202安全评价系列讲座.docx

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1、安全评价系列讲座(Io)-可操作性研究(OPerabiIity-Study,0S)王广亮中国石化安全工程研究院，青岛2660711特点可操作性研究也是一种定性危险分析方法，它是一种以系统工程为基础，针对化工装置而开发的一种危险性评价方法。它的基本过程是以关键词为引导，找出过程中工艺状态的变化(即偏差)，然后再继续分析造成偏差的原因、后果及可以采取的对策。可操作性研究近年来常称作危险及可操作性研究(HAZOP)。通过可操作性研究的分析，能够探明装置及过程存在的危险，根据危险带来的后果明确系统中的主要危害；如果需要，可利用故障树对主要危害继续分析，因此这又是确定故障树“顶上事件”的一种方法，可以与

2、故障树配合使用。在进行可操作性研究过程中，分析人员对于单元中的工艺过程及设备将会有深入了解，对于单元中的危险及应采取的措施会有透彻的认识，因此，可操作性研究还被认为是对员工进行培训的有效方法。2适用范围可操作性研究既适用于设计阶段，乂适用于现有的生产装置。对现有生产装置进行分析时，如能吸收有操作经验和管理经验的人员共同参加，会收到很好的效果。1974年，英国帝国化学工业公司依据故障类型及影响分析的思路而开发的可操作性研究主要应用于连续的化工过程。在连续过程中，管道内物料工艺参数的变化反映了各单元设备的状况，因此在连续过程中分析的对象确定为管道，通过对管道内物料状态及工艺参数产生偏差的分析，查找

3、系统存在的危险，对所有管道分析之后，整个系统存在的危险也就一目了然。化工生产既有连续过程，又有间歇过程，我国原化工部劳动保护研究所在进行“光气及光气化产品企业安全评价”课题研究中对间歇过程中应用可操作性研究方法进行了研究，结果表明，在进行若干改进以后，可操作性研究也能很好地应用于间歇过程的危险性分析。在间歇过程中，分析的对象将不再是管道，而应该是主体设备，如反应器等。根据间歇生产的特点，分成3个阶段(即进料、反应、出料)，对反应器加以分析。同时,在这3个阶段内不仅要按照关键词来确定工艺状态及参数可能产生的偏差，还要考虑操作顺序等项因素可能出现的偏差。这样就可对间歇过程作全面、系统的考察。3分析

4、步骤及关键词表可操作性研究的分析程序如图6-1所示。可操作性研究的主要分析步骤是：(1)充分了解分析对象，准备有关资料。(2)将分析对象划分为若干单元，在连续过程中单元以管道为主，在间歇过程中单元以设备为主。(3)按关键词(见表61),逐一分析每个单元内工艺条件等可能产生的偏差。(4)分析发生偏差的原因及后果。制定对策。(6)将上述分析结果填入表格中。表6-2为一种常用的记录表格。为了保证分析详尽而不发生遗漏，分析时应按照关键词逐一进行，利用关键词是可操作研究方法的一个特点。表61给出了关键词及其含义。4应用举例藉助“第三讲如果怎么样”中制备磷酸氢二筱的例子进行“可操作性研究”分析。由磷酸和氨

5、水制备磷酸二氢钱的流程简图见图6-2o假定磷酸和氨水自高位槽中靠重力流入反应器,反应器为常压操作。因为是一个连续过程，可取磷酸槽出口管路作为对象，分析结果列于表63。安全评价系列讲座(9)-故障类型及影响分析(Fai1ureModeandEffectAna1ysis,FKE)1概述这种方法的特点是从元件、器件的故障开始，逐次分析其影响及应采取的对策。其基本内畜是为找出构成系统的每个元件可能发生的故障类型及其对人员、操作及整个系统的影响。可以说，故障类型及影响分析从元件的角度出发，回答厂“如果怎么样？”的问题。它也是一种定性的危险分析方法。故障类型及影响分析(FMEA)通常按预定的分析表逐项进行

