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安全技术基础
安全技术基础
第1节、系统安全的概念
（1）引言
事故是指主观上不愿意出现的，导致人员伤亡、损害健康、财产损失、环境及商业机会损失的不测事件。
而安全工作是指对事故控制的工作。
自工业革命以来，工业生产中的安全技术工作经过了150余年的发展，其间预防事故的理论与实践也有了长足的进步。
然而，现代的工业系统已成为多学科（专业）成果的集合，单一阶段或单项的安全措施已难以解决整个系统的安全问题，人们认识到安全工作必须走系统分析的道路，因此系统安全性问题的研究得到了相应的发展。
系统的安全，是作业场所人身安全的前提。
本节将叙述系统安全的一般概念，而在续后的章节中，将着重叙述作业场所中人在活动中的安全问题。
（2）术语
系统：
是指在生产活动中，其所考察的对象，它可以是一个设施、一个工艺过程，也可以是一个车间、单元，或者一个企业，也可以是一个项目。
明确地界定系统、系统的外环境及系统的状态是进行安全分析的前提条件。
系统安全性：
系统安全性是以系统的使用性能、时间和费用为约束条件，在寿命期的各个阶段中，用系统管理的原则和相关的专业技术，识别、评价、消除或控制系统中的危险，使系统获得好的安全性。
危害：
危害是指可能导致事故的状态，是发生事故的根源。
这种状态有物质状态、环境状态和人员的活动状态及其组合。
风险：
由危害所导致的事故发生的可能性与后果严重性的组合。
危险：
不可接受的风险。
（3）系统安全性要求
系统安全性要求是指对整个系统（包括系统硬件、软件、使用、保障及有关人员）和系统全寿命期的各阶段（包括论证、设计、研制、使用、维护及报废）的所有活动，都要贯彻安全方面的需求，逐项、全面地识别系统中存在的危害，采取保证安全的工程和管理措施，达到消防风险或者将风险控制到可以接受的水平，以防止事故的发生。
系统安全的主要功能，是采取科学和工程的方法进行符合任务要求的系统安全性分析与设计，使系统安全性的要求，从设计的源头就作为重要指标，按预先计划和措施，逐项落实到系统总体工程中去，一方面保证系统安全性；另一方面，为系统在寿命期的各个阶段的安全评估工作提供良好的基础和前提条件。
为了做好系统安全性设计与分析工作，应考虑如下要求：
（1）吸收已有的或类似系统及分系统的安全性运行经验、教训、数据和信息，特别是相关的行业规范、技术标准，作为安全性设计和分析的根据。
（2）识别系统在寿命周期内的各种状态下，尤其是运行过程中存在的危害，并消除和控制与之相关危险。
此项工作要有专门的文字记录，并且要让有关人员知道，这种文件可以是规范或手册、说明书。
（3）当采用新的设计方法、新工艺、新材料和新技术，或者进行技术改造时，应寻求其在安全性方面具有最小的风险。
（4）在论证、研制及订购系统及其分系统时，要充分考虑其安全性指标，同时要避免在使用或运行时，为改善安全性而进行改装、改造，还必须考虑到系统报废时的回收及处理主法，做到简便、无害、经济。
（5）在设计时，要尽最大努力将安全方面的需求与其他方面的需求作整体考虑，从而达到设计上的优化。
1．1工业设计的安全要求
通过设计来消除或控制危害，是提高系统安全水平的主要措施之一。
（1）在进行系统安全性设计时，采用的安全措施，应该按如下顺序进行：
①最小风险设计：
首先应在设计上消除危险，若不能消除已经判定的危害，应通过选择设计方案将风险减小到规定的可接受水平；
②采用安全装置：
若不能通过最小风险设计来满足规定的要求，则应采取永久的、自动的或者其他的安全防护装置，使风险减小到可以接受的水平；
③采取报警装置：
