故障树分析
• 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：
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。
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。
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
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
(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
RiiΒιβλιοθήκη 1• 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
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。
• 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
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
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。
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。
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
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
(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
• *+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
(3) 系统的特点
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。
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：
