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安全系统工程：第 91–100 页

安全系统工程 课堂笔记
• 系统相互关联，一个参数异常可能影响其他参数
• 从工艺参数出发查找偏差、分析影响、采取预防措施
• 特别适用于化工和石油化工生产的设计审查和运行过程中的危险性分析
例
天然气管道检测：若管道中发现流动的天然气，可分析可能的原因。水管也可
用此方法，但水不像天然气那样危险，可在检测后进行抢修。
HAZOP 的关键概念与术语
• 目的：要实现的功能
• 偏差：设计意图与实际结果之间的不一致
• 产生偏差的原因
• 后果：偏离设计意图所导致的影响
• 引导词： 对设计意图进行定性和定量描述， 如大小、 高低等， 引导分析偏差的产
生
注意
偏差可能表现为偏大、 偏小、 偏高、 偏低、 偏左、 偏右、 偏正、 偏负等，这些情
况更加严重。
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HAZOP 的操作流程
• 成立研究组： 根据系统复杂程度， 小组可由3 人组成， 复杂系统可增至5 人或更
多
• 组长需经过培训、通过考试获得证书（主席证书）后执行分析任务
• 收集系统资料：包括工艺流程图、平面布置图、设备结构图、各种参数控制图
（PID 图）以及管路系统图
• 分解系统，选择研究节点：通常选择一个单元的前后两个点作为分析节点，对
所有节点完成分析后再看整体情况，形成循环
• 应用引导词分析偏差，找出所有可能原因，判断是否有对策
• 若无对策，提出建议改进设计
• 反复进行，开会讨论达成共识，整理成报告，反馈给设计人员参考
例
教材第 33 页提到九个步骤，第 34 页图 2-4 为阿德伯案例。A 与 B 反应生成 C
产品， 当B 的质量大于 A 的质量或仅 B 存在时会发生爆炸。 因此需确保A 总是
先于 B 进入反应容器，且 A 的量稍多于 B。
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HAZOP 的优缺点
• 优点：通过引导词对各个工艺参数逐一分析和考察，识别可能产生的偏差及其
原因，据此进行危险识别、改进设计和管理
• 缺点：很麻烦，需要耗费大量人力、物力和时间
HAZOP 案例分析（阿德伯案例）
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• 系统分为四部分：A、B、C、D
• 首选 A 部分为研究节点，应用引导词分析：
– 否（A 没有） ：A 是空的，阀门一或阀门二没有打开，泵一堵住，泵一没有工
作，或管道破裂，导致爆炸
– 少（A 太少） ：分析可能原因
– 多（A 太多） ：分析可能原因
– 或者：尽管按设计要求原料 A 被泵入反应罐，但其他物质被送入反应罐，导
致污染，产品含杂质
– 部分：原料罐缺少某种组分，比例不大，可能导致爆炸
– 相反：A 从反应罐被供入储罐，可能性不大但确实存在
– 其他：许多其他原料没有被泵入反应罐，导致其他物质被放入，可能导致爆
炸
• 只有第一个步骤全部完成后，才能分析结果并撰写报告
注意
阿德伯案例属于考试范围，需掌握。分析 B 部分时，教材上的图只显示一个泵
和一个阀门，而课件上的图显示两个阀门，以教材为准。
作业
• 作业一：实验室准备进行高压空气分离实验，利用预先危险性分析方法对其危
险性进行分析
• 作业二：将阿德伯案例中的 A 改为 B，分析原料 B 的输送部分，选择研究节点
进行分析
10 月 13 日
课程考核与平时成绩构成
• 平时作业（V90+V95，约 50-60 页）的平均分即平时作业分
• 点名共 10 次，每次 10 分；请假酌情扣一半，无故缺席扣 5 分
• 平时成绩对最终结果有决定性影响： 平时保持A， 期末略降至B， 总分仍可能较
高；平时不理想，期末再努力也难以弥补
• 第一次作业需扫描提交，属严肃任务，类似平时测验，各占总评 20%
• 第二次作业多数同学成绩提升（有两位从 B+ 升为 A） ，少数从C 降为 C-，说明
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并非理解有误而是思路完全偏差
• 成绩在 75-90 之间的同学可清楚看到 CC 关系；大部分同学成绩在 B 以上，其余
在 CC-或更低
• 已提交作业按第一次提交标准计算，但允许成绩不理想者重新提交
系统安全分析的作用
• 评估系统可能存在的潜在风险
• 识别事故发生的可能性及可能产生的后果
• 为后续评价及寻找最佳安全投资效益的最优防控方案提供依据
系统安全分析方法概述
• 两次课程涉及的方法包括：故障类型及影响分析（FMEA） 、危险性分析、危险
可操作性研究（HAZOP） 、事件树分析（ETA）等
• 需掌握每种方法的基本特点、分析程序及优缺点
• 需明确各方法是定性还是定量，以及哪些方面需要考虑定量分析
• 需掌握各方法的分级标准（如危险分析按什么标准分级）
文献检索与数据库资源
• 常用中文数据库：万方、中国知网（CNKI） 、维普、人大复印资料（人文社科）
