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安全風險分析與模擬仿真技術 版權信息
- ISBN：9787030560766
- 條形碼：9787030560766 ; 978-7-03-056076-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
安全風險分析與模擬仿真技術 內容簡介
內容主要涉及計算機輔助風險分析（計算機輔助事故樹分析和計算機輔助Hazop分析）方法，計算機輔助事故概率計算、計算機輔助泄漏事故后果計算、計算機輔助火災事故后果計算和計算機輔助事故疏散計算，共七章內容，每章以傳統的風險評估方法、風險計算模型和計算機輔助前沿分析工具及實例應用展開。
安全風險分析與模擬仿真技術 目錄
目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 安全與風險 1
1.1.1 安全 1
1.1.2 風險 5
1.2 計算機輔助風險分析技術 9
1.2.1 安全生產的信息化技術 9
1.2.2 安全風險分析的信息化 11
1.3 課外作業 13
第2章 計算機輔助事故樹分析 14
2.1 事故樹分析基礎 14
2.1.1 事故樹分析概述 14
2.1.2 事故樹的結構函數 18
2.2 事故樹分析方法 21
2.2.1 事故樹分析的流程 21
2.2.2 事故樹分析的注意事項 23
2.2.3 事故樹的結果分析 24
2.3 計算機輔助事故樹分析及應用 45
2.3.1 計算機輔助事故樹分析方法簡介 45
2.3.2 計算機輔助建樹 46
2.3.3 求解和分析 48
2.4 上機實驗練習 51
第3章 計算機輔助HAZOP分析 52
3.1 HAZOP分析基礎 52
3.1.1 HAZOP基本理念 52
3.1.2 HAZOP特點 53
3.1.3 HAZOP引導詞和分析術語 54
3.2 HAZOP分析方法簡介 55
3.2.1 HAZOP分析流程 55
3.2.2 常用HAZOP分析的工藝參數 59
3.2.3 HAZOP分析實例 62
3.3 計算機輔助HAZOP分析 67
3.3.1 計算機輔助HAZOP分析方法 67
3.3.2 計算機輔助HAZOP分析應用實例 70
3.4 課外作業 74
第4章 計算機輔助事故概率評估 75
4.1 事故概率計算模型 75
4.1.1 蒙特卡羅法的原理 75
4.1.2 取樣方法 77
4.1.3 案例分析 79
4.2 計算機輔助事故概率計算基礎 81
4.2.1 隨機數 82
4.2.2 概率分布 85
4.3 計算機輔助事故概率評估及應用 94
4.3.1 計算機輔助事故概率評估方法 94
4.3.2 計算機輔助事故風險評估實例分析 96
4.4 課外作業 100
第5章 計算機輔助泄漏事故后果評估 101
5.1 泄漏事故后果計算模型 101
5.1.1 泄漏的特點 101
5.1.2 泄漏的量 104
5.2 計算機輔助泄漏事故后果計算基礎 107
5.2.1 液體的擴散 107
5.2.2 氣團在大氣中的擴散 111
5.3 計算機輔助事故泄漏后果評估 133
5.3.1 計算機輔助事故泄漏評估方法 133
5.3.2 計算機輔助事故泄漏后果實例分析 134
5.4 課外作業 136
第6章 計算機輔助火災事故后果評估 137
6.1 火災事故后果計算模型 137
6.2 計算機輔助火災事故后果計算基礎 139
6.2.1 池火的計算 139
6.2.2 BLEVE火球的計算 143
6.2.3 閃火的計算 150
6.2.4 噴射火的計算 155
6.3 計算機輔助火災事故后果分析 158
6.3.1 計算機輔助火災事故后果分析方法 158
6.3.2 計算機輔助火災事故實例分析 160
6.4 課外作業 161
第7章 計算機輔助事故疏散評估 162
7.1 事故疏散計算模型 162
7.1.1 人員流動的基本特點 162
7.1.2 基于流體運動學的人員疏散模型 163
7.1.3 基于人群擾動的人員疏散模型 167
7.2 計算機輔助事故疏散計算基礎 170
