北京科技大学安全管理课件 安全技术对策

1第二节安全技术对策2本节主要内容一、安全技术对策的基本原则二、安全技术对策的基本手段三、预防事故的安全技术四、避免和减少事故损失的安全技术3第二节安全技术对策安全技术对策是以工程技术手段解决安全问题，预防事故的发生及减少事故造成的伤害和损失，是预防和控制事故的最佳安全措施。4第二节安全技术对策安全技术对策的基本原则安全技术可以划分为预防事故发生的安全技术及防止或减轻事故损失的安全技术，这是事故预防和应急措施在技术上的保证。5第二节安全技术对策评价一个设计、设备、工艺过程是否安全，可从以下几个方面加以考虑：防止人失误的能力

对人失误后果的控制能力防止故障传递的能力

失误或故障导致事故的难易承受能量释放的能力

防止能量蓄集的能力

6防止人失误的能力必须能够防止在装配、安装、检修或操作过程中发生的可能导致严重后果的人的失误。如三相电源插头，规定火线、零线、地线的分布呈等腰三角形而非正三角形，还规定三线各自的位置。7对人失误后果的控制能力人的失误是不可能完全避免的，因此一旦人发生可能导致事故的失误时，应能控制或限制有关部件或元件的运行，保证安全。如触电保安器就是在人失误触电后防止对人造成伤害的一种技术措施。8防止故障传递的能力应能防止一个部件或元件的故障引起其他部件或元件的故障，以避免事故的发生。如电气线路中的保险丝，压力锅上的易熔塞。后者在限压阀发生故障或堵塞时，自动熔开以释放压力，避免因压力超高引发锅体爆炸;前者也是以熔断的方式防止过电流对其他设备的损害。9失误或故障导致事故的难易应能保证有两个或两个以上相互独立的人失误或故障，或一个失误，一个故障同时发生才能导致事故发生。对安全水平要求较高的系统，则应通过技术手段保证至少3个或更多的失误或故障同时发生才会导致事故的发生。常用的并联冗余系统就可以达到这个目的。10承受能量释放的能力运行过程中偶然可能会产生高于正常水平的能量释放，应采取措施使系统能够承受这种释放。如加大系统的安全系数就是其中的一种方法。11防止能量蓄集的能力能量蓄集的结果将导致意外的过量的能量释放。因而应采取防止能量蓄集的措施，使能量不能积聚到发生事故的水平。如矿井通风就可以防止瓦斯积聚到爆炸的水平，避免事故发生。12第二节安全技术对策安全技术对策的基本手段为使系统符合上述基本原则，人们提出了许多种实施安全技术对策的基本手段，其中最典型的论述包括以下3个方面：生产设备的事故防止对策这是由日本学者北川彻三提出的1）围板、栅栏、护罩；2）隔离；3）遥控；4）自动化；5）安全装置；6）紧急停止；7）夹具；8）非手动装置；9）双手操作；10）断路；11）绝缘；12）接地；13）增加强度；14）遮光；15）改造；16）加固；17）变更；18）劳保用品；19）标志；20）换气；21）照明。13第二节安全技术对策防止能量逆流于人体的措施美国人哈登则根据能量转移论的观点，认为防止事故应着眼于防止能量的不正常转移，并以此提出了防止能量逆流于人体的措施。(1)限制能量

(2)用较安全的能源代替危险性大的能源

(3)防止能量积聚

(4)控制能量释放

(5)延缓能量释放

14第二节安全技术对策(12)修复和恢复(6)开辟能量释放渠道(7)在能源上设置屏障(8)在人、物与能源之间设置屏障(9)在人与物之间设置屏障

(10)改善工作条件和环境(11)提高防护标准15(1)限制能量。如限制能量的转移速度和大小，使用低压测量仪表等。(2)用较安全的能源代替危险性大的能源。如用水力采煤代替爆破、用煤油代替汽油作溶剂等。(3)防止能量积聚。如控制易燃易爆气体的浓度、电器上安装保险丝等。16(4)控制能量释放。如电器安装绝缘装置、在贮存能源时采用保护性容器(如盛装放射性物质的专用容器)、生活区远离污染源等。(5)延缓能量释放。如容器上设置安全阀、座椅上设置安全带、采用吸震器件减轻振动等。(6)开辟能量释放渠道。如电器安装接地电线、水电站设置泄洪闸等。17(7)在能源上设置屏障。如安装消声器、自动喷水灭火装置、设置防射线辐射的防护层等。(8)在人、物与能源之间设置屏障。如安设防火门、防护罩、防爆墙等。(9)在人与物之间设置屏障。如配戴安全帽、手套、穿着防护服、安全鞋等。(10)提高防护标准。如采用抗损材料、双重绝缘措施、实施远距离遥控等。18(11)改善工作条件和环境，防止损失扩大。如改变工艺流程、增设安全装置、建立紧急救护中心等。(12)修复和恢复。治疗、矫正以减轻伤害程度或恢复原有功能。上述第1~10类即“屏障”。哈登还指出:中断能量非正常流动的屏障，在能量转移过程中建立得越早越好。潜在的事故损失越大，屏障就越应在早期建立。而且应当建立多种不同类型的屏障。19第二节安全技术对策消除、预防设备、环境危险和有害因素的基本原则针对设备、环境中的各种危险和有害因素的特点，综合归纳各种消除、预防对策措施，就可得出消除、预防设备、环境危险和有害因素的基本原则。消除

