安全系统工程

教材课后习题与答案

此内容仅供复习完前面提纲参考使用。
由于包含了第一章至第五章的全部课后习题，因此可能包含了并未在教学计划要求的内容。
请自行以据本文前文进行筛查。

第一章 课后习题解答

1、关于安全的定义很多，请思考什么是安全？

答：安全是指免遭不可接受危险的伤害。它是一种使伤害或损害的风险限制处于可以接受的水平的状态。

2、系统、安全系统、安全系统工程的定义是什么？请辨析三者间的区别和联系。

答：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。
安全系统是以人为中心，由安全工程、卫生工程技术、安全管理、人机工程等几部分组成，以消除伤害、疾病、损失，实现安全生产为目的的有机整体，它是生产系统的一个重要组成部分。
安全系统工程是指应用系统工程的基本原理和方法，辨识、分析、评价、排除和控制系统中的各种危险，对工艺过程、设备、生产周期和资金等因素进行分析评价和综合处理，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统安全性达到最佳状态的一门综合性技术科学。
区别与联系：系统涵盖的范畴比安全系统广，安全系统是系统的一部分，它又由多个子系统组成。而安全系统工程是进行安全系统分析的技术手段，它通过应用系统工程的原理和方法对安全系统进行分析和控制，使得系统安全性达到最佳状态。

3、安全系统工程是以安全科学和系统科学为基础理论的综合性学科，请问你认为安全系统工程的应遵循的基本观点有哪些。

答：全局的观点、总体最优化的观点、实践性的观点、综合性的观点、定性和定量相结合的观点

4、安全系统工程的基本方法是什么？

答：从系统整体出发的研究方法、本质安全方法、人—机匹配法、安全经济方法、系统安全管理方法

5、请简述安全系统工程的主要研究内容。

答：系统安全分析：充分认识系统的危险性
系统安全评价：理解系统中的潜在危险和薄弱环节，最终确定系统的安全状况。
安全决策与控制：根据评价结果，对照已经确定的安全目标，对系统进行调整，对薄弱环节和危险因素增加有效的安全措施，最后使系统的安全性达到安全目标所需求的水平。

第二章 课后习题解答

1、安全检查表的优点有哪些?其适用范围如何?

答：（1）优点：
①　系统化、科学化，为事故树的绘制和分析，做好准备
②　容易得出正确的评估结果
③　充分认识各种影响事故发生的因素的危险程度(或重要程度)
④　按照原因事件的重要／顺序排列，有问有答，通俗易懂
⑤　易于分清责任。还可以提出对改进措施的要求，并进行检验
⑥　符合我国现阶段的实际情况，为安全预测和决策提供坚实的基础
（2）适用范围：
安全检查表适用于对系统生命周期的各个阶段进行安全分析，适用范围涉及生产、工艺、规程、管理等多方面，对检查内容的列举过程即为危险辨识的过程。
该方法适用范围较广，分析精度相对较低，且检查表的质量受编制人员的知识水平和经验影响，生产中安全检查表需要在实践中不断修改完善。

2、使用预先危险分析法应注意哪些问题?预先危险分析一般以表格形式列出，请编制PHA的典型格式表。

答：
①　采取设计人员、操作人员和安技干部三结合的形式进行预先危险性分析；
②　对系统进行分解，按系统、子系统、系统元一步一步地进行。突出重点，防止漏项；
③　采用迭代和抽象方法进行试析，准确分析出危险因素。同时注意突出主要危险因素分析；
④　在可能条件下，最好事先准备一个检查表，指出查找危险性的范围。

3、什么是故障类型与影响分析?试采用“乘积评点法”对起重机防止过卷装置和钢丝绳两组系统进行FMECA分析。

答：故障类型及影响分析(Failure Modes and Effects Aanlysis，简称FMEA)，是安全系统工程中重要分析方法之一。它采取系统分割的概念，根据实际需要把系统分割成子系统，或进一步分割成元件。然后对系统的各个组成部分进行逐个分析，寻求各组成部分中可能发生的故障、故障因素以及可能出现的事故，可能造成的人员伤亡的事故后果，查明各种故障类型对整个系统的影响，并提出防止或消除事故的措施。

4、HAZOP分析的适用条件如何？试用HAZOP法对图2-8的反应器及产品输出单元进行分析。

答：适用条件是，HAZOP分析必须由不同专业人员分组完成。按照HAZOP分析法，首先根据工厂生产工艺划分工艺单元如下:①物料A存储输送单元，即从盛有物料A的供料罐到反应器之间的管道，包括泵A;②物料B存储输送单元，即从盛有物料B的供料罐到反应器之间的管道，包括泵B;③反应器及产品输出单元，即反应器及相应物料或产品输出管道。此处对上述①工艺单元进行HAZOP分析，见表2-26。对关键工艺单元，由引导词进行引导，形成偏差，分析偏差可能产生的原因、可能导致的后果，进而提出安全措施建议。对于其他工艺单元，亦可采用类似方法进行分析，直至对该生产系统的所有部分都分析完毕，并对结果进行整理和记录。

