第1章 化工装备风险评估技术概述

化工装备风险评估技术中国石油大学（华东）机电工程学院化工装备与控制工程系唐晓[e-mail]惨重事故案例1984年，美国联合碳化物公司印度博帕尔农药厂45吨甲基异氰酸酯几乎全部泄漏。20万人中毒，2万人死亡。全厂被毁，遗址几十年内无法用于任何用途。7月16日大连新港中石油输油管道爆炸起火近年来，我国由于生产事故造成的损失已超过自然灾害造成的损失，据统计，2003年我国由于自然灾害造成的损失为1500亿，而因生产事故造成的损失达2500亿。前言如何认识风险、评估风险、管理风险、规避风险、处理风险损失、在参与充满风险的活动中得到意外的成功、获取丰厚的回报成为人们十分关心的问题，于是“风险研究”受到了高度重视。降低风险技术已为世人瞩目，并被列入国际公认的二十一世纪的先进技术之中，正在迅速发展。新兴技术工程风险分析技术专注研究工程类风险，是近年新兴的技术，它的内容涉及许多新学科与新技术，如失效物理学、断裂力学、有限元应力分析技术、结构完整性评定技术、腐蚀与防护、模糊集理论、可靠性工程学、环境科学、安全工程学、管理科学以及近代经济学、社会学等有关理论。1995年在美国旧金山举行的国际制造业大会上，将“降低风险技术”列为21世纪将要重点发展的新兴技术之中，该项新兴技术被列为21世纪的闪光技术(EmergingTechnology,ET)。另外，2002年在美国纽约举行的国际技术峰会上预测21世纪前20年技术发展有3大热点，它们是能源工程，信息技术和纳米材料产品。每种技术都将带动一批学科发展，风险工程与管理被列入能源工程将要带动发展的学科之中。实施要求实施工程风险分析技术的要求是：利用工程风险分析技术的原理和技术路线，对不同性质的风险，统筹规划，分类处理，制订适合国情的风险评价相关标准与规范，建立基于风险控制与管理机制，研究制定规避风险策略，努力实现杜绝特大事故、遏制重大事故、减少一般事故的安全管理目标，为经济和社会协调发展做出贡献，为安全生产和保护资源环境、保障可持续发展战略的实施发挥作用。风险评估方法一、非剧情安全分析方法（2008CCPS）1.危险预分析方法2.安全检查3.危险相对排序方法4.检查表方法二、剧情安全分析方法（2008CCPS）1.如果－怎么样？5.FTA2.如果－怎么样？/检查表6.ETA3.HAZOP7.因果分析4.FMEA8.“领结”分析危险剧情是由事故根原因起始，在物料流、能量流和信息流的推动下，使危险在系统中传播，引发一系列中间事件，最终导致不利后果的事件集合。全方位、全时间周期的系统安全管理概念RBIHAZOPFMEASILFTA报警管理系统动态安全监管指标系统安全管理系统安全管理是多种安全技术综合实施的过程。系统安全管理贯穿于企业整个生命周期。目前还没有一种安全技术能解决所有的问题，因此必须采用多种方法相互补充。课程提纲第一章化工装备风险评估概述第二章风险辨识－危险性分析第三章失效可能性预测第四章HAZOP危险源辨识及风险分析第五章基于风险检测(RBI)技术第六章失效后果严重性分析第七章风险评价第八章化工装置风险评估技术的应用案例第一章概述工程风险分析技术安全作为一门学科，于1992年在我国国家标准学科分类中被列为一级学科，命名为安全科学技术，其下设置安全科学技术基础、安全学、安全工程、职业卫生工程和安全管理工程5个二级学科和24个三级应用学科。一、安全学科一、安全学科安全学科的研究对象是人类活动中的负效应，即事故，研究它们发生的机理和发展的规律。事故发生的规律基于三条原则1.任何事故的发生都有其因果关系2.任何事故都是由人和物两方面原因引起3.事故发生符合事故三角形规律1次重大事故之前--30次轻伤亡事故--300次无伤亡事故安全学科的研究方法多种，下列两种是普遍采用的方法.1.