故障树分析

故障化树工分过析程法设的计应概用论范围
（1）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。通过分析找出事故原 因，采取相应的对策加以控制，从而可以起到事 故预防的作用。
（2）查明系统内固有的或潜在的各种危险因素，为 安全设计、制定安全技术措施和安全管理提供科 学、合理的依据。
化工过程设计概论
(4) 系统的危险性 当系统的危险性较高时,通常采用系统、
严格、预测性的方法,如危险性与可操作性 研究、故障类型和影响分析、事件树分析、 事故树分析等方法。当危险性较低时,一般 采用经验的、不太详细的分析方法,如安全 检查表法等。
请同学们提前化完工成作过业程，设在习计题概课上论进行讨论。
第三节 风险性分析与系统安全评估
化工过程设计概论
基本要求：
1.掌握重大危险源辨识与分析技术，并能熟练应用； 2.掌握系统评估与分析方法，并能熟练应用； 3.能够依据系统分析的基本原理和基本思路,
研究和开发新的分析方法。
安全系统工程
化工过程设计概论
1．系统风险性分析的内容
从安全角度对系统中的危险因 素进行分析, 主要分析导致系统故 障或事故的各种因素及其相关关系, 通常包括如下内容:
故化障工树过分程析的设基计本概程论序
6.画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件， 直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。 7.分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重 要度。 8.事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上， 并进而求出顶上事件(事故)的发生概率。 9.比较：比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论，前者 要进行对比，后者求出顶上事件发生概率即可。 10.分析：原则上是上述10个步骤，在分析时可视具体问题 灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机进行。目前 我国故障树分析一般都考虑到第7步进行定性分析为止，也 能取得较好效果。
• 故障树分化析法工是过以程一设种逻计辑概树论的形式，定量
地 分析故障产生的内部关系。
• 我们以一个自动聚合的反应过程（流程见图5.2）为例，讨论这 一分析方法。进入该过程反应器的单体和溶剂的流速由包括有 流量计，控制器和控制阀的控制系统来调节。反应器的温度靠 冷却水夹套维持，而冷却水的流速是由热电偶、控制器和流量 控制阀组成的控制系统来调节。这一系统最大的灾难是反应的 失控，引起反应失控的原因如下：
化工过程设计概论
系 统 初 始 的 故 障 树 图
• 图给出了系统化初始工的过故障程树的设图计。图概的顶论部是反应失控的损
失，引起反应失控的原因紧接写在它的下面，层层给出它们的 因果关系。下面给出图中几个主要符号的说明：
• *..输出（故障）事件发生的条件是所有的输入都发生了故 障事件，相当并联式事故。
1．系统化风工险过性分程析设的计内概容 论
(1) 对可能出现的初始的、诱发的及直接引起事故的各 种危险因素及其相互关系进行调查和分析
(2) 对与系统有关的环境条件、设备、人员及其他有关 因素进行调查和分析
(3) 对能够利用适当的设备、规程、工艺或材料控制或 根除某种特殊危险因素的措施进行分析
(4)对可能出现的危险因素的控制措施及实施这些措施的 最好方法进行调查和分析
(3) 系统的特点Leabharlann Baidu
针对被分析系统的复杂程度和规模,工艺类型, 工艺过程中的操作类型等影响来选择系统安全分 析方法。
对于复杂和规模大的系统,由于需要的工作量和 时间较多,应先用较简捷的方法进行筛选,然后根 据分析的详细程度选择相应的分析方法。
对于某些工艺过程或系统,应选择恰当的系统安 全分析方法。
化工过程设计概论
故化障工树过分程析设法计的概缺论点
（1）FTA分析事故原因是强项，但应用于原因导致事故发生的可能性推 测是弱项。 （2）FTA分析是针对一个特定事故作分析，而不是针对一个过程或设备 系统作分析，因此具有局部性。 （3）要求分析人员必须非常熟悉所分析的对象系统，能准确和熟练地应 用分析方法。往往会出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的 现象。 （4）对于复杂系统，编制事故树的步骤较多，编制的事故树也较为庞大， 计算也较为复杂，给进行定性、定量分析带来困难。 （5）要对系统进行定量分析，必须事先确定所有各基本事件发生的概率， 否则无法进行定量分析。
(5)对不能根除的危险因素失去或减少控制可能出现的后 果进行调查和分析
(6)对危险因素一旦失去控制,为防止伤害和损害的安全 防护措施进行调查和分析
化工过程设计概论
2.在危险因素辨识中得到广泛应用的系统分析方法主 要有以下几种:
(l) 安全检查表法 (2) 预先危险性分析 (3) 故障类型和影响分析 (4) 危险性和可操作性研究 (5) 事件树分析 (6) 事故树分析 (7) 因果分析
化工过程设计概论
• 上式中的 满足
• 式中的
为不可靠性。
• 第二步是将可靠性数据用于故障树分析：
•
对于情况+：R△+

n

Ri
i1
• 对于情况+： R.
