机械设备火灾风险评估与安全措施研究

首都经济贸易大学 孙 亮

■引言

2018 年12 月28 日，国家发布了GB/T 23819—2018《机械安全 防火与消防》[1]标准，代替了2009 版，并规定自2019 年7 月1 日开始实施。

GB/T 23819—2018 与GB/T 23819—2009 相比，主要的技术变化如下：

（1）将标准名称修改为《机械安全 防火与消防》。

（2）用火四面体代替火灾三要素。

（3）按照GB/T 15706—2012 给出的风险评估与风险减小流程，调整了标准的结构。

（4）按照GB/T 15706—2012 给出的“风险减小迭代三步法”更新了2009 版风险减小评价流程图。

（5）增加了关于重大火灾危险识别的图和关于风险等级估计的图。

（6）增加了机器及其典型火灾相关危险的示例。

（7）增加了金属材料加工中心风险评估与风险减小示例。

该标准给出了机械设计和制造过程中所需采取的防火与消防措施的基本概念以及通过本质安全化设计、风险评估等将机械的火灾风险减小至可接受水平的指南，并且给出了适用于机械设备的范围。

为帮助企业更好地理解该标准，对照开展相关机械安全工作，现将标准相关新增内容进行详细介绍，提出一种针对机械设备危险要素风险评估的方法。

■机械设备火灾危险要素辨识

1.火灾四面体

传统火灾三要素为：点火源、空气、可燃物，根据火灾诱发演变规律，初期在火灾三要素的耦合作用下，能够形成一定的火势，而且在无外界因素的干扰下，具备形成火灾的极大可能性，如图1 所示。

图1 火灾四面体

目前，消防技术发展已经比较成熟，一般在火灾发生的初期通过烟感、温感、喷淋等设备及时发现火源并消灭火源，阻断燃烧化学链，能够避免灾情的扩大。但是对于一些机械设备而言，由于作业现场可能存在易燃、易爆物品，如机械设备一般以汽油、电为能源动力，一旦发生火灾，很难在短时间内扑灭，无法及时阻断燃烧化学链，甚至可能会引发油气爆炸等事故，造成严重的人员伤亡。所以，有必要对机械设备火灾危险要素进行全面辨识，采取风险减小措施，制定严格的管理制度，控制火灾隐患。

2.火灾风险要素辨识

机械设备风险要素辨识以火灾四面体为依据，考虑到一般设备非真空运行，与空气密切接触，从点火源、燃料、灭火装置、消防设备设施、人员危险要素5个维度加以辨识，全面分析各机械设备、环境要素及操作员工的危险要素，如表1所示。

表1 机械设备火灾危险要素辨识（部分）

■机械设备火灾风险综合评估方法

在全面辨识机械设备火灾风险要素的基础上，需要对机械设备的火灾危险性做出合理评估，风险评估的整体流程如图2 所示。

1.火灾风险分析

图2 火灾风险评估流程

机械设备火灾风险评估应包括机械限制的确定，考虑涉及火灾危险的机械生命周期所有阶段，分析影响火灾的所有信息要素，比如，机器运行模式、机器处理的物料特性、机器元件预期寿命以及产生火灾危险相关的老化影响、操作员工、维修员工对火灾危险的认知水平及防火技能的掌握状况等，同时，识别并分析与机器各种用途相关的所有可合理预见的风险要素，火灾四面体只是关于火灾发生的直接原因要素，人员安全培训、企业安全氛围等作为组织管理层面要素对火灾直接原因要素起到了一定地推动作用，在火灾风险要素分析过程中也应当对组织管理要素加以研究。

3.火灾风险估计

一旦识别了火灾场景危险要素，应当对机械设备火灾风险状况做出评估。由于火灾风险是火灾导致伤害的严重程度与火灾发生的可能性的函数，本文采用乘法关系，从伤害发生可能性、造成人员伤害严重程度以及避免或限制伤害可能性（消防设备的可靠性、人员火灾安全意识、技能水平）对机械设备火灾风险状况进行评估。

3.1 伤害发生可能性P

伤害发生可能性从人员暴露于危险P1、火灾发生的可能性P2两方面加以分析。

人员暴露于危险指标从人员在操作、维修时暴露于风险之中的人数、频次，合理估算暴露累计的风险值。划分标准如表2 所示。

表2 人员暴露于危险划分标准

火灾发生的可能性指标从点火源P21、可燃物P22、消防设备设施可靠性P23三方面综合考虑。各项分值均为1，从上节火灾风险危险要素辨识基础上全面分析，考虑各要素存在的量、发生频次、性能优劣等因素，确定火灾风险发生的可能性，公式如下：

