系統(tǒng)的可靠性與可靠度分析

1、系統(tǒng)的可靠性與可靠度分析沒發(fā)生事故不等于不會發(fā)生事故。根沒發(fā)生事故不等于不會發(fā)生事故。根據(jù)著名的安全管理金字塔理論（海因里據(jù)著名的安全管理金字塔理論（海因里析法則）的概率統(tǒng)計，每發(fā)生析法則）的概率統(tǒng)計，每發(fā)生1 1起死亡起死亡事故，會發(fā)生事故，會發(fā)生3030起損工事故、起損工事故、300300件醫(yī)件醫(yī)療和限工事故、療和限工事故、30003000件未遂事故和急救件未遂事故和急救箱事件、箱事件、3000030000件不安全行為和導致不件不安全行為和導致不安全條件數(shù)。安全管理的冰山理論說的安全條件數(shù)。安全管理的冰山理論說的也是這個道理，冰山能浮出水面的部分也是這個道理，冰山能浮出水面的部分只是一角而

2、已。只是一角而已。造成生產(chǎn)安全事故的原因造成生產(chǎn)安全事故的原因1. 人的因素人的因素2. 物的因素物的因素3. 人與物的綜合因素人與物的綜合因素5 化工過程分析化工過程分析5 .1 系統(tǒng)的可靠性與可靠度分析系統(tǒng)的可靠性與可靠度分析化工系統(tǒng)可靠度的定義：化工系統(tǒng)可靠度的定義：在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，系統(tǒng)完成規(guī)定功在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，系統(tǒng)完成規(guī)定功能的概率或程度，用能的概率或程度，用R表示表示 (0R1)。對重復性或周期性的動作：對重復性或周期性的動作：TFTTVR 式中式中 R可靠度；可靠度； V成功操作次數(shù)；成功操作次數(shù)； F失敗次數(shù)；失敗次數(shù)； T試驗次數(shù)。試驗次數(shù)。5 .1.1

3、 系統(tǒng)的可靠度系統(tǒng)的可靠度(1) 串聯(lián)結構串聯(lián)結構 njjRR1sys式中式中 Rsys系統(tǒng)可靠度；系統(tǒng)可靠度； Rj第第 j 單元可靠度。單元可靠度。(2) 并聯(lián)結構并聯(lián)結構)1(11 njjRRsys圖圖5.1 串聯(lián)結構圖串聯(lián)結構圖R1R2RnR1R2Rn圖圖5.1 并聯(lián)結構圖并聯(lián)結構圖串聯(lián)串聯(lián) ：組成系統(tǒng)的所有單元中任：組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的失效就會導致整個系統(tǒng)一單元的失效就會導致整個系統(tǒng)失效的邏輯關系。失效的邏輯關系。 并聯(lián)并聯(lián) ：組成系統(tǒng)的所有單元都失：組成系統(tǒng)的所有單元都失效時系統(tǒng)才失效的邏輯關系。效時系統(tǒng)才失效的邏輯關系。 失敗次數(shù)：失敗次數(shù)： F1=(1-R1)T F2

4、=(1-R2)(1-R1)T Fn=(1-Rn) (1-R2)(1-R1)T =(1-Rj)T(2) 并聯(lián)結構并聯(lián)結構R1R2Rn圖圖5.1 并聯(lián)結構圖并聯(lián)結構圖TVRsyssys )1(1)1(11sys njjnjjnRTTRTTFTR 解：解：R串串sys=Rj =R1R2R3 例例 5.1 R1=0.75; R2=0.875; R3。分別按串聯(lián)和并聯(lián)計算系統(tǒng)的。分別按串聯(lián)和并聯(lián)計算系統(tǒng)的可靠度?？煽慷?。R1R2R3并聯(lián)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)R1R2R3串聯(lián)單元數(shù)越少串聯(lián)單元數(shù)越少R 越大，并聯(lián)單元數(shù)越多越大，并聯(lián)單元數(shù)越多R 越大?；は到y(tǒng)一般都是串聯(lián)結構，在工藝越大?；は到y(tǒng)一般都是串聯(lián)結構，

