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安全评价讲义安全评价讲义第1页，本讲稿共67页事件树分析的事件树分析的目的目的 能够能够判断出事故发生与否判断出事故发生与否，以便采取直观的安全方式；，以便采取直观的安全方式；能够能够指出消除事故的根本措施指出消除事故的根本措施，改进系统的安全状况；，改进系统的安全状况；从宏观角度分析系统可能发生事故，从宏观角度分析系统可能发生事故，掌握掌握系统中事故发系统中事故发生的生的规律规律；可以找出可以找出最严重最严重的事故后果，为确定顶上事件提供依据。的事故后果，为确定顶上事件提供依据。第2页，本讲稿共67页 事件树分析过程事件树分析过程 1）确定初始事件（可能引发事故的初始事件）；）确定初始事件（可能引发事故的初始事件）；2）识别能消除初始事件的安全设计功能；）识别能消除初始事件的安全设计功能；3）编制事件树）编制事件树;4)描述导致事故顺序情况描述导致事故顺序情况;5）确定事故顺序的最小割集）确定事故顺序的最小割集6）编制分析结果编制分析结果.第3页，本讲稿共67页事件树的编制事件树的编制初始事件（A）事件（B）事件（C）事件（D）事故序列描述初始事件初始事件A A成功成功失败失败编制事件树的第一步编制事件树的第一步第4页，本讲稿共67页初始事件（A）事件（B）事件（C）事件（D）事故序列描述初始事件初始事件A A成功成功失败失败事件树中第一安全措施的展开事件树中第一安全措施的展开第5页，本讲稿共67页初始事件（A）事件（B）事件（C）事件（D）事故序列描述初始事件初始事件A A事件树中第二安全措施的展开事件树中第二安全措施的展开失败失败成功成功第6页，本讲稿共67页初始事件（A）事件（B）事件（C）事件（D）事故序列描述初始事件初始事件A A事件树的编制事件树的编制成功成功失败失败ABDABD某某DD某某DD某某D D事故序列描述事故序列描述DD事故序列描述事故序列描述ABDABD第7页，本讲稿共67页 事件树分析举例事件树分析举例原原料料输输送送系系统统示示意意图图第8页，本讲稿共67页 事件树分析举例事件树分析举例原料输送系统事件树原料输送系统事件树第9页，本讲稿共67页分析实例分析实例ABCA代表泵，阀门C是阀门B的备用阀，只有当阀门B失败时，C才开始工作。假设泵A、阀门B和阀门C的可靠度分别为0.95、0.9、0.9，画事件树并且求成功的概率。第10页，本讲稿共67页由上知这个系统成功的概率为0.9405，系统失败的概率为0.0595。第11页，本讲稿共67页练习练习某露天矿铁路运输过程中，一列上坡行驶的列车连接器钩舌断裂，造成尾车沿坡道下滑。由于调度员没有及时采取制止车辆下滑措施，撤诉不断增加。当尾车滑行到135车站时，该站运转员错误的将车放入上线。尾车进入上线后继续滑行，经过117站时运转员束手无策。结果，尾车与前方的检修车、移道机相撞，从造成多人死亡的事故。选择断钩跑车为初始事件，针对该初始事件有三种安全功能：1、调度员采取制动措施；2、135站运转员将车放入安全线；3、117站运转员将车放入安全线。第12页，本讲稿共67页事件树事件树断钩跑车调度员采取制动措施调度员没采取措施135站运转员措施正确135站措施错误117站运转员采取措施117站没采取措施安全安全安全事故第13页，本讲稿共67页 小结目的目的：辨识初始事件发展成为事故的各种过程及后果：辨识初始事件发展成为事故的各种过程及后果适用范围适用范围：设计时找出适用的安全装置，操作时发现设备故：设计时找出适用的安全装置，操作时发现设备故 障及误操作将导致的事故障及误操作将导致的事故使用方法使用方法：各事件发展阶段均有成功和失败的两种可能，：各事件发展阶段均有成功和失败的两种可能，由初始事件经过各事件、阶段一直分析出事件、由初始事件经过各事件、阶段一直分析出事件、发展的最后各种结果发展的最后各种结果资料准备资料准备：有关初始事件和各种安全措施的知识：有关初始事件和各种安全措施的知识人力、时间人力、时间：2 