P2=P21×P22×P23

最后，将人员暴露于危险风险值与火灾发生的可能性风险值相乘，得到伤害发生可能性风险值，即：

P=P1×P2

根据风险最大化原则，将火灾伤害发生可能性划分为两个等级，即Pa（P＜0.3）和Pb（P≥0.3）。

3.2 造成人员伤害严重程度S

辨识机械设备运行过程中存在的火灾危险要素，预见火灾事故场景，对人员伤害的严重程度进行分析，一般包括轻伤（S1）、重伤（S2）、死亡（S3）3 种类型，在进行风险评估时，应当针对每一种机械设备风险要素风险信息分析每一引发火灾伤害事故的严重性。

3.3 避免或限制伤害可能性T

随着机械设备安全性能的不断提高，部分机械设备配有灭火系统，能够有效防止火灾的发生。同时，作业场所也配有适用类型的灭火设备设施，比如，烟感、温感、灭火器、消防栓等，同样能够有效避免灾情的扩大。当然，操作人员以及维修人员火灾安全意识以及灭火技能的掌握也是影响火灾发生的重要因素。本文将避免或限制伤害可能性T划分为给定条件下避免危险或限制伤害的可能性T0和几乎不可能避免危险或限制伤害T1两个级别，具体划分方式如表3 所示。

综合考虑机械设备火灾伤害发生可能性、造成人员伤害严重程度以及避免或限制伤害可能性要素指标，根据标准ISO 13849-1[2]，确定出机械设备火灾风险等级状况，评估结果如图3 所示。

表3 避免或限制伤害可能性划分标准

图3 机械设备火灾风险等级状况

■风险减小策略

在对机械设备火灾风险等级状况的基础上，可能需要采取一定的风险减小措施来降低设备火灾风险，采用标准当中的火灾风险减小过程三步迭代法可以系统地降低机械设备火灾风险，通过层层迭代，综合考虑本质安全设计措施、安全防护减小措施、补充减小措施、以及信息减小措施，当以上措施不能达到预期风险减小时，可通过确定和修改机器的限制来重新进行风险评估，施加风险减小措施，直至实现预期风险减小。

1.本质安全设计措施

本质安全措施应当从点火源与可燃材料的角度去分析，比如，机器结构应根据风险分析结果尽可能少地使用可燃材料，如不然，也应当采用自熄材料和防火材料；尽可能少地使用可燃性液体和润滑剂；制定检测和控制可能导致产生有效点燃源的机器操作或工艺误差的措施等。根据机械设计、运行过程制定避免产生火源、减少可燃物积聚的风险减小措施，同时也应明确人员降低火灾发生可能性或防止火灾发生的措施信息。

2.安全防护减小措施

当通过本质安全设计措施不可能消除危险或充分降低风险时，应考虑通过安全防护来防止人员暴露于危险当中，根据能量意外释放理论[3]，可以通过阻断火灾能量作用于人体的途径来减小人员伤害。比如，为限制火焰、烟雾、和热量作用于人体，通过防护罩和机器外壳阻断能量释放路径；防止通过机器开口的火焰喷射和热气体的装置等。同时，安全防护装置的性能等级PLr 应根据ISO 13849-1 确定。当然，操作员工和维修人员在工作过程中也应当佩戴必要安全要求的防护设备，降低火灾意外伤害发生时的人员伤害程度。

3.补充减小措施

补充减小措施是基于本质安全设计措施和安全防护减小措施失效时考量的风险减小措施，补充措施主要从消防系统方面分析，优先考虑火灾探测与灭火集成系统，火灾探测主要是烟感、温感；灭火集成系统设置于机械设备内部，可以起到火灾探测、适当措施触发的功能。同时，机械设备应保证火灾发生时急停，物料隔绝等必要安全措施，根据风险评估结果（图3），结合ISO 13849-1，作业现场应配备科学合理的消防设备设施，如表4所示。

表4 火灾探测及灭火方案

4.信息减小措施

当上述风险减小措施均失效时，可以通过查阅设备使用信息文件，采用适当的风险减小措施。比如，可以从文件中相关机械设备延迟装置的设置，在发生火灾时，可以将人员撤离于装置房间内，避免火灾伤害事故的发生或减小伤害的程度。

■结束语

机械设备火灾风险评估与风险减小措施研究有助于提高场所环境与机械设备的火灾安全性，本文结合《机械安全 机械设备安全升级指南》相关内容，通过全面辨识机械设备火灾危险要素，采用科学的风险评估方法对机械设备火灾风险做出评估，从本质安全设计、安全防护、消防设备、以及使用信息等方面系统分析减小火灾风险的措施，将机械设备火灾风险维持在可接受的范围内，有利于降低火灾事故的发生率，为行业的发展营造良好的发展环境。