事故分析方法

事故调查与

分析技术

第4章事故分析方法事件树分析（ETA）4.2故障假设/安全检查表分析4.3失效模式与影响分析4.4原因-结果分析法4.5

事故树分析（FTA）4.1教学要求根本要求：掌握事故树、事件树、平安检查表、失效模式与影响分析等常见的事故分析方法。重点：事故的定性分析与定量分析。难点：定量分析4.1事故树分析〔FTA〕

1.方法概述

事故树分析〔FaultTreeAnalysis，缩写FTA〕又称故障树分析，是从结果到原因找出与灾害有关的各种因素之间因果关系和逻辑关系的分析法。它具有以下几个优点：1、由于事故树分析法是采用演绎方法分析事故的因果关系，能详细找出系统各种固有的潜在的危险因素，为平安设计、制定平安技术措施和平安管理要点提供了依据。2、能简洁、形象地表示出事故和各种原因之间因果关系及逻辑关系。3、在事故树分析中，顶上事件可以是已经发生的事故，也可以是预想的事故。通过分析，找出原因，采取对策加以控制，从而起到预测、预防事故的作用。4、可以用于定性分析，求出危险因素〔原因〕对事故影响的大小；也可用于定量分析，由各危险因素〔原因〕的概率计算出事故发生的概率，从数量上说明是否能满足预定目标值的要求，从而采取对策措施的重点和轻、重、缓、急顺序。5、可选择最感兴趣的事故作为顶上事件进行分析。这和事件树不同，因为事件树是由一个故障开始的，而引起的事故不一定是使用者最感兴趣的。6、分析人员必须非常熟悉对象系统，具有丰富的实践经验，能准确和熟练地应用分析方法。往往出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。7、复杂系统的事故树往往很庞大，分析、计算的工作量大。8、进行定量分析时，必须知道事故树中各事件的故障数据；假设这些数据不准确，定量分析就不可能进行。事故树分析的根本步骤1、熟悉分析系统2、确定分析对象系统和要分析的对象事件〔顶上事件〕3、确定分析的边界4、确定系统事故发生概率、事故损失的平安目标值。5、调查原因事件6、确定不予考虑的事件7、确定分析的深度8、编制事故树9、定性分析10、定量分析11、结论2.事故树的编制

一事故树的符号表4-1事故树符号一览表种类符号名称意义事件符号顶上事件或中间原因事件表示由许多其他事件相互作用而引起的事件。这些事件都可进一步往下分析，处在事故树的顶端或中间基本事件事故树中最基本的原因事件，不能继续往下分析，处在事故树的底端省略事件由于缺乏资料不能进一步展开或不愿继续分析而有意省略的事件，也处在事故树的底部。正常事件正常情况下应该发生的事件。位于事故树的底部逻辑门符号与门表示B1、B2两个事件同时发生（输入）时，A事件都可能发生（输出）或门表示B1或B2任一事件单独发生（输入）时，A事件都可能发生（输出）条件与门表示B1、B2两个事件同时发生（输入）时，还必须满足条件a，A事件才发生（输出）条件或门表示B1或B2任一事件单独发生（输入）时，还必须满足条件a，A事件才发生（输出）限制门表示B事件发生（输入）且满足条件a时，A事件才能发生（输出）转移符号转入符号表示在别处的部分树，由该处转入（在三角形内标出从何处转入）转出符号表示这部分树由此处转移至他处（在三角形内标出向何处转移）编制事故树

1．顶上事件放在最上端，将其所有直接原因事件〔中间事件〕列在第二层，并用逻辑门连接上下层事件〔输出、输入事件〕；再将第二层各事件的所有原因事件写在对应事件的下面〔第三层〕，用适当的逻辑门把第二、三层事件连接起来；如此层层向下，直至找出全部根本领件〔或根据需要分析到必要的事件〕为止，从而构成一株完整的事故树。2．完成每个逻辑门的全部出入事件后再去分析其他逻辑门的输入事件。两个逻辑门不能直接连接，必须通过中间事件连接简化事故树

事故树编制完成后，需要应用数学方法对事故树中在不同位置重复的根本领件进行简化处理，然后才能进行定性、定量分析，否那么就可能造成分析的错误。常用的简化事故树方法有布尔代数法和行列法。3.事故树定性分析

