险性的再热器1%临界性的5%灾难性的5%危险性的10%灾难性的10%危险性的30%灾难性的30%危险性的50%灾难性的50%灾难性的80%灾难性的80%灾难性的100%灾难性的100%灾难性的灾难性、偶然发生的爆炸事故风险指数为4，是不能接受的风险；危险性、偶然发生的爆炸事故风险指数为6，是不希望有的风险；临界性、偶然发生的爆炸事故风险指数为11，是有条件接受的风险。43可容忍风险标准确定直流锅炉给水预热蒸发各部件爆炸的风险严重性目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望44目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与保护层分析过程保护层分析方法（LayerofProtectionAnalysis,LOPA）初始事件频率保护层分析步骤后果严重程度独立保护层失效频率场景风险初始事件后果触发事件防护措施修正因子外部事件设备故障人因失效有效性独立性可审查性定量方法查表法整数对数法矩阵法数值风险法独立保护层信用数法45保护层分析过程保护层分析方法（LayerofProtec安全保护层分类过程工业典型风险降低机制保护层分类及对应PFD

工艺设计

10-1~10-6基本过程控制系统>10-1操作员干预

1~10-2安全仪表系统

SIL分类安全阀/爆破片

10-1~10-5防火堤/防爆墙

10-2~10-3耐火材料/通风口10-2~10-3阻火器或防爆器

10-1~10-3

46安全保护层分类过程工业典型风险降低机制保护层分类及对应PFD锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析分析场景识别

锅炉炉膛外爆的场景路径锅炉炉膛内爆的场景路径47锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析分析场景识别锅炉炉膛外爆的场景锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析初始事件频率确定炉膛瞬间灭火燃料漏入炉膛未经适当吹扫进行点火燃烧器火焰丧失吹扫风量过大将灰斗的可燃物扬起外爆事故初始事件内爆事故初始事件送风和引风设备运行不正常燃料输入急剧减少主燃料跳闸

根据OREDA数据库中的相关数据，结合电力公司调研结果，确定外爆和内爆初始事件的发生频率分别为16次/年和31次/年48锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析初始事件频率确定炉膛瞬间灭火外爆锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析场景风险量化锅炉炉膛外爆的保护层分析图锅炉炉膛内爆的保护层分析图49锅炉炉膛爆炸事故的保护层分析场景风险量化锅炉炉膛外爆的保护层炉膛安全监控系统的目标安全完整性等级确定风险矩阵法事故后果分类严重程度描述较轻影响一开始只限制在本地区域，若无相应保护措施，可能造成严重后果严重可能造成严重损害或死亡，造成出事地500万元或出事地周边100万元财产损失特别严重超过“严重”的程度5倍事故可能性分类事故可能性描述低事故发生小于10-4次/年，具有非常低的可能性中事故发生介于10-4与10-2次/年，具有中等可能性高事故发生大于10-2次/年，具有高可能性风险矩阵50炉膛安全监控系统的目标安全完整性等级确定风险矩阵法事故后果分炉膛安全监控系统的目标安全完整性等级确定风险图法事故后果分类分类描述CA轻微受伤CBPLL=0.01至0.1CCPLL=0.1至1.0CDPLL>1.0人员处于危险区域的频率分类分类描述FA较少处于危险区域，处于危险区域的时间少于总时间的10%FB经常或永久处于危险区域未能避开危险事件的概率分类分类描述PA一定条件下可能PB几乎不可能未安装SIS的后果发生频率分类描述W1<0.03次/年W20.03次/年~0.3次/年W30.3次/年~3次/年51炉膛安全监控系统的目标安全完整性等级确定风险图法事故后果分类目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望52目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与FSSS的工作原理、结构及安全功能FSSS的工作原理燃烧控制系统（CCS）:控制燃烧状态、空气/燃料比炉膛安全监控系统（FSSS）:安全保护、顺序控制FSSS的组成结构FSSS的安全功能点火前

油泄漏试验、炉膛吹扫运行中

油燃烧器管理、煤燃烧器管理危险状况

主燃料跳闸、油燃料跳闸53FSSS的工作原理、结构及安全功能FSSS的工作原理燃烧控制主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析主燃料跳闸（MFT）的功能实现带电动作MFT硬跳闸回路

