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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(fā)全國關(guān)注，民眾也更為迫切地想了解事故發(fā)生原因，隨著(zhù)現場(chǎng)黑匣子發(fā)現，事故調查也走進(jìn)民眾視野。航空業(yè)作為高科技、高安全水平代表，事故調查周期漫長(cháng)且困難。由于機型數量少，航空業(yè)事故調查追求絕對的事故真相，可以改進(jìn)同類(lèi)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(yè)事故調查更多的只是還原/推測事故經(jīng)過(guò)，找出接近事故真相原因。

國內關(guān)于事故調查的法規主要有《生產(chǎn)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(guān)于事故調查的目的包括：

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

  • 認定事故的性質(zhì)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(guān)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(guò)錯

  • 調查所有過(guò)往事故，包括未遂事故；

  • 關(guān)注事故的根本原因，而非過(guò)錯和責任；

  • 建立/完善長(cháng)效機制，防止類(lèi)似事故發(fā)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(lèi)事故再次發(fā)生。本期工藝安全聚焦將針對事故調查的這兩點(diǎn)核心目標，結合作者經(jīng)驗分享CFD在事故調查中的作用。

傳統事故調查難點(diǎn)

基于法規要求的事故調查實(shí)際執行中，往往依靠專(zhuān)家團隊經(jīng)驗、以往事故的經(jīng)驗、事故現場(chǎng)勘查/檢驗等，傳統事故調查存在一些難點(diǎn)：

  • 沒(méi)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(chǎng)景；

  • 事故現場(chǎng)損毀了關(guān)鍵證據；

  • 信息誤導；

  • 事故隨時(shí)間的演變過(guò)程；

  • 事故現場(chǎng)勘查設備、勘查技術(shù)達不到要求；

  • 相關(guān)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(fā)生著(zhù)火爆炸，導致附近一輛非燃料電池車(chē)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(jìn)行模擬，研究結果確定了事故發(fā)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(fā)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(gè)小時(shí)，摧毀20個(gè)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(chǎng)調研，通過(guò)CFD爆炸后果模擬進(jìn)一步探究了異常高壓的原因，是由于庫區周?chē)墓嗄緟矊е禄鹧婕铀偎隆?/span>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(lái)的物理模擬實(shí)驗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(fēng)險分析屬性。采用風(fēng)險分析方法并結合CFD后果模擬工具，對事故場(chǎng)景進(jìn)行重現和推演，進(jìn)而查找事故的起因、影響因素、是一種科學(xué)、經(jīng)濟可行的方案，其優(yōu)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(guò)對事故后果模擬/計算與事故現場(chǎng)實(shí)際后果比對，給出該事故場(chǎng)景下事故相關(guān)因素數據，尤其對于僅能從事故后果推演事故原因這類(lèi)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(guò)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(chǎng)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(shí)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(fēng)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(fā)生促進(jìn)了法規、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(jìn)而獲得更多借鑒：

  • 導致事故發(fā)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(shí)際效能；

  • 事故后果隨時(shí)間的演變過(guò)程，以供識別關(guān)鍵環(huán)節/時(shí)間節點(diǎn)；

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

  • 可評估現場(chǎng)事故處置、救援的可行性和有效性；

  • 可根據事故發(fā)展機理，查找安全薄弱點(diǎn)，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(yè)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(jìn)、同類(lèi)裝置風(fēng)險分析、企業(yè)管理和人員培訓等領(lǐng)域也提供了數據化依據。