1

最小割集2

最小径集3

基本事件结构重要度分析

最小割集在事故树中凡能导致顶上事件发生的根本领件的集合称作割集；割集中全部根本领件均发生时，那么顶上事件一定发生。

4个最小割集表达了顶上事故T发生的4种模式；以为例，假设X3、X5两个根本领件同时发生，那么X3使B1、B2均发生，X5导致B3发生，B1、B2、B3同时发生那么A2发生，故T发生。其余模式的物理意义类同。最小径集

在事故树中但凡不能导致顶上事件发生的最低限度的根本领件的集合，称作最小径集。在最小径集中，去掉任何一个根本领件，便不能保证一定不发生事故。因此最小径集表达了系统的平安性。4.事故树定量分析

定量分析是在求出各根本领件发生概率的情况下，计算顶上事件的发生概率，求出概率重要度和临界重要度。计算事故树顶上事件〔事故〕的发生概率。其计算过程采用下面方式分步进行。具体做法是：1、收集树中各根本领件的发生概率；2、下面根本领件开始计算每一个逻辑门输出事件的发生概率；3、将计算过的逻辑门输出事件的概率，代入它上面的逻辑门，计算其输出概率，依次上推，直达顶部事件，最终求出的即为该事故发生概率。5.根本领件的结构重要度分析

结构重要度分析，就是不考虑根本领件发生的概率的多少，仅从事故树结构上分析各根本领件的发生对顶上事件发生的影响程度。结构重要系数的求取方法

上述三种情况，只有第二种情况是根本领件Xi发生，顶上事件也发生，这说明Xi事件对事故发生起着重要作用，这种情况越多，Xi的重要性就越大。对有n个根本领件构成的事故树，n个根本领件两种状态的组合数为2n个。把其中一个事件Xi作为变化对象〔从0变到1〕，其他根本领件的状态保持不变的对照组共有2n-i个。在这些对照组中属于第二种情况〔Φ(1i,x)-Φ(0i,x)＝1〕所占的比例既是Xi事件的结构重要系数，用(i)表示，可以用下式求得：举例此事故树有5个根本领件，按照二进制列出所有根本领件两种状态的组合数，共有25＝32个，这些组合列于表4-2。为便于对照，将32组分成左右两局部各占16组，然后根据事故树图或最小割集确定Φ(0i,x)和Φ(1i,x)的值，以0和1两种状态表示。由表可见，Xi在左半部的状态值都为0，右半部都为1，右半部和左半部对应找出Φ(1i,x)-Φ(0i,x)＝1的组合，共有7个，因此，根本领件Xi的结构重要系数表4-2根本领件与顶上事件状态值根本领件X2在表中左右两侧，其状态值都分成上下两局部，每局部8组，在同一侧上下局部对照找出Φ(1i,x)-Φ(0i,x)＝1的组合，只有1个，故四条原那么用最小割集或最小径集似判断结构重要系数的方法也有几种，这里只介绍其中一种，就是用四条原那么来判断，这四条原那么是：1．单事件最小割〔径〕集中根本领件结构重要系数最大；2．仅出现在同一个最小割〔径〕集中的所有根本领件结构重要系数相等；3．仅出现在根本领件个数相等的假设干个最小割〔径〕集中的各根本领件结构重要系数依出现次数而定，即出现次数少，其结构重要系数小；出现次数多，其结构重要系数大；出现次数相等，其结构重要系数相等。4．两个根本领件出现在根本领件个数不等的假设干个最小割〔径〕集中，其结构重要系数依以下情况而定：〔1〕假设他们在最小割〔径〕集中重复出现的次数相等，那么在少事件最小割〔径〕集中出现的根本领件结构重要系数大

〔2〕假设它们在少事件最小割〔径〕集中出现次数少，在多事件最小割〔径〕集中出现次数多，以及其他更为复杂的情况，可用以下近似判别式计算： 根本领件X1与X2比较，X1出现2次，但所在的两个最小径集都含有2个根本领件，X2出现3次，所在的3个最小径集都含有3个根本领件，根据这个原那么判断应用例如油库燃爆事故树

一、求最小割径集

二、结构重要度分析 因为x27是单事件最小径集，所以Iϕ(27)最大。x22，x23同在一个最小径集中；x24，x25，x26同在一个最小径集中，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7同在8个最小径集中；x8，x9，x10，x11同在4个最小径集中；x12，x13，x14同在4个最小径集中；x17，x18，x19，x20同在4个最小径集中。

