第三章_计算机辅助安全分析_FTA_Hazop-XXXX

3.2.3计算机辅助过程安全分析与评价方法1计算机辅助故障树分析CAFTA:Computer-AidedFaultTreeAnalysisIncollaborationwithClientorPartnerlogoComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(1)简介1961年，贝尔实验室提出最重要的PHA方法之一，应用广泛数学基础较为严谨计算机实现较为容易同时具备定性、定量分析功能其它应用领域（如可靠性分析）Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(2)初识故障树倒着的树树根——顶事件树枝和树叶——中间事件和底事件故障树的元素门和事件分析特点自上而下Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP与门当所有输入事件发生的时候，输出事件才发生或门至少有一个输入事件发生时，输出事件才发生非门输出是输入的对立事件其它表决门，转移门，顺序门，条件门等预备知识之一：门的符号表示及意义Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(3)故障树预备知识之二：布尔代数(BooleanAlgebra)I定义A={1，0}A=1：事件发生(EventOccurs)；A=0：事件不发生(EventdoesnotOccur)II逻辑运算符(LogicalOperator)AORB;AANDB;NOTAABAORB000101011111ABAANDB000100010111Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(3)故障树预备知识之二：布尔代数(BooleanAlgebra)III布尔运算法则(RulesofBooleanalgebra)commutativelawsA+B=B+A；A*B=B*AAssociativelaws(A+B)+C=A+(B+C);(A*B)*C=A*(B*C)DistributivelawsA+(B*C)=(A+B)*(A+C);A*(B+C)=A*B+A*CIdentitieslawsA+0=A;A+1=1;A*0=0;A*1=AIdempotentlawA+A=A;A*A=AAbsorptionlawA+A*B=A;A*(A+B)=AMorganlaw(A+B)=A*B;(A.B)=A+BComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(3)故障树预备知识之二：布尔代数(BooleanAlgebra)练习A*C+B*C+C+A*B+A*B*C+A*B=?A*(B+C*A)=?Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(4)事故树构建(FaultTreeConstruction)注意事项I系统边界的界定搜索所有可能的故障或失效是不可能的，也是不现实的。系统基本都具有输入输出环节，如：水供应系统（能量的输入——电机，电能；水源的输出——管道系统）。是否考虑这些环节对系统本身状态的影响，就是一个系统边界界定的问题，它直接影响故障树分析结果的质量系统边界的界定包括两种：外部边界的界定和问题分解程度(内部边界)的界定。外部边界：时空定位分解程度：问题细化的程度，受是否有可靠数据的影响。Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(4)故障树的构建(FaultTreeConstruction)注意事项I故障树构建的基本原则顶事件确定以后，通过搜索直接的、必须的以及充分的事故原因构建故障树。原则I：作为故障的事件需要有一定的说明（what…,when…?）原则II：故障事件的级别：按照故障事件是否由部件失效直接导致产生，分为部件级别故障(state-ofcomponent)与系统级别故障(state-of-system)。部件级别故障原因应包括：主要故障原因、指令故障原因原则III：不包括奇异事件原则IV：门事件的完备性原则V：门与门不能直接相连Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(4)故障树的构建(FaultTreeConstruction)F1F2P3P4V1V2PP3N图冷却水系统P1P2Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(4)故障树的构建(FaultTreeConstruction)图冷却水系统Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)定性分析的目的及用途发现系统的故障及其发生的途径（故障模式）找出事件之间的关系及其事件的组合形式，搞清它们对顶事件的发生的影响查明由基本事件到顶事件的发展途径，并求出顶事件发生的最少的事件的组合发现系统的薄弱环节Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)基本概念失效模式割集基本事件的集合，若事件都发生，则顶事件发生。最小割集必须的、充分的割集。