湿式报警阀组的要求时平均失效概率计算方法研究
（中国人民警察大学防火工程学院，河北 廊坊 065000）关键词：湿式报警阀组；威布尔分布；安全完整性等级；要求时平均失效概率基金项目：警察大学校级科研重点专项课题（ZDZX202005）湿式自动喷水灭火系统在阻止火势蔓延和减少火灾损失方面扮演着关键角色。作为其核心组件，湿式报警阀组在工程应用中可能因磨损、腐蚀、环境潮湿等影响运行。在正常状态下阀组处于“待机”，很难对其安全功能进行连续观察，无法确定故障发生的确切时间，仅能通过消防设施例行检查或火灾事故发现故障情况。鉴于此，本文提出基于维护保养数据的消防设施功能安全评估方法。将湿式报警阀组的失效模式分为危险失效、安全失效和无影响失效。危险失效是指危险事件发生时，安全系统故障拒动作，安全功能被抑制。安全失效是指安全系统故障导致无要求下安全功能被激活。无影响失效不会对阀组性能、安全性或功能产生直接或显著的影响，如压力表故障。表1和表2分别总结了引起湿式报警阀组危险失效和安全失效的常见原因。 ![]()
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功能安全评价方法结合了可靠性工程的基本理论，如失效概率、失效分布等概念。通过安全完整性等级（Safety Integrity Level，SIL）验证，可以确认系统是否符合预期的安全需求，为系统的实际应用提供了保障。根据系统对功能安全的使用需求，可将系统运行模式分为低要求模式和高要求模式，两种操作模式分别使用和每小时失效概率（Probability of Failure per Hour，PFH）确定，对应关系见表3。固定消防设施的运行模式为低要求模式，且PFDavg仅考虑系统的危险失效。
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湿式报警阀组故障通常由腐蚀、老化、堵塞引起，此类故障通常随时间变化，对处理后的阀组维护保养数据分别与指数分布函数、威布尔分布函数、正态分布函数进行拟合，基于AICc准则发现威布尔分布能较好的描述阀组失效时间规律，如表8所示。![]()
可知威布尔分布的值均小于指数分布的AICc值，且数据点均落在威布尔拟合图的灰色区域内（见图3~图4），说明两组数据和威布尔分布拟合度很高。此外，对大量阀组的维护保养数据分析表明，阀组失效概率函数均符合威布尔分布，进而对阀组PFDavg进行估计。![]()
将软件求解的形状参数和尺度参数代入式（7），算出A、B阀组的PFDavg，对照表3得出SIL等级，结果如表9所示。![]()
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根据表9中的数据可知，阀组A的安全性能更高。若同样以上述方法求得该公寓自动喷水灭火系统的其余组件、火灾探测器PFDavg，按照组件串并联连接方式可求得消防系统整体PFDavg及SIL等级。假如作为独立保护层的消防系统无法将该公寓的火灾风险降低至可容忍水平，则需要加强消防设施的巡检和测试，或适当进行预防性维修。1）根据功能安全理论，可将湿式报警阀组的失效模式分为危险失效和安全失效。其中，造成阀组危险失效的情况主要有：控制阀关闭、阀瓣无法开启、水力警铃排水管无水排出、延迟器内部堵塞、气塞、压力开关无信号输出等。造成阀组安全失效的情况有：平衡补差系统失效、压力开关金属触电短路接通、阀瓣无法关闭、阀组漏水。2）针对消防设施维护保养数据的区间删失特点，使用JMP数据分析软件得到阀组失效随时间的变化规律符合威布尔分布。可使用方程(7)求得湿式报警阀组的PFDavg值，判断阀组整体的SIL等级。功能安全评估方法可推广到其他消防设施组件或系统的评估，利用固定消防设施维护保养记录，确定消防系统的运行状况，从而采取相应的维护措施和改进计划。作者简介：李金梅（1980- ），女，贵州安顺人，中国人民警察大学副教授，主要从事智慧消防方面的研究，河北省廊坊市安次区西昌路220号，065000。通信作者：李强（1979- ），男，中国人民警察大学教授。
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