从系统冗余的角度谈安全管理

suhunter(54)
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今天从“蝴蝶效应”说起,什么是蝴蝶效应?这个概念来自于美国麻省理工学院气象学家洛伦兹。他在使用计算机模拟仿真地球气象时,为了更加精确,改变了小数点后第4位数字,结果模拟出的曲线和最初的完全不相同。也就是说,初始条件的细微改变导致结果的巨大差异。后来,他用了一个类比说明这个问题:巴西的一只蝴蝶扇动翅膀,会引起一个月后得克萨斯州的一场龙卷风。从此以后,“蝴蝶效应”的说法不胫而走,被各界人士使用。

蝴蝶效应广泛被大家使用来说明:一个微小的坏事情,如果不加以控制和防范,就会带来巨大的不利后果。用龙卷风来代指巨大的后果。在安全生产上,有一句话可以体现这个思维模式:安全无小事!
这样的案例有很多,随便在官方网站上找到事故通报都可以作为案例。
我曾经在电视上看到一个赛车事故的事后解读过程。事故的起因是某一辆赛车脱落了一个螺丝,这颗螺丝掉落在地面后,静静地等待后面的赛车轧上它。很快,后面的一辆赛车的轮胎轧上了这颗螺丝,轮胎瞬间爆开,车辆立即失控向侧边飞去,再撞上另外一辆车。引起连环撞车事故同时引发了严重的火灾和群体伤亡事件。
一个小小的螺丝掉地上,这个罪恶的蝴蝶扇动了一下翅膀,引发了巨大的恶性事故。这正是可以蝴蝶效应解释的案例呀。

下面这张图[1]可以非常好的解释这个过程。
图片:
图中显示的从小大的一系列多米诺骨牌,最小的只有指甲那么大,要用镊子夹住。当这个骨牌倒下后,逐一推到比它更大的骨牌,直到最后一个最大的骨牌倒下,这意味着一个极小的事件发生,导致了巨大的后果发生。
哦,这个指甲般大的骨牌就是罪魁祸首,它就是巴西的蝴蝶,它就是赛车场上掉下的那个螺丝,它导致了灾难性的后果。

但是,你真的接受这个结论吗?得克萨斯州发生龙卷风的时候,去找1个月前巴西的某只蝴蝶?那你能消灭所有的蝴蝶吗?消灭了蝴蝶,要不要消灭小鸟?现实生活中,无论蝴蝶怎么扇动翅膀也不会导致龙卷风,这只是气象学家洛伦兹为了宣扬他的理论而使用的夸张手法而已。龙卷风需要诸多条件才能形成的。
在家里你一按开关,灯泡就亮了,那你能说你的这个动作是灯泡亮的决定性因素吗?这后面的电线呢?楼下的配电箱呢?远处的变电站和输电线路和发电厂呢?所有这些全部符合要求,你一按开关,灯泡才会亮。整个供电网络,整个系统工作正常,你的灯泡才能亮。

我们必须抛开简单的,单一因果关系论,引入系统的观念查看和分析问题。对于前面从小到大的多米诺骨牌,我们要指责的是多米诺骨牌的摆设,而不是最小的那个骨牌。是多米诺骨牌的摆设方式决定了这是一个非常脆弱的系统,最小的骨牌不倒下,中间任何一个骨牌倒下都会导致后面所有的骨牌倒下。

随着科技发展,现代工业社会的复杂程度越来越高,越来越多的重大事故发生。从核电站事故,到飞机坠毁,到化工厂大爆炸,层出不穷。这些发生事故的系统通常有两个特点,系统超级复杂,系统内部各种联系和各种反馈,甚至连设计人员也有理解不到的地方;第二个是系统紧密耦合,系统各部分之间连接紧密,没有缓冲地带,错一点也不行。紧密耦合的系统就是一个脆弱的多米诺骨牌。

核电站,航天飞机是超级复杂的系统;赛车场和从小到大摆设的多米诺骨牌是“紧密耦合”的系统。
花开两朵,各表一枝。今天就说说系统“紧密耦合”的问题。

如果避免多米诺骨牌倒塌,我们要做的就是消除这个系统的“紧密耦合”,通过提高冗余度的方式使系统更加强健。比方说,有很多人喜欢玩超级复杂的多米诺骨牌游戏,设置超过1000个多米诺骨牌。在摆设骨牌的时候,一定会将骨牌分成若干小区域,各区域之间用物品隔开,直到各个小区域完成摆设后,才将它们连成一个整体。这样,即使在摆设过程中发生了一个小意外,部分多米诺骨牌倒塌(这是大概率会发生的事情),倒塌的骨牌也只限定在一个小区域中,不会导致前功尽弃。

