帕累托图的锅炉事故分析方法

刘 辉,周芸竹

(中国计量学院质量与安全工程学院,浙江杭州310018)

18世纪80年代以来,随着实用蒸汽机的发明和采用,使锅炉逐渐获得了广泛的使用.在使用锅炉的初始阶段,人们对于锅炉安全的认识相对来说比较肤浅,锅炉运行事故频繁发生.严重的事故一方面给人类带来灾难,但也促进人们不断改进锅炉的安全性能和管理.企业生产过程中的事故隐患辨识分析方法主要有事故树分析法、事件树分析法、因果分析法以及其它方法等.文献[1]运用事故树分析法分析了引起化工企业受限空间作业中毒窒息事故的基本原因,对事故树进行了最小割集和最小径集的计算;文献[2]利用事件树分析法对地铁盾构隧道施工过程的事故进行分析;文献[3]利用事件树分析法设定工厂仓库的地震震害模型、损失程度评价、地震损伤度曲线图和地震灾害风险评估;文献[4]结合烟花爆竹行业安全评价经验,在危险源辨识理论的指导下,运用因果图法对烟花爆竹生产过程发生的爆炸事故进行定性分析,找出导致事故发生的因素;文献[5]提出了一种基于FAHP和ANN结合的风险评估方法对锅炉故障进行诊断.这些方法,对于找出事故发生的致因起着重要作用,能定性或定量地达到分析事故危险程度的目的.随着制造技术工艺的进步,人们开始认识到,很多事故可以通过有效控制和管理来防止,锅炉事故多数就是因为管理不善造成的.帕累托图作为管理学上选择关键问题的一种分析方法,已在医学病源统计[6,7]、质量缺陷评价[8]及其它领域发挥着重要作用,而在安全管理上鲜有应用.目前,企业的管理者以经济利益为根本,尽量减少在安全管理方面的投入,但又不希望有安全生产事故发生.为此,本文将帕累托原理引入锅炉安全管理,以期为传统安全管理方式带来新的思路,能够在锅炉等[9]特种设备安全生产管理方面给予企业一定的帮助.

1 帕累托原理[10]

帕累托原理由意大利经济学家帕累托提出,亦称二八原理、最省力法则.帕累托研究发现,一般情况下,作业者付出的80%的努力,都没有或者是没有直接创造收益和效果;而其80%的收获却仅仅来源于20%的努力,其他80%的付出只带来20%的成果.二八法则表明投入与产出、努力与收获、原因和结果之间,普遍存在着不平衡关系,即起关键作用的小部分,通常就能主宰整个组织的产出、盈亏和成败.

2 Minitab软件绘制帕累托图

2.1 帕累托图

帕累托图又叫排列图、主次图,是按照发生频率大小顺序绘制的直方图,表示有多少结果是由已确认类型或范畴的原因所造成.图形用双直角坐标系表示,左边纵坐标表示频数,右边纵坐标表示频率,分析线表示累积频率,横坐标表示导致事故的各项因素,按影响程度的大小(即出现频数多少)从左到右排列,把帕累托图应用于锅炉安全管理,通过对帕累托图的观察分析可以抓住导致锅炉事故发生的主要因素.

2.2 Minitab软件

Minitab软件是现代质量管理统计的领先者,全球六西格玛实施的共同语言,以无可比拟的强大功能和简易的可视化操作深受广大质量学者和统计专家的青睐.它可以完成实验设计、统计过程控制、测量系统分析、假设检验等工作,为统计领域注入新鲜血液,从而极大程度地简化了统计者的工作任务.应用Minitab软件绘制帕累托图简单、直接.

2.3 绘图方法

1)选择统计＞质量工具＞Pareto图.

2)执行以下操作之一:

·如果有原始数据列,请在“原始缺陷数据位于中”输入该列.

·如果有缺陷名称列和计数列:

(1)选择已整理成表格的缺陷数据;

(2)在“标签位于”中输入缺陷名称列;

(3)在“频率位于”中输入计数列.

3)如果需要,可以使用任意对话框项,然后单击确定.

3 帕累托图在锅炉事故分析中的应用

3.1 绘图帕累托图

用有限的资源实现安全生产的最佳状态是生产企业急于解决的关键问题,因此,如何合理的分配资源、如何发现导致事故的关键因素就是解决企业关键问题的前提.研究表明,锅炉的事故隐患主要有低水位工况、操作失误或维护不良及燃烧器损坏等九类,以锅炉的事故隐患为例来说明帕累托图在锅炉事故分析中的具体应用,见表 1.

