基于恢复效度的故障模式危害性灰色关联评估

针对失效模式、影响和危害度分析方法(FMECA)在设备运行过程中单纯依靠RPN分析危害性的不足,建立了一种针对服务对象的危害性评估模型。引入恢复效度的概念,丰富了危害度评估的指标体系;利用层次分析法确定各评估指标的权重;运用灰色关联分析方法建立数学模型,给出了计算步骤;利用德尔菲法界定了故障模式恢复效度、严酷度、发生频度和可探测度在广播式自动相关监视系统(ADS-B)的等级。利用建立的数学模型对该系统6种典型故障模式的危害性进行了分析、验证和排序。结果表明,该模型能更加真实地反映故障模式对服务对象的危害性,可以根据危害性排序结果界定设备运行系统关键性故障模式,并有针对性地制定相关弥补措施和对策。     

基于半定量风险评价方法的柴油加氢装置工艺过程安全分析

为研究柴油加氢装置工艺流程及其安全防护系统可能存在的问题,基于危险与可操作性分析对国内普遍采用的柴油加氢精制工艺系统开展过程危害分析,依据风险分析等级给出相关建议措施。以脱氧水泵失效场景为例,采用保护层分析方法,在计算失效场景发生频率的基础上,提出当前独立安全保护层的完善建议及其安全完整性等级建议。分析结果表明,复合式风险评估方法对于有效发现与消除装置运行过程的安全隐患具有积极意义。     

功能安全技术与应用知识讲座第二讲功能安全的实现——安全相关系统

安全是将风险控制在可容忍风险之下.功能安全是用与安全有关的功能能够实现的概率,来保障安全的实现.安全的实现,以安全相关功能的概率实现来保障;同时,安全相关功能的失效处于完全监测之下,并且即使其失效,被保护对象也不至发生伤害事件,或至少降低伤害事件的严重性.这样的思想方法,需要有一个机制来贯彻执行,这样的机制即安全相关系统. 按照标准,安全相关系统(safety-related system)应满足两项要求:执行要求的安全功能,达到或保持受控设备的安全状态;自身或与其他安全相关系统、其他风险降低措施一道,达到要求的安全功能所需的安全完整性.我们可以从以下6方面了解安全相关系统.     

多阶段马尔科夫模型及其在SIS安全评估中的应用

为综合分析检验测试因素对安全仪表系统(SIS)安全评估的影响,基于多阶段马尔科夫模型,提出一种SIS安全评估方法。首先,基于多指标优化方法确定检验测试策略,并构建运行期的马尔科夫状态转移模型以及涉及测试自身引起失效概率和非理想检验测试率的检验测试模型;然后,融合马尔科夫状态转移模型和检验测试模型得到多阶段马尔科夫模型;最后,将该模型应用于某循环流化床(CFB)锅炉压力保护系统的安全等级评估中。结果表明,多阶段马尔科夫模型能够综合考虑检验测试自身引起失效概率和非理想检验测试率对SIS失效率的影响;检验测试因素对SIS的安全性有较大影响,因此不容忽略。     

基于模糊综合评判的乘用车制动系统失效风险严重程度分析

为了准确评估乘用车制动系统失效风险严重程度,提高车辆行车安全,对我国汽车制动系统缺陷涉及的部件和失效模式进行了分析,并针对真空助力器和制动管路失效,设计、开展了实车试验。试验数据分析表明,在制动系统不同的失效状态下,平均制动减速度、制动距离和最大踏板力存在明显差异。因此将以上3个指标与制动系统失效模式结合构建事故树,确立了影响制动系统失效风险严重程度的指标体系;利用G1法和模糊综合评判法,得出了制动系统失效风险的严重程度。结果表明,制动系统真空助力器失效的严重程度等级为较高,制动管路泄漏的严重程度等级为高,与实际案例的风险严重程度评估结果一致。     

