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1、事故预防与控制1第四章第四章 事故预防与控制事故预防与控制 安全管理的实施需要事故预防、应急措施和保安全管理的实施需要事故预防、应急措施和保险补偿手段相互间的有机结合，而事故预防则是重险补偿手段相互间的有机结合，而事故预防则是重中之重。中之重。 “安全第一、预防为主安全第一、预防为主”的安全生产方针即缘的安全生产方针即缘于此。于此。事故预防与控制2第一节 事故预防与控制的基本原则 事故预防与控制包括两方面内容：事故预防与控制包括两方面内容：（1）事故预防）事故预防是指是指通过采用技术和管理的手段使事故不发生，通过采用技术和管理的手段使事故不发生，（2）事故控制）事故控制是指通过采用技术和管理手

2、段，使事故发生后不造成严重后是指通过采用技术和管理手段，使事故发生后不造成严重后果或使损失尽可能地减少。果或使损失尽可能地减少。如火灾的预防和控制如火灾的预防和控制，通过规章，通过规章制度和采用不可燃或不易燃材料可以避免火灾的发生，而火制度和采用不可燃或不易燃材料可以避免火灾的发生，而火灾报警，喷淋装置，应急疏散措施和计划则是在火灾发生后灾报警，喷淋装置，应急疏散措施和计划则是在火灾发生后控制火灾和损失的手段。控制火灾和损失的手段。 对于对于事故的预防与控制事故的预防与控制，应从，应从安全技术安全技术、安全教育安全教育、安全管理安全管理三方面入手，采取相应措施。因为技术三方面入手，采取相应措施

3、。因为技术（Engineering）、管理管理（Enforcement ）、和教育、和教育（Education）三个英文单词的第一个三个英文单词的第一个字母均为字母均为E，称为，称为“3E”对策对策。为了防止事故发生，必须在为了防止事故发生，必须在这三方面实施事故预防与控制对策，而且三者要保持平衡。这三方面实施事故预防与控制对策，而且三者要保持平衡。事故预防与控制3 技术安全教育管理图4-1 3E对策 安全技术着重解决物的不安全安全技术着重解决物的不安全状态问题；状态问题；安全教育和安全管理主安全教育和安全管理主要着眼于人的不安全行为问题，要着眼于人的不安全行为问题，安安全教育主要使人知道该怎

4、么做，而全教育主要使人知道该怎么做，而安全管理则要求人必须怎么做。安全管理则要求人必须怎么做。 从现代安全管理的观点出发，从现代安全管理的观点出发，安全管理不仅要预防和控制事故，安全管理不仅要预防和控制事故，而且要给劳动者提供一个安全舒适的环境。为此，我们可知而且要给劳动者提供一个安全舒适的环境。为此，我们可知安全技术对策理论应是安全工作者的首选。安全技术对策理论应是安全工作者的首选。即应尽可能地以即应尽可能地以技术的手段保证安全。因为无论是安全教育还是安全管理，技术的手段保证安全。因为无论是安全教育还是安全管理，都不可能完全避免人失误或者说人的不安全行为。都不可能完全避免人失误或者说人的不安

5、全行为。当然，当然，我我们们必须考虑安全技术对策在技术和经济上的可行性必须考虑安全技术对策在技术和经济上的可行性。事故预防与控制4第二节 安全技术对策 安全技术安全技术可以划分为可以划分为预防事故发生的安全技术预防事故发生的安全技术及及防止防止或减轻事故损失的安全技术或减轻事故损失的安全技术。可从以下方面加以考虑：。可从以下方面加以考虑： 1. 防止人为失误的防止人为失误的能力能力 必须能够防止在装配、安装、检修或操作过程中发生必须能够防止在装配、安装、检修或操作过程中发生的可能导致严重后果的人的失误。如单项电源插头设计成的可能导致严重后果的人的失误。如单项电源插头设计成等腰三角形而非正三角形

6、，并规定三线位置。等腰三角形而非正三角形，并规定三线位置。 2. 对人失误后果的控制能力对人失误后果的控制能力 人的失误是不可能避免的，因人的失误是不可能避免的，因此一旦发生可能导致事故的失误时，此一旦发生可能导致事故的失误时，应能控制或限制有关部件或元件的应能控制或限制有关部件或元件的运行。如触电保安器。运行。如触电保安器。事故预防与控制5 3. 防止故障传递的能力防止故障传递的能力 应防止一个部件或元件的故障引起其他部件或元件的应防止一个部件或元件的故障引起其他部件或元件的故障，以避免事故的发生。如保险丝，压力锅上的易熔塞。故障，以避免事故的发生。如保险丝，压力锅上的易熔塞。 4. 失误或