MFT原理失电动作MFT硬跳闸回路54主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析主燃料跳闸（MFT）主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析两种动作方式硬跳闸回路结构对比

带电动作

失电动作手动按钮

触点串-并联

触点并-串联DCS输出继电器组常开型继电器三取二

常闭型继电器三取二跳闸继电器SIMTTKDN-B型继电器SIMTTD8-ULB型作继电器55主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析两种动作方式硬跳闸回主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析MFT硬跳闸回路的失效模式、影响及诊断分析（FMEDA）带电动作MFT硬跳闸回路的失效率分类名称各失效模式下的失效率λ()冗余结构β1β2SUSDDUDD电源单元004477121oo20.02手动跳闸按钮404002oo20.05按钮常开触点10200正逻辑串-并联DCS输出继电器80102oo30.0250.3SIMTTKDN-B型继电器77010101oo1OMRON带电跳继电器4406901oo1失电动作MFT硬跳闸回路的失效率分类名称各失效模式下的失效率λ()冗余结构β1β2SUSDDUDD电源单元447712001oo20.02手动跳闸按钮1103302oo20.05按钮常闭触点20010负逻辑并-串联DCS输出继电器80102oo30.0250.3SIMTTD8-ULB型继电器3007201oo1OMRON失电跳继电器6205101oo156主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析MFT硬跳闸回路的失主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析MFT硬跳闸回路的故障树分析带电动作MFT硬跳闸回路故障树跳闸方式名称要求时失效概率

PFD安全失效概率PFS带电动作电源单元0手动跳闸按钮按钮常开触点DCS输出继电器SIMTTKDN-B型继电器OMRON继电器MFT跳闸回路57主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析MFT硬跳闸回路的故主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析失电动作MFT硬跳闸回路故障树跳闸方式名称要求时失效概率

PFD安全失效概率PFS失电动作电源单元0手动跳闸按钮按钮常开触点DCS输出继电器SIMTTU8-ULB型继电器OMRON继电器MFT跳闸回路58主燃料跳闸硬跳闸回路的安全性与可靠性分析失电动作MFT硬跳闸主燃料跳闸的功能安全评估SIS的组成炉膛风量<30%信号生成炉膛风量<30%MFT的信号流图59主燃料跳闸的功能安全评估SIS的组成炉膛风量<30%信号生成主燃料跳闸的功能安全评估风量小触发MFT的SIS组成SIF传感器部分逻辑部分执行机构风量小触发MFT测量左侧二次风流量的3台差压变送器（2oo3），测量右侧二次风流量的3台差压变送器（2oo3），测量6台磨煤机入口一次风流量的12台差压变送器（分6组，1oo2）DPU1，DPU10，DPU12，DPU13，DPU14；DPU10中的AI模件A1、A2、A3（2oo3），DO模件B5、E2、F2（2oo3）；DPU12/13/14中的AI模件A1、A2（1oo2），B1、B2（1oo2）；DPU1中的DI模件B5、C3、D1（2oo3），DO模件B4、C4、C5（2oo3）。硬跳闸回路，采用失电动作方式；电气开关柜；6台磨煤机、6台给煤机、2台一次风机、2台给水泵；过热器、再热器减温水相关电动门共10个；燃油进油快关阀、燃油回油快关阀、燃油泄漏试验阀；6磨煤机各分离器出口风粉关断门共24个；各油角阀共32个。60主燃料跳闸的功能安全评估风量小触发MFT的SIS组成SIF传主燃料跳闸的功能安全评估SIL的确定部件β1β2二次风FT（2oo3）059318861720.10.3一次风FT（1oo2）059318861720.1AI模件(1oo2)31452060.025AI模件(2oo3)31452060.0250.3DO模件（2oo3）16121730.0250.3DI模件（2oo3）231636150.0250.3DPU109169412514通信系统1757515892