7.2.1 疏散路線 170
7.2.2 疏散出口 173
7.2.3 疏散距離 176
7.2.4 安全疏散驗證標準 177
7.3 計算機輔助事故疏散評估及應用 178
7.3.1 計算機輔助事故疏散分析方法 178
7.3.2 計算機輔助事故疏散實例分析 179
7.4 課外作業 182
第8章 計算機輔助風險分析工程應用 183
8.1 基于蒙特卡羅模擬的分布式光伏電站運行風險評估 183
8.1.1 背景介紹 183
8.1.2 動態風險評估指標體系建立 184
8.1.3 監測大數據預處理和分析模擬計算 189
8.1.4 模擬結果與風險分析 191
8.2 基于ALOHA模擬的罐區安全監測布點分析 195
8.2.1 背景介紹 195
8.2.2 氯乙烯儲罐泄漏事故模擬與分析 196
8.2.3 基于模擬結果的儲罐區安全監測布點分析 199
8.3 基于FDS的火災煙氣危害評價HTV 模型 201
8.3.1 背景介紹 201
8.3.2 事故場景火災數值模擬 202
8.3.3 模擬結果與分析 205
參考文獻 211
前言
第1章 概述 1
1.1 安全與風險 1
1.1.1 安全 1
1.1.2 風險 5
1.2 計算機輔助風險分析技術 9
1.2.1 安全生產的信息化技術 9
1.2.2 安全風險分析的信息化 11
1.3 課外作業 13
第2章 計算機輔助事故樹分析 14
2.1 事故樹分析基礎 14
2.1.1 事故樹分析概述 14
2.1.2 事故樹的結構函數 18
2.2 事故樹分析方法 21
2.2.1 事故樹分析的流程 21
2.2.2 事故樹分析的注意事項 23
2.2.3 事故樹的結果分析 24
2.3 計算機輔助事故樹分析及應用 45
2.3.1 計算機輔助事故樹分析方法簡介 45
2.3.2 計算機輔助建樹 46
2.3.3 求解和分析 48
2.4 上機實驗練習 51
第3章 計算機輔助HAZOP分析 52
3.1 HAZOP分析基礎 52
3.1.1 HAZOP基本理念 52
3.1.2 HAZOP特點 53
3.1.3 HAZOP引導詞和分析術語 54
3.2 HAZOP分析方法簡介 55
3.2.1 HAZOP分析流程 55
3.2.2 常用HAZOP分析的工藝參數 59
3.2.3 HAZOP分析實例 62
3.3 計算機輔助HAZOP分析 67
3.3.1 計算機輔助HAZOP分析方法 67
3.3.2 計算機輔助HAZOP分析應用實例 70
3.4 課外作業 74
第4章 計算機輔助事故概率評估 75
4.1 事故概率計算模型 75
4.1.1 蒙特卡羅法的原理 75
4.1.2 取樣方法 77
4.1.3 案例分析 79
4.2 計算機輔助事故概率計算基礎 81
4.2.1 隨機數 82
4.2.2 概率分布 85
4.3 計算機輔助事故概率評估及應用 94
4.3.1 計算機輔助事故概率評估方法 94
4.3.2 計算機輔助事故風險評估實例分析 96
4.4 課外作業 100
第5章 計算機輔助泄漏事故后果評估 101
5.1 泄漏事故后果計算模型 101
5.1.1 泄漏的特點 101
5.1.2 泄漏的量 104
5.2 計算機輔助泄漏事故后果計算基礎 107
5.2.1 液體的擴散 107
5.2.2 氣團在大氣中的擴散 111
5.3 計算機輔助事故泄漏后果評估 133
5.3.1 計算機輔助事故泄漏評估方法 133
5.3.2 計算機輔助事故泄漏后果實例分析 134
5.4 課外作業 136
第6章 計算機輔助火災事故后果評估 137
6.1 火災事故后果計算模型 137
6.2 計算機輔助火災事故后果計算基礎 139
6.2.1 池火的計算 139
6.2.2 BLEVE火球的計算 143
6.2.3 閃火的計算 150
6.2.4 噴射火的計算 155
6.3 計算機輔助火災事故后果分析 158
6.3.1 計算機輔助火災事故后果分析方法 158
6.3.2 計算機輔助火災事故實例分析 160
6.4 課外作業 161
第7章 計算機輔助事故疏散評估 162
7.1 事故疏散計算模型 162
7.1.1 人員流動的基本特點 162