24 4人组成小组，分析小型单元几个初始事人组成小组，分析小型单元几个初始事 件需件需3 36 6天，大型复杂单元需天，大型复杂单元需2 24 4周周效果效果：定性和定量，找出初始事件发展的各种结果，分析：定性和定量，找出初始事件发展的各种结果，分析 其严重性可在各发展阶段采取措施使之朝成功方向其严重性可在各发展阶段采取措施使之朝成功方向 发展发展第14页，本讲稿共67页6 6、事故树分析、事故树分析、事故树分析、事故树分析 FTAFTA（FaultTreeAnalysisFaultTreeAnalysis）事故树分析又称为故障树分析，是一种演绎的系统安全分析方法。它是从要事故树分析又称为故障树分析，是一种演绎的系统安全分析方法。它是从要分析的特定事故或故障开始（顶上事件），层层分析其发生原因，直到找出事故分析的特定事故或故障开始（顶上事件），层层分析其发生原因，直到找出事故的基本原因，即故障树的底事件为止。的基本原因，即故障树的底事件为止。1 1、选择合理的顶上事件、选择合理的顶上事件 2 2、资料收集准备、资料收集准备(事故案例及统计）事故案例及统计）3 3、建造事故树、建造事故树 事故树分析的几个阶段事故树分析的几个阶段 4 4、定性分析（最小割集、径集、定性分析（最小割集、径集 及结构重要度）及结构重要度）5 5、定量分析（顶上事件发生概率）定量分析（顶上事件发生概率）第15页，本讲稿共67页FTFT示意图示意图第16页，本讲稿共67页 故障树的编制故障树的编制 故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事件之间的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可件之间的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可分逻辑符号、事件符号等。分逻辑符号、事件符号等。第17页，本讲稿共67页事件符号矩形符号：代表顶上事件或中间事件，见图（矩形符号：代表顶上事件或中间事件，见图（a）。）。是通过逻辑门作用的、由一个或多个原因而导是通过逻辑门作用的、由一个或多个原因而导致的故障事件。致的故障事件。圆形符号：代表基本事件，见图（圆形符号：代表基本事件，见图（b）。表示不要求）。表示不要求进一步展开的基本引发故障事件。进一步展开的基本引发故障事件。屋形符号：代表正常事件，见图（屋形符号：代表正常事件，见图（c）。即系统在正）。即系统在正常状态下发挥正常功能的事件。常状态下发挥正常功能的事件。菱形符号：代表省略事件，见（菱形符号：代表省略事件，见（d）。因该事件）。因该事件影响不大或因情报不足，因而没有进一步展开影响不大或因情报不足，因而没有进一步展开的故障事件的故障事件椭圆形符号：代表条件事件，见椭圆形符号：代表条件事件，见图（图（e）。表示施加于任何逻辑门的条件或限制。）。表示施加于任何逻辑门的条件或限制。第18页，本讲稿共67页(a)(b)(c)(d)(e)第19页，本讲稿共67页或或门门，表表示示B B1或或B B2任任一一事事件件单单独独发发生生（输输入入）时时，A A事事件件都都可可以以发发生生（输输出出）。A=B B1+B+B2例例子子：灯泡并联。灯泡并联。与门与门，表示，表示B B1或或B B2同时发生（输入）时，同时发生（输入）时，A A事事件才发生（输出）。件才发生（输出）。A=B B1B B2例子：灯泡串联。例子：灯泡串联。条件或门条件或门，表示，表示B B1或或B B2任一事件单独发生任一事件单独发生（输入）时，还必须满足条件（输入）时，还必须满足条件a a，A A事件才发生事件才发生（输出）。（输出）。如钢瓶爆炸无论是因为与火源接近还是接如钢瓶爆炸无论是因为与火源接近还是接近热源，都必须有一个必然的条件，那就是近热源，都必须有一个必然的条件，那就是应力超过钢瓶强度极限。