统计监测法将过去发生的事故，按照专业类别、失效机理、伤害模型、损失严重程度等进行统计分析，并随时更新数据库，进行动态监测，寻求事故发生的原因，发现事故发生的规律，进而为建立控制事故发生的管理机制提供科学依据。2．抽样分析法一般是通过问卷进行调研，根据答卷进行分析，或用文字表述或用评分求得统计结论。二、风险的含义危险是风险的前提,没有危险就无所谓风险引发人们安全问题的主要根源是危险。至于危险发生的可能性有多少？什么条件下才会发生？有没有办法使危险发生的概率降到最低？有无控制危险发生的策略？危险一旦发生它对人们生产、生活造成的负面效应严重程度有多大？有无防范措施使损失降到最小？能否建立基于控制危险发生的生产管理机制？二、风险的含义风险的定义由两部分组成:一是危险事件发生的可能性或失效概率；二是危险一旦发生,其后果严重程度和损失的大小。如果将这两部分的量化值综合,就是风险的表征,或称风险指标。危险是客观存在、无法改变的。而风险却在很大程度上随着人们的意志而改变，亦即按照人们的意志可以改变危险或事故发生的概率和一旦出现危险，由于采取防范措施或实施规避危险策略，从而可以改变损失的程度。风险评估（风险分析）的应用在工业领域，风险评估技术是将危险转化成安全的技术，是将危险带来的挑战作为提高安全性机遇的技术。它的最终目标是力争化险为夷，使工程达到尽可能的成功。风险评估技术内容广泛，失效分析、失效预测与预防、可靠性工程、结构完整性评价、装置寿命预测、环境安全评价、人因失误分析、应急预案编制和工业经济预测、投资风险决策等尽在其中。风险评估的价值一是风险分析技术不仅包括安全工程中失效分析、事故预测、缺陷安全评定、可靠性预测等内容，而且涉及失效后果严重程度和损失大小的预测、人身体健康预测、环境污染的预测等，所反映的问题较为全面。二是风险不是越低越好，降低风险要付出代价，无论减少危险发生的概率，还是采取防范措施使危险发生造成的损失降到最小，都要投入资金、技术和劳务。风险与利益间要取得平衡，可以由人们根据具体条件寻求最佳的选择，接受合理的风险。风险评估的价值三是利用风险分析技术可以建立基于控制风险的管理体制，这是一种全新理念、新颖的安全管理策略，与传统的安全管理方法截然不同，对于确保安全，优化资金配置的效果明显。四是经实践证明，风险分析技术的实施，不仅可以获取明显的经济效益和社会效益，而且其重要意义还在于能够减少事故所引发的灾害，指导安全生产和资源与环境保护、可持续发展战略实施，符合科学发展观的方针。随着地球资源日益紧缺，风险分析技术的重要意义将更为突出。三、风险评估的内容和方法风险三要素：危险源、暴露和后果危险源：危险一般由于能量或毒物释放失去控制而引起。在进行风险分析时，首先要确定危险源的种类，如毒物释放、爆炸、火灾等，其次要确定系统中哪一部分是危险的来源，如压力容器、压力管道、储罐、动力装置等。暴露：环境、人员或其他生态系统、建筑物或构筑物暴露于危险区域的程度。后果：危险一旦发生，对暴露目标的有害作用或可能造成的损失。这3个要素称为风险链，在进行风险分析时，要对链中的每个环节作具体分析和评价。实施风险评估的技术路线总的要求：对所选定的工艺系统，统筹策划，分类处理，分别采取有效的风险控制对策，使工艺系统中各单元协调运作，延长各单元的工作周期，保证各单元安全、可靠、高效率运行，最大限度地获取经济效益和社会效益。具体路线：对所选定工艺系统中各生产过程设备进行风险辨识、风险分析与评价；根据评定的风险级别排序，按照风险级别的大小，采取控制风险的不同策略；制订维护、检修、管理计划。对高风险设备实施严格的风险控制对策，降低其风险级别，达到安全生产和保护环境的作用。风险评估技术主要内容1.风险辨识2.风险分析和风险评价3.风险控制和风险管理1.风险辨识风险辨识的目的是确定危险的种类和危险的来源，主要涉及三个方面：一是对所考察生产系统的历史资料，如设计、施工资料，有无发生过事故、如何处理和技术鉴定资料的调查；以及对现在生产情况、技术经济指标和控制系统与相关软件等的调查。