若最小风险设计及采用安全装置都未能有效地满足规定要求，则应采用报警装置来监测危险状态，并向有关人员发出报警信号；
④制定专用规程和培训措施：
若采用以上措施即①、②、③均不能满足规定要求，则应另行制定专门的规程和相应的培训计划，以达到系统安全性要求。
（2）在进行系统安全设计时，应做到：
①通过设计消除已判定的危害或减少有关的风险；
②危险的物质、零部件和危险的活动应当与其他活动、区域、人员和不相容的物品相隔离；
③设备的位置安排应使工作人员在操作、维护、修理或调试过程中，尽量避免危险（如危险化学品、辐射、高压电、尖锐锋利的物件等）；
④尽量减少恶劣环境条件（如温度、压力、噪声、毒性、加速度、振动、冲击和辐射等）所导致的危险；
⑤系统设计时，应尽量减少在系统的使用和保障中人为差错所导致的危险；
⑥为把不能消除的危害所形成的风险减少到最低的程度，应考虑采取补偿措施，此类措施包括：
连锁、冗余、故障安全保护设计、系统保护、灭火和个体防护、防护设备、应急规程等；
⑦采用机械隔离或屏蔽的方法，保护冗余分系统的电源，控制关键零部件；
⑧当各种设计方法不能消除危险时，在装配、使用、维护和修理说明书中，应给出警告和注意事项，并在危险零部件、设备和设施上做出醒目的标记；
⑨应尽量减轻事故中人员的伤害和设备的损坏；
⑩设计由软件控制或监测的功能，以尽可能地减少危险事件或事故的发生。
对设计准则中有关安全性的不足之处或过多的限制的要求进行评审，根据分析或试验数据，推荐新的设计准则。
必须消除或控制灾难性的及危害性极为严重的事故，并将其相关的风险减少到可接受的程度。
1．2工业标准的安全内容
通过工业设计，建立系统的安全状态；通过对物质（系统）状态的安全评估；作为对人、机及管理的整体安全评估的基础。
这是实现安全的一种常用逻辑方法。
工业标准、规范中的安全要求及内容，是设计和评审的主要依据。
在对系统设计及物质环境进行安全评审时，无论是在危害识别、风险控制及评审的各项内容中，首先要查看相关内容的工业标准及规范，并以此为依据进行设计工作。
对工业标准、规范中没有规定的内容，除按照设计和评审的通用原则进行处理外，应当提请行业有关部门，采取相应措施，根据需要制定相应的标准。
1．3安全性设计方法
为使系统满足规定的安全性要求，可采用相应的安全找施，以消除和控制危害或者减少危害的影响。
在采用这些安全措施及方法时，按其功能和实效性，选用的顺序可列为：
能量控制，固有安全设计，隔离，闭锁，锁定及连锁，故障安全设计，故障最小设计，安全系数，警示装置，安全标志，损伤抑制，应急及救援，薄弱环节设计等。
1．3．1能量控制
在研究安全性的问题时，无论任何事故及其影响的大小都以直接与其所含能量相关的原理为基础，进而提出通过控制能量来保证安全的方案。
1．3．2固有安全设计
固有安全性是产品设计本身所赋予的安全性。
进行固有安全性的设计是避免事故发生的最有效的、最本质的方法。
它可以通过消除危害或控制风险的设计方法和工程方法，确保系统的固有安全水平。
1．3．3隔离
隔离是采用物理分离，隔板、栅栏或机械方式等措施，将已确认的危害同人员及设施隔离，从而避免接触危害或将风险降低到最低水平，控制危害的影响。
1．3．4闭锁、锁定及连锁
闭锁、锁定及连锁是一种常用的安全措施。
这些措施的功能是防止不相容事件接连发生，或防止事故在不正确的时间中发生或者以错误的顺序发生。
常见的例子，如冲床及其他一些机器的安全保护装置。
1．3．5故障安全设计
故障－安全设计应保证故障不影响系统，或使系统不会造成损害。
在大多数实践中，这种设计使系统发生故障时停止工作。
在任何情况下，故障－安全设计的基本原则是：
（1）保护人员的安全；
（2）保护环境，避免引发爆炸、火灾等灾害；