应力超过钢瓶强度极限。逻辑门符号逻辑门符号逻辑门符号逻辑门符号第20页，本讲稿共67页Tx1x2与门与门：或门：或门：逻辑门的结构函数表达式逻辑门的结构函数表达式T+x1x2xnxnxn+xnT=x1 x2T=x1+x2第21页，本讲稿共67页条件与门，表示B1或B2同时发生（输入）时，还必须满足条件a，A事件才发生（输出）。限制门（禁门），表示B事件发生（输入）且满足条件a时，A事件才发生（输出）。第22页，本讲稿共67页许多化学反应只有在催化剂存在的情况下才能反应完全，催化剂不参加反应，但它的存在是必要的。这种逻辑如下图。从脚手架坠落死亡事故也是禁门（只有具有一定高度及地面条件的情况下才能死亡）。禁门举例禁门举例禁门举例禁门举例第23页，本讲稿共67页转入符号，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）。转出符号，表示在这部分树由该处转移至他处，由该处转出（在三角形内标出向何处转移）。转移符号第24页，本讲稿共67页 事故树分析的程序事故树分析的程序事故树分析的程序事故树分析的程序熟悉系统熟悉系统确定顶上事件确定顶上事件修改简化事故树修改简化事故树建造事故树建造事故树调查事故调查事故调查原因事件调查原因事件收集系统资料收集系统资料定性分析定性分析定量分析定量分析制定安全措施制定安全措施第25页，本讲稿共67页 事故树事故树事故树事故树的建造方法的建造方法的建造方法的建造方法顶上事件顶上事件中间事件中间事件基本事件基本事件直接原因事件可以从以下三个方面考虑：直接原因事件可以从以下三个方面考虑：机械（电器）设备机械（电器）设备故障或损坏；故障或损坏；人人的差错（操作、管理、指挥）；的差错（操作、管理、指挥）；环境环境不良。不良。第26页，本讲稿共67页故障树定性分析故障树定性分析故障树分析，包括定性分析和定量分析两种方故障树分析，包括定性分析和定量分析两种方法。在定性分析中，主要包括最小割集、最小径法。在定性分析中，主要包括最小割集、最小径集和重要度分析。集和重要度分析。最小割集及其求法最小割集及其求法割集：它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。割集：它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。最小割集就是引起顶上事件发生必须的最低限度的割最小割集就是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集。最小割集的求取方法有行列式法、布尔代数法等。集。最小割集的求取方法有行列式法、布尔代数法等。每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能渠道。每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能渠道。最小割集的最小割集的数目越多，越危险数目越多，越危险。第27页，本讲稿共67页最小径集及其求法最小径集及其求法径集：如果故障树中某些基本事件不发生，则顶上事径集：如果故障树中某些基本事件不发生，则顶上事件就不发生，这些基本事件的集合称为径集。件就不发生，这些基本事件的集合称为径集。最小径集：就是顶上事件不发生所需的最低限最小径集：就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。度的径集。最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶性。首先作出与故障树对偶的性。首先作出与故障树对偶的成功树成功树，即把原来即把原来故障树的与门换成或门，而或门换成与门，各类事件故障树的与门换成或门，而或门换成与门，各类事件发生换成不发生，利用上述方法求出成功树的最小割发生换成不发生，利用上述方法求出成功树的最小割集，再转化为故障树的最小径集。