安全系統(tǒng)工程課件：FMEA及HAZOP分析

安全系統(tǒng)工程基礎(chǔ)知識本課重難點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)§9故障類型及影響分析一、FMEA相關(guān)基本概念二、FMEA的格式三、FMEA的步驟四、FMEA應(yīng)用實(shí)例分析§10危險性與可操作性研究一、基本概念和術(shù)語二、HAZOP的特點(diǎn)三、研究步驟四、HAZOP應(yīng)用實(shí)例分析課程小結(jié)課程復(fù)習(xí)思考題下次課預(yù)習(xí)要點(diǎn)本課重難點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)本課的重點(diǎn)及難點(diǎn)

FMEA的類型與分析程序。HAZOP的特點(diǎn)和術(shù)語及研究步驟。教學(xué)目標(biāo)了解FMEA的基本含義與分析程序。了解HAZOP的特點(diǎn)和術(shù)語及研究步驟。故障類型及影響分析

故障類型及影響分析FMEA)，是安全系統(tǒng)工程中重要的分析方法之一。它是由可靠性工程發(fā)展起來的，主要分析系統(tǒng)各組成部分、元件、產(chǎn)品的可靠性和安全性。它采取系統(tǒng)分割的概念，根據(jù)實(shí)際需要把系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)，或進(jìn)一步分割成元件。然后對系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行逐個分析，尋求各組成部分中可能發(fā)生的故障、故障因素，以及可能出現(xiàn)的事故，可能造成人員傷亡的事故后果，查明各種故障類型對整個系統(tǒng)的影響，并提出防止或消除事故的措施，以提高系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性和安全性。§9FMEA一、FMEA相關(guān)基本概念FMEA分析方法能夠?qū)ο到y(tǒng)或設(shè)備部件可能發(fā)生的故障模式、危險因素，對系統(tǒng)的影響、危險程度、發(fā)生可能性大小或概率等進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的定性或定量分析，并可針對故障情況提出相應(yīng)的檢測方法和預(yù)防措施，因而具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、全面性和科學(xué)性。實(shí)踐證明，用FMEA分析法進(jìn)行工業(yè)系統(tǒng)中的潛在危險辨識與分析，具有良好的效果。一、FMEA相關(guān)基本概念（1）故障元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)在規(guī)定期限內(nèi)和運(yùn)行條件下未按設(shè)計(jì)要求完成規(guī)定的功能或功能下降，稱為故障。一、FMEA相關(guān)基本概念（2）故障類型故障類型是故障的表現(xiàn)形態(tài)?？杀硎鰹楣收铣霈F(xiàn)的方式（如熔絲斷）或?qū)Σ僮鞯挠绊懀ㄈ玳y門不能開啟）。對于不同的產(chǎn)品，故障類型也會有所不同。一、FMEA相關(guān)基本概念例如，水泵、發(fā)電機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)部件的故障類型有：誤啟動、誤停機(jī)、啟動不及時、停機(jī)不及時、速度過快、反轉(zhuǎn)、異常的負(fù)荷振動、發(fā)熱、線圈漏電、運(yùn)轉(zhuǎn)部分破損等；閥門等流量調(diào)節(jié)裝置的故障類型有：不能啟動、不能閉合、開關(guān)錯誤、泄漏、堵塞、破損等。一個系統(tǒng)或一個元件往往有多種故障類型。一般機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備常見故障類型見表示。一、FMEA相關(guān)基本概念（3）故障檢測機(jī)制由操作人員在正常操作過程中或由維修人員在檢修活動中發(fā)現(xiàn)故障的方法或手段。一、FMEA相關(guān)基本概念（4）故障原因?qū)е孪到y(tǒng)、產(chǎn)品故障的原因既有內(nèi)在因素（如系統(tǒng)、產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)不合理或有潛在的缺陷；系統(tǒng)、產(chǎn)品中零部件有缺陷；制造質(zhì)量低、材質(zhì)選用有錯或不佳；運(yùn)輸、保管、安裝不善等），也有外在因素（包括環(huán)境條件和使用條件）。一、FMEA相關(guān)基本概念（5）故障影響某種故障類型對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、單元的操作、功能或狀態(tài)所造成的影響。（6）故障嚴(yán)重度考慮故障所能導(dǎo)致的最嚴(yán)重的潛在后果，并以傷害程度、財(cái)產(chǎn)損失或系統(tǒng)永久破壞加以度量。二、FMEA的格式表2-6為故障類型及影響分析的一般格式。對于故障類型及影響和危險度分析（FMECA），在編制分析表格時，只需在故障類型及影響分析的表格之中加上通過分析計(jì)算得出的危險程度數(shù)值和故障發(fā)生概率數(shù)值兩列欄目即可。三、FMEA的步驟FMEA按如下步驟進(jìn)行：（1）調(diào)查所分析系統(tǒng)的情況，搜集整理資料。將所分析的系統(tǒng)或設(shè)備部件的工藝、生產(chǎn)組織、管理和人員素質(zhì)、設(shè)備等情況，以及投產(chǎn)或運(yùn)行以來的設(shè)備故障和傷亡事故情況進(jìn)行全面調(diào)查分析，搜集整理傷亡事故、設(shè)備故障等方面的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料。三、FMEA的步驟（2）危險源初步辨識。