機械設備火災風險評估與安全措施研究

首都經濟貿易大學 孫 亮

■引言

2018 年12 月28 日，國家發布了GB/T 23819—2018《機械安全 防火與消防》[1]標準，代替了2009 版，并規定自2019 年7 月1 日開始實施。

GB/T 23819—2018 與GB/T 23819—2009 相比，主要的技術變化如下：

（1）將標準名稱修改為《機械安全 防火與消防》。

（2）用火四面體代替火災三要素。

（3）按照GB/T 15706—2012 給出的風險評估與風險減小流程，調整了標準的結構。

（4）按照GB/T 15706—2012 給出的“風險減小迭代三步法”更新了2009 版風險減小評價流程圖。

（5）增加了關于重大火災危險識別的圖和關于風險等級估計的圖。

（6）增加了機器及其典型火災相關危險的示例。

（7）增加了金屬材料加工中心風險評估與風險減小示例。

該標準給出了機械設計和制造過程中所需采取的防火與消防措施的基本概念以及通過本質安全化設計、風險評估等將機械的火災風險減小至可接受水平的指南，并且給出了適用于機械設備的范圍。

為幫助企業更好地理解該標準，對照開展相關機械安全工作，現將標準相關新增內容進行詳細介紹，提出一種針對機械設備危險要素風險評估的方法。

■機械設備火災危險要素辨識

1.火災四面體

傳統火災三要素為：點火源、空氣、可燃物，根據火災誘發演變規律，初期在火災三要素的耦合作用下，能夠形成一定的火勢，而且在無外界因素的干擾下，具備形成火災的極大可能性，如圖1 所示。

圖1 火災四面體

目前，消防技術發展已經比較成熟，一般在火災發生的初期通過煙感、溫感、噴淋等設備及時發現火源并消滅火源，阻斷燃燒化學鏈，能夠避免災情的擴大。但是對于一些機械設備而言，由于作業現場可能存在易燃、易爆物品，如機械設備一般以汽油、電為能源動力，一旦發生火災，很難在短時間內撲滅，無法及時阻斷燃燒化學鏈，甚至可能會引發油氣爆炸等事故，造成嚴重的人員傷亡。所以，有必要對機械設備火災危險要素進行全面辨識，采取風險減小措施，制定嚴格的管理制度，控制火災隱患。

2.火災風險要素辨識

機械設備風險要素辨識以火災四面體為依據，考慮到一般設備非真空運行，與空氣密切接觸，從點火源、燃料、滅火裝置、消防設備設施、人員危險要素5個維度加以辨識，全面分析各機械設備、環境要素及操作員工的危險要素，如表1所示。

表1 機械設備火災危險要素辨識（部分）

■機械設備火災風險綜合評估方法

在全面辨識機械設備火災風險要素的基礎上，需要對機械設備的火災危險性做出合理評估，風險評估的整體流程如圖2 所示。

1.火災風險分析

圖2 火災風險評估流程

機械設備火災風險評估應包括機械限制的確定，考慮涉及火災危險的機械生命周期所有階段，分析影響火災的所有信息要素，比如，機器運行模式、機器處理的物料特性、機器元件預期壽命以及產生火災危險相關的老化影響、操作員工、維修員工對火災危險的認知水平及防火技能的掌握狀況等，同時，識別并分析與機器各種用途相關的所有可合理預見的風險要素，火災四面體只是關于火災發生的直接原因要素，人員安全培訓、企業安全氛圍等作為組織管理層面要素對火災直接原因要素起到了一定地推動作用，在火災風險要素分析過程中也應當對組織管理要素加以研究。

3.火災風險估計

一旦識別了火災場景危險要素，應當對機械設備火災風險狀況做出評估。由于火災風險是火災導致傷害的嚴重程度與火災發生的可能性的函數，本文采用乘法關系，從傷害發生可能性、造成人員傷害嚴重程度以及避免或限制傷害可能性（消防設備的可靠性、人員火災安全意識、技能水平）對機械設備火災風險狀況進行評估。

3.1 傷害發生可能性P

傷害發生可能性從人員暴露于危險P1、火災發生的可能性P2兩方面加以分析。

人員暴露于危險指標從人員在操作、維修時暴露于風險之中的人數、頻次，合理估算暴露累計的風險值。劃分標準如表2 所示。

表2 人員暴露于危險劃分標準

火災發生的可能性指標從點火源P21、可燃物P22、消防設備設施可靠性P23三方面綜合考慮。各項分值均為1，從上節火災風險危險要素辨識基礎上全面分析，考慮各要素存在的量、發生頻次、性能優劣等因素，確定火災風險發生的可能性，公式如下：