7.1.2 基于流體運動學的人員疏散模型 163
7.1.3 基于人群擾動的人員疏散模型 167
7.2 計算機輔助事故疏散計算基礎 170
7.2.1 疏散路線 170
7.2.2 疏散出口 173
7.2.3 疏散距離 176
7.2.4 安全疏散驗證標準 177
7.3 計算機輔助事故疏散評估及應用 178
7.3.1 計算機輔助事故疏散分析方法 178
7.3.2 計算機輔助事故疏散實例分析 179
7.4 課外作業 182
第8章 計算機輔助風險分析工程應用 183
8.1 基于蒙特卡羅模擬的分布式光伏電站運行風險評估 183
8.1.1 背景介紹 183
8.1.2 動態風險評估指標體系建立 184
8.1.3 監測大數據預處理和分析模擬計算 189
8.1.4 模擬結果與風險分析 191
8.2 基于ALOHA模擬的罐區安全監測布點分析 195
8.2.1 背景介紹 195
8.2.2 氯乙烯儲罐泄漏事故模擬與分析 196
8.2.3 基于模擬結果的儲罐區安全監測布點分析 199
8.3 基于FDS的火災煙氣危害評價HTV 模型 201
8.3.1 背景介紹 201
8.3.2 事故場景火災數值模擬 202
8.3.3 模擬結果與分析 205
參考文獻 211
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安全風險分析與模擬仿真技術 節選
第1章 概述 安全是人類生存的基本保障條件，在生產和生活中風險無處不在。安全是系統的一種客觀狀態，風險是人們在活動中可能出現的情景。本章將對安全、風險的概念進行討論、分析，正確理解安全、風險的意義，掌握它們之間的關系，為預知風險、把控風險、保障安全提供理論指導。 1.1 安全與風險 1.1.1 安全 1. 安全的定義 美國安全工程師學會（ASSE）編寫的《安全專業術語辭典》及《英漢安全專業術語辭典》中，將安全定義為“可以容忍的風險程度”。也就是說世界上沒有絕對安全的事物，任何事物中都包含有不安全的因素，具有一定的危險性；安全是通過對系統的危險性和允許接受的限度相比較而確定，安全是主觀認識對客觀存在的反應。 1） 安全是相對的思想 長期以來，人們一直把安全和危險看作截然不同的、相對對立的。系統安全的思想認為，世界上沒有絕對安全的事物，任何事物中都包含有不安全的因素，具有一定的危險性。 安全是通過對系統的危險性和允許接受的限度相比較而確定，對系統安全的判斷，是主觀認識對客觀存在的反應，這一過程可用圖1-1加以說明。 圖1-1 對系統安全的認識判斷過程 因此，安全工作的首要任務就是在主觀認識能夠真實地反映客觀存在的前提下，在允許的安全限度內，判斷系統危險性的程度。在這一認識判斷過程中要注意： （1） 認識的客觀、真實性； （2） 安全標準的科學、合理性； （3） 安全伴隨著人們的活動過程，它是一種狀態，與時、空相聯系。 2） 安全伴隨著系統生命周期的思想 系統的生命周期從系統的構思開始，經過可行性論證、設計、建造、試運轉、運轉、維修直至系統報廢（完成一個生命周期），其各個環節都存在不同的安全問題。系統生命周期中的安全問題可用圖1-2表示。 圖1-2 系統生命周期中的R-M曲線 圖中縱坐標H為系統的風險，橫坐標t為時間，R-M為Rheology-Mutation的簡稱 以化工企業為例對圖1-2加以說明。AB階段表示某工藝單元剛剛建立運行時，設備剛剛投入使用，處于浴盆曲線中的早期失效期，可靠性較低，極易發生故障；人員由于剛剛開始生產，對工藝流程和設備的操作較為生疏，極易操作失誤，且對設備故障的處理不夠熟練；安全措施和管理不夠完善，對于設備的維護和人員操作培訓的管理不夠。此時，系統風險呈現減速增長的趨勢。由于系統的風險一直存在，因此在初始點，即t→+0時，系統風險的值并不為零。 BC階段表示工程單元進入穩定的運行階段。設備渡過早期失效期，運行較為穩定，故障的發生率降低；人員對于設備的操作開始熟練，出錯較少，即使設備有意外情況發生，操作人員也可以根據經驗采取及時有效的處理；安全措施逐漸到位，管理條款也愈加嚴密，防范措施成熟，此時系統風險以極低的速度增長。BC階段中的波動，描述的是危險的發生與抑制的過程，該階段會出現一些故障或誤操作，可以通過正確的方法加以消除。