7、故障导致事故的难易失误或故障导致事故的难易 应能保证有两个或两个以上相互独立的人失误或故障，应能保证有两个或两个以上相互独立的人失误或故障，或一个失误，一个故障同时发生才能导致事故发生。对于或一个失误，一个故障同时发生才能导致事故发生。对于安全水平要求较高的系统，则应通过技术手段保证至少安全水平要求较高的系统，则应通过技术手段保证至少3个个或更多的失误同时发生才会导致事故发生。如常用的并联或更多的失误同时发生才会导致事故发生。如常用的并联冗余系统。冗余系统。 5. 承受能量释放的能力承受能量释放的能力 运行过程中偶然可能会产生高于正常水平的能量释放。运行过程中偶然可能会产生高于正常水平的能量释

8、放。系统应能承受这种释放，如加大系统的安全系数。系统应能承受这种释放，如加大系统的安全系数。 6. 防止能量蓄积的能力防止能量蓄积的能力 能量蓄积的结果将导致意外的过量能量释放。应采取能量蓄积的结果将导致意外的过量能量释放。应采取防止能量蓄积的措施，如矿井通风防止瓦斯爆炸。防止能量蓄积的措施，如矿井通风防止瓦斯爆炸。事故预防与控制6 实施安全技术对策的基本手段包括三个方面：实施安全技术对策的基本手段包括三个方面： 1. 生产设备的事故防止对策生产设备的事故防止对策 日本学者北川彻三提出日本学者北川彻三提出 （1）围板、栅栏、护罩。围板、栅栏、护罩。（2）隔离。隔离。（3）遥控。遥控。 （4）自

9、动化。自动化。（5）安全装置。安全装置。（6）紧急停止。紧急停止。 （7）夹具。夹具。（8）非动手装置。非动手装置。（9）双手操作。双手操作。 （10）断路。断路。（11）绝缘。绝缘。（12）接地。接地。 （13）增加强度。增加强度。（14）遮光。遮光。（15）改造。改造。 （16）加固。加固。（17）变更。变更。（18）劳保用品。劳保用品。 （19）标志。标志。（20）换气。换气。（21）照明。照明。 事故预防与控制7 2. 防止能量逆流于人体的措施防止能量逆流于人体的措施（哈登、能量转移论观点）（哈登、能量转移论观点） （1）限制能量。）限制能量。如限制能量的速度和大小，使用低压如限制能量

10、的速度和大小，使用低压测量仪表等。测量仪表等。 （2）用较安全的能源代替危险性大的能源。）用较安全的能源代替危险性大的能源。如水力采如水力采煤代替爆破、用煤油代替汽油作溶剂。煤代替爆破、用煤油代替汽油作溶剂。 （3）防止能量积聚。）防止能量积聚。如控制易燃易爆气体的浓度、电如控制易燃易爆气体的浓度、电器上安装保险丝等。器上安装保险丝等。 （4）控制能量释放。）控制能量释放。如电器安装绝缘装置、贮存能源如电器安装绝缘装置、贮存能源时采用保护性容器、生活区远离污染源等。时采用保护性容器、生活区远离污染源等。 （5）延缓能量释放。）延缓能量释放。如容器上设置安全阀、座椅上设如容器上设置安全阀、座椅上

11、设置安全带、采用吸震器件减轻振动等。置安全带、采用吸震器件减轻振动等。 （6）开辟能量释放渠道。）开辟能量释放渠道。如电器安装接地线、水电站如电器安装接地线、水电站设置泻洪闸等。设置泻洪闸等。事故预防与控制8 （7）在能源上设置屏障。）在能源上设置屏障。如安装消声器、自动喷水装置、如安装消声器、自动喷水装置、防紫外线的防护层等。防紫外线的防护层等。 （8）在人、物与能源之间设置屏障。）在人、物与能源之间设置屏障。如安设防火门、防如安设防火门、防护罩、防爆墙等。护罩、防爆墙等。 （9）在人、物之间的屏障。）在人、物之间的屏障。如配戴安全帽、手套、穿着如配戴安全帽、手套、穿着防护服、安全鞋等。防护

12、服、安全鞋等。 （10）提高防护标准。）提高防护标准。如采用抗损材料、双绝缘措施、如采用抗损材料、双绝缘措施、实施远距离遥控等。实施远距离遥控等。 （11）改善工作条件，防止损失。）改善工作条件，防止损失。如改变工艺流程、增如改变工艺流程、增设安全装置、建立紧急救护中心等。设安全装置、建立紧急救护中心等。 （12）修复和恢复。）修复和恢复。治疗、矫正以减轻伤害程度或恢复治疗、矫正以减轻伤害程度或恢复原有功能。原有功能。 上述上述110类即屏蔽。屏蔽建立越早越好，且应有多种类型。类即屏蔽。屏蔽建立越早越好，且应有多种类型。事故预防与控制9 3. 消除、预防设备、环境危险和有害因素的基本原则消除、

