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1、安全系统工程,第三章 系统安全定量分析,3.1 事件树分析,3.2 事故树分析,本章学习目标与方法,学习目标 了解事件树分析和事故树分析的基本原理,掌握事件树编制并学会运用其进行系统定性和定量分析,重点掌握事故树的编制及其运用,包括:最小径集、最小割集、结构重要度的计算和分析,顶上事件发生概率的计算和分析。,学习方法 掌握事故树符号及其运算相关的基本概念;在分析、理解事件树和事故树分析原理的基础上,明确事件树和事故树的编制原理和计算原理,并注重理论联系实际,具有运用以上方法开展系统安全分析的实践能力。,第一节 事件树分析,事件是大户,3.1.1,3.1.2,3.1.3,3.1.4,事故树的含义
2、、目的及特点,事件树分析的基本原理,事故树的步骤,事故树分析实例,3.1.1 事件树分析的含义、目的及特点,事件树的含义,事件树分析法是事故分析的技术方法之一。它的实质是利用逻辑思维的规律和形式,从宏观的角度去分析事故形成的过程。 事件树分析法从事件的起始状态出发,用逻辑推理的方法,设想事故发展过程;进而根据这一过程了解事故发生的原因和条件。,3.1.1 事件树分析的含义、目的及特点,事件树是判断树在灾害分析上的应用。判断树(Decision Tree)是以元素的可靠性系数表示系统可靠程度的系统分析方法之一,是一种既能定性,又能定量分析的方法。,事件树分析的目的,(1)判断事故发生与否,以便采
3、取直观的安全措施。 (2)指出消除事故的根本措施,改进系统的安全状况。 (3)从宏观角度分析系统可能发生的事故,掌握事故发生的规律。 (4)找出最严重的事故后果,为确定顶上事件提供依据。,3.1.1 事件树分析的含义、目的及特点,事件树分析的特点,(1)用于对已发生事故的分析,也可用于对未发生事故的预测。 (2)在对事故分析和预测时,事件树分析法比较明确,寻求事故对策时比较直观。 (3)事件树分析可用于管理上对重大问题的决策。 (4)搞清楚初期事件到事故的过程,系统地图示出种种故障与系统成功、失败的关系。 (5)对复杂的问题,可以用此方法进行简捷推理和归纳。 (6)提供定义故障树顶上事件的手段
4、。,3.1.2 事件树分析的基本原理,基本原理,事件树是一种从原因到结果的过程分析。其基本原理是:任何事物从初始原因到最终结果所经历的每一个中间环节都有成功(或正常)或失败(或失效)两种可能或分支。如果将成功记为1,并作为上分支,将失败记为0,作为下分支;然后再分别从这两个状态开始,仍按成功(记为1)或失败(记为0)两种可能分析;这样一直分析下去,直到最后结果为止,最后即形成一个水平放置的树状图。,3.1.3 事件树分析的步骤,分析的步骤,确定初始事件,找出与初始事件有关的环节事件,画事件树,说明分析结果,3.1.3 事件树分析的步骤,确定初始事件 初始事件是事件树中在一定条件下造成事故后果的
5、最初原因事件。它可以是系统故障、设备失效、人员误操作或工艺过程异常等 找出与初始事件有关的环节事件 环节事件可看作对初始事件依次做出响应的安全功能事件,即可成为防止初始事件造成不期望后果的预防措施。,3.1.3 事件树分析的步骤,画事件树 把初始事件写在最左边,各种环节事件按顺序写在右面;从初始事件画一条水平线到第一个环节事件,在水平线末端画一垂直线段,垂直线段上端表示成功,下端表示失败; 再从垂直线两端分别向右画水平线到下个环节事件,同样用垂直线段表示成功和失败两种状态; 依次类推,直到最后一个环节事件为止。如果某一个环节事件不需要往下分析,则水平线延伸下去,不发生分支,如此便得到事件树。,