第一层跳闸继电器21931040第二层跳闸继电器661011截止阀0201144224电动执行器461905251038861主燃料跳闸的功能安全评估SIL的确定部件β1β2二次风FT（主燃料跳闸的功能安全评估整改措施包括：（1）执行机构部分采用冗余配置；（2）缩短执行机构部分的功能测试周期；对原有阀门、电动执行器、跳闸继电器组均采用双重冗余，构成二取一逻辑，共因失效因子β1取0.1。功能测试周期缩短为0.5年，重新计算执行器的要求时失效概率动作方式传感器逻辑控制器执行机构SIF带电动作失电动作截止阀电动执行器跳闸继电器组执行机构SIF带电动作失电动作62主燃料跳闸的功能安全评估整改措施包括：动作方式传感器逻辑控制目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望63目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与总结与展望

本文以FSSS为研究对象，运用功能安全理论，按照安全生命周期框架，实现了火电厂锅炉的危险辨识及风险分析、FSSS的目标安全完整性确定，以及在役FSSS的安全完整性等级验证，为未来功能安全理论在电力行业的应用和发展提供了一定的借鉴和参考。总结展望

工业无线传感器网络的可靠性与安全性

火电厂发电机、汽轮机保护系统的可靠性与安全性评估FSSS的组态软件

考虑设计缺陷及人因因素的影响64总结与展望本文以FSSS为研究对象，运用功谢谢！65谢谢！65、书籍是全世界的营养品。生活里没有书籍，就好像没有阳光；智慧里没有书籍，就好像鸟儿没有翅膀莎士比亚