組織與該系統(tǒng)或設(shè)備部件有關(guān)的工人、技術(shù)人員和安全管理人員開展危險預(yù)知活動，擺明問題，從操作行為、設(shè)備、工藝、環(huán)境因素、管理狀態(tài)等方面進(jìn)行危險源辨識和分析。三、FMEA的步驟（3）故障類型、影響及組成因素分析。危險源列出來以后，即根據(jù)搜集整理的設(shè)備故障、傷亡事故情況等資料進(jìn)行故障類型、影響及組成因素分析。（4）故障危險程度和發(fā)生概率分析。通過危險源辨識、故障類型及組成因素的分析，對系統(tǒng)中危險因素的基本情況有了初步了解，此時需要給出故障危險程度和發(fā)生概率。三、FMEA的步驟按故障可能導(dǎo)致的最嚴(yán)重的潛在后果，故障危險程度等級劃分情況如表2-7所示。三、FMEA的步驟故障概率一般按統(tǒng)計(jì)時間內(nèi)的實(shí)際故障次數(shù)除以統(tǒng)計(jì)區(qū)間內(nèi)實(shí)際工作小時數(shù)進(jìn)行計(jì)算。若實(shí)際統(tǒng)計(jì)有困難，則可按表2-8進(jìn)行半定量分析。三、FMEA的步驟（5）檢測方法與預(yù)防措施。檢測方法主要采用常規(guī)或?qū)ｉT的方法測定故障和危險因素；預(yù)防措施是對故障因素和危險源的控制措施。（6）按故障危險程度與概率大小，分先后次序，輕重緩急地逐項(xiàng)采取預(yù)防措施。四、FMEA應(yīng)用實(shí)例分析【例2-3】空氣壓縮機(jī)是礦山企業(yè)井巷工程施工時常用的動力設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)的儲氣罐屬于一種容易發(fā)生事故的高壓容器，是安全管理工作中重點(diǎn)防范的設(shè)備系統(tǒng)。在此對空氣壓縮機(jī)儲氣罐罐體和安全閥兩元素進(jìn)行故障類型及影響分析的結(jié)果如表2-9所示。四、FMEA應(yīng)用實(shí)例分析【例2-4】表2-10為起重機(jī)防過卷裝置和鋼絲繩兩組件系統(tǒng)的故障類型及影響和危險度分析的實(shí)例。危險性與可操作性研究危險性與可操作性研究（HAZOP）是英國帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)于1974年開發(fā)的，用于熱力--水力系統(tǒng)安全分析的方法。它應(yīng)用系統(tǒng)的審查方法來審查新設(shè)計(jì)或已有工廠的生產(chǎn)工藝和工程總圖，以評價因裝置、設(shè)備的個別部分的誤操作或機(jī)械故障引起的潛在危險，并評價其對整個工廠的影響。危險性與可操作性研究，尤其適合于類似化學(xué)工業(yè)系統(tǒng)的安全分析?！?0HAZOP一、基本概念和術(shù)語危險性與可操作性研究與其他系統(tǒng)安全分析方法不同，這種方法由多人組成的小組來完成。通常，小組成員包括各相關(guān)領(lǐng)域的專家，采用頭腦風(fēng)暴法(Brainstorming)來進(jìn)行創(chuàng)造性的工作。一、基本概念和術(shù)語基本概念和術(shù)語進(jìn)行危險性與可操作性研究時，應(yīng)全面地、系統(tǒng)地審查工藝過程，不放過任何可能偏離設(shè)計(jì)意圖的情況，分析其產(chǎn)生原因及其后果，以便有的放矢采取控制措施。危險性與可操作性研究常用的術(shù)語如下:一、基本概念和術(shù)語（1）意圖(Intention)。工藝某一部分完成的功能，一般情況下用流程圖表示。（2）偏差（或偏離）(Deviation)。與設(shè)計(jì)意圖的情況不一致，在分析中運(yùn)用引導(dǎo)詞系統(tǒng)地審查工藝參數(shù)來發(fā)現(xiàn)偏離。（3）原因。產(chǎn)生偏離的原因，通常是物的故障、人失誤、意外的工藝狀態(tài)(如成分的變化)或外界破壞等原因引起。一、基本概念和術(shù)語（4）后果。偏離設(shè)計(jì)意圖所造成的后果(如有毒物質(zhì)泄漏等)。（5）引導(dǎo)詞(Guidewords)。在危險源辨識的過程中，為了啟發(fā)人的思維，對設(shè)計(jì)意圖定性或定量描述的簡單詞語。危險性與可操作性研究的引導(dǎo)詞見表2－11。（6）工藝參數(shù)。生產(chǎn)工藝的物理或化學(xué)特性，一般性能如反應(yīng)、混合、濃度、pH值等；特殊性能如溫度、壓力、相態(tài)、流量等。二、HAZOP的特點(diǎn)危險性與可操作性研究分析具有以下特點(diǎn)：（1）它是從生產(chǎn)系統(tǒng)中的工藝狀態(tài)參數(shù)出發(fā)來研究系統(tǒng)中的偏差，運(yùn)用啟發(fā)性引導(dǎo)詞來研究因溫度、壓力、流量等狀態(tài)參數(shù)的變動可能引起的各種故障的原因、存在的危險以及采取的對策。二、HAZOP的特點(diǎn)（2）它是故障模式及影響分析的發(fā)展。它研究和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)有關(guān)的因素。它從中間過程出發(fā)，向前分析其原因，向后分析其結(jié)果。向前分析是事故樹分析，向后分析是故障模式及影響分析，它有兩種分析的特長，因?yàn)閮煞N方法都有中間過程。中間過程可理解為故障模式及影響分析中的故障模式對子系統(tǒng)的影響，或者是事故樹分析的中間事件。它承上啟下，既表達(dá)了元件故障包括人的失誤相互作用的狀態(tài)，又表示了接近頂上事件更直接的原因。因此，不僅直觀有效，而且更易查找事故的基本原因和發(fā)展結(jié)果。二、HAZOP的特點(diǎn)（3）危險性與可操作性研究方法，不需要有可靠性工程的專業(yè)知識，因而很易掌握。使用引導(dǎo)詞進(jìn)行分析，既可啟發(fā)思維，擴(kuò)大思路，又可避免漫無邊際地提出問題。二、HAZOP的特點(diǎn)（4）研究的狀態(tài)參數(shù)正是操作人員控制的指標(biāo)，針對性強(qiáng)，利于提高安全操作能力。（5）研究結(jié)果既可用于設(shè)計(jì)的評價，又可用于操作評價；既可用來編制、完善安全規(guī)程，又可作為可操作的安全教育材料。（6）該方法主要適用化工企業(yè)。三、研究步驟A研究準(zhǔn)備