基于保护层风险分析的液氯充装系统SIL审核评估研究

研究借助GB/T 20438—2006的系统安全完整性理念,在分析了液氯充装系统工艺流程的基础上,建立了液氯充装系统的4个独立保护层并对其进行了安全性分析,根据液氯充装的危险性,确立了液氯充装系统的安全完整性等级为SIL3。从系统安全完整性出发,对系统安全性要求分配进行了探讨,提出了以各保护层失效概率为基础的液氯充装系统安全完整性审核评估,为系统的风险分析评估提供了一种新的思路。     

考虑人因可靠性的安全仪表功能SIL验证方法研究

油气站场一般设置有紧急停车系统（ESD）等存在操作员介入的非常规安全仪表功能（SIF）,为解决已有的安全完整性等级（SIL）评估方法不能针对此类SIF进行功能安全评价的情况。对存在操作员介入的非常规SIF进行研究,将其中的人为因素细分为观察、决策和执行3个阶段;根据各类人因可靠性分析方法优缺点,筛选CREAM和HCR方法分别分析紧急情景环境和应急响应时间对非常规SIF人因失效概率的影响,建立考虑人因可靠性的SIL验证模型;基于此模型选取某输油站典型SIF开展SIL评估,分析人因失效对SIF整体可靠性的影响水平,并提出改善措施。结果表明:将操作员应急响应过程中的人因失效概率引入传统的SIL验证模型中,可实现对非常规SIF的功能安全评价;人因失效对非常规SIF具有显著影响,筛选的人因可靠性模型可准确计算人因失效概率。     

基于恢复效度的三峡升船机驱动系统失效危害性TOPSIS评估

三峡升船机驱动系统故障模式的危害性直接关系到升船机的安全运行。为判定故障模式危害度等级,根据运行情况,结合同类型升船机,选取了驱动系统的5类故障模式;引入恢复效度的概念,运用德尔菲法对恢复效度、发生频度、严酷度和可探测度进行等级划分并利用AHP法确定各评估指标的权重;最后通过TOPSIS方法建立了数学模型,对三峡升船机驱动系统故障模式的危害性进行了分析、排序和验证。结果表明:恢复效度与故障危害性关联最为密切,齿轮和齿条故障对升船机的危害性最大,其次分别是减速器、同步轴系统、小齿轮托架以及万向轴等。此方法为有针对性的制定相关弥补措施和对策提供了依据,也为三峡升船机其他关键机构失效危害性分析提供了参考。     

基于SIL评估的LNG加气站安全仪表系统问题分析及改进建议*

为分析LNG加气站安全仪表系统的功能完备性与可靠性,以3座典型的三级LNG加气站为研究对象,全面开展安全仪表功能辨识、安全完整性等级（SIL）定级与验证,进而提出针对性的改进建议。结果表明:3座LNG加气站的安全仪表系统均存在功能不完备、设备组件缺少失效数据的问题;为满足风险控制要求,三级LNG加气站需设置15个安全仪表功能,其中1个应达到SIL2等级,14个应达到SIL1等级;LNG加气站的安全仪表系统应选用获得功能安全认证的设备组件,并在设计阶段开展SIL评估工作。研究结果可为今后LNG加气站安全仪表系统的设计与管理提供重要参考。     

基于EWM-AHP-云模型的站场法兰系统密封失效风险评估

为提升站场法兰连接系统安全评估的准确性,提出一种基于熵权法(EWM)-层次分析法(AHP)-云模型的站场法兰系统密封失效风险评估方法。首先采用EWM和AHP组合权重降低单一AHP法计算权重的主观性,并采用云模型解决站场法兰连接系统密封失效风险因素的模糊性、随机性以及难以量化的问题;其次以我国华北地区某输气站场为例,验证该方法的科学性和有效性,并依据站场法兰历史失效数据建立法兰系统密封失效风险评估指标体系,采用EWM-AHP法确定各指标的组合权重;然后根据等级量化标准建立标准云,使用Matlab软件计算各风险指标的云数字特征值,并绘制云图;最后基于EW-型指数贴近度计算确定各风险指标的风险等级。结果表明：所评估法兰系统密封失效的综合风险等级为较高风险,评估结果与实际情况基本吻合。EWM-AHP-云模型能较好地实现法兰系统密封失效风险评估,该方法具有一定的科学性和有效性。     