5、在JHA分析中，通常把正常的工作分解为若干步骤，对每一步骤的危害进行辨识，本章列出了辨识清单的部分内容，在此基础上，你是否有新的分类方法对辨识内容进行归类？

答：作业危险分析，可从三个角度对便是内容进行分类，人—机体—-环境。

人的方面主要是，操作员本身的身体素质和心理条件，是否先前有疾病或者心脏病等，操作员操作过程中是否严格按规范进行作业，是否存在懒惰和侥幸心理。

机体的方面来说，主要是机器、设备的可靠性，在操作过程中是否有机器部件和小零件脱落等，还有就是机器的高温和高有压可能带来危险。

环境的方面来说，在操作员状态很好和机器可靠性很高的前提下，操作时有无自然的灾害出现，比如地震，暴风等，或者周围存在可能随时导致事故发生的危险品，给作业带来威胁。

6、某废气洗涤系统如图2-13所示，废气中主要危险有害气体包括：HCL气体、CO气体。洗涤流程如下：为了稀释废气中CO气体和HCL气体的浓度，在洗涤废气之前先向废气中通入一定量的氮气，然后再进行洗涤。首先NaOH溶液反应器，会吸收混气中的HCL气体，HCL气体处理完后，会进入到第二个CO处理的氧化反应器，在这里会供应氧气进来，跟CO起反应燃烧，然后产生CO2排放到大气。

（1）简要说明以下安全评价方法：安全检查表法、预先危险性分析、故障类型及影响分析、危险和可操作性研究及故障树分析方法各自主要适用的评价对象。
（2）从以上评价方法中选出一种最适用本例的方法对该系统中氮气流量危险有害因素进行分析。

（１）安全检查表：整个系统潜在的危险因素进行评价；预先危险性分析是一种定性分析，对系统存在的危险性类型、来源、出现条件、导致事故的后果进行分析评价；故障类型及影响分析采用的是系统分割的方式，把系统分割成子系统，再分割成元件，所以其评价对象是子系统元件；危险和可操作性研究是以引导词为引导，对工艺过程的状态参数进行评价分析，适用有不同专业人员；故障树分析法，是一种定性定量的分析方法，评价对象是各个系统，采用逻辑关系将事故因果关系有方向的表示，并计算出事故的概率。
（2）我觉得采用危险性与可操作性分析的方法，该方法的引导词是氮气流量，氮气流速和氮气的量可改变管道的压力以及CO的浓度，影响NAOH吸收HCL的效率，若导致废气中的HCL没被有效吸收，废气的HCL气体排出大气，污染环境；氮气的量若过多，因氮气的密度比氧气小，漂浮在上层，累积过多，影响CO和氧气的反应，进而导致反应停止进行。

第三章 课后习题解答

1、补充【例3-11】的详细计算过程。

T=A₁A₂A₃=(A₄+A₅)(X₇+X₈)(X₉+X₁₀+X₁₁) =[(X₁+X₂)+C₁(X₃+X₄+X₅+X₆)](X₇+X₈)(X₉+X₁₀+X₁₁) =(X₁+X₂+C₁X₃+C₁X₄+C₁X₅+C₁X₆)(X₇+X₈)(X₉+X₁₀+X₁₁)

2、石棉瓦是一种大量应用在简易房屋、临时工棚的屋面结构上的轻型建筑材料。它的优点是页面大、重量轻、使用方便、价格便宜、施工速度快、经济效益好，缺点是强度差、质地脆，受压易破碎，故在搭建或检修施工中踏在石棉瓦上极易发生坠落伤亡事故。
当踏破石棉瓦坠落，且高空作业、地面状况不好时，则导致坠落伤亡事故。事故是由于安全带不起作用和脚踏石棉瓦所造成的。而未用安全带、安全带损坏、因移位安全带取下、支撑物损坏等是造成安全带不起作用的原因;而脚踏石棉瓦发生坠落由以下几个因素引起:脚下滑动踏空、身体不适或突然生病、身体失去平衡、椽条强度不够、桥板倾翻、未铺桥板、桥板铺得不合理。
(1)画出事故树，求最小割集，并画出事故树等效图。
(2)画出成功树，求最小径集，并画出成功树等效图。
(3)结构重要度分析。   
(4)求顶上事件的概率。

基本事件的概率值见表

答：（1）事故树：

T=M1X12M2=(X1+X2+X3+X4)X12(X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11)

事故树的最小割集：{X1，X12，X5}、{X2，X12，X5}、{X3，X12，X5}、{X4，X12，X5}、{X1，X12，X6}、{X2，X12，X6}、{X3，X12，X6}、{X4，X12，X6}、{X1，X12，X7}、{X2，X12，X6}、{X3，X12，X6}、{X4，X12，X6}、{X1，X12，X7}、{X2，X12，X7}、{X3，X12，X7}、{X4，X12，X7}、{X1，X12，X8}、{X2，X12，X8}、{X3，X12，X8}、{X4，X12，X8}、{X1，X12，X9}、{X2，X12，X9}、{X3，X12，X9}、{X4，X12，X9}、{X1，X12，X10}、{X2，X12，X10}、{X3，X12，X10}、{X4，X12，X10}、{X1，X12，X11}、{X2，X12，X11}、{X3，X12，X11}、{X4，X12，X11}。