4.2事件树分析〔ETA〕

事件树分析〔EventTreeAnalysis，缩写ETA〕是一种从原因推论结果的〔归纳的〕系统平安分析方法，它按事故开展的时间顺序由初始事件出发，按每一事件的后继事件只能取完全对立的两种状态〔成功或失败、正常或故障、平安或事故等〕之一的原那么，逐步向事故方面开展，直至分析出可能发生的事故或故障为止，从而展示事故或故障发生的原因和条件。通过事件树分析，可以看出系统的变化过程，从而查明系统可能发生的事故和找出预防事故发生的途径。分析步骤

1.确定初始事件2.判定平安功能3.开展事件树和简化事件树4.分析事件树〔1〕找出事故连锁和最小割集〔2〕找出预防事故的途径5.事件树的定量分析〔1〕各开展途径的概率〔2〕事故发生的概率例如，图4-6所示事件树中各开展途径的概率计算如下：应用例如露天矿断钩跑车事故的事件树分析。某露天矿铁路运输过程中，一列上坡行驶的列车的尾车连接器的钩舌断裂，沿坡道下滑；由于调车员没有及时采取制止车辆下滑的措施，车速不断增加；当尾车滑行到135站时，该站运转员误将尾车放行到上线；尾车进入上线后继续滑行，经过117站时，该站运转员惊慌失措，导致尾车与前方检修车相撞，造成多人伤亡事故。选择断钩跑车为初始事件，针对该初始事件有三种平安功能〔调车员采取制动措施、135站运转员将尾车放行入平安线、117站运转员将尾车放行入平安线〕。由初始事件开始开展事件树，得出图4-7所示的事件树。4.3故障假设/平安检查表分析

1.分析方法 故障假设/平安检查表分析〔What-If/SafetyChecklistAnalysis〕是将故障假设与平安检查表分析两种分析方法组合在一起的分析方法，由熟悉工艺过程的人员所组成的分析组来进行。 故障假设/平安检查表分析方法可用于各种类型的工艺过程或者是工程开展的各个阶段。一般用于分析主要的事故情况及其可能后果，是一种粗略的在较大层面上的分析。2.分析步骤