• 图中数据即按上式计算得到的。最后可求
出这个系统的可靠性为0.00136，换算为比
损失频率为6.6次故障/年。
化工过程设计概论
• 对于本例系统，假定工作者在危险区附近 的时间几率是25%；在10次反应温度失控情 况下又可能遇到一次死亡机会，所以操作 者一年中死亡几率为： • 此数据说明该设计的死亡几率大于规定值 3.5×10-7次（死亡）/年。说明该设计不安 全，必须加上保护性控制措施提高安全性
增加安全措化施工改过进后程的设催计化概聚合论反应系统流
程示意图
化工过程设计概论
改进 后系 统的 故障 树图
化工过程设计概论
• 图5给出了第二次改进后流程与效果。设计 必须一次次改进至合乎安全标准为止。
• 由图可见逐步增加控制措施第二次改进后 系统可靠度为0.999，死亡率下降至 2.2×10-5次/年，但仍高于安全要求值，仍 需改进。
• *+只要任何一个输入发生事故，都会引起输出发生故障事件 相当串联式事故。
• 每一组元有三种故障的模式： P第一种故障的模式：因组元不能执行其设计功能而失效。
S第二种故障的模式：由于外界的环境使某组元不能正常工 作。
◇指令错误模式：系统过载或输入了错误的信号引起组元 发生故障。这是第三种模式。
• 在图中故障化树的工分过支程结束设于计PP或概□论，在□中给出
化工过程设计概论
故 障 树 分 析 中 常 用 符 号
故障树化分工析过的基程本设程计序概论
1.熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流 程图或布置图。 2.调查事故：收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统 可能发生的事故。 3.确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的 事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作 为顶上事件。 4.确定目标值：根据经验教训和事故案例，经统计分析后， 求解事故发生的概率(频率)，以此作为要控制的事故目标值。 5.调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因 素。
化工过程设计概论
化工设计
第7章 化工过程分析,安全工程与 生态工业系统
王静康 教授
化工过程设计概论 • 本“化工设计” 教材(496页)：是高等教育‘十五’、
‘十二.五’国家级规划教材,希望同学课下参考教材学习。
第7章 化工过程分析,安全工程与生态工业系统
第一节 系统可靠性与可靠度分析 第二节 安全性与损失的预防 第三节 风险性分析与评估 第四节 工业系统安全工程 第五节 化工厂安全设计概述 第六节 单元操作的绿色环保措施 第七节 工业生态系统 第八节 产品生命周期分析与评价
化工过程设计概论
自动聚合的反应过程
化原工因过事程件设计概论
进入该过程反应器的单体和溶剂的流速由包括有流量计，控 制器和控制阀的控制系统来调节。反应器的温度靠冷却水夹 套维持，而冷却水的流速是由热电偶、控制器和流量控制阀 组成的控制系统来调节。这一系统最大的灾难是反应的失控， 引起反应失控的原因如下： 1．流入反应器的单体相对于溶剂的比例过大，反应过失控； 2．反应温度过高，反应不均失控。
教材依据
化工过程设计概论 第二节 安全性与损失的预防
化7工.2.过3故程障设树计分概析论
(Fault Tree Analysis，FTA)
故 障 树 分 析 (FTA) 技 术 是 美 国 贝 尔 电 报 公 司 的 电 话 实 验 室 于 1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作， 特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也 可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、 准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。一般 来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。