13、预防设备、环境危险和有害因素的基本原则 （1）消除：）消除：从根本上消除危险危险和有害因素。手段从根本上消除危险危险和有害因素。手段就是实现本质安全，这是预防事故的最优选择。就是实现本质安全，这是预防事故的最优选择。 （2）减弱：）减弱：当危险、有害因素无法根除时，采取措施当危险、有害因素无法根除时，采取措施使之降低到人们可接受的水平。如依靠个人防护降低吸入使之降低到人们可接受的水平。如依靠个人防护降低吸入尘毒的数量，以低毒物质代替高毒物质。尘毒的数量，以低毒物质代替高毒物质。 （3）屏蔽和隔离：）屏蔽和隔离：当消除和减弱均无法做到时，则对当消除和减弱均无法做到时，则对危害加以屏蔽和隔离。如安

14、全罩，防护屏。危害加以屏蔽和隔离。如安全罩，防护屏。 （4）设置薄弱环节：）设置薄弱环节：利用薄弱元件，使危险、有害因利用薄弱元件，使危险、有害因素未达到危险值之前就预先破坏，以防止重大破坏性事故。素未达到危险值之前就预先破坏，以防止重大破坏性事故。如保险丝、安全阀、爆破片。如保险丝、安全阀、爆破片。 （5）联锁：）联锁：以某种方式使一些元件相互制约以保证机以某种方式使一些元件相互制约以保证机器在违章操作时不能启动，或处于危险状态时自动停止。器在违章操作时不能启动，或处于危险状态时自动停止。如启动机的超载限制器和行程开关。如启动机的超载限制器和行程开关。事故预防与控制10 （6）防止接近：）防

15、止接近：使人不能落入危险或有害因素作用的使人不能落入危险或有害因素作用的地带，或防止危险或有害因素进入人的操作地带。例如安地带，或防止危险或有害因素进入人的操作地带。例如安全栅栏、冲压设备的双手按钮。全栅栏、冲压设备的双手按钮。 （7）加强：）加强：提高结构的强度，以防止由于结构破坏而提高结构的强度，以防止由于结构破坏而导致发生事故。导致发生事故。 （8）时间防护：）时间防护：增加危险或有害因素作用的环境中的增加危险或有害因素作用的环境中的时间缩短到安全限度之内。如对重体力劳动和严重有毒有时间缩短到安全限度之内。如对重体力劳动和严重有毒有害作业，实施缩短工时制度。害作业，实施缩短工时制度。 （

16、9）距离防护：）距离防护：增加危险和有害因素与人之间的距离增加危险和有害因素与人之间的距离以减轻、消除它们对人体的作用。如对放射性、辐射、噪以减轻、消除它们对人体的作用。如对放射性、辐射、噪声的距离防护。声的距离防护。 （10）取代操作员：）取代操作员：对于存在严重危险或有害因素的对于存在严重危险或有害因素的场所，用机器人或运用自动控制技术来取代操作人员进行场所，用机器人或运用自动控制技术来取代操作人员进行操作。操作。 事故预防与控制11 （11）传递警告和禁止信息：）传递警告和禁止信息：运用组织手段或技术信息运用组织手段或技术信息告戒人避开危险或危害，或禁止人进入危险或有害区域。告戒人避开危

17、险或危害，或禁止人进入危险或有害区域。如向操作人员发布安全指令，设置声、光安全标志、信号。如向操作人员发布安全指令，设置声、光安全标志、信号。 这些原则可以单独使用，也可以综合应用。这些原则可以单独使用，也可以综合应用。事故预防与控制12 通过设计来消除和控制各种危险，是事故预防的最佳通过设计来消除和控制各种危险，是事故预防的最佳手段。手段。为使系统满足规定的安全要求（性能），为使系统满足规定的安全要求（性能），可采用不可采用不同的安全设计方法：同的安全设计方法： 1. 控制能量控制能量 对于任何事故，其后果的严重程度与事故中所涉及的能量对于任何事故，其后果的严重程度与事故中所涉及的能量的大小

18、紧密相关，因为事故中涉及的能量绝大多数情况下就是的大小紧密相关，因为事故中涉及的能量绝大多数情况下就是系统所具有的能量，因而用控制能量的方法，可以从根本上保系统所具有的能量，因而用控制能量的方法，可以从根本上保证系统的安全性。如可以用证系统的安全性。如可以用36V电源代替电源代替220V交流电。交流电。 另一方面，事故造成人员伤亡和设备损坏的严重程度也随另一方面，事故造成人员伤亡和设备损坏的严重程度也随失控能量的大小而变化。如两车相撞的严重程度和车速有关。失控能量的大小而变化。如两车相撞的严重程度和车速有关。 能量的类型也是很重要的一个因素。例如某种性能稳定的能量的类型也是很重要的一个因素。例

19、如某种性能稳定的炸药爆炸时和汽油燃烧时释放的能量相同。汽油易燃，炸药需炸药爆炸时和汽油燃烧时释放的能量相同。汽油易燃，炸药需要引爆，因此汽油比炸药危险。而炸药爆炸时能量的释放速度要引爆，因此汽油比炸药危险。而炸药爆炸时能量的释放速度远比汽油高得多，因此炸药爆炸的危害大于汽油燃烧的危害。远比汽油高得多，因此炸药爆炸的危害大于汽油燃烧的危害。事故预防与控制13 2. 危险最小化设计危险最小化设计 本质安全技术是一种最理想的方法。本质安全技术是一种最理想的方法。 所谓本质安全技术，是指不从外部采取附加的安全装所谓本质安全技术，是指不从外部采取附加的安全装置和设备，而是依靠自身的安全设计，进行本质方面