1、分析准备2、构建一系列的故障假设问题和工程3、使用平安检查表进行补充4、分析每个问题和工程5、编制分析结果文件3.应用实例

为了提高产量，某公司在90t氯气贮槽和反响器进料贮槽之间新安装了一条输送管线。在每次间隙操作之前，操作人员必须将1t氯送到进料贮槽中；使用新管线大约需要一个小时〔使用旧管线约需3小时〕。使用压缩氮气输送液氯，输送距离1.5km，焊接管线且未隔离。贮槽和反响器进料槽在大气温度下操作。 为输送液氯，操作人员将阀PCV-1设置到要求的压力，翻开阀HCV-1，并且确认进料贮槽的液位逐渐上升。当进料贮槽高液位报警时表示已输送了1t的氯，操作人员关闭阀门HCV-1和PCV-2。正常情况下，阀门HCV-2在间隙操作过程中翻开以免液氯停留在长长的管线中。 分析组对工艺过程的修改进行故障假设/平安检查表分析，分析可能发生的事故及是否有适当的保障措施。会议上讨论确定的故障假设问题和工程列在表4-3中，接下来分析组使用两份平安检查表对故障假设问题进行补充，这两份平安检查表分别示于表4-4和表4-5中。表4-6列出了使用平安检查表后补充考虑的平安问题；这些问题如果只用故障假设分析方法很可能被忽略。表4-3液氯输送管线的故障假设问题如果……将发生什么情况？(6)氯会泄漏入氮气系统并污染氮气系统吗？(1)有水分留在管线中(7)管线被车辆撞坏而导致液氯大量外逸时如何隔离？(2)操作人员输送的液氯是每次间隙操作所需氯的两倍(8)洗涤器的设计依据是什么？在紧急情况下如果需要管道快速减压能处理所有的氯吗？(3)阀门HCV-1关闭(9)阀门HCV-2因疏忽而关闭(4)温度低于管线材质的额定使用温度（-20F）(10)进料贮槽的指示/报警出现故障(5)液氯从进料贮槽逆流到液氯贮槽(11)空气进入系统，会导致反应器事故吗？表4-4危险分析用平安检查表1、原料、产品、中间物的贮存(2)性能：任务审查、缺陷、施工安装(1)贮槽：设计、分离、惰性、制造材料(3)公用系统故障：供电、供热、冷却、空气、惰性气体、搅拌(2)排污系统：能力、污水(4)容器：设计、物料、规范、人孔、材质(3)紧急阀门：远距离控制危险物料(5)标识：容器、泵、开关、阀(4)检查：安全释放装置，闪蒸捕集器(6)压力释放装置：反应器、换热器、玻璃容器(5)规程：避免杂质、分析(7)事故回顾：装置、公司、行业(6)说明：化学性质、物理性质、质量、稳定性(8)检查测试：容器、压力释放装置、腐蚀(7)限制：温度、时间、数量(9)危险：失控、释放、爆炸2、物料的处理(10)供电：区域划分、特性(1)泵：释放、反转、标识、材质(11)工艺：说明、测试授权(2)风道：防爆、防火、支撑(12)操作范围：温度、压力、流量、比例、浓度、密度、液位、时间、顺序(3)输送设备：停止装置、壳体、保护(13)火源：过氧化物、乙炔化合物、磨擦、污物、压槽机、静电、阀门、加热器(4)管道：额定值(14)一致性：加热介质、阀滑剂、冲洗、填料3、工艺设备、设施、操作规程(15)安全余量：冷却、杂质(1)操作规程：开车、正常、停车、紧急情况4、人员保护7、防火(1)保护：防护墙、冲洗、逃生帮助(1)固定保护：防火区域、所需水量、分配系统、喷淋装置、冲洗水、监视器、检查、测试、足够所需(2)通风：一般通风、局部通风、空气吸入、流量(2)灭火器：型号、位置、使用训练(3)暴露：其他工艺过程、公众、环境(3)防火墙：适当、条件、门、窗(4)公用设备：隔离、空气、水、惰性气体、蒸气(4)下水道：坡度、排出速度(5)危险手册：有毒物质、易燃物质、反应活性、腐蚀、症状、急救(5)紧急反应：消防队、人员、训练、装备(6)环境：取样分析、蒸汽、尘、噪声、辐射8、控制和紧急装置5、分析设备(1)控制：范围、质量、故障自动保险(1)取样点：可接近性，通风，阀门(2)校准检查：频率、恰当(2)规程：孔塞、置换(3)报警：恰当、限制、火、烟雾(3)取样：容器、贮存、处置(4)联锁：测试、旁路规程(4)分析：规程、记录、反馈(5)泄放装置：恰当、放空尺寸、排放、排污、支撑6、维护(6)紧急情况：放空、浸没、抑制、稀释(1)清洗：溶液、设备、规程(7)过程隔离：截止阀、火灾自动保险阀，置换(2)容器打开：尺寸、障碍、人孔(8)仪表：空气质量、滞后、重置结束、制造材质(3)规程：进入容器、选择、封锁9、废物排放(1)沟槽：阻燃、反应、暴露、固体(2)放空：排放、扩散、烟雾(3)性质：沉淀物、残留、污秽物表4-5危险检查表例1．加速（非受控—太多、太少）7．加热和速度(5)易燃物质(1)偶然运动(1)热源、非电加热(6)有毒物质(2)液体漏出(2)热表面燃烧(7)腐蚀性物质(3)目标改变(3)非常冷的表面燃烧(8)不稳定物质2．减速（非受控—太多、太少）(4)加热导致气体压力增加10．辐射(1)冲击（突然停止）(5)加热导致可燃性增加(1)电离(2)刹车、轮子、轮胎等故障(6)加热导致挥发性增加(2)紫外线(3)物体坠落(7)加热导致活性增加(3)强可见光(4)碎片或抛射物8．机械(4)红外线3．化学反应（无火、整个过程都很小）(1)尖角或点(5)电磁波(1)离解、产品反向分解为各个组分(2)旋转设备(6)激光(2)组分、混合物中生成新的产品(3)往复设备11．有毒、有害物质(3)腐蚀、磨蚀等(4)夹紧点(1)气体或液体4．电气(5)举起重物(2)窒息(1)碰撞(6)稳定/倒塌趋势(3)有刺激性(2)燃烧(7)可射出部件或碎片(4)系统中毒(3)过热(8)压力(5)致癌(4)可燃物着火(9)压缩气体(6)致畸变物(5)因疏忽而接通(10)使用压缩空气的工具(7)复合产品(6)爆炸、触电(11)压力系统排出(8)可燃产品5．爆炸(12)事故释出12．振动(1)可爆炸物存在(13)压力驱动的物体(1)振动工具(2)可爆炸气体(14)水压重锤(2)高噪声源(3)可爆炸液体(15)软胶管被撞击(3)精神疲劳(4)可爆炸粉尘9．静电(4)流动或喷射振动6．易燃物和火源(1)容器破裂(5)超声波(1)存在燃料——固体、液体、气体(2)超压13．其他(2)存在强氧化剂——氧、过氧化物等(3)负压作用(1)杂质(3)存在起燃源——焊接、火炬、加热器(4)物质泄漏(2)润滑表4-6对氯气输送管道使用危险检查表后新增平安分析工程如果……将发生什么情况？⑥该设备是否满足有关标准①维修过程中管道被油污染⑦在管道较低处有无取样点或排污点吗②氨气的压力调节器故障⑧该设备的材质有无说明③氯贮槽在真空下是适用的⑨对使用防腐材料衬里的管道，是否定时以其完整性进行检测④夜间输送氯发生泄漏⑩有何紧急报警系统对装置所在社区发出警报⑤是否对以往发出的氯气释放事故进行过分析4.4失效模式与影响分析

