基于LEC評價法的500 m長鋼軌焊接系統(tǒng)風險評價研究

劉 輝

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

引言

為了保證列車安全、快速運營，軌道的可靠性、穩(wěn)定性以及平順性需要得到充分保證。鋼軌焊接接頭是影響線路平順的主要因素，為提高列車的平穩(wěn)性，增強線路的安全性和乘客的舒適度，需減少鋼軌焊接接頭數(shù)量。

當前，高速鐵路無縫線路上普遍敷設500 m長鋼軌。500 m長鋼軌焊接系統(tǒng)具有吊運、輸送、除銹、焊接、粗整、精磨、探傷等一系列復雜工藝流程[1]，各個作業(yè)過程中存在諸多安全隱患，不僅影響到作業(yè)效率，而且容易產(chǎn)生重大生產(chǎn)事故。所以，需對500 m長焊軌系統(tǒng)[2-3]的危險源進行調(diào)查分析，并提出應對措施，建立健全焊軌系統(tǒng)設計、施工、設備安裝、運營維護等全系統(tǒng)安全體系，提高500 m長鋼軌焊接系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)的安全作業(yè)。

1 研究方法

在針對各個工位環(huán)節(jié)的安全保障措施研究中，舒安慶[4]運用事故樹法對門座式起重機進行了設備危險源的風險評估；邱宇等[5]通過對門式起重機事故類型的分析，計算門式起重機事故樹的最小割集，并提出防范措施。

在危險源評價方法方面，余建星等[6]闡述在進行危險源進行分析時，應先根據(jù)充分調(diào)研的資料，明確原因事件，進一步求得各原因事件的發(fā)生概率；朱淵岳[7]利用增加生產(chǎn)單位綜合素質(zhì)因素的LEC方法對水利水電工程建設期的危險源進行分析評價，其方法對建設期工程的安全評價提供了參考。針對于500 m長焊軌系統(tǒng)的非單一設備作業(yè)，且具有多重復雜的工藝步驟，尚未有對500 m長焊軌系統(tǒng)的安全性進行系統(tǒng)性討論以及應對方案措施。

針對目前的情況帶來的問題和挑戰(zhàn)，以500 m長焊軌系統(tǒng)為研究對象，提出一套適用的風險評價及處理方案。具體研究方法為：調(diào)研現(xiàn)有焊軌基地的具體工藝流程，以及可能導致生產(chǎn)事故的重大系統(tǒng)性危險源情況；其次，運用LEC評價方法[8-11]半定量分析評價焊軌系統(tǒng)的重大危險源；在此分析基礎上，采用不同措施方法對不同危險源進行處理；最后，在考慮本質(zhì)安全理論及全壽命周期安全管理理論的指導原則下，對采用的應對措施進行分析評估，建立健全焊軌系統(tǒng)設計、施工、設備安裝、運營維護等全系統(tǒng)安全體系。

2 LEC安全評價體系

LEC評價法是一種常用來評估人員危險性的方法，主要針對工作在具有潛在危險的環(huán)境中作業(yè)時人員存在的危險性。該評價體系用與風險相關的3種指標的乘積D(danger，危險性)來描述作業(yè)人員的安全風險，這3種因素分別是：L(likelihood，危險事故發(fā)生的可能性)、E(exposure，人員處于危險環(huán)境的頻繁度)和C(consequence，一旦發(fā)生可能引起的后果)，按照3種因素所處的不同等級分別確定相對應的不同分值。