集，再转化为故障树的最小径集。第28页，本讲稿共67页结构重要度分析结构重要度分析从从事事故故树树结结构构上上分分析析各各基基本本事事件件的的重重要要度度（不不考考虑虑各各基基本本事事件件的的发发生生概概率率）或或假假定定各各基基本本事事件件发发生生概概率率相相等等的的情情况况下下，分分析析各各基基本本事事件件的的发发生生对对顶顶上上事事件件发发生生的影响程度，叫的影响程度，叫结构重要度结构重要度。第29页，本讲稿共67页一般利用一般利用最小割集分析判断最小割集分析判断方法进行结构重要度判断方法进行结构重要度判断l l一一阶阶（单单事事件件）最最小小割割集集中中的的基基本本事事件件结结构构重重要要度度大大于所有高阶最小割集中基本事件的结构重要系数。于所有高阶最小割集中基本事件的结构重要系数。结构重要度判断原则结构重要度判断原则第30页，本讲稿共67页l l仅在同一最小割集中出现的所有基本事件，结构重要仅在同一最小割集中出现的所有基本事件，结构重要系数相等（在其他割集中不再出现）。系数相等（在其他割集中不再出现）。第31页，本讲稿共67页l l几几个个最最小小割割集集均均不不含含有有共共同同元元素素，则则低低阶阶最最小小割割集集中中基基本本事事件件重重要要系系数数大大于于高高阶阶割割集集中中基基本本事事件件重重要要系系数数。阶阶数数相同，重要系数相同。相同，重要系数相同。第32页，本讲稿共67页l l比比较较两两基基本本事事件件，若若与与之之相相关关的的割割集集阶阶数数相相同同，则则两两事事件件结结构构重重要要系系数数大大小小，由由他他们们出出现现的的次次数数决决定定，出出现现次次数数大的系数大。大的系数大。相比较的两事件仅出现在基本事件个数相比较的两事件仅出现在基本事件个数不等的若干最小割集中。不等的若干最小割集中。第33页，本讲稿共67页第34页，本讲稿共67页在用割集判断基本事件结构重要系数时，必须按上述原则，先行判断近似式是迫不得已而为之，不能完全用它。第35页，本讲稿共67页练习练习某事故树有割集3个，分别为X1，X2，X1，X3，X2，X3，X4，请问其中结构重要度最小的基本原因事件为？答案：X4第36页，本讲稿共67页交换律交换律交换律交换律ABBAABBA结合律结合律结合律结合律A（BC）（AB）CA（BC）（AB）C分配律分配律分配律分配律A（BC）（）（AB）（）（AC）A（BC）（）（AB）（AC）吸收律吸收律吸收律吸收律A AABABA AA（AB）A布尔代数运算规则布尔代数运算规则第37页，本讲稿共67页互补律互补律互补律互补律AAAA等幂律等幂律等幂律等幂律AAAAAA 对合律对合律对合律对合律（A）A 狄狄狄狄 摩根定律摩根定律摩根定律摩根定律(对偶法则对偶法则对偶法则对偶法则)(AB)AB(AB)A+BK1 K2灯亮+K2闭合K1闭合灯不亮K2不闭合K1不闭合TBATBA第38页，本讲稿共67页一受压容器装置，配有安全阀及压力自控装置，一受压容器装置，配有安全阀及压力自控装置，流程图如下。用事故树法分析压力容器爆炸事流程图如下。用事故树法分析压力容器爆炸事故。故。第39页，本讲稿共67页压力容器爆炸故障树分析图 第40页，本讲稿共67页化简故障树Home第41页，本讲稿共67页过程及结果过程及结果T=A1A2=X1X2A3X4A4=X1X2(X1X3)X4(X5X6)=X1X2X1X1X2X3X4X5X4X6=X1X2X4X5X4X6所以最小割集为所以最小割集为X1，X2，X4，X5，X4，X6。结果得到三个交集的并集，这三个交集就是。结果得到三个交集的并集，这三个交集就是三个最小割集三个最小割集E1=X1，X2，E2=X4，X5，E3=X4，X6。