6、，表5-1所示为一种分析表示例。表51中的危险严重度及故障发生概率分别在表52、表53的原则加以确定。2分析步骤(1)将系统分成子系统，以便处理。(2)审查系统和各子系统的工作原理图、示意图、草图，查明它们之间及元件组合件之间的关系。这项工作可通过编制和使用方块图来完成(3)编制每个待分析的子系统的全部零什表，每个零件的特有功能同时列入。确定操作和环境对系统的作用。(4)分析工程图和工作原理图，查出元件发生的主要故障机理。(5)查明每个元件的故障类型对子系统的故障影响。一个元件有一个以一卜的故障类型时，必须分析每一一类型故障的影响并分别列出根据故障影响大小确定危险严重度。(6)列出故障概率。(

7、7)列出排除或控制危险的措施。如果故障会引起受伤或死亡。要说明提供的安全装置。元件分解到一个什么程度是一个要注意的问题，要根据危险分析的目的加以确定。一般认为分析的对象有确定的故障率并能得到它时就可以了，不必再详细分解。例如，生产中的电动机，它的故障率是可以得到的，就没有必要再对它的零件进行分析rj如果这部机器的故障率很高，可以进一步分析各种零件的故障类型、影响及故障率，以确定哪个零件需要加以改进。3适用范围1957年，FMF.A用于飞机发动机的危险分析。后来，美国国家航空和航天管理局、陆军在签订合同时都要求实施FMEA。现在FMEA在原子能工业、电气工业、仪表工业都有广泛的应用，在化学工业应

8、用也有明显的效果，如美国杜邦公司就将其作为化工装龊三阶段安全评价中的一个环节。故障类型及影响分析还常常与故障树配合使用，来确定故障灵的顶上事件。4应用举例空气压缩机贮罐故障类型和影响分析。空气压缩饥贮罐属于压力容器，其功能是贮存空气压缩机产生的压缩空气。这里仅考察贮罐的罐体和安全阀两个部件，分析结果列于表54安全评价系列讲座(8)-危险指数评价方法(上)众所周知，评价事故的危害有两个指标：靠故发生频度及事故后果。为此，开发了许多方法分别加以研究。前面几讲介绍的一些系统安全工程方法均属此类，其中故障树分析、事件树分析是典型的代表。在故障树分析中，根据基本事件(如阀门、泵、仪表等的故障)的发生概率

9、，能准确计算出顶上争件(故)的发生概率。实际上，有许多因素既影响事故发生频度又与故的后果有关，这在化工过程中尤为突出。美国道化学公司开创的危险指数评价法，综合考虑了影响故发生频度与后果的危险因素，给它们赋以分值并运算后得到表征总危险度的指数，从而形成了与系统安全工程方法并所行不悖的两大安全评价的流派。1危险指数评价法的产生与发展美国道化学公司1964年公布第一版危险指数评价方法，至今已作了6次修改，提出了第7版。道化学公司方法推出以后，各国竞相研究，推动了这项技术的发展，在它的基础上提出了一些不同的评价方法，其中尤以英国IC1公司蒙德分部方法最具特色。第三版道化学公司方法的评价结果是以火灾、爆

10、炸指数来表示的，英国IC1公司蒙德分部则根据化学工业的特点，扩充了毒性指标，并对所采取的安全措施引进了补偿系数的概念，把这种方法向前推进了一大步。道化学公司又在吸收蒙德方法优点的基础上，进一步把单元危险度转化为最大财产损失，技术日臻完善。危险指数评价方法图谱见图91。道化公司第三版、第五版评价程序分别见图92、图93。英国IC1公司蒙德分部评价程序见图94。我国也开展了危险指数评价的研究，在1992年发布的国家标准一一光气生产安全评价中采取的危险指数计算程序如图95所示。在光气生产中，所处理物料有易燃、易爆的一氧化碳、液氯等，又有毒性很大的物质如光气、一氧化碳等。根据这个特点，在评价中除了火灾

