安全系统讲义2-事故树-1.

郑州大学工程力学系安全工程专业课第七节事故树分析郑州大学工程力学系安全工程专业课1事故树分析概述一、事故树分析（FaultTreeAnalysis，FTA）•事故树分析方法首先是由美国贝尔电话研究所于1961用来预测导弹发射的随机故障概率。•1974年美国原子能委员会运用FTA对核电站事故进行了风险评价，发表了著名的《拉斯姆逊报告》。该报告对事故树分析作了大规模有效的应用。迅速在许多国家和企业，以及各行各业应用和推广。•我国开展事故树分析的研究是从1978年开始的。事故树分析的发展郑州大学工程力学系安全工程专业课事故树分析的概念事故树分析是一种图形演绎方法，即把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示。通过对事故树的定性和定量分析，找出事故发生的主要原因，为确定安全对策提供可靠依据。+·X2X4M2TM1+X1M3·X2X3+X4M4·X1M5郑州大学工程力学系安全工程专业课事故树分析方法的优点（1）FTA是一种图形演绎方法，在事故树图形下，可以表达单元故障与系统事故之间的逻辑关系，便于找出系统的薄弱环节；（2）FTA能对导致灾害或功能事故的各种因素及其逻辑关系做出全面、简洁和形象的描述，为改进设计、制定安全技术措施提供依据；（3）FTA可以弄清各种因素对事故发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析过程就可发现或解决；（4）利用事故树模型可以定量计算复杂系统发生事故的概率。郑州大学工程力学系安全工程专业课二、事故树分析的程序熟悉系统确定顶上事件调查原因事件调查事故收集系统资料修改简化事故树建造事故树定性分析定量分析制定安全措施郑州大学工程力学系安全工程专业课三、事故树分析的符号及其意义•矩形符号。用它表示顶上事件或中间事件。将事件扼要记入矩形框内。•圆形符号。它表示基本(原因)事件，可以是人的差错，也可以是设备、机械故障、环境因素等。1）事件及事件符号郑州大学工程力学系安全工程专业课•菱形符号。它表示省略事件，即表示事前不能分析，或者没有再分析下去的必要的事件。•屋形符号。它表示正常事件，是系统在正常状态下发生的正常事件。•椭圆形符号。它表示条件事件，除此以外还需附加的条件。郑州大学工程力学系安全工程专业课2）逻辑门符号逻辑门是连接各事件并表示其逻辑关系的符号（1）与门与门可以连接数个输入事件，表示仅当所有输入事件B1、B2都发生时，输出事件A才发生。•AB1B2K1K2•灯亮K1闭合K2闭合郑州大学工程力学系安全工程专业课（2）或门或门可以连接数个输入事件，表示至少有一个输入事件B1或B2发生时，输出事件A就发生。＋AB1B2K1K2灯亮+K1闭合K2闭合郑州大学工程力学系安全工程专业课（3）条件门条件与门条件或门+AB1B2条件门的例子•AB1B2aa郑州大学工程力学系安全工程专业课•达到爆炸极限1.4%~7.6%油气聚集油库爆炸火源条件与门的例子郑州大学工程力学系安全工程专业课+应力超过钢瓶强度极限在阳光下曝晒氧气瓶超压爆炸与火源接近接近热源条件或门的例子郑州大学工程力学系安全工程专业课转移符号的作用是表示部分事故树图的转入和转出，当事故树规模很大或整个事故树中多处包含有相同的部分树图时，为化简整个树图，便可使用转入和转出符号。3）转移符号（1）转出符号A（2）转入符号A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）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）郑州大学工程力学系安全工程专业课2事故树的编制1）优先考虑风险较大的事故事件作为顶上事件2）合理确定边界条件3）保持门的完整性（逐级进行，不许跳跃）4）明确给出顶事件的定义5）编制过程和结束后，需及时进行简化编制规则郑州大学工程力学系安全工程专业课1.