传递警告和禁止信息减弱屏蔽和隔离设置薄弱环节联锁防止接近加强时间防护距离防护取代操作人员20(1)消除:从根本上消除危险和有害因素。其手段就是实现本质安全，这是预防事故的最优选择。(2)减弱:当危险、有害因素无法根除，则采取措施使之降低到人们可接受的水平。如依靠个体防护降低吸入尘毒的数量，以低毒物质代替高毒物质等。21(3)屏蔽和隔离:当根除和减弱均无法做到时，则对危险、有害因素加以屏蔽和隔离，使之无法对人造成伤害或危害。如安全罩，防护屏。(4)设置薄弱环节:利用薄弱元件，使危险因素未达到危险值之前就预先破坏，以防止重大破坏性事故。如保险丝、安全阀、爆破片。22(5)联锁:以某种方法使一些元件相互制约以保证机器在违章操作时不能启动，或处在危险状态时自动停止。如起重机械的超载限制器和行程开关。(6)防止接近:使人不能落入危险或有害因素作用的地带，或防止危险或有害因素进入人的操作地带。例如安全栅栏，冲压设备的双手按钮。23(7)加强:提高结构的强度，以防止由于结构破坏而导致发生事故。(8)时间防护:使人处在危险或有害因素作用的环境中的时间缩短到安全限度之内。如对重体力劳动和严重有毒有害作业，实行缩短工时制度。(9)距离防护:增加危险或有害因素与人之间的距离以减轻、消除它们对人体的作用。如对放射性、辐射、噪声的距离防护。24(10)取代操作人员:对于存在严重危险或有害因素的场所，用机器人或运用自动控制技术来取代操作人员进行操作。(11)传递警告和禁止信息:运用组织手段或技术信息告诫人避开危险或危害，或禁止人进入危险或有害区域。如向操作人员发布安全指令，设置声、光安全标志、信号。这些原则可以单独采用，也可综合应用。如在增加结构强度的同时，设置薄弱环节;在减弱有害因素的同时，增加人与之的距离等。25第二节安全技术对策预防事故的安全技术通过设计来消除和控制各种危险，防止所设计的系统在研制、生产、使用和保障过程中发生导致人员伤亡和设备损坏的各种意外事故，是事故预防的最佳手段。在运用各种危险分析技术来识别和分析各种危险，确定各种潜在危险对系统的影响的同时，系统设计人员必须在设计中采取各种有效措施来保证所设计的系统具有满足要求的安全性能。

26第二节安全技术对策为满足规定的安全要求，可以采用不同的安全设计方法：控制能量对于任何事故，其后果的严重程度与事故中所涉及的能量的大小紧密相关，因为事故中涉及的能量绝大多数情况下就是系统所具有的能量，因而用控制能量的方法，可以从根本上保证系统的安全性。