L表示事故發(fā)生的可能性，如表1所示。

表1 L取值說明

E表示人員出現(xiàn)在危險環(huán)境中的頻率，取值如表2所示。

表2 E取值說明

C表示危險情況一旦發(fā)生有可能引起的后果，取值如表3所示。

表3 C取值說明

將此理論引至焊軌系統(tǒng)的安全風險評價體系中，同時將LEC理論意義進一步引申，因素的危險程度用D表示，其不同數(shù)值代表不同意義，如表4所示。

表4 危險程度分級說明

3 焊軌系統(tǒng)危險源辨識及分析

3.1 危險源辨識

根據(jù)既有500 m長鋼軌焊接基地的運營現(xiàn)狀，對焊軌系統(tǒng)的危險源[12-14]進行了調(diào)查，主要危險/危害因素見表5。

表5 危險源調(diào)查

3.2 危險源分析

根據(jù)調(diào)查表，對危險因素分析評價如下。

3.2.1 準備工作不完備

(1)準備工作較為繁瑣，但現(xiàn)場有較為完備的指導作業(yè)手冊，多個人員同時準備，且經(jīng)驗欠缺的新員工也會有全面的培訓機制保證其作業(yè)流程，所以L指標取值為1。

(2)準備工作中，一直有工作人員出現(xiàn)在現(xiàn)場，E指標取值為6。

(3)若準備工作不夠完備，若在門吊起吊重物時，可能會出現(xiàn)重物未夾緊、吊繩脫落等危險，但因現(xiàn)場作業(yè)人員不多，其C指標應取值為15。

3.2.2 人工定位不精確

(1)在既有鋼軌焊接基地，鋼軌的群吊作業(yè)采用人工方式，在惡劣環(huán)境氣候條件下，人工定位方式很難準確，在現(xiàn)場通信方式也受到很大影響，難以保證語音清晰流暢，L指標取值為6。

(2)惡劣環(huán)境氣候狀況下，需要有輔助作業(yè)人員，所以E指標取值為3。

(3)在既有鋼軌焊接基地，受到環(huán)境影響，需要人工輔助定位作業(yè)，一旦出現(xiàn)事故，則輔助作業(yè)人員將會承受巨大的傷害，所以C指標應取值為15。

3.2.3 起吊動作不統(tǒng)一

(1)鋼軌的起吊過程是依靠多臺門吊同步起升作業(yè)完成的，既有焊軌基地中，依靠人工操作方式，由于作業(yè)人員存在技能水平高低差異，經(jīng)驗差異以及手動誤差等因素，L指標取值為6。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機在上司機室內(nèi)操縱，所以，E指標取值為1。

(3)若因人工操作不規(guī)范引起起吊作業(yè)不同步，嚴重時，可能被鋼軌相互拉扯牽引導致門吊傾倒，司機將會受到嚴重傷害，C指標取值為7。

3.2.4 門吊吊繩/吊鉤等斷裂

(1)門吊屬于特種設備，其在生產(chǎn)、安裝驗收階段均會接受嚴格的安全檢查。此種情況發(fā)生可能性很小，L指標應取值為0.2。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機在上司機室內(nèi)操縱，所以，E指標取值為1。

(3)若門吊吊繩/吊鉤等斷裂，由于是多臺門吊同時起吊，則鋼軌重力會附加于其他門吊上，嚴重時可能導致門吊平衡系數(shù)不達標造成門吊傾倒，但是其上鋼軌已經(jīng)脫落，不會造成門吊間的連鎖反應，所以C指標取值為7。

3.2.5 門吊整機傾覆

(1)門吊在安裝時，會有嚴格的驗收體系。但由于人工操作等原因使得鋼軌群吊過程中相互拉扯牽引，極其嚴重時造成此種危險發(fā)生，此種情況發(fā)生可能性較低，所以L指標取值為1。

(2)起吊作業(yè)中，作業(yè)區(qū)內(nèi)僅有門吊司機在上司機室內(nèi)操縱，所以，E指標取值為1。

(3)若是在吊裝工程中，門吊傾覆，門吊吊具之間又有鋼軌的相互牽引，可能造成連鎖反應，則此時將會造成重大安全事故，因此，C指標取值為100。

3.2.6 控制系統(tǒng)故障

(1)門吊經(jīng)過特種設備驗收后，其控制系統(tǒng)一般是安全可靠的，但電氣元件故障率較機械元件高，因此L指標取值為3。

(2)控制系統(tǒng)故障時，作業(yè)區(qū)內(nèi)一般有檢修人員出現(xiàn)，所以，E指標取值為6。

(3)若控制系統(tǒng)發(fā)生故障，則門吊會緊急自鎖，停止運行，一般不會發(fā)生嚴重的安全事故，因此C指標取值為3。

3.2.7 輥道工作點高程不一致

(1)一般情況下，輥道在設計時，將會對高程進行嚴格的計算，主、從動輪的底座安裝在同一高程，但在安裝過程中有可能由于人工誤差產(chǎn)生此種危險，L指標取值為3。

