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CFD后果分析在事故調查中的作用

轉摘:

引言

近期東航事故引發全國關注,民眾也更為迫切地想了解事故發生原因,隨著現場黑匣子發現,事故調查也走進民眾視野。航空業作為高科技、高安全水平代表,事故調查周期漫長且困難。由于機型數量少,航空業事故調查追求絕對的事故真相,可以改進同類以及后續機型缺陷,事故調查也將投入巨大人力財力成本。相對而言,其他行業事故調查更多的只是還原/推測事故經過,找出接近事故真相原因。

國內關于事故調查的法規主要有《生產安全事故報告和調查處理條例》、《火災事故調查規定》等。國內法規關于事故調查的目的包括:

  • 查明事故發生的經過、原因、人員傷亡情況及直接經濟損失;

  • 認定事故的性質和事故責任;

  • 提出對事故責任者的處理建議;

  • 總結事故教訓,提出防范和整改措施。

國外關于事故調查標準規范代表性的包括OSHA Incident [Accident] Investigations: A Guide for Employers , EI Guidance on Meeting Expectations of EI Process Safety Management Framework Element 19: Incident Reporting and Investigation等,歸納國外法規事故調查目標:

  • 首先需要考慮組織/機構過錯

  • 調查所有過往事故,包括未遂事故;

  • 關注事故的根本原因,而非過錯和責任;

  • 建立/完善長效機制,防止類似事故發生。

國內外規范對事故調查的共同核心訴求都是查找事故原因,制定措施防止此類事故再次發生。本期工藝安全聚焦將針對事故調查的這兩點核心目標,結合作者經驗分享CFD在事故調查中的作用。

傳統事故調查難點

基于法規要求的事故調查實際執行中,往往依靠專家團隊經驗、以往事故的經驗、事故現場勘查/檢驗等,傳統事故調查存在一些難點:

  • 沒有以往事故可借鑒,如新材料、新工藝、新設施等;

  • 事故調查團隊知識、認知局限性;

  • 復雜事故場景;

  • 事故現場損毀了關鍵證據;

  • 信息誤導;

  • 事故隨時間的演變過程;

  • 事故現場勘查設備、勘查技術達不到要求;

  • 相關方責任鑒定。

基于CFD后果分析的事故調查
2019年6月10日,挪威首都奧斯陸Sandvika地鐵站附近的Uno-X加氫站發生著火爆炸,導致附近一輛非燃料電池車的安全氣囊彈出,造成兩名乘客震傷。事故調查使用了CFD軟件對事故進行模擬,研究結果確定了事故發生的位置(高壓儲存裝置中儲氫罐中特定接頭)、事故原因(高壓儲存裝置中儲氫罐中特定接頭的裝配錯誤)、氫氣泄漏量(1.5-3kg)、事故發生機理等……

圖片

2005年英國邦斯菲爾德油庫火災爆炸事故,火災持續了60多個小時,摧毀20個儲罐,事故損失8.94億英鎊。周邊破壞程度表明了爆炸超壓后果異常高,油罐區域的擁塞程度不足以解釋目前異常高壓的原因。結合現場調研,通過CFD爆炸后果模擬進一步探究了異常高壓的原因,是由于庫區周圍的灌木叢導致火焰加速所致。這一事故調查方法,改變了對原有蒸氣云爆炸后果危害的認知,且后來的物理模擬實驗也證明了異常高壓產生的原因。

圖片

CFD后果分析在事故調查中的作用

事故調查的程度/深度取決于對事故的認知程度,因此事故調查人員、分析方法、分析工具應具備風險分析屬性。采用風險分析方法并結合CFD后果模擬工具,對事故場景進行重現和推演,進而查找事故的起因、影響因素、是一種科學、經濟可行的方案,其優勢在于:

  • 數據涵蓋范圍廣:可以將影響事故原因和后果的各因素作為輸入/分析數據;

  • 分析結果可對比/驗證:通過對事故后果模擬/計算與事故現場實際后果比對,給出該事故場景下事故相關因素數據,尤其對于僅能從事故后果推演事故原因這類事故;

  • 使用CFD工具可還原事故的起因、事故場景隨時間發展演變過程;

  • 分析依據、分析結果數據化,避免人為因素干擾;

  • 除了數據收集仍需依靠事故現場勘查、鑒定,其余數據分析、數據輸入、仿真/計算、結果輸出均依靠計算機完成,大大節約時間和成本;

  • 分析目標多樣化,如分析安全設施有效性、應急救援/逃生有效性等,這對日后事故借鑒以及風險分析更具意義。

CFD后果分析在事故借鑒中的作用

很多事故的發生促進了法規、安全技術、安全管理等方面改進,由于事故的發生、發展涉及眾多因素,單純學習某一事故借鑒意義不大,使用定量分析可以更好的研究事故機理,進而獲得更多借鑒:

  • 導致事故發生的各因素對后果大小的影響程度;

  • 安全設施/裝置在事故中的實際效能;

  • 事故后果隨時間的演變過程,以供識別關鍵環節/時間節點;

  • 可模擬更多事故場景,從而篩選對事故預防和應急更具價值的場景;

  • 可評估現場事故處置、救援的可行性和有效性;

  • 可根據事故發展機理,查找安全薄弱點,合理分配安全投入;

  • 具備數據積累和可對比性,在采用同一套分析準則框架下,不同企業的事故研究具備比對意義,并且數據的積累對后續標準規范的改進、同類裝置風險分析、企業管理和人員培訓等領域也提供了數據化依據。