20、的改置和设备，而是依靠自身的安全设计，进行本质方面的改善，即使发生故障或误操作，系统和设备仍能保证安全。善，即使发生故障或误操作，系统和设备仍能保证安全。 本质安全（本质安全（Intrinsic Safety）一词来源于电气设备的一词来源于电气设备的防爆构造设计，即不附加任何安全装置，只利用本身构造防爆构造设计，即不附加任何安全装置，只利用本身构造的设计，限制电路自身的电压和电流来防止电弧或火花引的设计，限制电路自身的电压和电流来防止电弧或火花引起火灾或引燃爆炸性气体。该电气设备在正常工作时，即起火灾或引燃爆炸性气体。该电气设备在正常工作时，即使发生短路、断线等异常情况，仍能保持其防爆性能。使

21、发生短路、断线等异常情况，仍能保持其防爆性能。 在本质安全系统中，人发生失误也不会导致事故，因在本质安全系统中，人发生失误也不会导致事故，因为发生事故的条件不存在。为发生事故的条件不存在。故障故障安全装置和隔离方法不安全装置和隔离方法不能保证本质安全，因为发生事故的条件不存在，只是采取能保证本质安全，因为发生事故的条件不存在，只是采取了一定的控制措施。了一定的控制措施。事故预防与控制14 使系统达到本质安全是很难的，可以通过设计使系统使系统达到本质安全是很难的，可以通过设计使系统发生事故的风险尽可能地最小化，发生事故的风险尽可能地最小化，设计系统时应从以下两设计系统时应从以下两方面采取措施：方

22、面采取措施： （1）通过设计消除危险。）通过设计消除危险。可以通过选择恰当的设计方可以通过选择恰当的设计方案、工艺过程和合适的原料来消除危险因素。如消除粗糙案、工艺过程和合适的原料来消除危险因素。如消除粗糙的棱边、锐角、尖端和出现缺口、破裂表面的可能性，即的棱边、锐角、尖端和出现缺口、破裂表面的可能性，即可大大防止皮肤割破、擦伤和刺伤类事故。可大大防止皮肤割破、擦伤和刺伤类事故。等等（书等等（书P99） （2）降低危险严重性。）降低危险严重性。在不可能完全消除危险的情况在不可能完全消除危险的情况下，可以通过设计降低危险的严重性，使危险不至于对人下，可以通过设计降低危险的严重性，使危险不至于对人

23、员和设备造成严重的伤害和损失。如限制易燃气体的浓度，员和设备造成严重的伤害和损失。如限制易燃气体的浓度，使其达不到爆炸极限；在非金属材料表面镀层或喷涂其他使其达不到爆炸极限；在非金属材料表面镀层或喷涂其他导电物质，限制电荷的积累，防止静电引起的一些事故。导电物质，限制电荷的积累，防止静电引起的一些事故。等等（书等等（书P99）。）。事故预防与控制15 3. 隔离隔离 采用物理分离、护板和栅栏等将已识别的危险同人员采用物理分离、护板和栅栏等将已识别的危险同人员和设备隔开，以防止危险或将危险降低到最低水平，并控和设备隔开，以防止危险或将危险降低到最低水平，并控制危险的影响。制危险的影响。 预防事故

24、发生的预防事故发生的隔离措施包括隔离措施包括分离分离和和屏蔽屏蔽两种两种，分离分离指空间上分离指空间上分离，屏蔽屏蔽指利用物理的屏蔽措施进行隔离指利用物理的屏蔽措施进行隔离，它，它比空间上的分离更可靠，因而最为常见。利用隔离措施，比空间上的分离更可靠，因而最为常见。利用隔离措施，也可以使不相容的物质分开，以防止事故。如氧化物和还也可以使不相容的物质分开，以防止事故。如氧化物和还原物的隔离。原物的隔离。 隔离也可用于控制能量释放所造成的影响隔离也可用于控制能量释放所造成的影响，如在坚固，如在坚固的容器里进行爆炸实验，防止对人或物体的影响。的容器里进行爆炸实验，防止对人或物体的影响。 隔离也可用于

25、防止放射源等有害物质等对人的危害。隔离也可用于防止放射源等有害物质等对人的危害。如如X光室医生的含铅防护服。护板和外壳也常用于隔离危光室医生的含铅防护服。护板和外壳也常用于隔离危险的工业设备，如各种旋转部件、热表面和电气设备等。险的工业设备，如各种旋转部件、热表面和电气设备等。 时间上的隔离也是一种隔离手段。时间上的隔离也是一种隔离手段。如限定有害工种的如限定有害工种的时间就可防止受到超量的危害，保障人的安全。时间就可防止受到超量的危害，保障人的安全。 事故预防与控制16 4. 闭锁、锁定和联锁闭锁、锁定和联锁 其安全功能是：其安全功能是：防止不相容事件发生或事件在错误的时防止不相容事件发生或