6、3.1.3 事件树分析的步骤,说明分析结果,在事件树最后面写明由初始事件引起的各种事故结果或后果。为清楚起见,对事件树的初始时间和各环节事件用不同字母加以标记。,3.1.3 事件树分析的步骤,事件树的树形结构如图3-1所示。,在事件树分析中,大多环节事件都具有“成功”和“失败”这两个二元特征,但这并不是必须的,环节事件可以有多个分支,但各个分支必须是互斥的。,3.1.3 事件树分析的步骤,事件树定量分析的概念如图3-2所示。,图3-2 事件树定量分析的概念,3.1.4 事件树分析实例,【例3-1】对于图3-3的反应装置流程,取出输送原料A的泵与阀门系统进行事件树分析,如图3-4、图3-5所示。
7、,图 3-3 反应装置流程示意图,3.1.4 事件树分析实例,图3-4 原料A输送系统示意图,3.1.4 事件树分析实例,图3-5 原料A输送系统事件树,3.1.4 事件树分析实例,【例3-2】 有一泵和两个串联阀门组成的物料输送系统如图3-6所示。物料沿箭头方向顺序经过泵A、阀门B和阀门C,泵起动后的物料输送系统的事件树如图3-7所示。设泵A、阀门B和阀门C的可靠度分别为0.95、0.9、0.9,则系统成功的概率为0.7695,系统失败的概率为0.2305。,3.1.4 事件树分析实例,【例3-3】 有一个泵和两个并联阀门组成的物料输送系统,如图3-8所示。 图3-8中A代表泵,阀门C是阀门
8、B的备用阀,只有当阀门B失效时,阀门C才开始工作。同【例3-2】一样,假设泵A、阀门B和阀门C的可靠度分别为0.95、0.9、0.9,则按照它的事件树(图3-9),可得知这个系统成功的概率为0.9405,系统失效的概率为0.0595。 从以上两例可以看出,阀门并联物料系统的可靠度比阀门串联时要大得多。,3.1.4 事件树分析实例,图3-8 阀门并联的物料输送系统,图3-9 阀门并联输送系统事件树图,3.1.4 事件树分析实例,【例3-4】 某工厂有4台氯磺酸储罐,在检修失灵的紧急切断阀的过程中氯磺酸罐发生爆炸,致使3人死亡,用事件树分析的结果如图3-10所示。检修失灵的紧急切断阀的一般程序如下
9、: (1)反应罐内的氯磺酸移至其他罐。 (2)将水徐徐注入,使残留的浆状氯磺酸分解。 (3)氯磺酸全部分解且烟雾消失以后,往罐内注水至满罐为止。 (4)静置一段时间后,将水排出。 (5)打开人孔盖,进入罐内检修,3.1.4 事件树分析实例,可是在这次检修时,负责人为了争取时间,在上述第(3)项任务未完成的情况下,连水也没排净就命令维修工人去开人孔盖。由于人孔盖螺栓锈死,两名检修工用气割切断螺栓时,突然发生爆炸,负责人(安全科长)和两名检修工当场死亡。 从分析这次事故的事件树图可以看出,紧急阀失灵会引起事故,对其进行修理时,会发生如图3-10所示的16种不同的情况,这次爆炸事故属于图3-10中的
10、第12种情况。,3.1.4 事件树分析实例,3.1.4 事件树分析实例,【例3-5】 一斜井提升系统,为防止跑车事故,在矿车下端安装了阻车叉,在斜井里安装了人工起动的捞车器。当提升钢丝绳或连接装置断裂时,阻车叉插入轨道枕木下阻止矿车下滑。当阻车叉失效时,人员起动捞车器拦住矿车。设钢丝绳断裂概率为10-4,连接装置断裂概率为10-6,阻车叉失效概率为10-3,捞车器失效概率为10-3,人员操作捞车器失误概率为10-2。 (1)画出因钢丝绳(或连接装置)断裂引起跑车事故的事件树 (2)计算跑车事故发生概率。,3.1.4 事件树分析实例,解：(1)编制跑车事故事件树如上图所示。 (2)由编制的斜井矿
11、车提升事件树可知,系统状态为“跑车事故”的有、,它们的概率分别为:,3.1.4 事件树分析实例,由此可得,矿车斜井提升系统发生“跑车事故”的概率为: P跑车= P4+P5+P8+P91.1099880110-9,第二节 事故树分析,第二节 事故树分析,第二节 事故树分析,事故树分析的定义,FTA,事故树,演绎分析，找出原因事件及逻辑关系，找出可能导致事件发生的基本事件的组合，为事故预测预防提供依据的方法。,从结果到原因描绘事件发生发展过程的有向逻辑树，构图的元素是事件和逻辑门。,3.2.1 事故树分析的发展概况,一种图形演绎方法，围绕事故作层层深入的分析 很大的灵活性, 可以分析单元故障对系统