2、书籍使人变得思想奔放。革拉特珂夫

3、书籍是造就灵魂的工具雨果

4、经验丰富的人读书用两只眼睛，一只眼睛看到纸面上的话，另一只眼睛看到纸的背面。歌德

5、我扑在书籍上，就好像饥饿的人扑在面包上。高尔基

6、书籍是巨大的力量。列宁

7、书人类发出的最美妙的声音。莱文

8、生活在我们这个世界里，不读书就完全不可能了解人。高尔基

9、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿

10、书是良药，善读之可以医愚。刘向

11、读书破万卷，下笔如有神。杜甫

12、在你渴望时，它前来给予详细指教，但是从不纠缠不休。比切

13、书籍是少年的食物，它使老年人快乐，也是繁荣的装饰和危难的避难所，慰人心灵。在家庭成为快乐的种子，在外也不致成为障碍物，但在旅行之际，却是夜间的伴侣西塞罗

14、过去一切时代的精华尽在书中。卡莱尔

15、书籍并不是没有生命的东西，它包藏着一种生命的潜力，与作者同样地活跃。不仅如此，它还像一个宝瓶，把作者生机勃勃的智慧中最纯净的精华保存起来弥尔顿

16、每一本书都是一个用黑字印在白纸上的灵魂，只要我的眼睛、我的理智接触了它，它就活起来了。高尔基

17、读一本好书，就是和许多高尚的人谈话。笛卡尔

18、读书之于头脑，好比运动之于身体。爱迪生

19、书籍乃世人积累智慧之长明灯寇第斯

20、光阴给我们经验，读书给我们知识。奥斯特洛夫斯基

21、读书有三到，谓心到，眼到，口到。朱熹

22、书籍是青年人不可分离的生命伴侣和导师。高尔基

23、和书籍生活在一起，永远不会叹气。罗曼罗兰

24、书籍是最好的朋友。当生活中遇到任何困难的时候，你都可以向它求助，它永远不会背弃你都德

25、书籍通过心灵观察世界的窗口。住宅里没有书，犹如房间没有窗户。威尔逊

26、读一本好书，象交了一个益友。臧克家

27、读万卷书，行万里路。刘彝

15)时间一天天过去，有时觉得它漫长难熬，有时却又感到那么短促;有时愉快幸福，有时又悲伤惆怅。一天与一天不同，一日和一日有别，仿佛一昼夜之间也有春夏秋冬之分。;;阿;巴巴耶娃16)世界上最快而又最慢，最长而又最短，最平凡而又最珍贵，最容易被人忽视，而又最令人后悔的就是时间。;;高尔基17)在人类生活中，时间刹那而过，它的本体是处于一个流动状态中，知觉是昏钝的，整个肉体的构成是易腐朽的，灵魂是一个疾转之物，运气是很难预料的，名望是缺乏见识的东西。;;马尔库;奥勒留18)时间就是金钱，而且对用它来计算利益的人来说，是一笔巨大的金额。;;狄更斯19)时间会刺破青春表面的彩饰，会在美人的额上掘深沟浅槽;会吃掉稀世之珍!天生丽质，什么都逃不过他那横扫的镰刀。;;莎士比亚20)浪费别人的时间等于是谋财害命，浪费自己的时间等于是慢性自杀。;;列宁关于描写时间的名人名言1)时间是衡量事业的标准。;;培根2)生命是短促的，然而尽管如此，人们还是有时间讲究礼仪。;;爱献生3)历史孕育了真理，它能和时间抗衡，把遗闻旧事保藏下来。它是往昔的迹象，当代的鉴戒，后世的教训。;;塞万提斯4)时间是由分秒积成的，善于利用零星时间的人，才会做出更大的成绩来。;;华罗庚5)时间是人类发展的空间。;;马克思6)在无限的时间的河流里，人生仅仅是微小又微小的波浪。;;郭小川7)重复言说多半是一种时间上的损失。;;培根8)开诚布公与否和友情的深浅，不应该用时间的长短来衡量。;;巴尔扎克9)真正的敏捷是一件很有价值的事。因为时间是衡量事业的标准，如金钱是衡量货物的标准。;;弗;培根10)正当利用时间!你要理解什么，不要舍近求远。;;歌德11)人的全部本领无非是耐心和时间的混合物。;;巴尔扎克12)生命的长短以时间来计算，生命的价值以贡献来计算。;;裴多菲13)敢于浪费哪怕一个钟头时间的人，说明他还不懂得珍惜生命的全部价值。;;达尔文14)有了朋友，生命才显出它全部的价值;一个人活着是为了朋友;保持自己生命的完整，不受时间侵蚀，也是为了朋友。友谊要像爱情一样才温暖人心，爱情要像友谊一样才牢不可破。;;穆尔;约翰15)从不浪费时间的人，没有工夫抱怨时间不够。;;杰弗逊16)不善于利用时间的人，总是首先抱怨没有时间，因为他把时间都耗费在穿吃睡和聊天上，去考虑该做什么，而只是什么也不去做。;;拉布吕耶尔17)时间给勤劳者留下串串的果实，而给懒汉只留下一头白发和空空的双手。;;高尔基18)在时间的大钟上，只有两个字;;现在。;;莎士比亚19)好事总是需要时间，不付出大量的心血和劳动是做不成大事的。想吃核桃，就是得首先咬开坚硬的果壳。;;格里美尔斯豪森20)合理安排时间，就等于节约时间。──培根描写时间的名人名言推荐1)不管饕餮的时间怎样吞噬着一切，我们要在这一息尚存的时候，努力博取我们的声誉，使时间的镰刀不能伤害我们。;;莎士比亚2)少壮不努力，老大徒伤悲。;;《长歌行》3)实际上，没有一种社会形态能够阻止社会所支配的劳动时间以这处或那种方式调整生产。;;马克思4)我们若要生活，就该为自己建造一种充满感受思索和行动的时钟，用它来代替这个枯燥单调以愁闷来扼杀心灵，带有责备意味和冷冷地滴答着的时间。;;高尔基5)在老年时，会有许多闲暇的时间，去计算那过去的日子，把我们手里永久丢失了的东西，在心里爱抚着。;;泰戈尔6)在历史急剧转变的关头，往往连先进的政党也会在相当的一段时间内不能理解新的局势而复旧的口号，这些口号在昨天是正确要在已成的事业中逗留着！---巴斯德（法国）