26、事件在错误的时间发生或以错误的次序发生。间发生或以错误的次序发生。 1 1）闭锁）闭锁（Lockouts）和锁定和锁定（Lockins） 所谓所谓闭锁，是指防止某事发生或防止人、物等进入危闭锁，是指防止某事发生或防止人、物等进入危险区域。险区域。如油罐车的锁闭装置，可防止在车体未接地的情况如油罐车的锁闭装置，可防止在车体未接地的情况下向车内加注易燃液体；将开关锁在开路位置，防止电路接下向车内加注易燃液体；将开关锁在开路位置，防止电路接通等都是闭锁的手段。通等都是闭锁的手段。 锁定是指保持某事件或状态，或避免人、物脱离安全锁定是指保持某事件或状态，或避免人、物脱离安全区域。区域。例如在螺栓上的保

27、险销就可防止因振动造成的螺母松例如在螺栓上的保险销就可防止因振动造成的螺母松动，飞机弹射座椅上的保险销可避免地面人员误启动引发弹动，飞机弹射座椅上的保险销可避免地面人员误启动引发弹射座椅上的雷管和火箭；停车后在车轮前后放置石块等物体，射座椅上的雷管和火箭；停车后在车轮前后放置石块等物体，可防止车辆意外移动而引发事故。可防止车辆意外移动而引发事故。事故预防与控制17 2）联锁）联锁（Interlock） 联锁装置主要应用于电气系统中，联锁装置主要应用于电气系统中，主要目的是保证在特定主要目的是保证在特定的情况下某事件不发生。的情况下某事件不发生。 （1）联锁的使用）联锁的使用v 在意外情况下，在

28、意外情况下，联锁可尽量降低某事件联锁可尽量降低某事件B意外出现的可能意外出现的可能性。它要求操作人员性。它要求操作人员在执行事件在执行事件B之前，必须先执行事件之前，必须先执行事件A。例如，电气线路上的铁壳开关。在一般情况下，任何想要打开例如，电气线路上的铁壳开关。在一般情况下，任何想要打开铁壳开关的人，在打开开关（事件铁壳开关的人，在打开开关（事件B）的过程中实际上已经使）的过程中实际上已经使开关内断了电（事件开关内断了电（事件A）。）。v 在某种危险状态下，联锁可确保操作人员的安全。在某种危险状态下，联锁可确保操作人员的安全。如大型如大型冲压设备上同时设有手启动和脚踏启动开关，必须手脚同时

29、启冲压设备上同时设有手启动和脚踏启动开关，必须手脚同时启动，系统才能工作，保证了人误触动某个开关的情况下不致造动，系统才能工作，保证了人误触动某个开关的情况下不致造成伤害。成伤害。v 在预定事件发生前，联锁可控制操作顺序和时间，防止错在预定事件发生前，联锁可控制操作顺序和时间，防止错误的次序导致事故的发生。误的次序导致事故的发生。如为防止个人电脑的如为防止个人电脑的CPU关键部件关键部件因风扇系统未启动而过热甚至损坏，电脑上的联锁装置可使启因风扇系统未启动而过热甚至损坏，电脑上的联锁装置可使启动电脑时同时启动风扇。动电脑时同时启动风扇。事故预防与控制18 （2）联锁的类型）联锁的类型 联锁既可

30、用于直接防止误操作或误动作，也可通过输联锁既可用于直接防止误操作或误动作，也可通过输出信号，间接地防止误操作或误动作。出信号，间接地防止误操作或误动作。 联锁装置的类型较多，常见的有：联锁装置的类型较多，常见的有： 限位开关限位开关 当限位开关被触动时，打开或关闭电路。当限位开关被触动时，打开或关闭电路。如吊车的高度限位开关。如吊车的高度限位开关。 擒纵机构擒纵机构 通过擒纵装置，如自动离合机构等，锁住通过擒纵装置，如自动离合机构等，锁住或放开运动部分。或放开运动部分。 运动联锁运动联锁 保证被保护的机构运动时防护罩等不被打保证被保护的机构运动时防护罩等不被打开。开。 双手控制双手控制 要求操

31、作者双手控制以防止操作者把手伸要求操作者双手控制以防止操作者把手伸入危险区域。入危险区域。事故预防与控制19 顺序控制顺序控制 用于必须按一定次序运转的情况。用于必须按一定次序运转的情况。 定时及延时定时及延时 使设备仅在规定的时间后才能工作或停止。使设备仅在规定的时间后才能工作或停止。 分离通道分离通道 把电路或机械的一部分断开以停止工作。把电路或机械的一部分断开以停止工作。 参数敏感参数敏感 根据压力、温度、流量等参数控制设备的运根据压力、温度、流量等参数控制设备的运转。如当汽车时速转。如当汽车时速超过超过10km时，时，车门自动锁住。车门自动锁住。 光电装置光电装置 根据光的中断或出现控