（3）防止设备损坏；
（4）防止降低或丧失使用性能。
1．3．6故障最少设计
减少故障的方法有降低故障率（如采用冗余技术等）、监控、中断与修复、加大安全系数和预报、预警等方法。
1．3．7安全系数法
采用安全系数以尽量减少结构及材料的故障，是一种经典的方法。
在能量及状态控制措施中，也把这种设计思想作为保证安全的一种重要措施。
1．3．8警示装置
警示装置用于向有关人员通告危险、设备故障问题及其他值得注意的状态，以使有关人员警惕并采取相应的纠正措施，避免事故发生。
警示装置按接收讯号人员的感觉可分为视觉、听觉等类型。
1．3．9标志
标志是一种特殊的目视告警和说明手段，它按要求或标准来设计并置放在特定的位置。
标志包括文字、颜色和图样，以满足示警的特殊要求。
1．3．10损伤抑制
采用物理隔离，如防火墙、隔离沟等是抑制伤害的一类方法。
此外，防护设备、器具也是抑制损伤的重要手段，在后面的章节中，还会专门讲述。
1．3．11逃逸、救生和救援
逃逸及救生是指人们使用现场的资源自身救护的方法；救援是指其他人员救护在紧急情况下受到威胁的人员和环境的行动。
这些行动的有效性往往取决于事先的救援方案、设计、培训和演练。
1．3．12薄弱环节设计
所谓薄弱环节是指系统中最容易出故障的部分。
安全工程师利用薄弱环节来限制故障、偶然事件或事故所造成的损伤。
例如，熔断器（保险丝），用于防止持续过载而引起的火灾或其他贵重设备等的损坏。
1．4系统全寿命期概念
系统的全寿命期是指系统从开始发起到最终报废（退役）的整个时期。
根据系统的规模、发展技术途径，系统寿命期可以分为论证、研制、运行（使用、维护）、报废等阶段。
视情况不同，这些划分及其内容还可有所不同。
安全工作应当贯彻到系统全寿命期的各个阶段。
传统的安全评价工作，多集中在运行阶段，"三同时"是在研制及运行两阶段的结合部开展的。
1．5安全性分析
安全性分析是一种系统性的检查、研究和分析技术，它用于检查系统或设施在各种使用模式下的工作状态，确定潜在的危险，预计这些危险对人员伤害或设备损坏的可能性，并确定消防或减少危险的方法。
分析的目的在于能够在事故发生之前，消除或尽量减少事故发生的可能性或降低事故的危害后果。
安全性分析的基本目的是作为事故预防的基本手段。
安全性分析，应在系统寿命期的每一阶段都进行，各个阶段都有其自身安全性分析的要求、内容和方法。
实践表明，在系统全寿命期的前期良好的安全分析工作，对于系统全寿命期的安全性和效益起着重要的作用。
系统在进行重大改革或者其使用状态发生重大变化，以及进行重大维修、调试等重大事件时，都要考虑相应的安全分析。
这种原则，不仅限于系统硬件，对于系统软件也要有相应的要求。
对于采购的设备在必要时也要有相应的规范和要求。
1．6系统使用说明
系统在设计、研制完成交付用户使用时，都应有完整的资料，以文件的形式明确系统在运行及全寿命的后续阶段中的安全要求、双方的义务和责任。
因此，以工业标准和设计及研制的实际情况为依据，将系统安全方面的内容用文件的形式加以说明，使用户能够接受并按照制造商的要求来运行系统，从而达到控制系统风险的目标。
1．7制造商的责任
在承担一个项目并进行设计和制造时，要充分考虑安全方面的需求，要遵循相关的标准和规程，要建立一个为保证系统全寿命期各个阶段安全需求而实行的与使用方的合理的分工。
用培训及说明书的方法，指导用户正确安全地使用系统。
了解并收集系统失效、可靠性及危害的记录，及时提出改进的措施，通知所有的相关人员，并提供相应的培训或技术服务。
1．8复习要点
（1）系统安全的概念
事政
系统
危害
风险
危险
系统管理要求
（2）工业设计的安全要求
（3）管理设计方法
