《油气长输管道工程人因可靠性分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油气长输管道工程人因可靠性分析（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、油气长输管道工程人因可靠性分析*郑贤斌中国石油规划总院 环保与安全研究所( 北京 100083)摘 要油气长输管道在其生命周期的设计、 建造和运行等阶段发生的事故(腐蚀、 疲劳、 碰撞、 火灾、 爆炸等)大多与人和组织的失误有关, 因此很有必要开展油气长输管道工程人因可靠性分析。针对人因可靠性分析的精确性、 可靠性和稳健性等有效性问题, 分析了油气长输管道工程 HRA 技术现状, 在 HRA 研究方法的基础上, 重点介绍了 FMEA, FTA/ETA, PIDA 以及 SAM 方法, 并指出当前研究中所存在的问题及其发展方向。关键词 油气管道 人因可靠性 风险分析 人和组织失误Abstr ac
2、t Most accidents (including the corrosion, fatigue, collision, fire and explosion) of oil and gas long distance pipelines are mainly caused by the errors of human and organizations, which usually happened in the stages of its life style such as design, con- struction and operation and so on, Therefo
3、re, it is necessary to conduct the analysis of human reliability in the project of oil and gas long distance pipelines. According to the effectiveness of accuracy, reliability and steadiness of human reliability analysis, the present state of HRA technique in the project is discussed. Then, based on
4、 HRA research methods, an emphasis is placed on the introduction to the methods of FMEA, FTA/ETA, PIDA and SAN, companied by presenting the problems and development tendencies of the pre- sent study.Key wor ds oil and gas pipeline; human reliability; risk analysis; human and organization errors构在正常或
5、紧急状态下具有足够的可靠性。 同时, 人 和组织的失误可能引发的严重后果会造成巨大的经 济损失、 人员伤亡和环境污染等。由此可见, 在油气 长输管道工程中进行 HRA 是十分必要的。本文总 结人因可靠性的特点、 研究方法, 并对 HRA 研究进 行探讨, 从而有助于 HRA 在油气管道工程领域起 到真正的安全分析作用。引 言人因可靠性分析(Human Reliability Analysis, 简 称为 HRA)起源于 20 世纪 50 年代, 1973 年 可靠性 汇刊, IEEE出版了一本专门讨论人因可靠性的专 集1。迄今为止, HRA 已有数十种方法, 一方面可划 分为以 THERP(人
6、误率预测技术)为代表的第一代或 称 为 静 态 的 基 于 专 家 判 断 与 统 计 分 析 相 结 合 的 HRA 方法和目前正在兴起的称为动态的基于认知 科学的第二代 HRA 方法2, 3; 另一方面可将 HRA 划 分为人的工程学可靠性研究策略和人的行为学可靠 性研究策略4。这些方法对 HRA 的发展和应用起了 良好的推动作用, 但它们均尚存在诸多不足5。当 前, HRA 在核工业和海洋工程领域得到了广泛的应 用和深入的研究。但管道工程系统可靠性分析主要HRA 特点HRA 应满足如下基本功能: 识别出人和组织的 何种失误可能发生、 发生失误的概率多大、 如何减少 失误的概率和/或减轻其
7、影响。为了实现 HRA 的基 本功能, HRA 方法必须具有完备性、有效性和可靠 性等特性。 其完备性是指: 可覆盖所有类型的人员行 动; 可按需要对一项行动作出不同粗细程度的分析;集中于结构的失效概率方面,忽视了人和组织的可可分析所有类型的人误;可分析影响行为的所有因靠性因素。 统计资料显示, 油气长输管道工程在其生 命周期的设计、建造和运行等阶段发生的事故大多素; 具有人因灵敏度。其有效性是指: 准确地对人的 行为进行建模, 所使用的人误数据可转换用于一项 特定的 PRA 中, 分析评价的结论与其它(合格的)方 法评价结论一致。 其可靠性是指: 被不同的用户或同 一用户在不同时间对一项给定
8、的任务分析所得结论 一致。与人和组织失误(Human and Organization Error, 简称为 HOE)有关, 其中大约 60% 的人为失误发生在 系统的运行阶段。 因此, 对油气长输管道结构生命周 期各阶段必须考虑 HOE 对结构系统的影响, 确保结* 基金项目: 中国石油股份公司研究项目(K2004- 21), 中国石油大学优秀博士学位论文培育资助项目(B2005- 9)TECHNOLOGY S UP ERVIS ION IN P ETROLEUM INDUS TRY21Swain 给出人为失误的定义为: “ 任何超过一定 接受标准系统正常工作所规定的接受标准或容 许范围的人