32、制设备。根据光的中断或出现控制设备。 磁或电磁装置磁或电磁装置 利用磁场的出现或消失控制设备。利用磁场的出现或消失控制设备。 水银开关水银开关 利用水银的倾斜接通或断开电路。利用水银的倾斜接通或断开电路。事故预防与控制20 5. 故障故障安全设计安全设计（Fail-Safe Design） 在系统、设备的一部分发生故障或失效的情况下，在一定时在系统、设备的一部分发生故障或失效的情况下，在一定时间内也能保证安全的安全技术措施间内也能保证安全的安全技术措施称为称为故障故障安全设计安全设计。故障。故障安全设计确保故障不会影响系统的安全，或使系统处于不会伤害安全设计确保故障不会影响系统的安全，或使系统

33、处于不会伤害人员或损坏设备的工作状态。人员或损坏设备的工作状态。一般情况下，故障一般情况下，故障安全设计能在安全设计能在故障发生后，使系统、设备处于低能量状态，防止能量意外释放。故障发生后，使系统、设备处于低能量状态，防止能量意外释放。 按系统、设备在其中一部分发生故障后所处的状态，按系统、设备在其中一部分发生故障后所处的状态，故障故障安全设计分为安全设计分为3种类型：种类型： （1）故障）故障安全消极设计（安全消极设计（Passive） 当系统发生故障时，使当系统发生故障时，使系统停止工作，并将能量降低到最低值，直至采取矫正措施。如系统停止工作，并将能量降低到最低值，直至采取矫正措施。如电气

34、系统中的熔断器在电路过负荷时熔断，把电路断开以保证安电气系统中的熔断器在电路过负荷时熔断，把电路断开以保证安全。全。 （2）故障）故障安全积极设计（安全积极设计（Active） 故障发生后，保持系统故障发生后，保持系统以一种安全的形式带有正常能量，直至采取矫正措施。如交通信以一种安全的形式带有正常能量，直至采取矫正措施。如交通信号指示系统发生故障时信号转为红灯，避免事故发生。号指示系统发生故障时信号转为红灯，避免事故发生。事故预防与控制21 （3）故障）故障安全工作设安全工作设计（计（Operational）。）。保证在保证在采取矫正措施前，设备或系采取矫正措施前，设备或系统正常地发挥其功能。

35、这是统正常地发挥其功能。这是最理想的工作方式。如图进最理想的工作方式。如图进水阀，即使阀瓣从阀杆上脱水阀，即使阀瓣从阀杆上脱落，也能保证锅炉正常进水。落，也能保证锅炉正常进水。 由于故障由于故障安全装置本身也有可能发生故障，因安全装置本身也有可能发生故障，因而不能将其与本质安全技术混为一谈。而不能将其与本质安全技术混为一谈。事故预防与控制22 6. 故障最小故障最小化化 故障故障安全设计在有些情况下并非总是最佳选择安全设计在有些情况下并非总是最佳选择，如它可能会过于频繁中断系统的运行，这对系统的运行是如它可能会过于频繁中断系统的运行，这对系统的运行是相当不利的，特别是对于需要连续运行的系统更是

36、如此。相当不利的，特别是对于需要连续运行的系统更是如此。如化工生产中的化学反应过程、高炉冶炼过程，如果中断如化工生产中的化学反应过程、高炉冶炼过程，如果中断系统运行，后果是相当严重的。因此，系统运行，后果是相当严重的。因此，在故障在故障安全不可安全不可行的情况下，可采用行的情况下，可采用故障最小化方法故障最小化方法。 故障最小化方法故障最小化方法主要有主要有降低故障率降低故障率和和实施安全监控实施安全监控两种方式。两种方式。 事故预防与控制23 1）降低故障率）降低故障率 降低故障率降低故障率是可靠性工程中用于延长元件和整个系统的期是可靠性工程中用于延长元件和整个系统的期望寿命或故障间隔时间的

37、一种技术。望寿命或故障间隔时间的一种技术。减低了可能导致事故的故减低了可能导致事故的故障的发生率，就会减少事故发生的可能性，起到预防和控制事障的发生率，就会减少事故发生的可能性，起到预防和控制事故的作用，即以提高可靠性的方法提高系统的安全性。故的作用，即以提高可靠性的方法提高系统的安全性。 元件寿命周期的故障率，元件寿命周期的故障率，与该元件所处的寿命阶段密切与该元件所处的寿命阶段密切相关。相关。如图所示，由于曲线形如图所示，由于曲线形似浴盆，故俗称似浴盆，故俗称浴盆曲线浴盆曲线。该。该曲线表明，曲线表明，在元件或系统的寿在元件或系统的寿命周期初期命周期初期，因系统需磨合，因系统需磨合，因此因