结构重要度最大的是结构重要度最大的是X4第42页，本讲稿共67页用最小割集表示故障树的等效图如下图用最小割集表示故障树的等效图如下图化简结果第43页，本讲稿共67页最小径集的应用以上一个求最小割集的事故树为例来解释最小径集的求法将上例中故障树变为成功树 用T、A1、A2、A3、A4、X1、X2、X3、X4、X5、X6表示事件T、A1、A2、A3、A4、X1、X2、X3、X4、X5、X6的补事件,即成功事件；逻辑门也作相应转换。转换之后的成功树如下：第44页，本讲稿共67页第45页，本讲稿共67页用布尔代数化简法求成功树的最小割集：用布尔代数化简法求成功树的最小割集：T=A1A2=(X1A3X2)(X4A4)=(X1X2X1X3)(X4X5X6)=(X1X2)(X4X5X6)=X1X4X1X5X6X2X4X2X5X6成功树的最小割集：成功树的最小割集：X1，X4X1，X5，X6X2，X4X2，X5，X6。T=(T)（X1X4X1X5X6X2X4X2X5X6)=(X1+X4)(X1+X5+X6)(X2X4)(X2X5+X6)即即故障树的最小径集故障树的最小径集：P1=X1，X4P2=X1，X5，X6P3=X2，X4P4=X2,X5，X6第46页，本讲稿共67页某事故树的割集有某事故树的割集有6个，分别为个，分别为X1，X2，X2，X1，X2，X4，X3，X4，X2，X4，X1，X2，X3和和X3，则该事故树的最小割集是，则该事故树的最小割集是X3，X1，X2，X2，X4第47页，本讲稿共67页最小割集和最小径集在故障树分析中的应用最小割集和最小径集在故障树分析中的应用（1）最小割集表示系统的危险性）最小割集表示系统的危险性每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能，有几个最小每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能，有几个最小割集，顶上事件的发生就有几种可能，割集，顶上事件的发生就有几种可能，最小割集越多，最小割集越多，最小割集越多，最小割集越多，系统越危险系统越危险系统越危险系统越危险。（2 2）最小径集表示系统的安全性）最小径集表示系统的安全性 一个最小径集中的基本事件都不发生，就可使顶上事一个最小径集中的基本事件都不发生，就可使顶上事件不发生。故障树中件不发生。故障树中最小径集越多，系统就越安全最小径集越多，系统就越安全。只要控制一个最小径集不发生，顶上事件就不发生，所以只要控制一个最小径集不发生，顶上事件就不发生，所以可以选择控制事故的最佳方案，一般地说，对少事件最小可以选择控制事故的最佳方案，一般地说，对少事件最小径集加以控制较为有利。径集加以控制较为有利。第48页，本讲稿共67页（3 3）利用最小割集、最小径集进行结构重要）利用最小割集、最小径集进行结构重要度分析。度分析。（4 4）利用最小割集、最小径集进行定量分析）利用最小割集、最小径集进行定量分析和计算顶上事件的概率等。和计算顶上事件的概率等。第49页，本讲稿共67页练习练习2 2：化简该事故树化简该事故树化简该事故树化简该事故树,并做出等效图并做出等效图+X2X4M2TM1+X1M3X2X3+X4M4X1M5第50页，本讲稿共67页最小径集的求法最小径集的求法1)1)将事故树将事故树转化为成功树转化为成功树（对偶树）（对偶树）,2)2)化简成功树化简成功树3)3)即可即可得得出原事故树的出原事故树的最小径集最小径集。TX1X2+X1X2TTX1X2+X1X2T狄狄摩根定律摩根定律:(AB)AB(AB)AB第51页，本讲稿共67页T TMMb bMMc cX5X3MMd dX1X2+MMa aX1+X4+求最小径集求最小径集求最小径集求最小径集,并用最小径集作其等效事故树并用最小径集作其等效事故树并用最小径集作其等效事故树并用最小径集作其等效事故树+T TX1 1X4MMa aMMb bMMc cX5X1X2MMd dX3事故树事故树事故树事故树成功树成功树成功树成功树第52页，本讲稿共67页成功树成功树成功树成功树+T TX1 1X4MMa aMMb bX1X2MMd dX3MMc cX5T=Ma +Mb =x1 x4+Mc x5 =x1 x4+(Md+x3)x5 =x1 x4+(x1 x2+x3)x5 =x1 x4+x1x2 x5+x3 x5得得3 3个最小径集个最小径集:P P1 1=x1,x4,P P2 2=x1,x2,x5,P P3 3=x3,x5 第53页，本讲稿共67页用最小径集表示用最小径集表示用最小径集表示用最小径集表示的等效的等效事故树事故树T+X1X5P2+X1X4P1+X3X5P3X2第54页，本讲稿共67页练习练习练习练习4 4 4 4：求最小径集，并最小径集画等效树图：求最小径集，并最小径集画等效树图步骤：步骤：1、画成功树、画成功树2、化简化简成功树成功树3、得原事故树的、得原事故树的最小径集最小径集+X2X4M2TM1+X1M3X2X3+X4M4X1M5第55页，本讲稿共67页用最小径集表示的等效树图用最小径集表示的等效树图TP2P3P1P4+X1X2+X1X3+X2X4+X1X4第56页，本讲稿共67页 集合集合集合集合化简后的最终表达式：化简后的最终表达式：化简后的最终表达式：化简后的最终表达式：T=X1 1X2+X2X3X4+X1X4T+X2X4X3X1X2K1K2K3X1X4等效图等效图等效图等效图 三个最小割集三个最小割集:,K2=x2,x3,x4,K3=x1,x4 x1,x2K1=第57页，本讲稿共67页用布尔代数化简该事故树求其最小割集，最小径集，画出用布尔代数化简该事故树求其最小割集，最小径集，画出以最小径集表示的事故树的等效图。以最小径集表示的事故树的等效图。第58页，本讲稿共67页第59页，本讲稿共67页第60页，本讲稿共67页第61页，本讲稿共67页事故树定量分析事故树定量分析概率计算基本公式（独立事件）概率计算基本公式（独立事件）1、与门的概率、与门的概率PA Aq1 1q22qn n2、或门的概率、或门的概率P0 01（1q1 1）(1-q2 2)（1qn n）第62页，本讲稿共67页1、列出顶上事件发生概率的表达式；2、展开，消除每个概率积中的重复的概率因子qiqi=qi3、将各基本事件的概率值代入，计算顶上事件的发生概率利用利用最小割集最小割集计算计算第63页，本讲稿共67页例：设某事故树有例：设某事故树有2个最小割集：个最小割集：K1x1,x2,K2=x2,x3,x4各基本事件发生概率分别为：各基本事件发生概率分别为：q1,q2,q3,q4求顶上事件发生概率。求顶上事件发生概率。PA A1（1q1 1q2 2）（）（1q2 2q3 3q4 4）第64页，本讲稿共67页利用利用最小径集最小径集计算计算1、列出顶上事件发生概率的表达式；、列出顶上事件发生概率的表达式；2、展开，消除每个概率积中的重复的概率、展开，消除每个概率积中的重复的概率因子（因子（1qi）（1qi）=（1qi）3、将各基本事件的概率值代入，计算顶上、将各基本事件的概率值代入，计算顶上事件的发生概率事件的发生概率第65页，本讲稿共67页例：设某事故树有例：设某事故树有2个最小径集：个最小径集：K1x1,x2,K2=x2,x3各基本事件发生概率分别为：各基本事件发生概率分别为：q1,q2,q3,求顶上事件发生概率。求顶上事件发生概率。PA A（1（1q1 1）（1q2 2）（1（1q2 2）（1q3 3）第66页，本讲稿共67页目的目的：找出事故发生的基本原因和基本原因组合：找出事故发生的基本原因和基本原因组合适用范围适用范围：分析事故或设想事故：分析事故或设想事故使用方法使用方法：由顶上事件用逻辑推导逐步推出基本原因事件：由顶上事件用逻辑推导逐步推出基本原因事件资料准备资料准备：有关生产工艺及设备性能资料，故障率数据：有关生产工艺及设备性能资料，故障率数据人力、时间人力、时间：专业人员组成小组，一个小型单元需时一天：专业人员组成小组，一个小型单元需时一天效果效果：可定性及定量，能发现事先未估计到的原因事件：可定性及定量，能发现事先未估计到的原因事件 小结第67页，本讲稿共67页