(2)輸送過程中，極少有工作人員出現(xiàn)在作業(yè)區(qū)域內(nèi)，所以，E指標取值為1。

(3)若輥道工作點高程不一致，則鋼軌在運輸過程中會對輥輪造成沖擊，加速輥輪的磨損和軸承的損壞，嚴重沖擊時，可能造成設備元件的崩裂飛濺，對周邊工作人員產(chǎn)生人身傷害，因此C指標取值為15。

3.2.8 熱處理車間防護措施失效

(1)一般情況下，熱處理車間的各種焊接設備、打磨設備的防護措施都較為完善，且日常會有工作人員維護保養(yǎng)，因此，L指標取值為1。

(2)車間中工作人員要進行操作，E指標取值為6。

(3)一旦熱處理車間防護措施失效，則可能產(chǎn)生弧光傷眼、焊絲甩出傷人，嚴重時會造成火災等危害，造成人員傷害，C指標取值為7。

根據(jù)表4的評判規(guī)則，進一步防護研究得出焊軌系統(tǒng)危險/危害因素，具體如表6所示。

表6 焊軌系統(tǒng)危險/危害因素評價

4 應對措施

4.1 本質(zhì)安全理論

本質(zhì)安全是指設備、設施或技術包含其內(nèi)在的能從最根本上防止安全事故發(fā)生的能力[15]。

根據(jù)這一理論的指導，可以看出所設計的事物其內(nèi)在蘊含的防控能力是必須在規(guī)劃設計階段就需要考慮的[16]，做到事前有預期，防患未然，事后才不至于慌亂補救，甚至無法補救。具體針對焊軌系統(tǒng)，遵循“故障—安全”功能原則，對危險因素制定所采用的應對措施，保證整個大系統(tǒng)的安全運營，做到即使發(fā)生由于施工、安裝或者惡劣工況等原因引起危險發(fā)生，整體系統(tǒng)依然不受影響。

4.2 全壽命周期安全管理理論

門吊、輥道、焊接設備等由于工況的特殊性，可能對作業(yè)人員的安全產(chǎn)生影響，所以采用全壽命周期安全管理理論對其整個生命周期中涉及安全使用的環(huán)節(jié)進行分析研究，這些環(huán)節(jié)包括：需求定義、設計、制造、檢測、安裝、驗收交付、正式運營(包括運營中日常檢驗檢測和維護更新等階段)，直至退役[17-19]。

4.3 危險源應對處理措施

根據(jù)本質(zhì)安全理論和全壽命周期安全管理理論，對表6中存在的“危險/危害因素”提出應對措施[20]，以保證所有因素的風險等級均至少達到Ⅳ等級，如表7所示，并對實施措施后的風險因素進一步評估，以保證達到安全要求。

表7 危險源應對處理措施

5 結(jié)論

針對焊軌系統(tǒng)的風險分析問題，采用LEC評價法、本質(zhì)安全理論、全壽命周期安全管理理論等進行了研究，通過LEC方法對危險源的半定量分析，得到危險源的風險等級，基于此提出了具體的評價方法和應對措施。在其指導下，焊軌系統(tǒng)通過研發(fā)新設備，采用新工藝，采用500 m鋼軌群吊集控技術，減少人為誤差，實現(xiàn)高精度定位與高可靠系統(tǒng)控制；全面提升輥道輸送工藝，確保生產(chǎn)安全；采用生產(chǎn)線綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)進行作業(yè)質(zhì)量控制，徹底改善作業(yè)條件，提高了工業(yè)自動化水平，確保作業(yè)人員安全。