1.分析方法

失效模式与影响分析〔FailureModesandEffectsAnalysis，FMEA〕分析设备故障〔或操作不当〕发生的方式，简称为失效模式，以及这些失效模式对工艺过程导致的结果。2.分析步骤

FMEA分析过程包括三个步骤：①确定分析问题；②完成分析；③编制分析结果文件。确定分析的边界条件包括如下几个方面：〔1〕确定装置和〔或〕系统的分析主题。〔2〕建立FMEA的物理系统边界，包括与其他过程和公用/支持系统的界面。一种确定物理系统边界的方法就是在系统图上标出FMEA范围内的所有设备。〔3〕建立系统分析边界，包括：①失效模式、后果、原因、已有平安保护；②初始操作条件或设备位置。如果超过分析范围，如飞机坠毁、地震、或龙卷风是失效模式的原因，分析人员将不予考虑。〔4〕收集最新的参考资料，这些资料用于确定设备及其功能与装置/系统的关系。系统边界内的所有设备都需要这些资料。完成分析

〔1〕设备的标识。〔2〕设备的说明。〔3〕失效模式。〔4〕后果。〔5〕平安保护。〔6〕建议措施。表4-7典型的FMEA工作表日期：页号：装置：系统：参考资料：分析人员：项目标识符说明失效模式后果安全保护建议措施失效模式

分析人员应当列出每个设备的所有失效模式。相对设备的正常操作条件而言，分析人员应当考虑到如果改变设备的正常操作条件后所有可能导致的故障情况。例如，对某个常关阀门的失效模式可包括：①阀门卡住了〔需要时因故障无法翻开〕；②因不注意，阀门处于开的位置；③阀门向周围环境泄漏；④阀门内部泄漏〔未关严〕；⑤阀体破裂。 表4-8还列出了其他一些设备的失效模式，分析人员根据这些失效模式分析它们可能产生的后果。表4-8用于FMEA的设备失效模式设备说明失效模式例设备说明失效模式例泵不正常运行(1)需要时因故障无法停止运行(2)需要运行时停止不动(3)密封泄漏/泵体破裂热交换器管程高压(1)泄漏/破裂，管程到壳程(2)泄漏/破裂，壳程到外部环境(3)壳程、堵塞(4)管程、堵塞(5)淤塞应用举例

用FMEA对DAP反响系统进行分析，图4-9是DAP反响系统工艺流程简图。对磷酸溶液控制阀门B的FMEA分析结果如表4-9所示。4.5原因－结果分析法

原因-结果分析是对系统装置、设备等在设计、操作时综合运用事故树和事件树辨识事故的可能结果及其原因的一种分析方法。其分析步骤如下：第一步，从某一初因事件作出事件树图。第二步，将事件树的初因事件和失败的环节事件作为事故树的顶上事件，分别作出事故树图。第三步，根据需要和数据进行定性或定量的分析，进而得到对整个系统的平安性评价。第一、二步所完成的图形称之为因果图。举例电机过热经分析可能引起5种后果〔G1~G5〕，这5种后果在图4-10右侧矩形方框内作了说明。关于各种后果的损失，经分析如表4-10所示。表4-10电机过热各种后果的损失〔单位：美元〕①直接损失是指直接烧坏及损坏造成的财产损失。而对于G5那么包括人员伤亡的抚恤费。②停工损失是指每停工1小时估计损失1000美元，G1停工2小时、G2停工1天、G3停工1个月、按31天算G4、G5均无限期停工，其损失约为107美元①直接损失是指直接烧坏及损坏造成的财产损失。而对于G5那么包括人员伤亡的抚恤费。②停工损失是指每停工1小时估计损失1000美元，G1停工2小时、G2停工1天、G3停工1个月、按31天算G4、G5均无限期停工，其损失约为107美元后果