安全联锁设备SIL验证中的参数估计偏差分析*

为提高安全联锁系统（SIS）不可用度计算的准确性,减少SIL验证的不确定性偏差,研究参数估计置信度分别为70%和90%时功能安全标准IEC61508的恒定失效率算法与实际非恒定失效率（威布尔分布）算法结果的偏差。结果表明:在70%置信度时,采用指数分布算法计算PFDavg,比威布尔分布算法的计算结果偏大,2者的相对偏差平均值为68.01%;90%置信度时,2者的相对偏差平均值为42.63%,揭示功能安全标准IEC61508恒定失效率计算将显著高估SIS的不可用性,可能造成企业不必要的整改和相应的维护成本。     

我国煤矿安全文化建设现状研究——来自60家煤矿的证据*

为更好地开展煤矿安全文化建设工作,采用安全文化在线分析系统对我国60家煤矿企业的安全文化建设水平进行分析;利用SPSS 22.0软件分析不同人员类别、性别、工龄、文化程度对安全文化得分的影响;对煤矿安全文化建设中部分得分较低的安全文化元素给出整改建议。结果表明:得分低于60分的元素是安全业绩对待方式、总体安全期望;安全文化得分与人员类别、工龄、文化程度显著相关,与性别无显著相关性;煤矿企业应进行针对性培训,并设计和建设合理的安全理念条目、良好的安全理念载体及完善的安全文化培训体系。     

工程系统一体化安全风险模型研究

借鉴功能模拟原理,利用目标树-成功树-主逻辑图(GTST-MLD)框架,提出了一个一体化安全风险模型。该模型对关联于工程系统安全特性的目标、功能、结构、行为等因素予以综合,提供了从多层次研究解决安全问题的模型基础,克服了基于事件树/故障树模型的概率风险评估等传统方法而分别对系统结构、行为、事件进行研究的问题,支持实现在更高的系统功能层面上对系统安全性的分析研究。通过研究该模型在安全风险评估、事故因果关联分析、潜在交互作用鉴别中的应用,表明研究成果为解决复杂工程系统安全问题提供了新的分析手段。     

高要求模式SIS异型冗余结构PFH计算模型*

为了满足石油化工生产中对高要求操作模式下采用异型设备的安全联锁回路进行SIL定级的需求,避免因误用同型PFH公式导致SIL等级评估误差。考虑各通道差异性及其失效顺序的遍历性,以MonteCarlo仿真值为多元线性回归模型观察样本,以改进共因失效部分多样性修正因子确定方法,提出异型KooN冗余结构每小时危险失效平均频率(PFH)的计算公式;比较该模型独立失效部分与异型1oo2结构Markov模型PFH结果,并分别将该模型和传统同型PFH公式应用于海上采油平台高完整性压力保护系统(HIPPS)异型关断阀子系统的比较分析。研究结果表明:在不同检测周期内,所提出的PFH计算模型与Markov模型PFH计算结果相对误差均保持在10-3数量级;但当检测周期大于3 a时,使用同型PFH公式会出现对HIPPS子系统SIL等级的误判,造成井口压力联锁保护功能过保护或欠保护。研究结果有助于生产单位准确评估联锁保护风险和设备维护投入。     