11、、爆炸之外，还突出了毒性这一评价指标。在这项研究中，结合我国光气生产工艺水平和设备状况，重点扩展了毒性指数的计算并提出了“工艺过程毒性”这一新的概念。图9-5中MF代表物质系数，F&EI代表火灾、爆炸指数，11代表毒性指数，F&EI和11分别代表补偿(即根据所采取的预防手段及安全措施来进行修正)后的火灾、爆炸指数和毒性指数。2道化学公司方法不同版本的比较现将道化学公司方法各版本的异同点简要归纳如下：(1)物质系数(MF)在第二版中物质系数(MF)取决于物质的沸点、燃点及燃烧范围等等。第三版中则以燃烧热和反应热为依据。在第四版突出考虑了物质的反应性(物质的不稳定性、与水反应性等)并确定了从化学活

12、动性Nr和燃烧性Nf求取物质系数的原则，虽然第五版、第六版中又进行了若干修正，但这个原则自第四版以来一商没有改变。(2)火灾、爆炸指数(F&ED各版本共同的作法是以物质系数为基准,再考虑工艺危险性来计贷.火灾、爆炸指数。在第二、三版中在物质系数之外又考虑了一个特殊物质系数，这个特殊物质系数在第四、五、六、七版中予以剔除。另外，根据F&EI的大小而进行的危险等级划分也有变化，具体参见表91(3)防灾措施第三版以前是根据火灾、爆炸指数的大小来选择防灾措施，在第四、五、六、七版中是先选择合适的防灾措施，然后计算这些防灾措施的补偿系数。(4)最大可能财产损失(MPPD)的导入第四版以来的最大特点是引入

13、了最大可能财产损失。从火灾、爆炸指数和物质系数来求取单元发生事故的可能损失金额。采取防灾措施会直接减少可能造成的金额损失。第五版以后还计算最大可能工作E1损失及停产损失。(5)安全管理最初，美国道化学公司开创的危险指数评价法完全是为了评估工艺过程的固有危险，在以后的版本中逐渐增加了安全管理的内容：首先补充了“操作规程”，在最近推出的第七版乂增加了“开展危险分析活动”等内容。1994年，美国道化学公司评价法的第七版问世，与第六版相比，其基本的评价程序和评价内容没有发生变化。重点的改进之处为：恢复了根据火灾、爆炸指数的大小来划分危险等级。对最大可能财产损失(MPPD)和设备布置等作了进一步的讨论。

14、在安全措施补偿系数部分增加了危险分析活动的内容。补充了一些新的物质系数值。为了便于计算处理，在系数取值及表格设置等方面作了改进。安全评价系列讲座(7)-第八讲故障树分析(FaU1tTreeAna1ysis,FTA)(下)3故障树定性分析故障树分析，包括定性分析和定量分析两种方法。在定性分析中，主要包括最小割集、最小径集和重要度分析。限于篇幅，以下仅介绍定性分析中的最小割集和最小径集。3. 1最小割集及其求法割集：它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。最小割集就是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集。最小割集的求取方法有行列式法、布尔代数法等。现在，已有计算机软件求取最小割集和最小径集。以下简要

15、介绍布尔代数化简法。图8-9为一故障树图，以下是用布尔代数化简的过程。T=A1+A2=X1X2A3+X4A4=X1X2(X1+X3)+X4(X5+X6)=X1X2A1+X1X2A3+X4X5+X4X6=X1X2+X4X5+X4X6所以最小割集为X1,X2,X4,X5,X4,X6。结果得到三个交集的并集，这三个交集就是三个最小割集E1=X1,X2),E2=X4,X5,E3：X4,X6。用最小割集表示故障树的等效图如图810。3.2最小径集及其求法径集：如果故障树中某些基本事件不发生，则顶上事件就不发生，这些基本事件的集合称为径集。最小径集：就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶性。首先作出与故障树对偶的成功树，即把原来故障树的与门换成或门，而或门换成与门，各类事件发生换成不发生，利用上述方法求出成功树的最小割集，再转化为故障树的最小径集。T=A1=(X,1+A,=(X,1+X,=(X,1+X,=X1X,4+A,23+X,2)*(X4+,4)2+X,1X3)(X4+X,2)(X4+X,5X,6)XIX5X6+X2X,4+5X6)成功树的最小割集：X。，X)XX,2X*5XO,X,XX,X)X,2,即故障树的最小径集：P1=X1,X4)P2=XI,P3=X2,X4)P4=X2,X,5,X,6)oX5,