12、的影响,还可以对导致系统事故的特殊原因进行分析可用于管理上对重大问题的决策 对系统更深入认识的过程，许多问题在分析的过程中就被发现和解决了,从而提高了系统的安全性 可以定量计算复杂系统发生事故的概率,为改善和评价系统安全性提供了定量依据,（1）事故树分析的特点,3.2.1 事故树分析的发展概况,一种图形演绎方法，围绕事故作层层深入的分析 很大的灵活性, 可以分析单元故障对系统的影响,还可以对导致系统事故的特殊原因进行分析可用于管理上对重大问题的决策 对系统更深入认识的过程，许多问题在分析的过程中就被发现和解决了,从而提高了系统的安全性 可以定量计算复杂系统发生事故的概率,为改善和评价系统安全性
13、提供了定量依据,（2）事故树分析的缺点,3.2.2 事故树的基本结构,（1）FTA的基本结构,顶上事件,中间事件,基本原因 事件,3.2.3 事故树的符号及意义,表1 事件树符号,3.2.3 事故树的符号及意义,表2 逻辑门符号,3.2.3 事故树的符号及意义,表3 移动符号,熟悉分析系统 调查事故 确定顶上事件 确定目标事故概率 调查原因事件 绘制事故树 定性分析 计算顶上事件发生概率 分析比较 定量分析 制定安全措施,3.1.4 事故树分析程序,（1）事故树分析的基本程序,3.1.4 事故树分析程序,熟悉系统,确定顶上事件,调查事故原因,技术资料,构造FT,定性分析,定量分析,结构重要度分
14、析,求解最小割集,求解最小径集,概率重要度分析,顶上事件发生概率,临界重要度分析,改善系统,3.2.5 事故树的编制,（1）编制程序,3.2.5 事故树的编制,（2）事故树编制的注意事项,充分理解系统，以确定出合理的被分析系统 选好顶上事件 循序渐进。首先,从顶上事件分析其发生的直接原因,判给出逻辑门;其次,找出逻辑门下的全部输入事件;再分析这些事件发生的原因,给出逻辑门;继续逐层分析,直至列出全部基本事件和上下逻辑关系 准确判明各事件间的因果关系和逻辑关系 避免门与门相连,3.2.5 事故树的编制,（3）常用的事故树编制软件,3.2.6 事故树的数学表达,集合：具有某种共同属性的事物的全体叫
15、作集合,集合中的事物叫作元素 交集：两个子集相交之后,相交的部分为两个子集的共有元素的集合 并集：两个子集相交之后,合并成一个较大的子集,这两个子集中元素的全体构成的集合 补集：设S是一个集合,A是S的一个子集,由S中所有不属于A的元素组成的集合,叫做子集A在S中的补集,（1）布尔代数的基本知识,3.2.6 事故树的数学表达,若A、B两者有一个成立或同时成立，S就成立；否则S不成立。叫做逻辑加，也叫“或”运算。 记作AB=S或记作A+B=S。均读作“A+B”。逻辑加相当于集合运算中的“并集”。 根据逻辑加的定义可知： 111；101；011；000。,(2)逻辑运算,逻辑加,3.2.6 事故树
16、的数学表达,若A、B同时成立，P就成立，否则P不成立。则这种A、B间的逻辑运算，叫做逻辑乘，也叫“与”运算。 记作AB=P，或记作AB=P，也可记作AB=P，均读作A乘B。逻辑乘相当于集合运算中的“交集”。 根据逻辑乘的定义可知： 111；100：010：000。,逻辑乘,3.2.6 事故树的数学表达,若A成立，F就不成立；若A不成立，F就成立。,逻辑非,3.2.6 事故树的数学表达,结合律 （A+B）+C=A+(B+C) (AB) C=A （B C） 交换律 ABBA A BB A 分配率 A （BC）（A B）（A C） A（B C）（AB）（AC）,（3）逻辑运算的法则,3.2.6 事故树的数学表达,等幂律 AAA A AA 吸收律 AA BA A （AB）A 互补律 AA A A 对合律 （A）A 对合律 （AB）A B （A B）AB,3.