9、的行为或动作6” 。许多油气管道重大事 故表明人为失误对系统行为产生很大的影响。组织 失误在根本上也是由于组织中人的认知、管理等失 误引发的。 与硬件设备的可靠性相比, 油气长输管道 工程 HRA 具有如下的特点。(1) 建立 HOE 失效数据库确定失效概率应综合 考虑人和组织的作用。人对输入和输出信息的把握是具有相当大的判别力和目的性。现有的数据库都统中元件的危险程度。假如某一失效模式仅涉及一 个元件, 则该元件可表示为“ 最危险” , 依此类推。通 过该方式, 可识别出系统中比较危险的元件, 然后对 这 些 危 险 的 元 件 采 取 必 要 的 质 量 保 证 /质 量 控 制 (QA/
10、QC)措施, 衡量 HOE 结构失效的影响, 从而识别 出关键的 HOE。FMEA 方法简便适用, 避免了详细 的定量分析。 但是, 它不能对 QA/QC 措施进行排序,不能确定失效发生的概率,不能明确考虑事件的相关性, 也不能识别可能与失效的事件同时发生的低 概 率 事 件 。 FMECA (Failure Mode and Crticality Analysis)扩充了 FMEA 的分析范围, 可定量分析单 一失效模式的后果及其发生的概率, 并可对分析的 结果进行排序以决定哪些高风险的失效模式需要采 取减小风险的措施。 HAZOP 是一种用于辨识油气长输管道工程设 计缺陷、 工艺过程危害及
11、操作性问题的结构化、 系统未考虑人和组织对管道工程的相互作用,急需构建融合 HOE 的油气长输管道结构综合数据库7。 (2) 人为失误可分为两种类型: 直接和潜在的失 效。直接的失效通常是对结构系统产生直接影响的 人为失误, 而潜在的失效本身可能对结构系统的行 为影响不大, 但一旦发生直接的人为失误, 则可能与 其联合发生作用, 影响结构系统的可靠性。 根据油气 化分析方法,其分析的过程是由各专业人员组成的管道事故的分析报告可知,大多数事故是由操作人分析组按一定的规则将工艺过程划分为合理的分析 节点/工艺单元。然后再针对每个分析节点, 识别出 那些具有潜在危险的偏差分析组对每个有意义的偏 差都
12、分析它们的可能原因、 后果、 已有安全保护等, 同时提出应采取的措施和行动。在管道工程风险分 析应用过程中, HAZOP 可考虑雷电、 洪水、 地震、 人 和组织的失误等在 PID(工艺仪表图)或 PFD(工艺流 程图)上外部原因引起的危险性, 对油气长输管道的 工艺流程和任何新装置的设计的系统的、决定性的 检查, 以从整体上评估非法操作或个别设备元件出 现故障时所产生的潜在的风险以及它对整套装置产 生的间接的影响9。直接的失误及结构潜在的设计缺陷所引起的。 (3) 人为失误产生原因非常复杂, 与工作人的疲 劳、 不小心、 训练不足、 决策失误和工作压力等因素 有关。 HRA 属于可靠性、 人
13、因工程和心理学等交叉学 科。 它既需要评价人为失误的性质, 也需要全面了解事故发生的原因, 的后果。原因间的相互关系以及事故产生HRA 方法所发生的各类管道事故表明有必要提出由于人 和组织的失误造成风险的精细评估方法, 寻求减小 系统对人为失误敏感度的措施。经过近年来的不断 完善和发展, 吸收了核工业、 海洋工程等领域 HRA 的特点, 先后提出了定性分析方法、 定量分析方法以定量分析法 对可能发生低风险、高后果事故的油气长输管 道结构, 概率风险评估(PRA)或量化风险评估(QRA) 是常用的定量风险评估方法10。其中, HOE 的量化 分析是一个重要的方面11。 在对 HOE 定量分析过程
14、 中, HOE 的数据收集工作是必不可少的。2及定性+定量分析方法, 性+定量混合分析方法。目前的趋势是逐步完善定1定性分析方法 油气长输管道工程结构的 HRA 通常以定性分人为失误和组织失误数据的收集较困难,其原因是数据的收集多数只能依赖于事故调查报告, 而 以前许多事故的调查报告根本没有揭示人为因素在析作为起点, 常采用的定性分析方法有失效模式及其影响分析(Failure Modes and Effects Analysis, 简事故发生的各个阶段中所起的作用,而人为失误的称 为 FMEA)、 事 件 树/故 障 树 (ETA/FTA)、HAZOP 等 方法8。对结构全生命周期的 HOE
15、进行全面的定量 评估时, 定性分析可以为定量分析确定分析的重点。 分析管道结构全生命周期中的 HOE 时, FMEA 通常以失效模式中涉及的失效元件的个数来评价系数据又是 HRA 量化分析的基础, 数据收集不够, 可 能造成对基本事件规律的认识发生偏差12。 近年来, 人为失误数据的收集工作在核工业、石化行业等领域取得了很大的成功,如人为失误评估和减小技术(HEART)、 人为失误率的预测技术(THERP)等8, 13。TECHNOLOGY S UP ERVIS ION IN P ETROLEUM INDUS TRY22质 量石油工业技术监督2007 年 6 月在油气长输管道工程领域, 管道系
16、统结构的风 险评估需要确定本行业自身的人为失误概率, 人为 失误概率(HEP)数据收集有 3 种方法: 直接通过观 测进行数据收集。通过记录仿真实验中一段时间内 的人为失误总数和执行任务的总数达到获到 HEP 的目的, 通过仿真实验可以得到部分数据, 因为有些分为九个步骤。第 1 5 步是分析的准备阶段, 也是 分析的基础, 属于传统安全管理; 第 6 步作图是分析 正确与否的关键; 第 7 步定性分析是分析的核心; 第8 步定量分析是分析的方向,即用数据表示安全与否; 第 9 步安全性评价是目的。FTA 是表示系统及其功能的静态图,不能表示系统随时间变化的特征情况是仿真实验无法模拟的,比如实际撤离过程中及变化的后果。 但采用 FTA 很好地识别潜在的失效 模式、 评估导致系统失效的联合事件。( 2) 概率影响图法 影