化工过程设计概论
3. 系统分析方法的选择 在进行系统分析方法选择时应根据实际情况,并考虑如下
几个问题:
(1) 分析的目的 分析的最终目的是辨识危险源,而在实际工作中要达到一
些具体目的,例如:
■对系统中所有危险源,查明并列出清单; ■掌握危险源可能导致的事故,列出潜在事故隐患清单; ■列出降低危险性的措施和需要深入研究部位的清单; ■将所有危险源按危险大小排序; ■为定量的危险性评价提供数据。
1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告， 即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它 的发展。
化工故障过树程图设(计FT概D) 论
一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而 联系，它用图形化"模型"路径的方法，使一个系统 能导致一个可预知的，不可预知的故障事件（失 效），路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑 符号(与，或等等)表示。 在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些 事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。
故化障工树过分程析设法计的概优论点
(1）事故树的果因关系清晰、形象。对导致事故的各种原因及逻辑关系 能做出全面、简洁、形象地描述，从而使有关人员了解和掌握安全控制 的要点和措施。 （2）根据各基本事件发生故障的频率数据，确定各基本事件对导致事 故发生的影响程度——结构重要度。 （3）既可进行定性分析，又可进行定量分析和系统评价。通过定性分 析，确定各基本事件对事故影响的大小，从而可确定对各基本事件进行 安全控制所应采取措施的优先顺序，为制定科学、合理的安全控制措施 提供基本的依据。通过定量分析，依据各基本事件发生的概率，计算出 顶上事件（事故）发生的概率，为实现系统的最佳安全控制目标提供一 个具体量的概念，有助于其它各项指标的量化处理。
化工过程设计概论
(2) 资料的影响
关于资料收集的多少、详细程度、内容 的新旧等,都会对选择系统安全分析方法有 着至关重要的影响。
一般来说,资料的获取与被分析的系统所 处的阶段有直接关系。例如,在方案设计阶 段,采用危险性和可操作性研究或故障类型 和影响分析的方法就难以获取详细的资料。
化工过程设计概论
化故工障树过和程可设靠计性概框图论
(RBD－Reliability Block Diagrams )
故障树图 ( 或者负分析树)是一种逻辑因果关系图，它根 据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。就像 可靠性框图(RBDs)；
FTD和RBD最基本的区别在于RBD工作在"成功的空间"， 从而系统看上去是成功的集合，然而，故障树图工作在"故 障空间"并且系统看起来是故障的集合。
系统条件指令引起的损失。 • 使用这种分析方法的第一步是估计出比损失的频
率。对于特定的元素i，其故障的平均速率fi（失
败次数/时间）。而故障之间的平均时间即
• 对于化工过程失效速率的数据在文献中已开始有 所记载，但是还没有较完全的数据库可供查阅。 图给出了该系统组元失效的平均速率，并注出了 第一、第二类故障速率。与每一组元的失效模式 相联系的可靠性 ,就是组元不失效的概率， Buttham曾用下式描述：
• 1．流入反应器的单体相对于溶剂的比例过大，反应过失控；
• 2．反应温度过高，反应不均失控。
•
图给出了系统初始的故障树的图。图的顶部是反应失控的
损失，引起反应失控的原因紧接写在它的下面，层层给出它们
的因果关系。下面给出图中几个主要符号的说明：
化工过程设计概论
故 障 树 分 析 中 常 用 符 号