5、在工藝設計上應盡量減少設備，流程簡單，單個設設計上應盡量減少設備，流程簡單，單個設備可靠性高；并考慮并聯(lián)設備。備可靠性高；并考慮并聯(lián)設備。 R并并sys=1-(1-Rj) =1-(1-R1)(1-R2)(1-R3)確保系統(tǒng)有較高的可靠性化工系統(tǒng)一般是有序的串聯(lián)結構形式。為了確保系統(tǒng)有較高的化工系統(tǒng)一般是有序的串聯(lián)結構形式。為了確保系統(tǒng)有較高的可靠性，由上述分析式可見，在工藝流程的設計上應力求設備可靠性，由上述分析式可見，在工藝流程的設計上應力求設備少，流程簡單，單個設備的可靠度高；并應考慮在可靠性低的少，流程簡單，單個設備的可靠度高；并應考慮在可靠性低的卡脖環(huán)節(jié)考慮配置并聯(lián)設備，如果由經(jīng)濟合理

6、性上進行分析，卡脖環(huán)節(jié)考慮配置并聯(lián)設備，如果由經(jīng)濟合理性上進行分析，經(jīng)濟合理時應予以并聯(lián)備用設備。這是化工系統(tǒng)過程設計可靠經(jīng)濟合理時應予以并聯(lián)備用設備。這是化工系統(tǒng)過程設計可靠性設計的一般原則。性設計的一般原則。 生產(chǎn)框圖及等效圖生產(chǎn)框圖及等效圖R11A1原料原料1R121R122R13A2原料原料2R21R22R231R232R3R41R42產(chǎn)品產(chǎn)品R11A1原料原料1R12R13A2原料原料2R21R22R23R3產(chǎn)品產(chǎn)品R4R1原料原料R2R3產(chǎn)品產(chǎn)品R4 解：解：Rsys=Rj=R1R2R3R4 R1=R11R12R13 ; R12= 1-(1-R121)(1-R122) R1=R11

7、1-(1-R121)(1-R122)R13 R2=R21R22R23 ; R23= 1-(1-R231)(1-R232) R2=R21R221-(1-R231)(1-R232) R4=1-(1-R41)(1-R42) 求取全流程可靠度求取全流程可靠度Rsys njjRR1sys串串)1(11sys njjRR并Rsys=R1R2R3R4 =R111-(1-R121)(1-R122)R13R21R221-(1-R231) (1-R232)R31-(1-R41)(1-R42)5 化工過程分析化工過程分析5 .2 安全性及損失的預防安全性及損失的預防表表5.1 31個工廠過程重大事故及事故原因統(tǒng)計個

8、工廠過程重大事故及事故原因統(tǒng)計序號序號事故原因事故原因所占比例所占比例 / %1設備損壞設備損壞312對物料的性能考慮不足對物料的性能考慮不足203操作失誤操作失誤174化工過程問題化工過程問題115缺乏防護規(guī)程缺乏防護規(guī)程86物質移動發(fā)生事故物質移動發(fā)生事故47設計結構不合理設計結構不合理38工廠位置不合理工廠位置不合理49工廠方案不合理工廠方案不合理35 .2.1 危險率分析與描述方法危險率分析與描述方法事故死亡頻率事故死亡頻率(FAFR)的定義：的定義：在某種情況下暴露或工作在某種情況下暴露或工作108小時發(fā)生死亡的數(shù)目。也可定小時發(fā)生死亡的數(shù)目。也可定義為義為1000人在某種環(huán)境或情況

9、下工作人在某種環(huán)境或情況下工作50年，每年工作年，每年工作50周，周，每周工作每周工作40小時的死亡人數(shù)。小時的死亡人數(shù)。FAFR=5時，相當于一個工人在某種危險性的環(huán)境或情況下，時，相當于一個工人在某種危險性的環(huán)境或情況下，一年有一年有10-4的死亡概率。的死亡概率。 FAFR=8 ？行業(yè)行業(yè)FAFR行業(yè)行業(yè)FAFR行業(yè)行業(yè)FAFR工廠環(huán)境工廠環(huán)境4金屬制造、造船金屬制造、造船8機器裝備機器裝備65服裝制鞋服裝制鞋0.15農業(yè)農業(yè)10家務家務1制本制本1.3采煤采煤40坐火車旅行坐火車旅行5木器家具木器家具3鐵路鐵路45坐汽車旅行坐汽車旅行57表表5.2 不同行業(yè)及環(huán)境下的不同行業(yè)及環(huán)境下的