• 常用英文数据库：SCI（科学引文索引） 、SSCI（社会科学引文索引） 、EI（工程
索引） 、JCR（期刊引用报告）
• 学术团体期刊：ACS（美国化学学会） 、IEEE（电气与电子工程师学会）等
• 大型出版公司：Springer、Elsevier 等
• 检索方式：可按作者名、标题、关键词（如” 安全”）等进行检索
• 检索示例： 输入” 危险可操作性研究” 或” 氯气化” 等关键词， 可检索到大量期刊、
学位论文、会议论文等文献
• 检索结果示例：84 篇文献中包括 84 个学术期刊、69 个学位论文、5 个会议论文、
1 个报纸、1 个图书、4 个标准、2 个其他
• 图书馆资源及数据库使用是提高研究能力的重要途径，需自行探索学习
安全系统工程专业英语学习
• 安全系统工程理论源自国外，建议查阅英文原版教材
• 国内相关著作：重庆大学傅师傅老师、中国矿业大学朱传杰老师、中国地质大
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学范蠡晓教授
• 建议通过英文教材学习专业英语，虽不作作业要求，但值得了解
系统安全分析方法的应用阶段
• 各种方法在系统寿命周期各阶段均可参考使用
• 方法选择需结合系统所处阶段（如设计、运行等）
危险可操作性研究（HAZOP）核心术语
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定义
危险可操作性研究 （HAZOP） 是一种系统化的危险分析方法， 通过引导词对设
计意图进行定性、定量描述，识别偏差及其原因和后果。
• 关键术语：引导词、偏差、原因、后果、对策（措施）
• 引导词是分析的关键要素，书上列有相关内容
• 设计流程从明确意图开始：工艺某部分完成的功能和目的应清晰界定
• 若业主需求与设计意图不符，即产生设计偏差
• 偏差产生的原因可能引起相应后果，后果即偏离设计意图
HAZOP 分析所需资料
• 工艺流程图（PHA 中的流程图，如自来水净化和消毒杀菌流程图）
• 平面布置图（设备设施按总平面布局规范放置）
• PID 图、各种参数图、管路线路图等
• 设计单位工作需重新培训学习，但安全工程师是设计单位所需人才
HAZOP 报告与优缺点
• 引导词在书末有列出，形成 HAZOP 报告（哈扎本）
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• 组长需经过专门培训并获得分析主席证书
• 优点：能对整体进行逐一分析和考察
• 缺点：投入的工作量非常大（人力和时间）
事件树分析法（ETA）基本概念
定义
事件树分析法（ETA）是将事故发生的整个过程从起点开始按顺序展开，在发
展的各个环节中，成功或失败构成一个系统，从左到右展开形成分叉的树状结
构。
• 最初用于可靠性分析，后应用于故障树分析以计算系统可靠性或可靠度
• 每个系统由多个元件组成，每个元件对规定功能有 ” 有/无”（成功/失败）两种
可能性
• 按系统构成元件的顺序从左到右分析，形成分支众多的树状结构
• 初始事件可以是系统故障、设备失效、操作失误或工艺过程异常等，可为已发
生或设想的情况
事件树分析步骤
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• 明确初始事件
• 确定与初始事件相关的各元件及其连接关系，判断连接是成功还是失败
• 构建决策树：初始事件放左边，上下分支代表成功和失败，递归展开
• 细节分析程度取决于目标，当继续细分无意义时停止
• 定性分析：判断哪些分支是成功的
• 定量分析：计算某条线路成功的概率及相应的不可靠度
事件树分析示例：泵与阀门串联系统
例
泵输送物料（如剧毒物质）时，采用泵-阀门 1-阀门 2 串联的双重保险设计。给
电信号后泵启动， 成功则继续判断阀门1、 阀门2 的状态， 失败则系统失效。 按
逻辑连接路径顺序为泵 → 阀门 1→ 阀门 2，弄反会出错。
• 串联系统中，所有元件都成功系统才成功
• 成功路径：泵成功 + 阀门 1 成功 + 阀门 2 成功
• 其余分支均为失败路径
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串联系统可靠度计算
注意
串联系统的可靠度等于各元件可靠度的乘积， 但各分支概率之和必须等于1， 需
仔细核对。
• 系统可靠度 = 各成功分支可靠度的乘积
• 失败概率 = 1 - 可靠度
• 示例：三个元件可靠度分别为 0.95、0.9、0.9，系统可靠度 = 0.95 × 0.9 × 0.9 =
0.7695
• 各分支概率相加应等于 1，需注意核对
课堂作业
• 计算给定串联系统的可靠度（如 0.95、0.9、0.9 组合，结果为 0.7695）
• 在原有基础上再加一个阀门 D（可靠度 0.9） ，重新计算系统可靠度
• 将阀门串联或并联组合，观察可靠度与成本的变化
• 工业阀门成本高（动辄几十万、上百万一个） ，可靠度提升与成本需权衡
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