故障树分析法

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1、故障树分析法(Fault Tr75ee Analysis 简称 FTA)1引言 是系统可靠性研究中常用的一种重要方法。它是在弄清基本失效模式的基础上，通过建立故障树的方法，找出故障原因，分析系统薄弱环节，以改进 原有设备，指导运行和维修，防止事故的产生。故障树分析法是对复杂动态系统失效形式进行可靠性分析的有效工具。近年来，随着计算机辅助故障树 分析的出现，故障树分析法在航天、核能、电力、电子、化工等领域得到了广泛的应用。2 故障树分析法的原理简介故障树分析法是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后找出直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事 件发生的全部直接因素

2、，直到那些故障机理已知的基本因素为止。通常把最不希望发生的事件称为顶事件，不再深究的事件为基本事件，而介于顶事件 与基本事件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件联结成树形图，即得故障树。 它表示了系统设备的特定事件 (不希望发生事件)与各子系统部件的故障事件之间的逻辑结构关系。以故障树为工具，分析系统发生故障的各种原因、途 径，提出有效防止措施的系统可靠性研究方法即为故障树分析法。3 水压机系统故障树的建立水压机系统是由泵站、高压气罐、水罐、高低压管道、各种阀门、压力表、缸以及电控装置等多种部件组成的一个复杂的机、电、液一体化系统。

3、目前国产水压机多为60 年代的产品，在经过长期的服役后，已到故障多发期，在使用中常出现多种故障，例如：工作性能不稳定、速度低、噪声大、泄 漏大、顶出缸失灵、工作缸无力等，从而使生产中废品率高、效率低，极大地影响了企业的经济效益。从故障发生的影响后果看，危害程度较大的是主 缸动作无力事故，因为主缸是水压机的主要执行器，因而主缸无力往往是造成废品率高的直接原因，因此应该从这一直接原因入手对系统进行分析；另 外，主缸发生故障也常常是系统其他部件出现故障的反映，从这里开始分析可以查出其他部件可能出现的故障。因此，在进行水压机系统的故障树分析 时，应选定主缸动作无力为顶事件。通过对水压机设备系统的分析发

4、现，主缸动作无力事故是由下面3 个因素造成的，即：乳化液未进入主缸、进入主缸水压不足、主缸泄漏严重。三 者之间由逻辑“或”门联结，即只要其中的一件事故发生便可造成顶事件的发生；乳化液未进入主缸则由系统未供水、换向阀未换向这两个事故造成。同 样，这两者之一就能使乳化液未进入主缸事故发生；类似地，进入主缸水压不足是由换向阀未换向和换向阀系统故障两个事件组成；由此进行类似的分 析，可给出水压机系统主缸动作无力事故的故障树如图1 所示。4 水压机系统故障树分析从图 1 所示故障树中可以看出，主缸动作无力事故的发生有多方面的原因。(1) 设计方面的因素从图 1 所示的故障树可以看出整个故障树中只有单一的

5、逻辑“或”门，它表示当一个或多个输入事件发生时输出事件发生。由此可知，在输入逻辑“或” 门的几个中间事件中，只要有一个事件发生就能导致其上一级失效事件的发生。因此，在图 1 列出的 42 个基本事件中，只要其中一个发生，则“主缸动 作无力”事件就会发生。这样，顶事件发生的概率就大大增加，从而系统的可靠度就大大降低。(2) 设备方面的因素 水质及元件质量等原因造成液压阀门的大量损坏。水质差是造成液压系统故障的最主要原因，占统计结果75%以上。常由于水质 pH 值不合要求、 杂物含量高等造成密封失效、阀芯锈蚀和磨损等故障，从而导致阀不能按要求正常启闭。另外，由于整个设备陈旧老化，致使泵容积效率低，

6、达不到水 压机生产要求的供水能力，而主缸泄漏严重，使压力达不到规定值。(3) 管理方面的因素由于监测、管理手段落后，泵站总体运行的可控性和可显示性差，故障难以预测，因而事故隐患多，增大了主缸无力事故的可能性。此外，操作人 员技术素质差，缺乏判断、处理事故的能力，有的工人对设备了解十分有限，对事故的危害缺乏认识。最后，操作维护人员的责任心不强，造成人为的 事故，也能成为顶事件发生的原因。图 1 说明如下。1) 密封件破损严重 2) 柱塞与缸体配合间隙过大 3) 管线连接法兰处有间隙 4) 截止阀1 失效 5) 因操作失误使阀未正常开启 6) 泵进水口密 封不良 7) 水箱液面过低 8) 乳化液量