10、FAFR值值飛機失事的概率飛機失事的概率5 .2.1 危險率分析與描述方法危險率分析與描述方法職業(yè)職業(yè)死亡原因死亡原因FAFR職業(yè)職業(yè)死亡原因死亡原因FAFR制鞋業(yè)制鞋業(yè)鼻病鼻病(癌癌)6.5肺病肺病(癌癌)男男:115女女:205印刷印刷肺、氣管病肺、氣管病10橡膠工人橡膠工人膀胱、腎病膀胱、腎病235油脂業(yè)油脂業(yè)320煉鎘工人煉鎘工人前列腺病前列腺病700木工木工鼻病鼻病(癌癌)35制鎳工人制鎳工人肺病肺病(癌癌)330采鈾業(yè)采鈾業(yè)肺病肺病(癌癌)70萘胺制造萘胺制造膀胱、腎病膀胱、腎病1200化纖制造化纖制造、紡織、紡織冠心病冠心病150制造、機制造、機器裝配器裝配氣管病氣管病520燒炭

11、燒炭氣管病氣管病(癌癌)140 表表5.2 不同化學環(huán)境長時間停留下的不同化學環(huán)境長時間停留下的FAFR值值 續(xù)續(xù)石棉工人石棉工人化工產(chǎn)品圖v石油勘探石油勘探v鉆井作業(yè)鉆井作業(yè)v井下作業(yè)井下作業(yè)v采油采氣生產(chǎn)采油采氣生產(chǎn)v油氣集輸油氣集輸v輔助生產(chǎn)輔助生產(chǎn)v常減壓裝置v催化裂化裝置v延遲焦化裝置v蠟油加氫裝置v加氫裂化裝置v連續(xù)重整裝置v芳烴抽提裝置v加氫精制裝置（航煤、柴油、汽油）v氣體分餾裝置v酮苯脫蠟裝置 汽油吸附脫硫裝置 溶劑脫瀝青裝置 制氫裝置 糠醛裝置 白土裝置 酸性水汽提裝置 溶劑再生裝置 硫磺回收裝置 v乙烯裂解裝置v乙二醇/環(huán)氧乙烷裝置v環(huán)氧丙烷裝置v丁二烯抽提裝置v裂解汽油

12、加氫裝置v芳烴抽提裝置v苯乙烯裝置v苯酚丙酮裝置v醚化裝置v二甲苯裝置v氯堿裝置v丙烯腈裝置聚乙烯裝置聚丙烯裝置聚苯乙烯裝置聚氯乙烯裝置順丁橡膠裝置丁苯橡膠丁基橡膠氯丁橡膠丁腈橡膠腈綸裝置合成氨裝置尿素裝置 v空分空壓裝置空分空壓裝置v污水處理裝置污水處理裝置v熱電裝置熱電裝置v維修車間維修車間v電儀車間電儀車間v供水車間供水車間v化學水化學水v分析化驗分析化驗不要忽略在某一職業(yè)人群中通常屬罕見的發(fā)病率極不要忽略在某一職業(yè)人群中通常屬罕見的發(fā)病率極低的腫瘤出現(xiàn)高發(fā)現(xiàn)象低的腫瘤出現(xiàn)高發(fā)現(xiàn)象。例如生產(chǎn)氯乙烯單體的工。例如生產(chǎn)氯乙烯單體的工人發(fā)生肝血管肉瘤，接觸石棉工人發(fā)生間皮瘤等人發(fā)生肝血管肉瘤，

13、接觸石棉工人發(fā)生間皮瘤等 主要生產(chǎn)性毒物影響人數(shù)排序（前10位）0500010000150002000025000硫化氫總烴苯氨甲苯汽油二甲苯二氧化硫一氧化碳聯(lián)苯聯(lián)苯醚合計男女急性職業(yè)中毒情況急性職業(yè)中毒情況目前已確認的目前已確認的主要職業(yè)致癌物及生產(chǎn)過程主要職業(yè)致癌物及生產(chǎn)過程 致癌物致癌物致癌部位致癌部位4-4-氨基聯(lián)苯氨基聯(lián)苯膀胱膀胱砷及其化合物砷及其化合物 肺、皮膚、肝、血管肉肺、皮膚、肝、血管肉瘤瘤石棉石棉 胸、腹膜（間皮瘤）、胸、腹膜（間皮瘤）、肺、喉、胃腸道、腎肺、喉、胃腸道、腎苯苯白血病（急性非淋巴性）白血?。毙苑橇馨托裕┞?lián)苯胺聯(lián)苯胺 膀胱膀胱 鈹及其化合物鈹及其化合物 肺肺