我从不想未来，它来得太快。---爱因斯坦（美国）

等你们六十岁的时候，你们就会珍惜由你们支配的每一个钟头了。---爱因斯坦（美国）

世界上，宇宙中，有多少难解的谜啊……还是抓紧时间工作吧！---爱因斯坦（美国）

即使上帝也无法改变过去。---亚里士多德（希腊）

最有希望的成功者，并不是才干出众的人而是那些最善于利用每一时机去发掘开拓的人。---苏格拉底（希腊）

当许多人在一条路上徘徊不前时，他们不得不让开一条大路，让那珍惜时间的人赶到他们的前面

去。---苏格拉底（希腊）

一生没有虚过，可以愉快地死，如同一天没有虚过，可以安眠！---达·芬奇（意大利）

希望是永远达不到的，因此，人才希望，追求希望。---富兰克林（美国）

从事一项事情，先要决定志向，志向决定之后就要全力以赴毫不犹豫地去实行。---富兰克林（美国）

希望是生命的源泉，失去它生命就会枯萎。---富兰克林（美国）

以希望为生的人，将绝食而死。---富兰克林（美国）

每个人都有一不的理想，这种理想决定着他的努力判断的方向。就在这个意义上，我从来不把安逸和享乐看做是生活目的的本身----这种基础，我叫它猪栏的理想。照亮我的道路，并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美、真。---爱因斯坦（美国）无论何时，不管怎样，我也绝不允许自己有一点灰心丧气。---爱迪生（美国）

对我来说，信念意味着不担心。---杜威（美国）

希望贯穿一切，临死也不会抛弃我们。---波普（美国）

希望永远在人的胸膛汹涌。人要经常感觉不是现在幸福，而是就要幸福了。---波普（美国）

毫无理想而又优柔寡断是一种可悲的心理。---培根（英国）

只有知道了通往今天的路，我们才能清楚而明智地规划未来。---斯蒂文生（英国）

、书籍是全世界的营养品。生活里没有书籍，就好像没有阳光；智慧66安全仪表系统的功能安全分析

电子信息与自动化学院王鹏安全仪表系统的功能安全分析

电子信息与自动67目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望68目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与

研究背景及意义

随着现代化工业的快速发展，工业生产过程的控制规模在不断扩大，复杂程度不断增加，工艺过程不断强化，对过程控制系统的要求也越来越高。

在生产过程中，用于监视生产过程，在危险条件下采取相应措施防止危险事件发生的安全仪表系统已经得到了广泛使用。

但安全仪表系统的产业化应用，遇到了系统功能安全难以保证这个最大的阻力。1976年意大利化工厂二噁英泄漏、1984年印度Bhopal农药厂毒气泄漏、1986年切尔诺贝利核电站事故……连接发生的工业事故起因都是安全仪表系统的功能失效。69研究背景及意义随着现代化工业的快速发展，安全仪表系统（SIS）

监视控制系统状态，完成安全保护功能，注重安全性

研究背景及意义控制系统分为两类：基本过程控制系统（BPCS）

实现对过程的连续控制或顺序控制，强调可靠性70安全仪表系统（SIS）研究背景及意义控制系统分为两类：基本

研究背景及意义安全仪表系统(SIS)功能安全理论安全功能（SafetyFunction）功能安全（FunctionalSafety）71研究背景及意义安全仪表系统(SIS)功能安全理论安全功能

研究背景及意义火电厂炉膛安全监控系统（FSSS）统一SIS的范围：包括ESD、FSSS、FGS等安全完整性等级（SIL）作为功能安全的评价标准安全生命周期（SLC）为架构广泛应用到化工、冶金、铁路、机械等领域，电力行业开始引进和渗透。功能安全理论72研究背景及意义火电厂炉膛安全监控系统（FSSS）统一SIS