突出冲击波对防突风门的破坏失效研究*

为了分析煤与瓦斯突出事故中防突风门的安全性,同时降低成本寻求对现有防突风门材料和结构的替代方案,研究不同厚度的Q460钢制防突风门在突出冲击波载荷下的破坏情况。基于能量法得到不同厚度的风门最大挠度数学模型,再根据煤炭行业规定中的对应数据和安全要求,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行数值模拟,得到Q460钢制防突风门的静力学特征并与能量法结果进行比对。结果表明:长宽分别为1.75 m和1.8 m,厚度为25 mm和30 mm的风门在0.6 MPa的冲击波超压作用下能满足安全要求,能量法计算结果与数值模拟误差在9%以内,基于安全设计余量可以接受;提出挠厚比概念,当挠厚比小于0.84时,风门不会被破坏,在使用Q460钢设计防突风门时,应尽量确保该值小于0.84。     

概率火灾安全分析方法研究

为分析和评估火灾对设备、建筑物等敏感目标结构安全的影响,结合化工定量风险评估方法和气体爆炸概率安全分析方法,提出概率火灾安全分析策略和实施流程。该方法包括火灾危害辨识、泄漏速率计算、火灾后果模拟、频率分析、绘制频率超越热载荷曲线、结构响应分析等关键步骤。以某柴油罐区为例,通过频率分析和火灾模拟,绘制出频率超越热载荷曲线,假定火灾风险可接受准则为10-4/a,求得对应的可信热载荷为21 kW/m2,并以此值作为结构热响应分析的输入参数。火灾概率安全分析方法侧重于描述火灾热辐射强度及其对应的发生可能性,判定敏感目标遭遇的可信火灾热载荷强度和结构热响应行为,评估消防减灾措施效果,确保结构完整性和可用性,不评价工艺系统潜在火灾风险的高低。     

弱层台阶边坡可靠度非侵入式随机分析*

为确保复杂结构边坡的安全稳定,针对弱层台阶边坡可靠性开展非侵入式随机分析。以抗剪参数为随机变量,采用局部平均法进行随机场离散,采用随机场和Monte Carlo(SMC)法编制程序进行数值计算,并与Monte Carlo(MC)法结果进行比较。结果表明:利用非侵入式随机分析方法计算可靠度效率更高且易于实现;随机场可以反映岩体力学参数的空间变异性以及参数之间相关特性,更接近于实际情况,弱层对边坡稳定性有重要影响,会导致边坡安全系数降低,且最大位移会显著增大;采用MC法会过度放大边坡的失效概率,而SMC法得到的结果更可靠。该结论可为复杂结构边坡的可靠性分析提供参考。     

高速铁路信号系统的安全管理评价研究

高速铁路信号系统要通过安全管理来保障其开发与运行中的安全相关活动符合系统安全计划的要求。为了评估安全管理活动的可信性,提出基于系统安全分析技术的安全管理评价方法。通过建立安全管理流程与系统安全功能相关联的概念模型,使用安全文化危险与可操作性研究(SCHAZOP)辨识出安全管理流程中的行为偏差,基于失效传导转换符号(FPTN)建立管理角色的安全文化失效模型,最终将管理行为失效模式转换成组件故障树作为安全管理评价证据。研究结果表明,安全管理行为偏差体现了信号系统开发与运营过程中的安全文化特征;辨识与分析安全文化失效,为信号系统安全管理活动的可信性提供了评价依据。     

基于马尔可夫的地面控制井下安全阀可靠性评估

为保障地面控制井下安全阀系统的安全运行，防止系统发生故障，建立了井下安全阀可修复系统的马尔可夫模型；针对系统设备构成复杂及共因故障等问题，基于β因子模型描述共因失效，同时将模型划分为3个独立模块，通过克罗内克积方法合并，评估系统可靠性；参照OREDA可靠性数据，定量求解井下安全阀系统可用度、可靠度以及稳态指标，研究模型中状态转移概率对系统稳态可用度的影响。研究结果表明:井下安全阀系统的可用度随时间增长而迅速到达稳态值；系统检修周期应小于2.5 a；根据可靠性分析结果，运营方应考虑系统经济与可靠性间的博弈关系，合理优化系统冗余结构与维修周期管理，防止井下安全阀系统失效。