ETA-FTA在化工装置安全评价中的应用

2022-09-11

0 引言

化工事故是典型设备故障、工艺异常或其他原因 (称为初始事件) 引发的结果。针对某些特定的危险状况进行的评价分析时, 常用到故障树分析法、事件树分析法、原因-后果分析等。

故障树简称FTA (Fault Tree Analysis) , 由美国贝尔电话实验室的H.A.Watson (维森) 提出, 最先用于民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析, 之后被广泛应用于各领域[1]。故障树分析的目的是对不希望发生的事件或事故进行分析, 以寻求一系列原因事件的方法, 是识别导致事故的故障和人为失误的组合。FTA不仅能分析出事故的直接原因, 而且能深入提示事故的潜在原因。

事件树分析法简称ETA (Event Tree Analysis) , 可以说是FTA的一种补充。ETA可以提供记录事故后果的系统性方法, 可以将事故的动态发展过程全部揭示出来, 并能确定导致事件后果事件与初始事件的关系, 可以用来分析系统故障、设备失效、工艺异常、人的失误等, 应用比较广泛[2]。

将事件树分析法和故障树分析法综合应用于化工装置安全评价中, 可以充分发挥两种方法的优势, 它不但可以给我们提供解决问题的方法, 更可给我们提供一条解决系统安全问题的思路。

1 ETA-FTA分析法

1.1 事件树分析法

事件树分析法从一个初始事件开始, 交替考虑成功与失败的两种可能性, 然后再以这两种可能性为新的初因事件, 如此继续分析下去, 直至找到最后的结果为止, 它是一种归纳逻辑树图, 能够看到事故发生的动态发展过程。

1.2 故障树分析法

故障树法是一种描述事故因果关系的有方向的“树”, 是安全系统工程中重要的分析方法之一。事故树是一种表示导致事故的各种原因之间的因果和逻辑关系图, 它与ETA正好相反, 是一种从结果到原因的自上而下的分析方法, 其理论基础是布尔代数, 其分析可以是定性的, 也可以是定量的。

1.3 ETA-FTA分析法

ETA-FTA分析法主要是利用事件树构造故障树, 将两种分析方法综合运用的过程。利用原事件树去确定各个能导致后果的组成部分, 把事件树转换成故障树。利用故障树定性的方法求解最小割 (径) 集, 从事故树结构上分析各基本事件的重要程度。

ETA-FTA的分析步骤:

(1) 确定初始事件; (2) 识别能消除初发事件的安全设计功能; (3) 编制事件树; (4) 描述导致事故顺序情况; (5) 确定顶上事件。要分析的事故即为顶上事件, 对所调查的事故进行全面分析; (6) 调查原因事件; (7) 绘制故障树; (8) 定性分析。

2 ETA-FTA在化工反应釜的冷却失控事故中的应用

某化工工艺反应釜内的化学反应属于放热反应, 反应釜的夹套内通入冷却水以移走反应热。如冷却水流量减少或断流, 会使反应器温度升高, 反应速度加快, 以致反应失控。为安全起见, 在反应器上安装有温度测量控制系统、超温报警仪及紧急停车装置。当温度超过规定值t1时自动报警, 以便操作者及时采取措施。当温度大于t2时, 紧急自动停车装置启动。以冷却水断流作为初始事件进行事件树分析。

2.1 事件树的构造

(1) 确定初始事件:冷却水断流。

(2) 初始事件的安全设计功能: (1) 反应釜高温报警, 向操作工提示报警温度t1; (2) 操作工重新向反应釜通冷却水; (3) 在度达到t2时, 反应釜自动停车

(3) 编制事件树:

2.2 绘制故障树

依据上述事件树分析过程, 对反应冷却失控事故的条件进行分析, 将“反应釜冷却失控”为顶上事件, 根据有逻辑关系的事件构建故障树的中间事件及基本事件, 以便于故障树的进一步分析。故障树如图1所示。

T:反应釜冷却失控;

A1:反应釜冷却水断流 (A) ;

A2:冷却水流入反应釜的管路阻塞;

A3:手动操作失败;

X1:冷却水系统供应失败;

X2:冷却水系统失效关闭;

X3:初级冷却水供应阀门失效关闭;

X4:操作工未能手工打开二级供水阀门

X5:高温报警仪失效, 未报警, 操作工未采取措施

X6:自动停车装置失效

2.3 求最小割 (径) 集

根据事故树中的各类基本事件及其逻辑关系, 从最小径集入手分析, 画出该事故树对应的成功树, 如图2所示, 计算其最小径集:

图2的结构式为:

该事故树最小径集有4个:

P1={X1, X2, X3};P2={X1, X2, X4};P3={X4, X5};P4={X6}

2.4 结构重要度分析

依据事故树最小割集结构重要度判断原则[3], 可以定性地判断出各基本事件的结构重要度:Iф (6) >Iф (4) >Iф (5) =Iф (1) =Iф (2) >Iф (3)

2.5 分析结果

经过计算, 事故树有4个最小径集, 只要控制其中一个最小径集中所有基本事件都不发生, 就可以保证顶上事件 (即事故) 不会发生, 这为事故预防提供了多种途径。

基本事件结构重要度排序说明:基本事件X6对顶上事件的发生影响最大, 基本事件X4其次, X1、X2、X5次之, X3最小, 按照结构重要度的排序各基本事件对事故的影响以此减弱。

通过以上分析表明保证X6 (自动停车装置失效) 不发生, 能正常运行, 这是预防事故发生的最重要且最直接的一条路径, 进而通过加强安全管理和对设备的检查、维修工作, 使事故机率大大降低。

3 结语

事件树分析中, 从给定一个事件的事故原因开始, 按时间进程采用追踪方法对构成系统的各要素的状态逐项分析, 直到分析出所有可能发生的结果为止。以事件树分析的结果事件为顶上事件, 对此类事故的发生原因展开深层次分析, 从而使事故树的构建更能符合实际应用的要求。以ETA分析为基础, 与FTA分析法综合应用到化工装置的安全评价中, 为工艺设备设施的设计、事故调查及安全管理提供了新的更好的思路。

摘要：将事件树分析法和故障树分析法综合应用于化工装置安全评价中, 利用事件树去确定各个能导致后果的组成部分, 从而把事件树转换成故障树, 通过故障树进行事故原因查找分析, 提出预防途径。ETA-FTA可以充分发挥两种方法的优势, 从而使事故树的构建更能符合实际应用的要求。

关键词：事件树分析法,故障树分析法,应用