雖然災場風險存在波動，但是災害沒有發生，從本質上來講，還是比較安全的。當然，如果BC階段中任意一次波動處理不當，都會導致BC階段結束，提前進入CD階段。因此，加強設備維護，提高員工安全操作水平，建立危機防范制度，有助于BC階段的延長。 隨著工作時間的推移，工藝單元中的設備出現磨損，發生事故的概率增加；人員由于長期從事相同的工作，由于對工藝過于熟悉，容易產生麻痹大意的心理，導致操作失誤增加，危機處理也不能完全按照規定達到準確有效地控制災害的發生。此時，系統風險進入CD階段，呈現加速增長的趨勢。 當系統在這樣的危險狀態下維持一段時間，潛在的能量不斷集聚，*終突破系統的約束向外釋放引發事故，人員和財產就會有傷亡和損失，即DE階段。 此后，工藝癱瘓，設備無法運行，需經過EF階段對整體的工藝加以恢復和調整。在F點時，新的工藝單元建立，新的系統形成新的風險，即存在新的初始風險值，成為另一次風險“流變——突變”過程的起點。 要充分認識系統生命周期中安全的兩個方面： （1） 本質化安全。本質化安全是系統安全的根本保證，從系統的構思、設計開始就融入系統，對系統有兩個基本的要求。一是系統正常運行條件下本身是安全的，也就是系統在其生命周期中不依賴保護與修正安全設備也能安全運行。二是系統的故障安全，也就是系統在停電或失去公用工程時，系統能保持穩定狀態。本質化安全是系統的理想狀態，是安全工作追求的目標。 （2） 工程化安全。工程化安全思想是對本質安全的補充，其主導思想就是應用工程安全保護設備進一步加強系統在其生命周期中的安全性，但是必須確保工程安全設備在系統出現問題時不產生故障。 本質化安全和工程化安全構成了系統生命周期安全的思想。 3） 系統中的危險源是事故根源的思想 危險源是可能導致事故的潛在的不安全因素。任何系統都不可避免地存在某些危險源，而這些危險源只有在觸發事件的觸發下才會產生事故。 有關危險源的分類方法很多，這里介紹一種比較主流的分類： **類危險源。根據能量意外釋放理論，能量或危險物質的意外釋放是傷亡事故發生的本質。于是，把生產過程中存在的，可能發生意外釋放的能量（能源或能量載體）或危險物質稱為**類危險源。 第二類危險源。導致能量或危險物質約束或限制措施破壞或失效、故障的各種因素，稱為第二類危險源。它主要包括物的故障、人的失誤和環境因素等。 一起傷亡事故的發生往往是兩類危險源共同作用的結果。**類危險源是傷亡事故發生的能量主體，決定事故后果的嚴重程度；第二類危險源是**類危險源造成事故的必要條件，決定事故發生的可能性。 綜上所述，安全工作的一個重要指導思想就是辨識系統中的危險源和消除觸發事件的思想。 如何解決危險源問題？應從三個方面思考： （1） 識別危險源。就是具有專門安全知識與技術的人員，利用現代安全檢測技術及設備，應用危險源識別方法與技術進行系統的危險辨識。 （2） 危險源的評價分析。目的是得到各種危險源引發事故的可能性和后果嚴重程度，對危險源進行排序。 （3） 危險源的控制。就是應用由工程技術（Engineering） 對策、教育（Education） 對策和法制（Enforcement） 對策組成的“3E”對策進行危險源的綜合控制。 2. 安全與危險的關系 1） 系統安全與系統危險 系統安全是指在系統生命周期內應用系統安全工程和系統安全管理方法，辨識系統中的危險源，并采取有效的控制措施使其危險性*小，從而使系統在規定的性能、時間和成本范圍內達到*佳的安全程度。系統安全是人們為解決復雜系統的安全性問題而開發、研究出來的安全理論、方法體系。 系統安全與系統危險的關系見圖1-3。 圖1-3 系統安全與系統危險的關系 系統安全的基本原則就是在一個新系統的構思階段就必須考慮其安全性的問題，制定并執行安全工作規劃（系統安全活動）。并且把系統安全活動貫穿于整個系統生命周期，直到系統報廢為止。 系統安全泛指系統中的安全性，它與系統中的可靠性等同為系統的特定性能指標，注意它和“安全系統”一詞的不同。 20世紀50年代以來，科學技術進步的一個顯著特征是設備、工藝及產品越來越復雜。戰略武器的研制、宇宙開發及核電站建設等使得作為現代科學技術標志的大規模復雜系統相繼問世。