功能安全技术的研究内容

以功能安全标准为基础以安全生命周期为架构基于风险降低原理73功能安全技术的研究内容

以功能安全标准为基础以安全生命周期功能安全技术的发展现状功能安全技术的发展现状可靠性技术安全评价技术功能安全技术可靠性数学可靠性物理可靠性工程危险识别风险评价风险控制功能安全标准功能安全理论功能安全产品的评估和认证74功能安全技术的发展现状功能安全技术的发展现状可靠性安全评价技危险辨识及风险分析确定目标安全完整性等级(SIL)FSSS的SIL验证及改进措施FSSS的功能安全分析火电厂锅炉的危险辨识建立炉膛爆炸后果的数学模型炉膛爆炸事故保护层分析采用风险矩阵及风险图法，确定FSSS的目标SIL主燃料跳闸（MFT）硬跳闸回路安全性与可靠性分析风量<30%触发MFT，对比实际SIL与目标SIL，提出整改措施。75危险辨识及确定目标安全FSSS的SIL验证FSSS的功能安全目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望76目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与可靠性与安全性指标可靠性指标可靠度R(t)、可用率A(t)、失效率λ(t)、平均故障前时间MTTF、平均故障修复时间MTTR、维修率μ(t)及平均故障间隔时间MTBF安全性指标要求时失效概率PFD、安全失效概率PFS、平均无危险故障时间MTTF及诊断覆盖率C基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估77可靠性与安全性指标可靠性指标可靠度R(t)、可用率A(t)、基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估SIS控制器的冗余结构1oo1结构1oo2结构2oo3结构2oo2结构78基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估SIS控制器的冗余结基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估失效模式安全（S）危险（D）无影响安全检测到的（SD）安全未检测到的（SU）危险检测到的（DD）危险未检测到的（DU）安全检测到的共因（SDC）安全检测到的独立（SDN）安全未检测到的共因（SUC）安全未检测到的独立（SUN）危险检测到的共因（DDC）危险检测到的独立（DDN）危险未检测到的共因（SUC）危险未检测到的独立（SUN）失效模式分类79基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估失效模式安全（S）危基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估定义出12种状态：OK、DDN、DUN、SDN、SUN、DDNSDN、DDNSUN、DUNSDN、DUNSUN、FS、FDD、FDU四种冗余结构的马尔可夫模型1oo1结构1oo2结构80基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估定义出12种状态：O基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估2oo3结构2oo2结构81基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估2oo3结构2oo2基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估安全完整性等级低要求操作模式下的PFD高要求操作模式下的PFH410-4～10-510-8～10-9310-3～10-410-7～10-8210-2～10-310-6～10-7110-1～10-210-5～10-6安全性和可用性指标安全完整性等级（SIL）是SIS安全性能最重要的衡量标准可用率(A)用来表征可维修系统的正常工作特性稳态可用率时变可用率82基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估安全完整性等级低要求基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估基于连续马尔可夫模型求取

PFD、PFS

初始状态矩阵为状态转移矩阵，经过n个时间间隔安全失效向量危险失效向量

令时间增量趋于0，得到连续时间马尔可夫模型假设条件推导过程离散时间马尔可夫模型或83基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估基于连续马尔可夫模型基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估

N取M(MooN)结构的PFS、PFD曲线PFS最终趋于稳态曲线分析PFD都呈线性增加趋势与1oo1结构相比1oo2：

PFD

PFS2oo2：

PFD

PFS2oo3：

PFD

PFSMooN结构的时变可用率2oo2<1oo1<1oo2<2oo3可用率比较：84基于连续时间马尔可夫模型的系统可用性评估N取M(MooN)考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

单元故障事件描述单元i单独故障含单元i在内的若干单元同时故障逆事件单元i正常可靠性与安全性分析的假设系统单元故障次数服从泊松分布相同个数的单元共因失效的故障率相同每个单元服从相同的分布，承受相似的共因失效冲击…85考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

单元故障事件描述单85考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估基于上述假设，得到：在[0,t)时间内，单个单元及多个单元同时故障首次发生概率为：

,…在[0,t)时间内，首次故障不发生的概率为：,…86考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估基于上述假设，得到：考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的典型结构可靠性分析串联系统的可靠性框图并联系统的可靠性框图系统正常串联系统可靠度平均故障前时间系统正常并联系统可靠度平均故障前时间87考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的典型结考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的可靠性框图不考虑共因失效的n取k系统的可靠度

替换为考虑共因失效的n取k系统的可靠度平均故障前时间88考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的可靠性框88考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估a)串-并联系统b)并-串联系统混联系统的可靠性框图