7、不足 9) 调度方法不足 10) 技术素质低 11) 工作不认真 12) 监控手段落后 13) 操作水平低 14) 工作 马虎 15) 电机电器故障 16) 减速器故障 17) 泵曲轴故障 18) 柱塞密封坏 19) 泵装配不良 20) 因操作失误使阀未换向 21) 电磁铁线圈烧坏 22) 电磁铁推力不足或漏磁 23) 电磁铁铁芯卡死 24) 阀芯与阀体孔卡死 25) 因弹簧弯曲使滑阀卡死 26) 阀芯与阀体几何精度差 27) 阀芯与阀 孔配合太紧 28) 阀芯表面有毛刺 29) 电磁阀中推杆过短 30) 因阀芯与阀体几何精度差使阀芯不到位 31) 弹簧推力不足使阀芯达不到终点 32) 因使用

8、参数选择不当使实际通过流量大于额定流量 33) 管道太细 34) 溢流阀设定压力过低 35) 主阀芯与阀盖孔配合间隙过大 36) 主阀芯锥面与阀 座接触不良或磨损严重 37) 调压弹簧压力级不对或断裂 38) 锥阀与阀座接触不良或磨损严重 39) 污物堵塞阻尼孔 40) 各主要部位的螺钉未定期 紧固 41) 各主要管接头未定期紧固 42) 盖子结合面密封件未定期更换41怔无力逼人主itm 材棺=U-fHT图1故障树A国:;口 占EThlil 丈图1-15提高系统可靠性的措施(1) 在系统结构方面在靠近故障树顶端的地方尽量用逻辑“与”门，与门表示仅当输入事件的每一个发生时输出事故才发生，这样输入

9、事件之间就有了一种互相制约的关 系，可降低对输出事件的影响。特别是在靠近故障树顶端的地方，这种作用将更加明显。要达到这个目的就需要增加系统的备用装置，以增加系统的可 靠性。(2) 在系统设备方面以乳化液为介质的系统已远远不能满足要求，因此应首先更换系统介质，即变水压机为油压机，这样可解决以往因水酸碱性等问题对系统造成的影 响；其次应对泵站、主缸进行更新、改造，提高其效率；另外，采用先进的逻辑锥阀与PC控制回路取代原有操作系统，以满足大流量要求和实现对系 统压力、压边力等压力变化进行自动控制和监测。(3) 在人员管理方面加强技术培训，使工作人员具有较高的技术素质，增强故障判断、分析和处理的能力以

10、及应用现代化技术装备的能力；加强生产安全教育，提高责 任心，使各生产岗位工作人员专心守职；制定并严格执行操作维护及事故处理等规章制度，健全和完善质量、安全保证体系。6结论故障树分析法是一种逻辑性强，直观形象的可靠性分析法。本文应用故障树分析法对水压机系统主缸动作无力事故的原因分析及其相应措施的研究， 对水压机的现代化技术改造实践有着重要的指导意义。FTA 事故树在分析瓦斯爆炸事故中的应用事故树分析是美国贝尔电话研究所的沃特森20世纪60 年代提出和发展起来的一门技术，主要用于分析事故的原因和评价事故风险，我国在20世纪80 年代初引入，至今应用领域越来越广泛，并成为分析预测与预防事故的重要方法

11、。瓦斯灾害是煤矿五大自然灾害中最严重的灾害之一，而瓦斯爆炸在瓦 斯灾害中占很大比例，不仅造成大量人员伤亡，而且还会严重摧毁井巷设施，终断生产，有时还会引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次灾害。据 统计，19901999年的10年间，我国煤矿共发生3人以上的死亡事故4002次，共死亡27459人，其中瓦斯事故2767次，共死亡20625人，占3人以 上死亡事故总次数的69.14，死亡人数的75.01，给国家带来了巨大的人员伤亡和财产损失。在煤炭生产过程中，由于煤层地质条件复杂，安全的制 约因素多，事故隐患也较多，导致瓦斯爆炸有许多因素，如管理因素，施工因素及技术因素等，这些因素不仅相互交叉，而

