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CFD后果分析在事故調(diào)查中的作用

轉(zhuǎn)摘：

引言

近期東航事故引發(fā)全國(guó)關(guān)注，民眾也更為迫切地想了解事故發(fā)生原因，隨著現(xiàn)場(chǎng)黑匣子發(fā)現(xiàn)，事故調(diào)查也走進(jìn)民眾視野。航空業(yè)作為高科技、高安全水平代表，事故調(diào)查周期漫長(zhǎng)且困難。由于機(jī)型數(shù)量少，航空業(yè)事故調(diào)查追求絕對(duì)的事故真相，可以改進(jìn)同類以及后續(xù)機(jī)型缺陷，事故調(diào)查也將投入巨大人力財(cái)力成本。相對(duì)而言，其他行業(yè)事故調(diào)查更多的只是還原/推測(cè)事故經(jīng)過，找出接近事故真相原因。

國(guó)內(nèi)關(guān)于事故調(diào)查的法規(guī)主要有《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》、《火災(zāi)事故調(diào)查規(guī)定》等。國(guó)內(nèi)法規(guī)關(guān)于事故調(diào)查的目的包括：

  • 查明事故發(fā)生的經(jīng)過、原因、人員傷亡情況及直接經(jīng)濟(jì)損失；

  • 認(rèn)定事故的性質(zhì)和事故責(zé)任；

  • 提出對(duì)事故責(zé)任者的處理建議；

  • 總結(jié)事故教訓(xùn)，提出防范和整改措施。

國(guó)外關(guān)于事故調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(guó)外法規(guī)事故調(diào)查目標(biāo)：

  • 首先需要考慮組織/機(jī)構(gòu)過錯(cuò)

  • 調(diào)查所有過往事故，包括未遂事故；

  • 關(guān)注事故的根本原因，而非過錯(cuò)和責(zé)任；

  • 建立/完善長(zhǎng)效機(jī)制，防止類似事故發(fā)生。

國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)事故調(diào)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(fā)生。本期工藝安全聚焦將針對(duì)事故調(diào)查的這兩點(diǎn)核心目標(biāo)，結(jié)合作者經(jīng)驗(yàn)分享CFD在事故調(diào)查中的作用。

傳統(tǒng)事故調(diào)查難點(diǎn)

基于法規(guī)要求的事故調(diào)查實(shí)際執(zhí)行中，往往依靠專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)、以往事故的經(jīng)驗(yàn)、事故現(xiàn)場(chǎng)勘查/檢驗(yàn)等，傳統(tǒng)事故調(diào)查存在一些難點(diǎn)：

  • 沒有以往事故可借鑒，如新材料、新工藝、新設(shè)施等；

  • 事故調(diào)查團(tuán)隊(duì)知識(shí)、認(rèn)知局限性；

  • 復(fù)雜事故場(chǎng)景；

  • 事故現(xiàn)場(chǎng)損毀了關(guān)鍵證據(jù)；

  • 信息誤導(dǎo)；

  • 事故隨時(shí)間的演變過程；

  • 事故現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備、勘查技術(shù)達(dá)不到要求；

  • 相關(guān)方責(zé)任鑒定。

基于CFD后果分析的事故調(diào)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(fā)生著火爆炸，導(dǎo)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(diào)查使用了CFD軟件對(duì)事故進(jìn)行模擬，研究結(jié)果確定了事故發(fā)生的位置（高壓儲(chǔ)存裝置中儲(chǔ)氫罐中特定接頭）、事故原因（高壓儲(chǔ)存裝置中儲(chǔ)氫罐中特定接頭的裝配錯(cuò)誤）、氫氣泄漏量（1.5-3kg）、事故發(fā)生機(jī)理等……

圖片

2005年英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)火災(zāi)爆炸事故，火災(zāi)持續(xù)了60多個(gè)小時(shí)，摧毀20個(gè)儲(chǔ)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(qū)域的擁塞程度不足以解釋目前異常高壓的原因。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，通過CFD爆炸后果模擬進(jìn)一步探究了異常高壓的原因，是由于庫(kù)區(qū)周圍的灌木叢導(dǎo)致火焰加速所致。這一事故調(diào)查方法，改變了對(duì)原有蒸氣云爆炸后果危害的認(rèn)知，且后來的物理模擬實(shí)驗(yàn)也證明了異常高壓產(chǎn)生的原因。

圖片

CFD后果分析在事故調(diào)查中的作用

事故調(diào)查的程度/深度取決于對(duì)事故的認(rèn)知程度，因此事故調(diào)查人員、分析方法、分析工具應(yīng)具備風(fēng)險(xiǎn)分析屬性。采用風(fēng)險(xiǎn)分析方法并結(jié)合CFD后果模擬工具，對(duì)事故場(chǎng)景進(jìn)行重現(xiàn)和推演，進(jìn)而查找事故的起因、影響因素、是一種科學(xué)、經(jīng)濟(jì)可行的方案，其優(yōu)勢(shì)在于：

  • 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；

  • 分析結(jié)果可對(duì)比/驗(yàn)證：通過對(duì)事故后果模擬/計(jì)算與事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際后果比對(duì)，給出該事故場(chǎng)景下事故相關(guān)因素?cái)?shù)據(jù)，尤其對(duì)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(chǎng)景隨時(shí)間發(fā)展演變過程；

  • 分析依據(jù)、分析結(jié)果數(shù)據(jù)化，避免人為因素干擾；

  • 除了數(shù)據(jù)收集仍需依靠事故現(xiàn)場(chǎng)勘查、鑒定，其余數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)輸入、仿真/計(jì)算、結(jié)果輸出均依靠計(jì)算機(jī)完成，大大節(jié)約時(shí)間和成本；

  • 分析目標(biāo)多樣化，如分析安全設(shè)施有效性、應(yīng)急救援/逃生有效性等，這對(duì)日后事故借鑒以及風(fēng)險(xiǎn)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(fā)生促進(jìn)了法規(guī)、安全技術(shù)、安全管理等方面改進(jìn)，由于事故的發(fā)生、發(fā)展涉及眾多因素，單純學(xué)習(xí)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(jī)理，進(jìn)而獲得更多借鑒：

  • 導(dǎo)致事故發(fā)生的各因素對(duì)后果大小的影響程度；

  • 安全設(shè)施/裝置在事故中的實(shí)際效能；

  • 事故后果隨時(shí)間的演變過程，以供識(shí)別關(guān)鍵環(huán)節(jié)/時(shí)間節(jié)點(diǎn)；

  • 可模擬更多事故場(chǎng)景，從而篩選對(duì)事故預(yù)防和應(yīng)急更具價(jià)值的場(chǎng)景；

  • 可評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)事故處置、救援的可行性和有效性；

  • 可根據(jù)事故發(fā)展機(jī)理，查找安全薄弱點(diǎn)，合理分配安全投入；

  • 具備數(shù)據(jù)積累和可對(duì)比性，在采用同一套分析準(zhǔn)則框架下，不同企業(yè)的事故研究具備比對(duì)意義，并且數(shù)據(jù)的積累對(duì)后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的改進(jìn)、同類裝置風(fēng)險(xiǎn)分析、企業(yè)管理和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域也提供了數(shù)據(jù)化依據(jù)。