表示第i个并联子系统中j个单元的共因失效率串-并联系统的可靠度平均故障前时间

表示第j个串联子系统中i个单元的共因失效率并-串联系统的可靠度平均故障前时间89考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估a)串-并联系统b)考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的系统安全性分析串联系统的故障树模型90考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估存在共因失效的系统安考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估并联系统的故障树模型91考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估并联系统的故障树模型考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

n取k系统的故障树模型

92考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估n取k系统的故障树考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估多重冗余结构的共因失效故障率确定双重冗余结构共因失效模型三重冗余结构共因失效模型四重冗余结构共因失效模型93考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估多重冗余结构的共因失考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估手动跳闸按钮可靠性与安全性指标计算动作方式结构正逻辑跳闸方式串联

并-串联

串-并联负逻辑跳闸方式

并联

并-串联手动跳闸按钮连接方式94考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估手动跳闸按钮可靠性与考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

两种跳闸方式下的触点失效模式影响及诊断分析（Failuremodes,effects,anddiagnosticanalysis,FMEDA）名称失效模式影响λ自诊断能力DDDUSDSU正逻辑跳闸触点高插入损耗危险10001000污浊危险600600开路危险100100短路安全100001工艺及其它危险300300负逻辑跳闸触点高插入损耗安全10000010污浊安全600006开路安全100001短路危险100100工艺及其它安全

30000395考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估两种跳闸方式下考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估结论1.可靠度比较

正逻辑串联与负逻辑并联的可靠度相同，

正逻辑串-并联与负逻辑并-串联的可靠度相同结构PFDavgPFS正逻辑串联正逻辑并—串联正逻辑串—并联负逻辑并联负逻辑并—串联正逻辑：负逻辑：2.与比较正逻辑三种结构的可靠度随时间变化趋势不同结构的PFDavg与PFS指标96考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估结论1.可靠度考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估

可靠度均随

因子的增大而增大，随时间的增长而呈下降趋势正逻辑串联正逻辑串-并联正逻辑并-串联3.正逻辑三种结构的可靠度随因子和时间变化趋势97考虑共因失效因素的系统可靠性与安全性评估可靠度均随目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与安全性评估3.火电厂锅炉运行过程的危险及风险分析4.

锅炉炉膛爆炸的保护层分析5.炉膛安全监控系统的功能安全评估6.总结与展望98目录1.课题背景及研究现状2.安全仪表系统的可靠性与火电厂单元机组生产流程99火电厂单元机组生产流程33火电厂锅炉危险辨识

锅炉压力容器失效分析火电厂锅炉常见事故分为：强度失效、刚度失效、稳定失效按力学特征，按宏观外貌特征，分为：变形失效、断裂失效、表面损伤失效、

泄漏失效、裂纹引起失效、材料老化锅炉供水及水质引起的事故（缺水、满水、汽水共腾、水击）锅炉爆管事故（水冷壁、省煤器、过热器、再热器）燃烧及风烟系统事故（炉膛爆燃、尾部烟道二次燃烧、锅炉结渣）锅炉爆炸事故（水蒸气、超压、缺陷、严重缺水）100火电厂锅炉危险辨识

锅炉压力容器火电厂锅炉分为：强度失效、刚锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉爆燃原理炉膛外爆定容等熵过程理想气体定容积存的可燃混合物容积定容平均比热容可燃混合物单位容积发热值炉膛内爆理想气体方程积存的可燃物被瞬时点燃，炉膛烟气侧压力骤增炉膛压力过低、下降幅值超过炉墙结构的承受压力101锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉爆燃原理炉膛外爆定容等熵过程理锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉炉膛爆炸后果分析干饱和蒸汽爆破能量计算常用压力下干饱和蒸汽爆破能量系数干饱和蒸汽体积P（MPa）0.30.50.81.32.53.0Cs（kJ/m3）干饱和蒸汽爆破能量系数拟合曲线一次函数二次函数三次函数干饱和蒸汽爆破能量系数102锅炉炉膛爆炸事故的风险分析锅炉炉膛爆炸后果分析干饱和蒸汽爆破锅炉炉膛爆炸事故的风险分析饱和水的爆破能量计算饱和水爆破能量系数P（MPa）0.30.50.81.32.53.0Cw（kJ/m3）饱和水爆破能量系数拟合曲线饱和水爆破能量系数饱和水体积一次函数二次函数三次函数