14、 N-N-N-N-雙（雙（2-2-氯乙基）氯乙基）-2-2-萘氨萘氨 膀胱膀胱 氯甲甲醚，雙氯甲醚氯甲甲醚，雙氯甲醚 肺（主要為燕麥細胞）肺（主要為燕麥細胞） 鎘及其化合物鎘及其化合物 肺、前列腺肺、前列腺 鉻酸鹽，六價鉻鉻酸鹽，六價鉻肺肺煤焦油煤焦油 皮膚、陰囊、肺、膀胱皮膚、陰囊、肺、膀胱 煤焦油瀝青煤焦油瀝青 皮膚、陰囊、肺、膀胱皮膚、陰囊、肺、膀胱 環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷 血液血液 未處理和略處理的礦物油未處理和略處理的礦物油 皮膚、陰囊、肺皮膚、陰囊、肺 芥子氣芥子氣 肺肺 -萘胺萘胺 膀胱膀胱 鎳及其化合物鎳及其化合物 肺、鼻竇肺、鼻竇 氡及其衰變物氡及其衰變物 肺肺 頁巖油頁巖油 皮膚

15、、陰囊皮膚、陰囊 二氧化硅，結晶型二氧化硅，結晶型 肺肺 煤煙灰煤煙灰 皮膚、肺、膀胱皮膚、肺、膀胱 含石棉纖維的滑石粉含石棉纖維的滑石粉 肺、間皮瘤肺、間皮瘤 紫外線輻射紫外線輻射 皮膚皮膚 氯乙烯氯乙烯 肝（血管肉瘤）、腦、肺肝（血管肉瘤）、腦、肺 木塵木塵 鼻腔鼻腔 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程致癌部位致癌部位鋁生產(chǎn)鋁生產(chǎn) 肺、膀胱肺、膀胱 金胺制造金胺制造膀胱膀胱 靴鞋制作及修理靴鞋制作及修理 白血病白血病 煤氣制造煤氣制造 肺、膀胱、皮膚、陰囊肺、膀胱、皮膚、陰囊 焦炭生產(chǎn)焦炭生產(chǎn) 肺、腎肺、腎 家具制造家具制造 鼻腔（主要腺癌）鼻腔（主要腺癌） 鑄鐵和鑄鋼鑄鐵和鑄鋼 肺肺 異丙醇制造（強酸法）

16、異丙醇制造（強酸法） 鼻竇、喉鼻竇、喉 品紅制造品紅制造 膀胱膀胱 油漆工（職業(yè)接觸）油漆工（職業(yè)接觸） 白血病白血病 橡膠工業(yè)橡膠工業(yè) 膀胱、白血?。馨托裕?、胃、肺膀胱、白血病（淋巴性）、胃、肺、皮膚、腸、前列腺、淋巴瘤、皮膚、腸、前列腺、淋巴瘤 地下赤鐵礦開采地下赤鐵礦開采 肺肺 5 .2.2 燃燒和爆炸指數(shù)燃燒和爆炸指數(shù)(FEI)減少危險率的第一步是分辨各種物質潛在的燃燒減少危險率的第一步是分辨各種物質潛在的燃燒和爆炸趨勢。燃燒和爆炸指數(shù)和爆炸趨勢。燃燒和爆炸指數(shù)(FEI)較精確地反較精確地反映了物質潛在的燃燒和爆炸性能。映了物質潛在的燃燒和爆炸性能。(1) 物質因子物質因子(MF)(

17、2) 特殊物質的危害因子特殊物質的危害因子(SMH)(3) 一般過程的危害因子一般過程的危害因子(GPH)(4) 專門過程的危害因子專門過程的危害因子(SPH)于一個特定單元或物質的燃燒和爆炸指數(shù)于一個特定單元或物質的燃燒和爆炸指數(shù)FEI計算計算公式為公式為FEI=MF（1+SMH）（）（1+GPH）（）（1+SPH） 5.3 化工過程能耗分析與評價化工過程能耗分析與評價 分析分析 5 .3 的概念的概念物質的有效能，是指物質物質的有效能，是指物質(物系物系)所具有的能所具有的能夠轉化有用功的那部分能量。夠轉化有用功的那部分能量。 AE=(H-T0S)-( H0-T0S0)式中式中 AE該物質

