帕累托圖的鍋爐事故分析方法

劉 輝,周蕓竹

(中國計量學院質量與安全工程學院,浙江杭州310018)

18世紀80年代以來,隨著實用蒸汽機的發(fā)明和采用,使鍋爐逐漸獲得了廣泛的使用.在使用鍋爐的初始階段,人們對于鍋爐安全的認識相對來說比較膚淺,鍋爐運行事故頻繁發(fā)生.嚴重的事故一方面給人類帶來災難,但也促進人們不斷改進鍋爐的安全性能和管理.企業(yè)生產過程中的事故隱患辨識分析方法主要有事故樹分析法、事件樹分析法、因果分析法以及其它方法等.文獻[1]運用事故樹分析法分析了引起化工企業(yè)受限空間作業(yè)中毒窒息事故的基本原因,對事故樹進行了最小割集和最小徑集的計算;文獻[2]利用事件樹分析法對地鐵盾構隧道施工過程的事故進行分析;文獻[3]利用事件樹分析法設定工廠倉庫的地震震害模型、損失程度評價、地震損傷度曲線圖和地震災害風險評估;文獻[4]結合煙花爆竹行業(yè)安全評價經驗,在危險源辨識理論的指導下,運用因果圖法對煙花爆竹生產過程發(fā)生的爆炸事故進行定性分析,找出導致事故發(fā)生的因素;文獻[5]提出了一種基于FAHP和ANN結合的風險評估方法對鍋爐故障進行診斷.這些方法,對于找出事故發(fā)生的致因起著重要作用,能定性或定量地達到分析事故危險程度的目的.隨著制造技術工藝的進步,人們開始認識到,很多事故可以通過有效控制和管理來防止,鍋爐事故多數就是因為管理不善造成的.帕累托圖作為管理學上選擇關鍵問題的一種分析方法,已在醫(yī)學病源統(tǒng)計[6,7]、質量缺陷評價[8]及其它領域發(fā)揮著重要作用,而在安全管理上鮮有應用.目前,企業(yè)的管理者以經濟利益為根本,盡量減少在安全管理方面的投入,但又不希望有安全生產事故發(fā)生.為此,本文將帕累托原理引入鍋爐安全管理,以期為傳統(tǒng)安全管理方式帶來新的思路,能夠在鍋爐等[9]特種設備安全生產管理方面給予企業(yè)一定的幫助.

1 帕累托原理[10]

帕累托原理由意大利經濟學家帕累托提出,亦稱二八原理、最省力法則.帕累托研究發(fā)現(xiàn),一般情況下,作業(yè)者付出的80%的努力,都沒有或者是沒有直接創(chuàng)造收益和效果;而其80%的收獲卻僅僅來源于20%的努力,其他80%的付出只帶來20%的成果.二八法則表明投入與產出、努力與收獲、原因和結果之間,普遍存在著不平衡關系,即起關鍵作用的小部分,通常就能主宰整個組織的產出、盈虧和成敗.

2 Minitab軟件繪制帕累托圖

2.1 帕累托圖

帕累托圖又叫排列圖、主次圖,是按照發(fā)生頻率大小順序繪制的直方圖,表示有多少結果是由已確認類型或范疇的原因所造成.圖形用雙直角坐標系表示,左邊縱坐標表示頻數,右邊縱坐標表示頻率,分析線表示累積頻率,橫坐標表示導致事故的各項因素,按影響程度的大小(即出現(xiàn)頻數多少)從左到右排列,把帕累托圖應用于鍋爐安全管理,通過對帕累托圖的觀察分析可以抓住導致鍋爐事故發(fā)生的主要因素.

2.2 Minitab軟件

Minitab軟件是現(xiàn)代質量管理統(tǒng)計的領先者,全球六西格瑪實施的共同語言,以無可比擬的強大功能和簡易的可視化操作深受廣大質量學者和統(tǒng)計專家的青睞.它可以完成實驗設計、統(tǒng)計過程控制、測量系統(tǒng)分析、假設檢驗等工作,為統(tǒng)計領域注入新鮮血液,從而極大程度地簡化了統(tǒng)計者的工作任務.應用Minitab軟件繪制帕累托圖簡單、直接.

2.3 繪圖方法

1)選擇統(tǒng)計＞質量工具＞Pareto圖.

2)執(zhí)行以下操作之一:

·如果有原始數據列,請在“原始缺陷數據位于中”輸入該列.

·如果有缺陷名稱列和計數列:

(1)選擇已整理成表格的缺陷數據;

(2)在“標簽位于”中輸入缺陷名稱列;

(3)在“頻率位于”中輸入計數列.

3)如果需要,可以使用任意對話框項,然后單擊確定.

3 帕累托圖在鍋爐事故分析中的應用

3.1 繪圖帕累托圖

用有限的資源實現(xiàn)安全生產的最佳狀態(tài)是生產企業(yè)急于解決的關鍵問題,因此,如何合理的分配資源、如何發(fā)現(xiàn)導致事故的關鍵因素就是解決企業(yè)關鍵問題的前提.研究表明,鍋爐的事故隱患主要有低水位工況、操作失誤或維護不良及燃燒器損壞等九類,以鍋爐的事故隱患為例來說明帕累托圖在鍋爐事故分析中的具體應用,見表 1.