103锅炉炉膛爆炸事故的风险分析饱和水的爆破能量计算饱和水爆破能量锅炉炉膛爆炸事故的风险分析爆炸冲击波超压计算若则取1000kgTNT为基准爆炸能量，计算距离爆炸中心R处的超压R0(m)5678910111216

（MPa）2.942.061.671.270.950.760.500.330.235R0(m)182025303540455055

（MPa）0.170.1260.0790.0570.0430.0330.0270.02350.021R0(m)60657075

（MPa）0.0180.0160.0140.0131000kgTNT爆炸的冲击波超压104锅炉炉膛爆炸事故的风险分析爆炸冲击波超压计算若则取1000k直流锅炉的爆炸风险分析直流锅炉的水容积及压力分布部件V（m3）P（MPa）部件V（m3）P（MPa）省煤器126.129.4过热器134.626水冷壁67.728.79再热器379.44.5分离器11.827.2部件爆炸比例冲击波超压

（MPa）后果省煤器1%0.126~0.17大部分人员死亡防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌5%0.50~0.76大部分人员死亡，大型钢架结构破坏10%0.95~1.27大部分人员死亡，大型钢架结构破坏30%2.06~2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏50%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏80%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏部件爆炸比例冲击波超压

（MPa）后果水冷壁1%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌5%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏10%0.50~0.76大部分人员死亡，大型钢架结构破坏30%1.27~1.67大部分人员死亡，大型钢架结构破坏50%1.67~2.06大部分人员死亡，大型钢架结构破坏80%2.06~2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%>2.94大部分人员死亡，大型钢架结构破坏省煤器爆破能量、冲击波超压及后果水冷壁爆破能量、冲击波超压及后果105直流锅炉的爆炸风险分析直流锅炉的水容积及压力分布部件V（m3直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果分离器1%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎5%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎10%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎30%0.021~0.0235人员轻微损伤，墙裂缝50%0.0235~0.027人员轻微损伤，墙裂缝80%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落100%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果过热器1%<0.013人员轻微损伤，受压面的门窗玻璃大部分破碎5%0.027~0.033人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落10%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落30%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌;防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌50%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌;防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌80%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏;小房屋倒塌或大型钢架结构破坏100%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏;小房屋倒塌或大型钢架结构破坏分离器爆破能量、冲击波超压及后果过热器爆破能量、冲击波超压及后果106直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果分直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果再热器1%0.016~0.018人员轻微损伤，窗框损坏5%0.033~0.043人员听觉器官损伤或骨折，墙大裂缝，屋瓦掉落10%0.057~0.079人员内脏严重损伤或死亡，木建筑厂房房柱折断，房架松动，砖墙倒塌30%0.079~0.126人员内脏严重损伤或死亡，砖墙倒塌,防震钢筋混凝土破坏，小房屋倒塌50%0.17~0.235大部分人员死亡，防震钢筋混凝土破坏、小房屋倒塌或大型钢架结构破坏80%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏100%0.235~0.33大部分人员死亡，大型钢架结构破坏再热器爆破能量、冲击波超压及后果107直流锅炉的爆炸风险分析部件爆炸比例冲击波超压（MPa）后果再可容忍风险标准确定严重性可能性灾难性的危险性的临界性的安全的频繁12713容易25916偶然461118很少8101419几乎不可能12151720

风险评价指数矩阵1～5:1级风险，不能接受；6～9:2级风险，不希望；10～17:3级风险，有条件接受；18～20:4级风险，完全可接受

ALARP原则风险概率等级分类频率说明频繁几乎经常出现容易在一个项目使用寿命期内将出现若干次偶然在一个项目使用寿命期内可能出现很少不能认为不可能出现几乎不可能出现的概率接近于零风险严重性等级分类严重性破坏人员伤害灾难性的系统报废死亡危险性的主