38、此故障率较高故障率较高；寿命周期的寿命周期的后期，后期，则因系统部分元件的磨则因系统部分元件的磨损使损使故障率也明显提高故障率也明显提高；而；而中中期阶段则故障率较为稳定。期阶段则故障率较为稳定。事故预防与控制24 因而，因而，降低故障率降低故障率实际上就是使浴盆的盆底尽可能地大，离实际上就是使浴盆的盆底尽可能地大，离地面尽可能地近。地面尽可能地近。降低故障率通常有降低故障率通常有 6 种方案：种方案： （1）安全系数）安全系数 通过设计使结构或材料的强度大于可能承受的应力的计算值通过设计使结构或材料的强度大于可能承受的应力的计算值而达到降低故障率的目的。目前广泛应用于各种工程设计之中。而达到

39、降低故障率的目的。目前广泛应用于各种工程设计之中。例如飞机和压力容器结构静强度设计的安全系数分别为例如飞机和压力容器结构静强度设计的安全系数分别为1.5和和3.5。 （2）概率设计）概率设计 由于在使用环境中，结构及材料的强度及其所承受的应力不由于在使用环境中，结构及材料的强度及其所承受的应力不是固定值，而是遵循某一分布规律的随机变量是固定值，而是遵循某一分布规律的随机变量。 即使在强度均值大于应力均值的情况下，由于应力与强度分即使在强度均值大于应力均值的情况下，由于应力与强度分布存在分散性，如零件内部有尖角，也将使设备及材料产生破坏，布存在分散性，如零件内部有尖角，也将使设备及材料产生破坏，

40、引起事故发生。理论计算表明，在材料强度均值相同，安全系数引起事故发生。理论计算表明，在材料强度均值相同，安全系数相同的情况下，由于应力及强度的离散程度的变化，其可靠度值相同的情况下，由于应力及强度的离散程度的变化，其可靠度值可在可在0.91660.6628间变化。因此，间变化。因此，采用强度与应力分布模型开展采用强度与应力分布模型开展机械结构的概率设计更能有效地降低故障率。机械结构的概率设计更能有效地降低故障率。事故预防与控制25 应力与强度的变化曲线以及应力大于强度时的故障区应力与强度的变化曲线以及应力大于强度时的故障区如图所示。设计人员可通过提高结构的平均强度，即如图所示。设计人员可通过提

41、高结构的平均强度，即Q(u)曲线右移；降低结构的平均应力，即将曲线右移；降低结构的平均应力，即将P(v)左移；减少应左移；减少应力变化，即减少力变化，即减少P(v)曲线的分散度；减少强度变化，即减曲线的分散度；减少强度变化，即减少少Q(u)曲线的分散等方法来提高结构可靠性及安全性。曲线的分散等方法来提高结构可靠性及安全性。事故预防与控制26 （3）降额）降额（Derating） 降额是使元器件以承受低于其额定的应力方式使用。降额是使元器件以承受低于其额定的应力方式使用。电子设备通常采用电子元件降额的设计方法来提高系统及电子设备通常采用电子元件降额的设计方法来提高系统及设备的可靠性及安全性。在实

42、际应用中，实现降额的方法设备的可靠性及安全性。在实际应用中，实现降额的方法一种是降低元件的工作应力，另一种是提高元器件的强度，一种是降低元件的工作应力，另一种是提高元器件的强度，即选用更高强度的元器件。即选用更高强度的元器件。 按降额程度的不同，一般划分为按降额程度的不同，一般划分为、三个级别，三个级别，降额程度随级别升高而递减。降额程度随级别升高而递减。在设计及应用中，在设计及应用中，降额常表降额常表现为体积、重量、费用和故障率之间的一种权衡现为体积、重量、费用和故障率之间的一种权衡。降额参。降额参数的选择应以实际情况为依据，数的选择应以实际情况为依据，综合考虑安全性，可靠性，综合考虑安全性

43、，可靠性，可维修性，体积和重量、寿命周期费用等方面的因素可维修性，体积和重量、寿命周期费用等方面的因素。表。表4-14-1给出了根据上述给出了根据上述5 5个因素综合打分确定降额等级的一般个因素综合打分确定降额等级的一般原则。根据每个因素的基本得分之和，原则。根据每个因素的基本得分之和，11111515分的采用分的采用级降额，级降额，7 71010分的采用分的采用级降额，低于级降额，低于6 6分的采用分的采用级降级降额。额。事故预防与控制27考虑因素说明得分安全性l预期不出现安全性问题的系统l潜在损坏费用高的系统l危机操作人员生命安全的系统1分2分3分可靠性l已证实的设计，利用标准元件及（或）

44、电路就可达到可靠性要求的系统l高可靠性要求，需要专门设计的系统l为满足先进技术要求需要采用新设计、新方案的系统1分2分3分系统维修l易接近，可以快速、经济修理的系统l修理费用高、难接近、要求技术等级高、允许可能工作时间短的系统l不能修理、或进行修理经济上不合算的系统1分2分3分体积与重量l无严格的限制、符合标准方法设计的系统l需要的专门设计技术、要求难实现的系统l需要新方案、且设计受严格限制的系统1分2分3分寿命周期费用l修理费用省、无高备件费用的系统l修理费用高、备件费用较高的系统l可能要求完全更换的系统1分2分3分事故预防与控制28 （4）冗余（）冗余（Redundancy） 通过采用多个