表1 2007年美国蒸汽锅炉事故统计表Table 1 Steam boiler accident statistics for U.S.in 2007

锅炉运行中可能出现的各种隐患类别及事故起数、发生频率等如表中所述.根据表1各项目及具体数据,应用Minitab软件生成帕累托图如图1所示.采用同样方法,分别对2007年美国动力锅炉事故及热水锅炉事故原因作帕累托图,具体如图2和图3.

图1 2007年美国蒸汽锅炉事故原因帕累托图Figure 1 Pareto chart for U.S.steam boiler accidents in 2007

3.2 帕累托图分析

由图1、图2可知,在蒸汽受热锅炉和动力锅炉事故分析中,低水位工况及操作失误或维护不良部分原因的累计构成比均落在0～80%区间,称为主要因素,记为A类;其余原因的累计构成比落在80%～100%区间,称为次要因素,记为B类,具体事故原因分类分别如表2、表3.而图3表明,热水锅炉事故原因主要因素(A类)为失误或维护不良、低水位工况及未知/在调查中(小部分),其累计构成比落在0～80%区间;其余原因(B类)的累计构成比落在80%～100%区间,具体分类,如表4.

表2 受热锅炉(蒸汽)事故原因分类Table 2 Classification of steam heating boiler accidents

表3 动力锅炉事故原因分类Table 3 Classification of boiler accidents

表4 受热锅炉(水)事故原因分类Table 4 Classification of water boiler accidents

根据帕累托原理,图1～3均符合帕累托法则,2007年美国锅炉(蒸汽、动力及热水)事故的帕累托现象非常明显,它验证了80%的锅炉事故来自其20%的事故隐患.在百分比为80的地方画一条水平线,水平线与折线的交点处画一条垂线,则垂线左侧的为关键因素.由此可知低水位工况和操作失误或维护不足以及未知/在调查中,这几项事故隐患就是需要花费精力与资金控制的起决定性作用的少数关键因素.

美国锅炉事故统计从1991年开始进行,美国国家锅炉压力容器检查协会(NBBI)在每年夏季公报上公布上一年度事故统计报告.NBBI从协会各成员单位的监管机构以及制造检查机构填报的锅炉事故报告中统计整理得到这些数据并根据事故产生的原因,从设计、制造、安装、修理、使用、维护保养等环节,到设备的安全阀、控制装置、锅炉燃烧器等主要附件原因进行分类.从锅炉事故的总数量看,2007年为2018起,相比于2002年(总数为1 487起)[11],不管是事故总数,还是受伤、死亡人数,均有大幅上升.就事故发生的数量而言,2007年事故发生最多的是受热锅炉(蒸汽),总数达1 091起,远远高于其它两类.事故发生较多的隐患类型主要是操作失误或维护不良、低水位工况以及未知/在调查中等,受伤、死亡人数也主要集中在这几类中.帕累托原理的核心思想是在决定一个事物的众多因素中要分清主次,识别出少数的关键因素和多数的次要因素,以不同的方式加以对待.将该原理应用于锅炉安全管理中,其最大的用处在于:当分辨出安全隐患对事故的作用力时,就可以把大量的精力与资金投入到能引起大部分事故的少数安全隐患中,在有限精力与资金的投入下,实现安全生产的最佳状态,从而提高企业的经济效益.因此,运用帕累图分析可以及时了解锅炉事故发生的集中趋势或变动趋向,为锅炉安全管理工作侧重点提供科学依据.

4 结 语

针对锅炉运行安全的低水位工况、操作失误或维护不良及燃烧器损坏等九类事故隐患,应用帕累托图进行分析表明2007年美国锅炉事故的帕累托现象非常明显,符合帕累托法则,并将锅炉事故隐患分为主要因素和次要因素两类,可以有针对性地对这主要因素类事故隐患进行有效的管理和控制;当然,在事故隐患较多时,还可以进一步划分为一般因素.本文帕累托图中几类锅炉事故隐患的主要因素和次要因素并非一成不变,它们之间可以相互转化.

研究结果表明,在锅炉安全管理工作中,帕累托图能够提供一个有效的最优化管理模式,是分析、发现事故发生规律的有效手段.锅炉事故帕累托图分析能找到诱发锅炉事故的关键因素,利用该方法可以使得企业在安全管理上用有限的资源带来最大的回报.因此,帕累托图分析作为一种分析事故原因的手段,能够在企业安全管理中得到广泛运用.

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