表1 2007年美國蒸汽鍋爐事故統(tǒng)計表Table 1 Steam boiler accident statistics for U.S.in 2007

鍋爐運行中可能出現(xiàn)的各種隱患類別及事故起數、發(fā)生頻率等如表中所述.根據表1各項目及具體數據,應用Minitab軟件生成帕累托圖如圖1所示.采用同樣方法,分別對2007年美國動力鍋爐事故及熱水鍋爐事故原因作帕累托圖,具體如圖2和圖3.

圖1 2007年美國蒸汽鍋爐事故原因帕累托圖Figure 1 Pareto chart for U.S.steam boiler accidents in 2007

3.2 帕累托圖分析

由圖1、圖2可知,在蒸汽受熱鍋爐和動力鍋爐事故分析中,低水位工況及操作失誤或維護不良部分原因的累計構成比均落在0～80%區(qū)間,稱為主要因素,記為A類;其余原因的累計構成比落在80%～100%區(qū)間,稱為次要因素,記為B類,具體事故原因分類分別如表2、表3.而圖3表明,熱水鍋爐事故原因主要因素(A類)為失誤或維護不良、低水位工況及未知/在調查中(小部分),其累計構成比落在0～80%區(qū)間;其余原因(B類)的累計構成比落在80%～100%區(qū)間,具體分類,如表4.

表2 受熱鍋爐(蒸汽)事故原因分類Table 2 Classification of steam heating boiler accidents

表3 動力鍋爐事故原因分類Table 3 Classification of boiler accidents

表4 受熱鍋爐(水)事故原因分類Table 4 Classification of water boiler accidents

根據帕累托原理,圖1～3均符合帕累托法則,2007年美國鍋爐(蒸汽、動力及熱水)事故的帕累托現(xiàn)象非常明顯,它驗證了80%的鍋爐事故來自其20%的事故隱患.在百分比為80的地方畫一條水平線,水平線與折線的交點處畫一條垂線,則垂線左側的為關鍵因素.由此可知低水位工況和操作失誤或維護不足以及未知/在調查中,這幾項事故隱患就是需要花費精力與資金控制的起決定性作用的少數關鍵因素.

美國鍋爐事故統(tǒng)計從1991年開始進行,美國國家鍋爐壓力容器檢查協(xié)會(NBBI)在每年夏季公報上公布上一年度事故統(tǒng)計報告.NBBI從協(xié)會各成員單位的監(jiān)管機構以及制造檢查機構填報的鍋爐事故報告中統(tǒng)計整理得到這些數據并根據事故產生的原因,從設計、制造、安裝、修理、使用、維護保養(yǎng)等環(huán)節(jié),到設備的安全閥、控制裝置、鍋爐燃燒器等主要附件原因進行分類.從鍋爐事故的總數量看,2007年為2018起,相比于2002年(總數為1 487起)[11],不管是事故總數,還是受傷、死亡人數,均有大幅上升.就事故發(fā)生的數量而言,2007年事故發(fā)生最多的是受熱鍋爐(蒸汽),總數達1 091起,遠遠高于其它兩類.事故發(fā)生較多的隱患類型主要是操作失誤或維護不良、低水位工況以及未知/在調查中等,受傷、死亡人數也主要集中在這幾類中.帕累托原理的核心思想是在決定一個事物的眾多因素中要分清主次,識別出少數的關鍵因素和多數的次要因素,以不同的方式加以對待.將該原理應用于鍋爐安全管理中,其最大的用處在于:當分辨出安全隱患對事故的作用力時,就可以把大量的精力與資金投入到能引起大部分事故的少數安全隱患中,在有限精力與資金的投入下,實現(xiàn)安全生產的最佳狀態(tài),從而提高企業(yè)的經濟效益.因此,運用帕累圖分析可以及時了解鍋爐事故發(fā)生的集中趨勢或變動趨向,為鍋爐安全管理工作側重點提供科學依據.

4 結 語

針對鍋爐運行安全的低水位工況、操作失誤或維護不良及燃燒器損壞等九類事故隱患,應用帕累托圖進行分析表明2007年美國鍋爐事故的帕累托現(xiàn)象非常明顯,符合帕累托法則,并將鍋爐事故隱患分為主要因素和次要因素兩類,可以有針對性地對這主要因素類事故隱患進行有效的管理和控制;當然,在事故隱患較多時,還可以進一步劃分為一般因素.本文帕累托圖中幾類鍋爐事故隱患的主要因素和次要因素并非一成不變,它們之間可以相互轉化.

研究結果表明,在鍋爐安全管理工作中,帕累托圖能夠提供一個有效的最優(yōu)化管理模式,是分析、發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生規(guī)律的有效手段.鍋爐事故帕累托圖分析能找到誘發(fā)鍋爐事故的關鍵因素,利用該方法可以使得企業(yè)在安全管理上用有限的資源帶來最大的回報.因此,帕累托圖分析作為一種分析事故原因的手段,能夠在企業(yè)安全管理中得到廣泛運用.

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