选好顶上事件•对安全构成威胁的事件------造成人员伤亡，导致设备财产的重大损失（火灾、爆炸、中毒、严重污染等）；•妨碍完成任务的事件------系统停工，或丧失大部分功能；•严重影响经济效益的事件------通讯线路中断、交通停顿等妨碍提高直接收益的因素。事故树的编制郑州大学工程力学系安全工程专业课2.建造方法与过程顶上事件中间事件基本事件直接原因事件可以从以下三个方面考虑：•机械（电器）设备故障或损坏；•人的差错（操作、管理、指挥）；•环境不良。郑州大学工程力学系安全工程专业课例：对油库静电爆炸进行事故分析。汽油、柴油作为燃料在生产过程中被大量使用，由于汽油和柴油的闪点很低，爆炸极限又处于低值范围，所以油料一旦泄漏碰到火源，或挥发后与空气混合到一定比例遇到火源，就会发生燃烧爆炸事故。火源种类较多，有明火、撞击火花、雷击火花和静电火花等。郑州大学工程力学系安全工程专业课步骤：逐级分析1.确定顶上事件------油库静电爆炸；2.调查爆炸的直接原因事件、事件的性质和逻辑关系。直接原因事件：“静电火花”和“油气达到可燃浓度”。这两个事件不仅要同时发生，而且必须在“油气浓度达到爆炸极限”时，爆炸事件才会发生，因此，用“条件与”门连接；3.“静电火花”的直接原因：“油库静电放电”和“人体静电放电”，其中有一个发生，则“静电火花”事件就会发生，用“或”门连接。郑州大学工程力学系安全工程专业课4.“油气达到可燃浓度”的直接原因：“油气存在”和“库区内通风不良”。前者是一个正常状态下的正常功能事件，用房形符号。后者为基本事件，两者只有同时发生，“油气达到可燃浓度”事件才能发生，故用与门连接。5.“油库静电放电”的直接原因：“静电积累”和“接触不良”两者是“与”门关系。6.“人体静电放电”的直接原因：“化纤品与人体摩擦”和“作业中与导体接近”，两者“与”门关系。郑州大学工程力学系安全工程专业课7.“静电积累”的直接原因：“油液流速高”、“管道内壁粗糙”、“高速抽水”、“油液冲击金属容器”、“飞溅油液与空气摩擦”、“油面有金属漂浮物”和“测量操作失误”。其中有一个发生，就会发生“静电积累”，因此，用“或”门连接。8.“接地不良”的直接原因：“未设防静电接地装置”、“接地电阻不符合要求”和“接地线损坏”，三者为“或”门关系。9.“测量操作失误”的直接原因：“器具不符合标准”和“静置时间不够”两者为“或”门关系。郑州大学工程力学系安全工程专业课将以上分析整理后，将油库静电爆炸事故树图绘制如下：•达到爆炸极限油气达到可燃浓度油库静电爆炸静电火花+油库静电放电人体静电放电•库区内通风不良油气存在•化纤品与人体摩擦作业中与人体接近•静电积累接地不良++油液流速高高速抽水管道内壁粗糙油液冲击金属容器测量操作失误+器具不符合标准静置时间不够未设防静电接地装置接地电阻不符合要求接地线损坏油库静电爆炸事故树•达到爆炸极限油库静电爆炸静电火花•达到爆炸极限油库静电爆炸郑州大学工程力学系安全工程专业课课堂练习蒸汽锅炉缺水爆炸事故树分析郑州大学工程力学系安全工程专业课事件原因顶上事件锅炉缺水缺水警报器失灵、水位下降、未察觉水位下降给水故障、排污阀故障给水故障管道阀门故障、自动给水调节失灵、停水、给水泵损坏、没蒸汽泵、爆管排污阀故障阀关闭不严、未关闭未察觉判断失误、工作失误判断失误叫水失误、假水位叫水失误忘记叫水、叫水不足假水位水位计损坏、没定期冲洗、水位计安装不合理、汽水共腾汽水共腾碱度高、汽水旋塞关闭蒸汽锅炉缺水爆炸事故树分析郑州大学工程力学系安全工程专业课郑州大学工程力学系安全工程专业课3事故树的数学描述一、布尔代数以及概率论的基本知识1）逻辑加给定两个命题A、B，对它们进行逻辑运算后构成的新命题为S，若A、B两者有一个成立或同时成立，S就成立；否则S不成立。