（2）成功树：

最小径集为{X12}、{X1，X2，X3，X4}、{X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11}

等效图：

（3）结构重要度排序：I(12)＞I(1)=I(2)=I(3)=I(4)＞I(5)=I(6)=I(7)=I(8)=I(9) =I(10)=I(11)

（4）
Ig(1)=Ig(2)=Ig(3)=Ig(4)
=q12q5+q12q6+q12q7+q12q8+q12q9+q12q10+q12q11
Ig(5)=Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=Ig(9)=Ig(10)=Ig(11)
=q1q12+q2q12+q3q12+q4q12

3、某反应器系统如图所示。该反应是放热的，为此在反应器的夹套内通入冷冻盐水以移走反应热。如果冷冻盐水流量减少，会使反应器温度升高，反应速度加快，以致反应失控。在反应器上安装温度测量控制系统，并与冷冻盐水入口阀门联结，根据温度控制冷冻盐水流量。为安全起见，安装了温度报警器，当温度超过规定值时自动报警，以便操作者及时采取措施。该系统各安全功能故障率见表，试以冷冻盐水减少为初始事件编制事件树，并计算出现反应失控的概率。

答：当温度升到报警温度时，如果报警仪失效，操作者将不会发现，反应系统没有采取及时的措施，系统失败。如果报警器正常工作，操作者未能发现超温警报，系统失败。如果报警器正常工作，操作者也发现了警报，但是采取增加冷冻水措施失败，且关停系统也失败，系统失败。

F(s)=0.01+0.99×0.25+0.99×0.75×0.75×0.1=0.31319

4.火灾发展一般可以分为四个阶段，初期阶段、发展阶段、全盛阶段和衰减阶段。假设一个建筑防火分区失火，如果灭火器和自动水喷淋系统灭火失败，就会导致火灾进一步发展，这时灭火器或自动水喷淋系统已经不能有效地控制扑灭火灾，火灾就会超过阶段Ⅰ而发展到阶段Ⅱ。在阶段Ⅱ火灾处于发展阶段，人们可以使用室内消火栓将火灾扑灭。这个阶段影响火灾发展的主要因素是室内消火栓和排烟设备的工作状况。在阶段Ⅱ，室内温度逐渐升高，同时会产生大量高温、有毒的烟气，这些高温、有毒的火灾烟气对人员使用室内消火栓扑救火灾十分不利。所以，排烟设备的及时起动是保证人员使用室内消火栓成功扑灭火灾的关键。
(1)试以火灾发展超出阶段Ⅰ为初始事件，考虑排烟设备和室内消火栓的情况，用事件树方法分析阶段Ⅱ火灾发展的可能结果。
(2)假设排烟设备成功开启的概率为P₁，室内消火栓成功灭火的概率为P₂，试计算阶段Ⅱ火灾发展的可能后果的概率。

答：（1）排烟设备启动失败，直接导致浓烟蔓布，操作人员无法接近消火栓，灭火失败。排烟设备启动成功但消火栓灭火失败，也将导致灭火失败。

（2）灭火成功的概率：P(S)=P₁P₂
灭火失败的概率：P(F)=1-P₁+P₁(1-P₂)=1- P₁P₂

5.已知某事件T的事故树如图所示。
(1)试计算此事故树的最小割集、最小径集，并进行分析。
(2)用q_i 表示各基本事件X_i 发生的概率，q₁=0.01;q₂=0.02;q₃=0.03;q₄=0.04，计算顶上事件发生的概率。
(3)分析各基本事件的结构重要度和概率重要度。

答：
（1）T=M₁M₂=(M₃+X₁)(X₄+M₄)=(X₂X₃+X₁)(X₄+M₅X₁)
= (X₂X₃+X₁)[X₄+(X₂+X₄)X₁]
= X₁X₂+X₁X₄+X₂X₃X₄
最小割集为{ X₁，X₂}、{ X₁，X₄}、{ X₂，X₃，X₄}
(2) T′=M₁′+M₂′=M₃′X₁′+X₄′M₄′
=(X₂′+X₃′)X₁′+X₄′(M₅′+X₁′)
 =(X₂′+X₃′)X₁′+X₄′(X₂′X₄′+X₁′)
=[(X₁+X₂) (X₁+X₃) (X₁+X₄) (X₂+X₄)]′
T=(X₁+X₂) (X₁+X₃) (X₁+X₄) (X₂+X₄)
最小割集为{ X₁，X₂}、{ X₁，X₃}、{ X₁， X₄}、{ X₂， X₄}
(3)利用最小径集分析结构重要度I(1)＞I(2)=I(4)＞I(3)
概率重要度：Ig(1)=q4+q2=0.03
Ig(2)=q1+q3q4=0.0112
Ig(3)=q4q2=0.0008
Ig(4)=q1+q2q3=0.0106