二是对系统中生产装置制造工艺过程、遵循的标准或规范，制造厂商技术水平、质保体系，竣工、施工资料以及装置运行情况、维修、检验等资料的调查。三是人因素资料，包括误操作和管理体制、管理模式的调查。风险辨识方法风险辨识方法有许多种，较重要的有：流程图分析法制式表格法危险鉴别法重要度分类法等。危险鉴别法和重要度分类法分别是美国石油学会和日本高压气体保安协会推荐的方法，是较重要的方法，应用广泛。2．风险分析及风险评价辨识风险主要是认识风险的来源。风险分析与风险评价则要求在辨识的基础上对每一风险项目的性质进行分析，然后做出评价。风险数据库和风险管理资讯系统是进行风险分析的基础，一些国家大型企业已经建立。它有助于失效事件资料的保存和风险管理经验的积累。数据库的信息越多，越有利于风险分析工作的开展。在运用数据库的信息时，管理人员经验的判定也是非常重要的。风险分析和风险评价方法风险包括的主要内容是危险发生的可能性或失效概率和危险一旦发生后果严重程度与损失的大小。失效概率的计算方法很多。故障树分析和事件树分析是常用的方法。除了用于寻求失效主要影响因素外，也可以用来求取失效概率。对于化工、石化企业承压设备而言，特别是含缺陷承压设备的失效概率，需要求解复杂的多维积分。这种多维积分对于失效判据不复杂的情况，可以用数值积分法求解。如果变量较多，一般用改进一次二阶矩法或蒙特卡罗方法求解。至于失效后果严重程度的预测，要根据事故发生可能的具体情况考虑事故后果对多种因素的影响，如经济损失、人员伤亡、环境污染等。由于评价这些因素的影响程度，往往涉及人们的经验、判断与决策，故在实际工作中，常采用模糊综合评价方法进行预测。3．风险控制-风险管理的工具风险控制是指为了降低失效概率、减少损失所采取的各种措施，改变危险源的性质，减少暴露，降低意外事故发生的可能性，发挥对危险防范措施的功效等都是控制风险的手段。控制风险的理论有许多种如骨牌理论、能量释放理论、作业评估技术系统、系统安全理论等。它们对于失效原因、失效机理和应采取控制对策的陈述各有不同，但概括言之，控制风险要对危险源辨识清楚、避免运行中造成损伤和误操作，控制能量释放，建立风险评价体系、信息网络并加强风险监控和基于风险的检验。风险管理风险管理一词是控制风险、减少损失所采用的各类检验、监控方法与过程的统称。风险管理，一般从降低失效概率和减少损失两个方面考虑。风险管理方法降低失效概率，在设计阶段，生产工艺过程参数的选择，应尽可能规避高风险的流程和规避采用高风险工艺生产系统与装置。对于高温、高压、易燃、易爆、毒物介质的生产过程或其他工况严苛的生产系统，在设计阶段必须进行风险预评价并有规避风险的技术措施。在生产运行阶段，根据对潜在危险的预测，要及时采取检验、维修与控制，或者改变工艺条件，规避失效的发生。损失预防，是以降低失效事件发生的频率和损失幅度为主。紧急隔离，紧急减压，设置蓄水池、喷淋装置、消防设施、截断阀，甚至修改工艺过程，改变人们操作、管理等都是常用的方法。风险控制措施还包括技术储备，如新技术开发、拥有先进的检验、监控装备和相关计算机软件以及高素质技术管理人才与先进的管理体制等。41四、国内外发展概况风险评估技术发展主要体现在四个方面：1.概率风险评价在事故发生前，预测某设施或项目可能发生什么样的事故及其可能造成的损害，如人员伤亡、建筑物或构筑物的破坏以及对环境的污染、对人们健康的影响等。美国核管理委员会完成的WASH-1400报告就是其中一例，它系统地发展和建立了概率风险评价方法。2.实时后果评价主要研究内容是在事故发生期间给出及时的处理，如对有毒物质的迁移和浓度降低，及时做出防护决策，减少事故的危害。例如，国际原子能机构于1988年10月与美国利物莫国立实验所联合召开的“实时剂量评价国际研讨会”就是以实时后果评价作为会议的主要内容。3.事故后后果或评价主要研究事故发生后的影响，重点是重大突发性事故对环境造成危害的评价问题。包括易燃