18、該物質(物系物系)在給定狀態(tài)下的有效能，在給定狀態(tài)下的有效能，kj; H該物質該物質(物系物系)在給定狀態(tài)下的焓，在給定狀態(tài)下的焓，kJ； S該物質該物質(物系物系)在給定狀態(tài)下的熵，在給定狀態(tài)下的熵，kJ ； T0規(guī)定的參照狀態(tài)下的溫度，規(guī)定的參照狀態(tài)下的溫度，K。死態(tài)死態(tài)T0；P=1atm；基礎濃度；基礎濃度(地球地球)。乘坐飛機旅行的乘坐飛機旅行的FAFR值值 飛機旅行是目前世界上最安全的交通工具，它飛機旅行是目前世界上最安全的交通工具，它絕少發(fā)生重大事故，造成多人傷亡的事故率約為絕少發(fā)生重大事故，造成多人傷亡的事故率約為三百萬分之一。也就是說，要積累三百萬個航班，三百萬分之一。也就是說

19、，要積累三百萬個航班，意味著每人每天坐一次飛機，這樣飛上意味著每人每天坐一次飛機，這樣飛上8200年，年，才有可能會不幸遇到一次飛行事故，三百萬分之才有可能會不幸遇到一次飛行事故，三百萬分之一的事故概率，說明飛機這種交通工具是最安全一的事故概率，說明飛機這種交通工具是最安全的，它甚至比走路和騎自行車都要安全，更不用的，它甚至比走路和騎自行車都要安全，更不用說汽車、火車等其他交通工具了。說汽車、火車等其他交通工具了。按按3,000,000次航班一次事故，一次事故死次航班一次事故，一次事故死100人，人，每次航班飛行每次航班飛行2小時，小時，6106小時死小時死100人，人，F(xiàn)AFR=1667表表

20、1 1 為英國各類工作的危險率。為英國各類工作的危險率。工業(yè)類型工業(yè)類型FAFR值勞動一億值勞動一億小時的死亡率小時的死亡率年死亡概率每日年死亡概率每日8小小時，每月時，每月20天，天，每年每年1920小時小時化工化工3.56.7510-5英國全工業(yè)英國全工業(yè)47.6810-5鋼鐵鋼鐵81.5410-4捕魚捕魚356.7210-4煤礦煤礦407.6810-4鐵路搬道員鐵路搬道員458.6410-4建筑建筑671.2810-3飛機乘務員飛機乘務員2504.810-3拳擊拳擊70001.3410-1狩獵競賽狩獵競賽500009.610-1FAFR死亡頻率死亡頻率FAFR Fatal Acciden

21、t Frequency Rates 燃燒和爆炸指數(shù)燃燒和爆炸指數(shù)(FEI)物質因子是表述物質在燃燒或其他化學反應引起的物質因子是表述物質在燃燒或其他化學反應引起的火災、爆炸時釋放能量大小的內在特性，是一個最火災、爆炸時釋放能量大小的內在特性，是一個最基礎的數(shù)值。基礎的數(shù)值。物質系數(shù)是由美國消防協(xié)會規(guī)定的物質系數(shù)是由美國消防協(xié)會規(guī)定的NF、NR(分別代分別代表物質的燃燒性和化學活性表物質的燃燒性和化學活性)決定的。決定的。 這是美國道化學公司于這是美國道化學公司于1964年首次使用的一種安全評價方法，它是對化工年首次使用的一種安全評價方法，它是對化工工藝過程和生產(chǎn)裝置的火災、爆炸危險性進行評價及

22、采取相應安全措施的一工藝過程和生產(chǎn)裝置的火災、爆炸危險性進行評價及采取相應安全措施的一種方法。因火災、爆炸是石油化工廠面臨的最大危險，一旦發(fā)生往往是毀滅種方法。因火災、爆炸是石油化工廠面臨的最大危險，一旦發(fā)生往往是毀滅性的災難，因此這種評價方法一出臺就受到了國際上的廣泛關注。到性的災難，因此這種評價方法一出臺就受到了國際上的廣泛關注。到1993年年已發(fā)展到第七版，而且不斷地有安全專家對此法進行修訂完善，目前已成為已發(fā)展到第七版，而且不斷地有安全專家對此法進行修訂完善，目前已成為石油化工廠安全評價中廣泛應用的一種方法。石油化工廠安全評價中廣泛應用的一種方法?；馂谋ㄖ笖?shù)法運用了大量的實驗數(shù)據(jù)和實踐結果，以被評價單元中的重火災爆炸指數(shù)法運用了大量的實驗數(shù)據(jù)和實踐結果，以被評價單元中的重要物質系數(shù)要物質系數(shù)(MF)為基礎，用一般工藝危險系數(shù)為基礎，用一般工藝危險系數(shù)(F1)確定影響事故損害大小的確定影響事故損害大小的主要因素，特殊工藝危險系數(shù)主要因素，特殊工藝危險系數(shù)(F2)表示影響事故發(fā)生概