27危险最小化设计通过设计消除危险或使危险最小化，是避免事故发生，确保系统的安全水平的最有效的方法。

隔离隔离是采用物理分离、护板和栅栏等将已识别的危险同人员和设备隔开，以防止危险或将危险降低到最低水平，并控制危险的影响。隔离是最常用的一种安全技术措施。28第二节安全技术对策闭锁、锁定和联锁闭锁（lockouts）、锁定（lockins）和联锁（interlock）是另一类最常用的安全技术措施。他们的安全功能是防止不相容事件发生或事件在错误的时间发生或以错误的次序发生。29所谓闭锁，是指防止某事件发生或防止人、物等进入危险区域。如油罐车上的闭锁置，可防止在车体未接地的情况下向车内加注易燃液体;将开关锁在开路位置，防止电接通等都是闭锁的手段。30锁定则是指保持某事件或状态，或避免人、物脱离安全区域。例如在螺栓上的保险销就可防止因振动造成的螺母松动，飞机弹射座椅上的保险销可避免地面人员误启动引发弹射坐椅上的雷管和火箭;停车后在车轮前后放置石块等物体，可防止车辆意外移动而引发事故等。31联锁联锁常用于下面几种情况①在意外情况下，联锁可尽量降低某事件B意外出现的可能性。它要求操作人员在执行事件B之前，必须先执行事件A。例如，电气线路上的铁壳开关。在一般情况下，任何想要打开铁壳开关的人，在打开开关(事件B)的过程中实际上已经使开关内断了电(事件A)。32②在某种危险状态下，联锁可确保操作人员的安全。如大型冲压设备上同时设有手启动和脚踏启动开关，必须手脚同时启动，系统才能工作，保证了人误触动某个开关的情况下不致造成伤害。33③在预定事件发生前，联锁可控制操作顺序和时间，防止错误的次序导致事故的发生。如为防止个人电脑的CPU关键部件因风扇系统未启动而过热甚至损坏，电脑上的联锁装置可使启动电脑时同时启动风扇。34联锁的类型限位开关——当限位开关被触动时，打开或关闭电路。如吊车的高度限位开关。（电梯）擒纵机构——通过擒纵装置，如自动离合机构等，锁住或放开运动部分。运动联锁——保证被保护的机构运动时防护罩等不被打开。双手控制——要求操作者双手控制以防止操作者把手伸入危险区域。顺序控制——用于必须按一定次序运转的情况。35定时及延时——使设备仅在规定的时间后才能工作或停止。分离通道——把电路或机械的一部分断开以停止工作。参数敏感——根据压力、温度、流量等参数控制设备的运转。如当汽车时速超过10km时，车门自动锁住。光电装置——根据光的中断或出现控制设备。磁或电磁装置——利用磁场的出现或消失控制设备。水银开关——利用水银的倾斜接通或断开电路。36故障-安全设计在系统、设备的一部分发生故障或失效的情况下，在一定时间内也能保证安全的安全技术措施称为故障-安全设计（fail-safedesign）。故障-安全设计确保故障不会影响系统的安全，或使系统处于不会伤害人员或损坏设备的工作状态。按系统、设备在其中一部分发生故障后所处的状态，故障一安全设计分为以下3种类型。37(1)故障-安全消极设计(Fail-SafePassivedesign)。这种设计当系统发生故瘴时，使系统停止工作，并将能量降低到最低值，直至采取矫正措施。如电气系统中的熔断器在电路过负荷时熔断，把电路断开以保证安全。38(2)故障-安全积极设计(Fail-SafeActiveDesign)。故障发生后，保持系统以一种安全的形式带有正常能量，直至采取矫正措施。如在交通信号指示系统的大部分故障模式中，一旦发生信号系统故障，信号将转为红灯，以避免事故发生。39(3)故障-安全工作设计(Fail-SafeOperationalUesign)。这种设计保证在采取矫正措施前，设备、系统正常地发挥其功能。这是最理想的工作方式。如图所示进水阀，即使阀瓣从阀杆上脱落，也能保证锅炉正常进水。40由于故障-安全装置本身也可能发生故障，因而不能将其与本质安全技术混为一谈。41故障最小化故障-安全设计在有些情况下并非总是最佳选择，如它可能会过于频繁地中断系统的运行，这对系统的运行是相当不利的，如化工生产中的化学反应过程、高炉冶炼过程，如果中断系统运行，后果是相当严重的。因此，在故障-安全不可行的情况下，可采用故障最小化方法。故障最小化方法主要有降低故障率和实施安全监控两种形式。421)降低故障率降低故障率实际上就是使浴盆的盆底尽可能地大，离地面尽可能地近。降低故障率通常有以下6种方案。全寿命周期的故障率43(1)安全系数(2)概率设计(3)降额(4)冗余(5)筛选(6)定期更换44安全系数这是一种降低故障率的经典方法，它是通过设计使结构或材料的强度大于可能承受的应力的计算值而达到降低故障率的目的。目前广泛应用于各种工程设计之中。例如，飞机和压力容器结构静强度设计的安全系数分别为1.5和3.5,基本上保证了飞机和压力容器的安全性。45概率设计

由于在使用环境中，结构及材料的强度及其所承受的应力不是固定值，而是遵循某一分布规律的随机变量。即使在强度均值大于应力均值的情况下，由于应力与强度分布存在分散性，如零件内部有尖角，也将使设备及材料产生破坏，引起事故发生。理论计算表明，在材料强度均值相同，安全系数相同的情况下，由于应力及强度的离散程度的变化，其可靠度值可在0.9166~0.6628间变化。因此，采用强度与应力分布模型开展机械结构的概率设计能更有效地降低故障率。46概率设计应力与强度的变化曲线以及应力大于强度时的故障区如图所示。设计人员可通过提高结构的平均强度，即将Q(u)曲线右移;降低结构的平均应力，即将P(v)曲线左移;减少应力变化，即减少P(v)曲线的分散度;减少强度变化，即减少Q(u)曲线的分散度等方法来提高结构可靠性及安全性。应力和强度分布的故障概率47降额降额是使元器件以承受低于其额定的应力方式使用。电子设备通常采用电子元件降额的设计方法来提高系统及设备的可靠性及安全性。在实际应用中，实现降额的方法一种是降低元器件的工作应力，另一种是提高元器件的强度，即选用更高强度的元器件。48冗余冗余也是一种通过提高系统可靠性来提高安全性的常用技术。它通过采用多个部件或多个通道来实现同一功能以达到提高系统安全性及可靠性的目的。现代军用、民用飞机，航天飞机的飞行控制系统等复杂的安全关键的系统都采用了不同的冗余技术。冗余技术一般是当采用降额等其他的方法不能满意地解决系统安全性的问题，或当改进产品所需的费用比采用冗余单元更多时采用的方法。采用冗余设计是以增加费用为代价来提高系统的安全性和可靠性的。冗余可分为并联冗余、备用冗余、表决冗余、串联冗余等。49①并联冗余并联冗余是在基本系统上加