這些復雜系統往往由數以千萬計的元素組成，元素之間以非常復雜的關系相連接，在被研究制造或使用過程中往往涉及高能量。系統中微小差錯就會導致災難性的事故，大規模復雜系統安全性問題受到人們的廣泛關注。 1947年9月，美國航空科學院報道了一篇題為《安全工程》的論文，文中寫道：“正如飛機性能、穩定性和結構完整性一樣，必須進行安全設計，并使之成為飛機不可分割的一部分。安全組也要像應力組、空氣動力系組和荷載組一樣，必須成為制造廠的重要組織機構之一。”這是*早提出系統安全概念的一篇論文。 系統安全的基本思想是人們在研制、開發、使用、維護這些大規模復雜系統的過程中，逐漸萌發的。在20世紀五六十年代美國研制洲際導彈的過程中，系統安全的理論逐漸形成。 導彈的推進劑是一種氣體加壓到420kg/cm2、溫度低達-196℃的低溫液體，這種推進劑的化學性質非常活潑且有劇毒。其毒性遠遠超過**次世界大戰中使用的毒氣的毒性，其爆炸性比烈性炸藥更強烈，并且比工業中使用的腐蝕性化學物質更具有腐蝕性。當時負責該項目的美國空軍的官員們并沒有認識到他們著手建造的導彈系統潛伏著巨大的危險性。在洲際導彈試驗開始的頭一年半里就發生了四次爆炸，損失慘重。事故調查結果表明，主要原因是產品安全性存在重大問題。于是，這個產品被報廢，重新進行設計。美國空軍于1962年明確提出了以系統工程的方法研究導彈系統安全性的文件。1963年美國空軍制定了“系統和有關子系統以及設備的安全工程通用要求”，作為系統和設備的設計指導。1966年美國國防部對空軍的標準作了修改，發布了自己的標準。1969年再次修訂了這個標準，發布了“系統、有關子系統與設備的系統安全大綱”，在這個標準中首先建立了較為完善的系統安全的概念，以及安全分析、設計和評價等的基本原則。 2） 系統安全理論的主要創新觀點 系統安全理論包括很多區別于傳統安全理論的創新概念，主要表現在： （1） 在事故致因理論方面，改變了人們只注重操作人員的不安全行為而忽略硬件的故障在事故致因中作用的傳統觀念，開始考慮如何通過改善事物的系統的可靠性來提高復雜系統的安全性，從而避免事故。 （2） 沒有任何一種事物是絕對安全的，任何事物中都潛伏著危險因素，通常所說的安全或危險只不過是一種主觀的判斷。能夠造成事故的潛在危險因素稱為危險源，來自某種危險源的造成人員傷害或物質損失的可能性稱為危險。危險源是一些可能出問題的事物或環境因素等，而危險表征潛在的危險源造成傷害或損失的機會，可以用概率來衡量。 （3） 不可能根除一切危險源和危險，可以減少來自現有危險源的危險性。在生產過程中要注意減少系統總的危險性，而不是只去消除幾種特定的危險。 （4） 由于人的認識能力有限和事物不斷發展的客觀性，有時不能完全認識系統中的危險源和危險。即使認識了現有的危險源，隨著生產技術的發展，新技術、新工藝、新材料和新能源的出現，又會產生新的危險源。由于受技術、資金、環境、勞動力等因素的限制，對于認識了的危險源也不可能完全根除。由于不能全部根除危險源，只能通過相關的方法、措施把危險降低到可接受的程度，即可接受的危險。安全工作的目標就是控制危險源，努力把事故發生概率降到*低，即使發生事故時，也可把傷害和損失控制在較輕的程度上。 1.1.2 風險 1. 風險的定義 什么是風險，目前尚無統一的定義，有關風險的學說很多，如風險是損失發生的可能性、風險是一種不確定性、風險是結果對期望的偏離、風險是一種利益等。 風險由風險因素、風險事故與風險損失三因素構成，而風險因素、風險事故與風險損失三者之間又存在著因果關系，即風險因素引發風險事故，而風險事故導致損失。如果將這種關系連接起來，便得到對風險的直觀圖解，如圖1-4所示。 圖1-4 風險及其構成要素 （1） 風險因素。風險因素是指引起或增加風險事故發生的機會或擴大損失程度的條件，是風險事故發生和造成風險損失直接的或間接的原因。通常，風險因素是客觀存在難以避免的，是不以人們的意志為轉移的。對于建筑物來說，風險因素是指其建材與建筑結構等；對于人體，風險因素是指其健康狀況和年齡等。風險因素通常可分為物理風險因素、道德風險因素和心理風險因素三類。 （2） 風險事故。風
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