1）研究目的、對象和范圍。進(jìn)行危險性與可操作性研究時，對所研究的對象要有明確的目的。其目的是查找危險源，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，或?qū)彶楝F(xiàn)行的指令、規(guī)程是否完善等，防止操作失誤，同時要明確研究對象的邊界、研究的深入程度等。三、研究步驟

2）建立研究小組。開展危險性與可操作性研究的小組成員一般由5－7人組成，包括有關(guān)各領(lǐng)域?qū)＜摇ο笙到y(tǒng)的設(shè)計(jì)者等，以便發(fā)揮和利用集體的智慧和經(jīng)驗(yàn)。三、研究步驟

3）資料收集。危險性和可操作性研究資料包括各種設(shè)計(jì)圖紙、流程圖、工廠平面圖、等比例圖和裝配圖，以及操作指令、設(shè)備控制順序圖、邏輯圖或計(jì)算機(jī)程序，有時還需要工廠或設(shè)備的操作規(guī)程和說明書等。三、研究步驟

4）制定研究計(jì)劃。在廣泛收集資料的基礎(chǔ)下，組織者要制定研究計(jì)劃。在對每個生產(chǎn)工藝部分或操作步驟進(jìn)行分析時，要計(jì)劃好所花費(fèi)的時間和研究的內(nèi)容。三、研究步驟B進(jìn)行審查對生產(chǎn)工藝的每個部分或每個操作步驟進(jìn)行審查時，應(yīng)采取多種形式引導(dǎo)和啟發(fā)各位專家，對可能出現(xiàn)的偏離及其原因、后果和應(yīng)采取的措施充分發(fā)表意見。審查程序如圖2-2所示。四、HAZOP應(yīng)用實(shí)例分析【例2-5】圖2-3是一個反應(yīng)器及供料系統(tǒng)。原料A和原料B分別用泵P1、P2送入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)品C。在反應(yīng)過程中，若原料B的成分大于原料A的成分，則會發(fā)生爆炸性反應(yīng)?，F(xiàn)在取原料