CFD后果分析在事故调查中的作用

转摘:

引言

近期东航事故引发全国关注,民众也更为迫切地想了解事故发生原因,随着现场黑匣子发现,事故调查也走进民众视野。航空业作为高科技、高安全水平代表,事故调查周期漫长且困难。由于机型数量少,航空业事故调查追求绝对的事故真相,可以改进同类以及后续机型缺陷,事故调查也将投入巨大人力财力成本。相对而言,其他行业事故调查更多的只是还原/推测事故经过,找出接近事故真相原因。

国内关于事故调查的法规主要有《生产安全事故报告和调查处理条例》、《火灾事故调查规定》等。国内法规关于事故调查的目的包括:

  • 查明事故发生的经过、原因、人员伤亡情况及直接经济损失;

  • 认定事故的性质和事故责任;

  • 提出对事故责任者的处理建议;

  • 总结事故教训,提出防范和整改措施。

国外关于事故调查标准规范代表性的包括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,归纳国外法规事故调查目标:

  • 首先需要考虑组织/机构过错

  • 调查所有过往事故,包括未遂事故;

  • 关注事故的根本原因,而非过错和责任;

  • 建立/完善长效机制,防止类似事故发生。

国内外规范对事故调查的共同核心诉求都是查找事故原因,制定措施防止此类事故再次发生。本期工艺安全聚焦将针对事故调查的这两点核心目标,结合作者经验分享CFD在事故调查中的作用。

传统事故调查难点

基于法规要求的事故调查实际执行中,往往依靠专家团队经验、以往事故的经验、事故现场勘查/检验等,传统事故调查存在一些难点:

  • 没有以往事故可借鉴,如新材料、新工艺、新设施等;

  • 事故调查团队知识、认知局限性;

  • 复杂事故场景;

  • 事故现场损毁了关键证据;

  • 信息误导;

  • 事故随时间的演变过程;

  • 事故现场勘查设备、勘查技术达不到要求;

  • 相关方责任鉴定。

基于CFD后果分析的事故调查
2019年6月10日,挪威首都奥斯陆Sandvika地铁站附近的Uno-X加氢站发生着火爆炸,导致附近一辆非燃料电池车的安全气囊弹出,造成两名乘客震伤。事故调查使用了CFD软件对事故进行模拟,研究结果确定了事故发生的位置(高压储存装置中储氢罐中特定接头)、事故原因(高压储存装置中储氢罐中特定接头的装配错误)、氢气泄漏量(1.5-3kg)、事故发生机理等……

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2005年英国邦斯菲尔德油库火灾爆炸事故,火灾持续了60多个小时,摧毁20个储罐,事故损失8.94亿英镑。周边破坏程度表明了爆炸超压后果异常高,油罐区域的拥塞程度不足以解释目前异常高压的原因。结合现场调研,通过CFD爆炸后果模拟进一步探究了异常高压的原因,是由于库区周围的灌木丛导致火焰加速所致。这一事故调查方法,改变了对原有蒸气云爆炸后果危害的认知,且后来的物理模拟实验也证明了异常高压产生的原因。

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CFD后果分析在事故调查中的作用

事故调查的程度/深度取决于对事故的认知程度,因此事故调查人员、分析方法、分析工具应具备风险分析属性。采用风险分析方法并结合CFD后果模拟工具,对事故场景进行重现和推演,进而查找事故的起因、影响因素、是一种科学、经济可行的方案,其优势在于:

  • 数据涵盖范围广:可以将影响事故原因和后果的各因素作为输入/分析数据;

  • 分析结果可对比/验证:通过对事故后果模拟/计算与事故现场实际后果比对,给出该事故场景下事故相关因素数据,尤其对于仅能从事故后果推演事故原因这类事故;

  • 使用CFD工具可还原事故的起因、事故场景随时间发展演变过程;

  • 分析依据、分析结果数据化,避免人为因素干扰;

  • 除了数据收集仍需依靠事故现场勘查、鉴定,其余数据分析、数据输入、仿真/计算、结果输出均依靠计算机完成,大大节约时间和成本;

  • 分析目标多样化,如分析安全设施有效性、应急救援/逃生有效性等,这对日后事故借鉴以及风险分析更具意义。

CFD后果分析在事故借鉴中的作用

很多事故的发生促进了法规、安全技术、安全管理等方面改进,由于事故的发生、发展涉及众多因素,单纯学习某一事故借鉴意义不大,使用定量分析可以更好的研究事故机理,进而获得更多借鉴:

  • 导致事故发生的各因素对后果大小的影响程度;

  • 安全设施/装置在事故中的实际效能;

  • 事故后果随时间的演变过程,以供识别关键环节/时间节点;

  • 可模拟更多事故场景,从而筛选对事故预防和应急更具价值的场景;

  • 可评估现场事故处置、救援的可行性和有效性;

  • 可根据事故发展机理,查找安全薄弱点,合理分配安全投入;

  • 具备数据积累和可对比性,在采用同一套分析准则框架下,不同企业的事故研究具备比对意义,并且数据的积累对后续标准规范的改进、同类装置风险分析、企业管理和人员培训等领域也提供了数据化依据。