能量控制
国有安全
隔离
闭锁、锁定与连锁
故障安全设计
故障最少设计
安全系数法
警示装置
标志
损伤抑制
逃逸、救医和救援
薄弱环节设计
第2节、机械安全设计和安全装置
2．1引言
机械装置所产生的危险，是通过两种物理途径表现出来的。
第一种称为机械危害，它包括了其部件在工作状态下及失效时发生的因钳夹、挤压、冲压、摩擦和部件及材料的弹射所造成的伤害，这些危险比较容易识别；第二种称为非机械危害，它包括了电气故障、化学品暴露、高温、高压、噪声、振动和辐射等所造成的伤害。
"软件因素"，如计算机控制、操作机器的人的干预也会造成危险。
本章只讨论机械危害。
值得一提的是，把机器正常工作状态下就存在的危险（如缺少对操作者提供必要的保护的安全装置），与由于机器部件或安全装置失效而造成的危险区别开来是非常重要的。
2．2风险评估
风险的大小取决于具体的情况：
机器的类型、用途、使用方法、出入现场的难易程度和主管人员的素质等都是相关的因素。
风险的大小也与处在这种条件下的人员的知识、技能与工作态度有关。
同时，还与人们对危险的了解程度和所采取的避免危险的技能有关。
判断什么是危险和什么时候会发生危险的能力，并使管理人员和机器的操作者具备这种能力，这是十分重要的。
2．3预防机械事故的方法
2．3．1实现机械安全的方法
采用以下方法，可以达到机械安全：
（1）消除产生危险的原因?
quot;本质安全"见下文）；
（2）减少或消除接触机器的危险部件的需求；
（3）使人们难以接近机器的危险部位（或提供安全装置，使得接近这些部位不会导致伤害）；
（4）提供保护装置或者防护服。
上述措施是依次序给出的，这些措施也可以结合起来使用。
2．3．2保护操作者和有关人员安全的措施
操作者及机器邻近处人员的安全，可以通过采用下列措施来达到：
（1）通过培训来提高人们辨别危险的能力；
（2）通过对机器的重新设计，使危险更加醒目（或者使用警示标志）；
（3）通过培训，提高避免伤害的能力；
（4）增强采取必要的行动来避免伤害的自觉性。
2．4安全设计
2．4．1本质安全
本质安全是通过机器的设计者，在设计阶段采取措施来消防机械危险的一种机械安全方法。
这其中包括：
在设计中消除危险的部件，使人们不能接触到危险的部件，减少在危险区域内处理工作的需求，提供自动反馈设备并使运动的部件处于密封状态之中等。
2．4．2控制装置的选择
在设计控制、选用控制开关及操作装置时，应遵守下面的要求：
（1）位置应该正确；
（2）类型要合适；
（3）消除无意启动的风险；
（4）方向合理（操作装置的运动方向与机器的运动相协调）；
（5）可以根据运动的方向来加以识别；
（6）具有明显的识别特性（大小、颜色、感觉等）。
2．4．3失效安全
设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。
这一类装置的例子中包括操作限制开关、限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置、设置把手和预防下落的装置、失效安全的限电开关等。
2．4．4维护及隔离方法
设计者应考虑到对机器进行维护和清理时的操作安全问题。
在进行常规的调试、上油等工作时，机器的安全装置及其部件不应该被分离或拆除。
为此，需要有隔离窗、连锁安全装置。
应该对重要的设备设置维护窗口，而对危险的部件进行隔离。
对于不易接近的部件，应该设计为自动润滑装置。
为防止机器的无意启动，应设计有自动的断开装置。
在特殊情况下，需设置"工作许可制"。
2．4．5定位安全
把机器的部件安置到不可能触及的地点，称为通过定位达到安全。