则这种A、B间的逻辑运算叫做逻辑加，也叫“或”运算。构成的新命题S，叫做A、B的逻辑和。记作A∪B=S或记作A+B=S。均读作“A+B”。逻辑加相当于集合运算中的“并集”。根据逻辑加的定义可知：1＋1＝1；1＋0＝1；0＋1＝1；0＋0＝0。郑州大学工程力学系安全工程专业课2）逻辑乘给定两个命题A、B，对它们进行逻辑运算后构成新的命题P。若A、B同时成立，P就成立，否则P不成立。则这种A、B间的逻辑运算，叫做逻辑乘，也叫“与”运算。构成的新命题P叫做A、B的逻辑积。记作A∩B=P，或记作A×B=P，也可记作AB=P，均读作A乘B。逻辑乘相当于集合运算中的“交集”。根据逻辑乘的定义可知：1×1＝1；1×0＝0：0×1＝0：0×0＝0。郑州大学工程力学系安全工程专业课3）逻辑非给定一个命题A，对它进行逻辑运算后，构成新的命题为F，若A成立，F就不成立；若A不成立，F就成立。这种对A所进行的逻辑运算，叫做命题A的逻辑非，构成的新命题F叫做命题A的逻辑非。A的逻辑非记作“-”，读作“A非”。逻辑非相当于集合运算的求“补集”。A的对立事件。根据逻辑非的定义，可以知道：1′＝0；0′＝1；1′′＝1；0′′＝0AA郑州大学工程力学系安全工程专业课定理1：A′′＝A(对合律)定理2：A＋B＝B＋A，AB＝BA(交换律)定理3：A＋(B＋C)＝(A＋B)＋C，A(BC)＝(AB)C(结合律)定理4：A＋BC＝(A＋B)(A＋C)A(B＋C)＝AB＋AC(分配律)定理5：A＋A＝A，A×A＝A(等幂律)定理6：A+A′=1；A•A′=0（互补律）定理7：A＋AB＝A，A(A＋B)＝A(吸收律)定理8：(A＋B)′＝A′＋B′,(A•B)′＝A′•B′(德·莫根律)逻辑运算法则郑州大学工程力学系安全工程专业课课堂练习：分配律T=（X1+X3X5）[（X2+X5）X3+X4]郑州大学工程力学系安全工程专业课答案T=（X1+X3X5）[（X2+X5）X3+X4]T=（X1+X3X5）[（X2+X5）X3+X4]=（X1+X3X5）（X2X3+X3X5+X4）=（X1+X3）（X1+X5）（X2+X3X5+X4）（X3+X3X5+X4）=（X1+X3）（X1+X5）（X2+X3+X4）（X2+X5+X4）（X3+X3+X4）（X3+X5+X4）=（X1+X3）（X1+X5）（X3+X4）（X2+X4+X5）郑州大学工程力学系安全工程专业课二、事故树的结构函数结构函数是描述系统状态的函数。假定系统由n个单元（独立的基本事件）组成，且下列二值变量xi对应于各单元的状态为：ninixi,210,211，，即元、部件正常表示单元不发生，，即元、部件故障表示单元发生郑州大学工程力学系安全工程专业课同样，系统的状态变量用y表示，则：表示顶上事件不发生表示顶上事件发生01iyY取决于单元状态（X），因此，y是（X）的函数，记为：称为系统的结构函数，或xxxxyxynii,,,21郑州大学工程力学系安全工程专业课三、简单系统的结构函数1.与门的结构函数逻辑式nniixxxxZ211•Tx1xn……代数式ninixxxxx211上式表明，只要n个基本事件中有一个不发生（状态值为0），则顶事件就不发生（状态值为0），故与门的结构函数决定于基本事件中的最小状态值ix郑州大学工程力学系安全工程专业课2.或门的结构函数逻辑式nniixxxxZ211+Tx1xn……代数式ninixxxxx111111211）（ix上式表明，只要n个基本事件中有一个发生（状态值为1），则顶事件就发生（状态值为1），故或门的结构函数决定于基本事件中的最大状态值郑州大学工程力学系安全工程专业课+Tx2•M1+M4+M3•M5x5x4x1x3•M2•M6x3x5x4四、复杂系统的结构函数郑州大学工程力学系安全工程专业课上图所示的事故树的结构函数为：53425431xxxxxxxxx