如果我们将一个事故的发生,当成一个系统来分析。找到其中的“紧密耦合”的地方,通过设置冗余的方法消除“紧密耦合”,就能够提高系统的强健性,减少事故发生的几率。

比如可以通过这个思路对氢气罐存储房间防止爆炸的措施进行分析。氢气爆炸需要满足两个条件,氢气和空气混合浓度,点火源(氢气的爆炸极限范围(体积分数)是4%-75.6%,最小点火能仅为0.02mJ)。目前关于氢气储气的安全措施基本上都是从这两方面下手,即使意外发生氢气泄漏,因为没有点火源而不会发生爆炸;因为意外产生了火花:比如铁制工具碰撞,静电火花等,因为没有合适浓度的氢气,也不会发生爆炸。
对于氢气浓度这张“骨牌”,还可以设置若干个冗余措施:密封、通风、屋顶结构设置、泄漏检测。正是这些多重冗余设置,电厂储氢站发生爆炸的案例就非常稀少。

反观,近年电厂频频发生脱硫塔火灾事故,就是因为这个系统的冗余设置不足,一旦出现扰动,就出现意外,发生火灾。下面十几例事故就是前些年发生的事故[2]:

2017年5月3日,山东日照岚山区钢铁厂脱硫塔着火
2017年5月14日,山东济南南郊热电厂脱硫塔拆除中着火
2017年6月3日,吉林江南热电有限公司脱硫吸收塔着火
2017年6月16日,山东滨州新星热电脱硫塔拆除中着火
2017年8月4日,浙江嘉兴在建热电厂脱硫塔着火
2017年10月20日,山东禹城新源热电厂脱硫塔脱着火
2017年11月2日,西安热力脱硫塔发生大火
2017年11 月 28 日,泰州医药高新区滨江工业园区一企业在建烟气脱硫尾气吸收装置塔发生火灾。
2017年12月6号,河北龙凤山铸业有限公司在建湿式电除尘环保项目着火
2018年1月2日,汝州市瑞翔公司一脱硫塔在维修过程中发生爆燃
2018年2月24日,陕西榆横发电厂#1机组脱硫吸收塔吸收塔着火。
2018年3月23日,新建施工中的国电元宝山发电有限责任公司2号机组脱硫吸收塔发生火灾。
2018年7月11日,江苏省泰兴市新浦化学(泰兴)有限公司北厂区热电厂4号脱硫塔在拆除过程中发生燃烧起火。
2018年7月23日,萍钢脱硫塔发生火灾。

脱硫塔发生火灾,和储氢站一样需要两个条件:可燃气体和点火源。
目前各电厂广泛使用玻璃鳞片胶泥作为脱硫塔防腐材料。为了使涂料具有流动性,在施工时加入了10%左右的苯乙烯作为稀释剂。这些苯乙烯在施工过程中、施工后一段时间中都存在涂料中,都有挥发出来成为可燃气体的机会。遏制苯乙烯挥发的手段不是很多。因此这个“骨牌”不容易拿掉,一直在那里等着点火源。
脱硫塔定期需要进行检修,对防腐部位进行修补。这个时候,其他相邻设备同样需要开展检修工作,因此附近的动火工作就为点火源提供了可能性。只要有人不遵守动火规定(从全国范围来看,是一定会发生的),火灾就出现了。
从上面分析看,脱硫防腐施工过程是个脆弱的,事故链条耦合紧密的系统,经不起扰动。事故多发也就成了必然的事情了。
脱硫塔防腐施工过程中没有发生火灾的电厂,通常都是在区域隔离,禁止火种等工作做得比较到位,降低了系统中(人为)的扰动性。从系统冗余的角度分析,要从根本上提高脱硫塔安全,将脱硫塔的火灾数量减少到和储氢站一样的水平,使用能够阻燃的玻璃鳞片胶泥是更加彻底的方式。
在互联网上找到了一些厂家,声称能够提供防火阻燃的防腐涂料,但是对相关业内人士进行了解后,目前并没有实际应用案例。所以脱硫防腐施工依旧是危险度比较高的作业。

注释

[1]精英日课第三季:蝴蝶无效应,安全有小事
[2]数据来自网站:https://chem.vogel.com.cn/html/2018/08/06/news_557754.html

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