然而，设计者必须考虑到在正常情况下，不会触及到的危险部件；在某些情况下，会变成可以接触到的可能。
例如，在登着梯子对工厂的机器上漆的情况。
2．4．6机器布置
在车间中，合理的机器布局形式可以使事故明显减少。
安全的布避要考虑如下的因素：
（1）空间：
便于操作、管理、维护、调试和清洁；
（2）照明：
包括工作场所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和为操作机器而特需的照明；
（3）管、线布置：
不要妨碍在机器附近的安全出入，避免磕绊，有足够的上部空间；
（4）维护时的出入安全。
2．5机械安全装置及机械伤害
2．5．1机械防护装置
在工作中，有许多严重的事故是在使用机器时发生的。
当未能做到前面说过的本质安全时，机器的安全装置则成了最后的防护选择。
一种特定的安全装置是否有效，取决于其设计，也取决于它与操作过程的关系和机器的用途。
2．5．2机械伤害
机器对人造成的直接伤害分为5类，一些机器可能造成多种伤害。
这些伤害是：
（1）夹伤：
人的身体及四肢在机器的闭合或往返运动中被夹住。
在有些情况下，肢体被卷进闭合运动的部件中时，也会发生夹伤。
例如，在使用抓夹工具不当时，会夹伤手指。
（2）撞伤：
在受到机器的运动部件的撞击时，会造成伤害。
（3）接触伤害：
当人体接触到机器的锋利的或锉状的表面时，会发生伤害。
另外，接触高温或带电部件，也会造成伤害。
（4）卷动伤害：
头发、耳环、衣物等卷入机器的运动部件造成伤害。
（5）射伤：
在机器运转时，因机器部件或工件被抛出而造成的伤害。
例如，碎条、细渣、熔滴或机器部件的碎片抛出造成的伤害。
2．6使用机器安全装置来消除危险的方法
在无法使用设计来做到本质安全时，为了消除危险，要使用安全装置。
设置安全装置，要考虑四方面的因素：
（1）强度、刚度和耐久性；
（2）对机器可靠性的影响，例如固体的安全装置有可能使机器过热；
（3）可视性（从操作及安全的角度来看，有可能需要机器的危险部位有良好的可见性）；
（4）对其他危险的控制，例如选择特殊的材料来控制噪声的总量。
2．7人机工程与机械安全装置的设计
设计安全装置时，要把人的因素考虑在内。
疲劳是导致事故的一个重要因素，设计者要考虑下面的几个因素，使人的疲劳降低到最小的程度。
（1）正确地布置各种控制操作装置；
（2）正确地选择工作平台的位置及高度；
（3）提供座椅；
（4）出入作业地点要方便。
2．8机器安全装置的类型
机器安全装置可按控制方式或作用原理进行分类，常用的类型介绍如下。
2．8．1固定安全装置
在可能的情况下，应该通过设计，设置防止接触机器危险部件的固定的安全装置。
装置应能自动地满足机器运行的环境及过程条件。
装置的有效性取决于其固定的方法和开口的尺寸，以及在其开启后距危险点应有足够的距离。
这些应由国家标准或规范来确定。
安全装置应设计成只有用诸如杆锥、板手等专用工具才能拆卸。
2．8．2连锁安全装置
连锁安全装置的基本原理是，只有当安全装置关合时，机器才能运转，而只有当机器的危险部件停止运动时，安全装置才能开启。
连锁安全装置可采取机械的、电气的、液压的、气动的或组合的形式。
在设计连锁装置时，必须使其在发生任何故障时，都不使人暴露在危险之中。
2．8．3控制安全装置
如果机器的运动可以很迅速地停止，就可以使用控制装置。
控制装置的原理是，只有当控制装置完全闭合时，机器才能开动。
当操作者接通控制装置后，机器的运行程序才开始工作。
如果控制装置断开，机器的运动就会迅速停止，或者反转。
通常，在一个控制系统中，控制装置在机器运转时，不会锁定在闭合的状态。
2．8．4自动安全装置
自动安全装置的机制是，把任何暴露在危险中的人体部分从危险区域中移开。