45、部件或多个通道来实现同一功能以达通过采用多个部件或多个通道来实现同一功能以达到提高系统安全性及可靠性的目的。到提高系统安全性及可靠性的目的。 冗余技术一般是采用降额等其他方法不能满意地解冗余技术一般是采用降额等其他方法不能满意地解决系统安全问题，或当改进产品所需的费用比采用冗余决系统安全问题，或当改进产品所需的费用比采用冗余单元更多时采用的方法。单元更多时采用的方法。采用冗余设计是以增加费用为采用冗余设计是以增加费用为代价来提高系统的安全性和可靠性的。代价来提高系统的安全性和可靠性的。 冗余可分为：冗余可分为：v 并联冗余并联冗余v 备用冗余备用冗余v 表决冗余表决冗余v 串联冗余等。串联冗余

46、等。 事故预防与控制29 并联冗余并联冗余 在基本系统上加上一个或多个连续工作的冗余单元，在基本系统上加上一个或多个连续工作的冗余单元，使得系统只要还有一个单元工作便能连续执行其功能。使得系统只要还有一个单元工作便能连续执行其功能。简单的并联冗余由具有相同故障率的若干相同的冗余单元简单的并联冗余由具有相同故障率的若干相同的冗余单元组成，其可靠性为组成，其可靠性为 而由若干个不同故障率的冗余单元组成的并联系统，而由若干个不同故障率的冗余单元组成的并联系统，其可靠性为其可靠性为nteRs)1 (1nintieRs1)1 (1事故预防与控制30 备用冗余备用冗余 当确定当确定主单元已发生故障时，备用

47、冗主单元已发生故障时，备用冗余单元便接入系统并执行其功能。余单元便接入系统并执行其功能。备用备用冗余要求设置专用的转换设备或电路来冗余要求设置专用的转换设备或电路来启动冗余单元并断开已发生故障的主单启动冗余单元并断开已发生故障的主单元。元。转换检测设备由监控冗余单元状态转换检测设备由监控冗余单元状态的监控设备或由本身完成监控功能。如的监控设备或由本身完成监控功能。如果设备或转换设备出故障，将可能导致果设备或转换设备出故障，将可能导致系统故障。此外，检测设备还可能产生系统故障。此外，检测设备还可能产生虚警，使无故障的设备进行重构。虚警，使无故障的设备进行重构。备用备用冗余由一个连续工作的主单元，

48、若干个冗余由一个连续工作的主单元，若干个待用的单元和一个开关组成。待用的单元和一个开关组成。若使用的若使用的单元相同，如图单元相同，如图4-6所示，则其可靠性为：所示，则其可靠性为：RswnttteRsnt !/)(! 2/)(1 2 事故预防与控制31 表决冗余表决冗余 是利用表决器对系统单元大多数输出的状态进行比是利用表决器对系统单元大多数输出的状态进行比较或分析，以决定各单元的输出状态的一种冗余技术。较或分析，以决定各单元的输出状态的一种冗余技术。在表决冗余中，系统通过表决器选择一致的输出，而忽在表决冗余中，系统通过表决器选择一致的输出，而忽略可能的故障输出。因此大多数一致的输出允许系统

49、继略可能的故障输出。因此大多数一致的输出允许系统继续执行其功能。由奇数单元构成，以避免出现未确定的续执行其功能。由奇数单元构成，以避免出现未确定的可能性。表决冗余最少的单元数为可能性。表决冗余最少的单元数为3，称为三重表决冗余。，称为三重表决冗余。 表决冗余分有单个表决器和多个表决器，如图表决冗余分有单个表决器和多个表决器，如图4-7。也有的取多个输出的中值。也有的取多个输出的中值。 三重冗余的可靠性为：三重冗余的可靠性为：)1 (3233/2ttteeeRR事故预防与控制32 N 中取中取K 冗余冗余 由由N个单元组成，其中至少个单元组成，其中至少K 个单元必须工作正常，系个单元必须工作正常

50、，系统才能执行其功能。实际上这种冗余就是一个百分之百可靠统才能执行其功能。实际上这种冗余就是一个百分之百可靠的转换设备和表决器的表决冗余。如果的转换设备和表决器的表决冗余。如果N个单元完全相同，个单元完全相同，则可靠性则可靠性Rs为为 串联冗余串联冗余 由多个单元串联组成，只有当所有单元都工作时，系统由多个单元串联组成，只有当所有单元都工作时，系统才会输出。因此才会输出。因此串联冗余的主要目的是防止系统的意外输出串联冗余的主要目的是防止系统的意外输出并导致事故的发生。并导致事故的发生。如装有毒性物质的容器设两个串联的阀如装有毒性物质的容器设两个串联的阀门。具有门。具有n个相同单元的系统的不产生