12、且往往只能作为定性描述， 不能方便地用于分析瓦斯爆炸的原因，这给具体的事故分析带来了困难。事故树分析目前已成为定性和定量预测与预防事故的主要方法。通过事故树进 行定性、定量的系统安全分析，就可使事故分析有条不紊地进行，因而在复杂事故分析中概括出导致事故发生的基本事件，并找出安全评价的指标，提 出防范事故的措施，以保证安全生产顺利进行。事故树编制过程是以顶上事件开始，逐级往下找出基本事件，每个下部事件是上部事件形成的原因，上 部事件是下部事件发生的结果，因此，正确编制事故数是进行事故树分析的基础。根据瓦斯爆炸理论，发生瓦斯爆炸必须具备3个基本条件：一是瓦斯 积聚浓度一般5%16%,二是氧气的供给

13、氧含量12%以上，三是引爆火源一般650C750C以上，三者必须同时存在缺一不可。其中供氧条件在通 常条件下是自然满足的，因而在大多数条件下只要一定浓度的瓦斯及引爆火源的同时存在，瓦斯爆炸就必然发生。据国内外矿井瓦斯爆炸事故统计资料 表明，矿井内的任何地点都有发生瓦斯爆炸的可能性，但90%以上的瓦斯爆炸发生在采掘工作面，其中，煤巷掘进工作面发生的瓦斯爆炸事故的总次 数要大于采煤工作面发生的瓦斯爆炸事故总次数。（Fault Tree Analysis简称FTA）又称故障树分析，是安全系统工程最重要的分析方法之一。事故树是从 结果到原因描绘事故发生的有向逻辑树，利用该图，既可以找到引发事故的直接原

14、因，又能揭示发生事故的潜在因素，从而为安全决策提供有效途径。 定性分析是事故树分析的核心内容。其目的是分析某类事故的发生规律及特点，找出控制该事故的可行方案，并从事故树结构上分析各基本原因事件的 重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。事故树图形似倒立着的树，树中的节点具有逻辑判别性质。树的“根部”顶点节点表示系统的某一个事故， 树的“梢、底部节点表示事故发生的基本原因，树的“树叉”中间节点表示由基本原因促成的事故结果，又是系统事故的中间原因。事故因果关系的不 同性质用不同逻辑门表示。这样画成的一个“树用来描述某种事故发生的因果关系，称之为事故树。事故树的最小割集分析。事故树的定性分析（最小 割

15、集），引起顶上事件发生的基本事件的集合叫割集，一个事故树中割集一般不止一个，在这些割集中，凡不包括其他割集的叫最小割集。它在事故树分 析中占有重要地位，是顶上事件 （事故）发生的本质原因，也就是说表示顶上事件发生原因的集合，因而最小割集越多，系统的危险性越大。其步骤是建 立事故的布尔表达式，并划为最简析标准式，求出割集集合。利用布尔代数求取事故树的最小割集：在瓦斯爆炸事故树中，任何一组最小割集的基本事 件同时发生，顶上事件就必然发生，说明顶上事件发生的途径有径集是系统可靠性工程的概念，又称通集，即如果事故树中某些基本事件不发生，则顶 上事件不发生，这些基本事件的集合称为径集，最小径集是顶上事件不发生所必须的最低限度的基本事件集合。 结束语：从掘进工作面瓦斯爆炸事故树分析来看，最小割集有126 组，数量较多，表明矿井掘进工作面瓦斯爆炸有126种可能途径，充分说明该事件的 可能性与危险性很大，其中任一最小割集中的全部基本事件发生，则会引起掘进工作面瓦斯爆炸。由结构重要度分析结果知，基本事件结构重要度最大， 其重要性在系统中占首位，所以，应选择控制瓦斯浓度，消除瓦斯环境中的火源，作为预防瓦斯爆炸的主要措施。采取阻止瓦斯爆炸的直接方法是“破 坏”其中的某些基本事件，使其失去造成事故危险的条件。煤矿采煤面瓦斯爆炸是一个危险性较大的系统，综合其他分析可以得到，为确