去掉其中的任一基本事件，则顶事件就不发生。例：{A，B，C}是一个割集，如果{A，B}也是一个割集，则{A，B，C}这个割集就没有意义了。径集与割集对应，但是其顶事件为系统成功。故障树表示：T=K1+K2+K3+…+Kn;Ki=X1X2…XmComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)最小割集的确定方法说明以只含与门和或门的故障树为例故障树实例如右图，三个基本事件，23=8中种部件状态组合111(W)011(W)110(F)010(F)101(W)011(F)100(F)000(F)TG1G2G3G4BACCABComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)方法一：自上而下T=G1*G2=(G3+A)*（C+G4）=G3*C+G3*G4+A*C+A*G4=(B+C)*C+(B+C)*G4+A*C+A*G4=B*C+C*C+B*G4+C*G4+A*C+A*G4=B*C+C+B*G4+C*G4+A*C+A*G4=C+B*G4+A*G4=C+B*(A*B)+A*(A*B)=C+B*A*B+A*A*B=C+B*A+A*B=C+A*BTG1G2G3G4BACCABComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)方法二：自下而上T=(B+C+A)*(C+A*B)=B*C+B*A*B+C*C+C*A*B+A*C+A*A*B=B*C+A*B+C+C*A*B+A*C+A*B=C+A*BTG1G2G3G4BACCABComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)计算机方法取数组表示门和事件Gate(i,j),Event(i,j)，i表示层，j表示i层内门或事件的序号。图形化方法逻辑结构表示(事件与门的对应关系)任一门或者事件都必须具有唯一标示的字符。TG1G2G3G4BACCABComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)计算机方法全部割集求解定义二维数组Cut_Set，动态大小TG1G2G3G4BACCABComputer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)TG1G2G3G4BACCAB算法Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)TG1G2G3G4BACCAB算法素数的定义对每一基本事件赋值——不等于1的素数，互不相同。如A=3,B=5,C=7;对所有割集求值，如上表中由上而下，割集的值分别为：35，7，15，105；21；15任一割集的值如果能背另外一个割集的值整除，则删掉该割集Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定性分析(QualitativeFaultTreeAnalysis)TG1G2G3G4BACCAB定性分析后得到结果：最小割集的并集，而最小割集为基本事件的交集最小割集的阶数及含义径集的定义及含义等效故障树定性分析Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(5)故障树定量分析(QuantificationFaultTreeAnalysis)如下式等式右边共有2nc-1项推荐算法CCCCniijnnjiniiKKKPKKPKPTP2112111)()1()()()(Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP(6)故障树分析作业(FaultTreeAnalysis)作业1定性分析推导及化简过程2定量分析定量分析的数学表达式Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP2危害及可操作性分析(HAZOP)(1)概述产生七八十年代由英国一公司首先开发应用。目前在有些国家如英国,已通过立法手段强制其在工程建设项目中推广应用。特点高度专业化的作业程序,主要用作定性分析。目标通过一种系统化的方式激发设计人员和操作人员的想象力，识别可能出现的危险及其原因，从而尽可能将危险消灭在项目实施的早期；同时为操作人员提供有用的参考资料。Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP2危害及可操作性分析(Hazop)(1)概述本质是通过系列的分析会议对工艺图纸和操作规程进行分析。背景即各个专业具有不同的知识背景的人员所组成的分析组一起工作比他们一人单独工作更具有创造性和系统性,能识别更多的问题。原理工艺流程的工艺参数(如压力、流量、温度等)一旦与其设计所规定的基准状态发生偏离，就会发生问题或者出现危险。Computer-aidedsafetyEngineeringFaultTreeAnalysis&HAZOP2危害及可操作性分析(Hazop)(1)概述实施方式由各个专业人员组成的分析组按照规定的方式,以正常操作运行的工艺状态参数为标准值，系统地分析偏离设计工艺条件的偏差，从而研究出现偏差的原因、后果以及拟定安全措施。HAZOP分析对工艺或操作的重点进行分析(工艺单元,或操作步骤)