它仅能使用在有足够的时间来完成这样的动作而不会导致伤害的环境下，因此，仅限于在低速运动的机器上采用。
2．8．5隔离安全装置
隔离安全装置是一种阻止身体的任何部分靠近危险区域的设施，例如固定的转栏等。
2．8．6可调安全装置
在无法实现对危险区域进行隔离的情况下（在使用机器时，有可能不可避免地会遇到这种情况），可以使用可调安全装置（具有可以调节部分的固定安全装置）。
这些安全装置可能起到的保护作用在很大程度上有赖于操作者的使用和对安全装置正确的调节以及合理的维护。
2．8．7自动调节安全装置
自动调节装置由工件的运动而自动开启，当操作完毕后又回到关闭的状态。
2．8．8跳闸安全装置
跳闸安全装置的作用是，在操作到危险点之前，自动使机器停止或反向运动。
该类装置依赖于敏感的跳闸机构，同时也有赖于机器能够迅速停止（使用刹车装置可能做到这一点）。
2．8．9双手控制安全装置
这种装置迫使操纵者要用两只手来操纵控制器。
但是，它仅能对操作者而不能对其他有可能靠近危险区域的人提供保护。
因此，还要设置能为所有的人提供保护的安全装置，当使用这类装置时，其两个控制之间应有适当的距离，而机器也应当在两个控制开关都开启后才能运转，而且控制系统需要在机器的每次停止运转后，重新启动。
2．9安全防护装置的选择
固定安全装置所提供的保护标准最高。
在机器正常运转时，不需要进入危险区域的情况下，只要有可能都应该使用这种安全装置。
下面依次给出选择安全防护装置的原则，尽可能选用以下装置：
（1）在系统正常运转，不需要进入危险区域时：
①固定安全装置；
②隔离装置；
③跳闸装置。
（2）在系统正常运转，需要进入危险区域时：
①连锁装置；
②自动安全装置；
③跳闸装置；
④可调安全装置；
⑤自动调节安全装置；
⑥双手控制安全装置。
2．10复习要点
（1）安全性设计方法
机器会导致危险--夹伤、接触伤害以及非机械伤害（如噪声）。
使用如下方法设计，可以保障安全：
①本质安全；
②选择控制器；
③失效－安全；
④维护及隔离方法；
⑤定位安全；
⑥机器布置。
（2）与机器相关的5种危害
①夹伤；
②撞伤；
③触伤；
④缠绕；
⑤溅射。
（3）9种安全装置
①固定安全装置；
②连锁安全装置；
③控制安全装置；
④自动安全装置；
⑤隔离安全装置；
⑥可调安全装置；
⑦自动调节安全装置；
⑧跳闸安全装置；
⑨双手控制安全装置。
第3节、机械操作
3．1引言
机械操作改进了工作效率和安全性，然而，它也作为作业场所引入了可能产生伤害的因素。
起重机、动力车辆、铲车以及运输机都是主要的机械。
操作条件的安全性、作业场所的危害和操作人员自身，都会影响设备的安全。
3．2起重机械
有关机械设备的基本安全原理对于起重机械都适用，这些基本原理有：
设备本身的建造质量应该良好，材料坚固，具有足够的强度而且没有明显的缺陷。
所有的设备都必须经过测试，而且进行例行检查，以保证其完整性。
设备应使用正确。
3．2．1违章操作及其类型
（1）翻倒：
由于基础不牢、超机械工作能力范围运行和运行时碰到障碍物等原因造成；
（2）超载：
超过工作载荷，超过运行半径或者安全装置故障；
（3）碰撞：
与其他起重机、电缆线或建筑物相撞；
（4）基础破坏：
设备置放在坑或下水道的上方，支撑架未能伸展，未能支撑于牢固的地面；
（5）操作失误：
由于视界限制、培训技能不足等造成；
（6）负载失落；负戴从吊轨或吊索上脱落。
3．2．2危害消除
在保证起重机安全运行时，需要注意以下事项，以保证其危害的消除。
（1）识别与测试：
所有起重机
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