P2=P21×P22×P23

最后，將人員暴露于危險風險值與火災發生的可能性風險值相乘，得到傷害發生可能性風險值，即：

P=P1×P2

根據風險最大化原則，將火災傷害發生可能性劃分為兩個等級，即Pa（P＜0.3）和Pb（P≥0.3）。

3.2 造成人員傷害嚴重程度S

辨識機械設備運行過程中存在的火災危險要素，預見火災事故場景，對人員傷害的嚴重程度進行分析，一般包括輕傷（S1）、重傷（S2）、死亡（S3）3 種類型，在進行風險評估時，應當針對每一種機械設備風險要素風險信息分析每一引發火災傷害事故的嚴重性。

3.3 避免或限制傷害可能性T

隨著機械設備安全性能的不斷提高，部分機械設備配有滅火系統，能夠有效防止火災的發生。同時，作業場所也配有適用類型的滅火設備設施，比如，煙感、溫感、滅火器、消防栓等，同樣能夠有效避免災情的擴大。當然，操作人員以及維修人員火災安全意識以及滅火技能的掌握也是影響火災發生的重要因素。本文將避免或限制傷害可能性T劃分為給定條件下避免危險或限制傷害的可能性T0和幾乎不可能避免危險或限制傷害T1兩個級別，具體劃分方式如表3 所示。

綜合考慮機械設備火災傷害發生可能性、造成人員傷害嚴重程度以及避免或限制傷害可能性要素指標，根據標準ISO 13849-1[2]，確定出機械設備火災風險等級狀況，評估結果如圖3 所示。

表3 避免或限制傷害可能性劃分標準

圖3 機械設備火災風險等級狀況

■風險減小策略

在對機械設備火災風險等級狀況的基礎上，可能需要采取一定的風險減小措施來降低設備火災風險，采用標準當中的火災風險減小過程三步迭代法可以系統地降低機械設備火災風險，通過層層迭代，綜合考慮本質安全設計措施、安全防護減小措施、補充減小措施、以及信息減小措施，當以上措施不能達到預期風險減小時，可通過確定和修改機器的限制來重新進行風險評估，施加風險減小措施，直至實現預期風險減小。

1.本質安全設計措施

本質安全措施應當從點火源與可燃材料的角度去分析，比如，機器結構應根據風險分析結果盡可能少地使用可燃材料，如不然，也應當采用自熄材料和防火材料；盡可能少地使用可燃性液體和潤滑劑；制定檢測和控制可能導致產生有效點燃源的機器操作或工藝誤差的措施等。根據機械設計、運行過程制定避免產生火源、減少可燃物積聚的風險減小措施，同時也應明確人員降低火災發生可能性或防止火災發生的措施信息。

2.安全防護減小措施

當通過本質安全設計措施不可能消除危險或充分降低風險時，應考慮通過安全防護來防止人員暴露于危險當中，根據能量意外釋放理論[3]，可以通過阻斷火災能量作用于人體的途徑來減小人員傷害。比如，為限制火焰、煙霧、和熱量作用于人體，通過防護罩和機器外殼阻斷能量釋放路徑；防止通過機器開口的火焰噴射和熱氣體的裝置等。同時，安全防護裝置的性能等級PLr 應根據ISO 13849-1 確定。當然，操作員工和維修人員在工作過程中也應當佩戴必要安全要求的防護設備，降低火災意外傷害發生時的人員傷害程度。

3.補充減小措施

補充減小措施是基于本質安全設計措施和安全防護減小措施失效時考量的風險減小措施，補充措施主要從消防系統方面分析，優先考慮火災探測與滅火集成系統，火災探測主要是煙感、溫感；滅火集成系統設置于機械設備內部，可以起到火災探測、適當措施觸發的功能。同時，機械設備應保證火災發生時急停，物料隔絕等必要安全措施，根據風險評估結果（圖3），結合ISO 13849-1，作業現場應配備科學合理的消防設備設施，如表4所示。

表4 火災探測及滅火方案

4.信息減小措施

當上述風險減小措施均失效時，可以通過查閱設備使用信息文件，采用適當的風險減小措施。比如，可以從文件中相關機械設備延遲裝置的設置，在發生火災時，可以將人員撤離于裝置房間內，避免火災傷害事故的發生或減小傷害的程度。

■結束語

機械設備火災風險評估與風險減小措施研究有助于提高場所環境與機械設備的火災安全性，本文結合《機械安全 機械設備安全升級指南》相關內容，通過全面辨識機械設備火災危險要素，采用科學的風險評估方法對機械設備火災風險做出評估，從本質安全設計、安全防護、消防設備、以及使用信息等方面系統分析減小火災風險的措施，將機械設備火災風險維持在可接受的范圍內，有利于降低火災事故的發生率，為行業的發展營造良好的發展環境。