Risk Assessment: Theory, Methods, and Applications

Title Page
......Page 3
Copyright
......Page 4
Dedication
......Page 5
Contents
......Page 6
Preface......Page 12
Acknowledgments......Page 15
PART I: INTRODUCTIONTO RISK ASSESSMENT......Page 17
1.1 INTRODUCTION......Page 18
1.1.1 Three Main Questions......Page 19
1.1.2 A Conceptual Model......Page 20
1.1.4 Focus of the Book......Page 21
1.2.1 Risk Analysis......Page 22
1.2.2 Risk Evaluation......Page 23
1.2.3 Risk Assessment......Page 24
1.2.4 Risk Management......Page 25
1.3.1 The Sociotechnlcal System
......Page 27
1.3.2 The SHEL Model......Page 28
1.3.3 Complexity and Coupling......Page 29
1.4 ACCIDENT CATEGORIES......Page 30
1.4.1 Jens Rasmussen's Categories......Page 31
1.5.1 Increasing Risk......Page 32
1.6.1 Safety Case......Page 34
1.6.2 Risk Assessment In Safety Legislation......Page 35
1.7 RISK AND DECISION-MAKING......Page 36
1.7.1 Model for Decision-Making......Page 38
1.7.4 Risk-Based Decision-making......Page 39
1.7.5 Risk-Informed Decision-making......Page 40
1.7.7 Closure......Page 41
1.8.2 Part II: Risk Assessment Methods and Applications......Page 42
1.9 ADDITIONAL READING......Page 43
2.1 INTRODUCTION......Page 44
2.2.1 Hazardous Event......Page 45
2.2.3 Accident Scenario......Page 46
2.3.1 Probability......Page 48
2.3.2 Controversy......Page 53
2.3.3 Frequency......Page 55
2.4.1 Categories of Human Victims......Page 56
2.4.2 Consequences and Harm......Page 57
2.4.3 Severity......Page 58
2.4.4 Consequence Spectrum......Page 59
2.5 RISK......Page 60
2.5.1 Alternative De nltlons of Risk......Page 62
2.5.3 Rlsk-In- uencing Factors......Page 63
2.5.4 Desired Risk......Page 64
2.5.7 Perceived Risk......Page 65
2.5.8 Controversy......Page 66
2.6.1 Classl cation of Barriers......Page 69
2.6.3 Defense-In-Depth......Page 70
2.7 ACCIDENTS......Page 71
2.7.2 Special Types of Accidents......Page 72
2.8 UNCERTAINTY......Page 73
2.9.1 Vulnerability......Page 74
2.9.2 Resilience......Page 75
2.10.2 Security......Page 76
2.10.4 IT Security......Page 77
2.11 ADDITIONAL READING......Page 78
3.1 INTRODUCTION......Page 79
3.2.1 Generic List of Hazards......Page 80
3.2.2 Triggering Event......Page 82
3.2.4 Active Failures and Latent Conditions......Page 83
3.3 CLASSIFICATION OF HAZARDS......Page 84
3.4 THREATS......Page 85
3.5 ENERGY SOURCES......Page 86
3.6 TECHNICAL FAILURES......Page 88
3.6.1 Failure Classl cation......Page 89
3.8 ADDI110NAL READING......Page 90
4.1 INTRODUCTION......Page 91
4.2 RISK INDICATORS......Page 92
4.3 RISK TO PEOPLE......Page 93
4.3.1 Individual Risk per Annum......Page 94
4.3.2 Potential Equivalent Fatality......Page 95
4.3.3 Localized Individual Risk......Page 96
4.3.4 Risk Contour Plots......Page 97
4.3.5 Reduction In Life Expectancy......Page 99
4.3.6 Lost-Time Injuries......Page 100
4.3. 7 Relation Between the Frequencies of Fatal Hies and Injuries......Page 101
4.3.8 Potential Loss of Life......Page 103
4.3.9 Fatal Accident Rate......Page 104
4.3.1 0 Deaths per Million......Page 107
4.3.11 FN Curves......Page 108
4.4 RISK MATRICES......Page 113
4.4.2 Classi cation of Consequences......Page 114
4.4.3 Risk Index......Page 116
4.4.5 Advantages and Limitations......Page 118
4.5 RISK ACCEPTANCE CRITERIA......Page 120
4.5.1 Acceptable and Tolerable Risk......Page 121
4.5.2 Value of Life......Page 122
4.5.3 Approaches to Risk Acceptance......Page 124
4.7 ADDITIONAL READING......Page 129
5.2 RISK MANAGEMENT......Page 131
5.3 BOW-TIE ANALYSIS......Page 133
5.3.1 Analysis Procedure......Page 134
5.4.1 Types of Risk Analysis......Page 135
5.4.2 Risk Acceptance Criteria......Page 136
5.4.3 The Steps In a Risk Analysis......Page 138
5.5 RISK EVALUATION......Page 146
5.6.1 Control of Human Error......Page 147
5.8.1 Specl c Requirements......Page 148
5.8.2 Outsourcing of Risk Assessment......Page 149
5.9 ADDITIONAL READING......Page 150
6.1 INTRODUCTION......Page 151
6.1.1 Accident Classl cation......Page 152
6.2.1 Acts of God......Page 153
6.2.3 Classl cation of Accident Causes......Page 154
6.3 ACCIDENT MODELS......Page 155
6.3.2 Classl cation of Accident Models......Page 156
6.4.2 Haddon's Models......Page 158
Pre-injury phase......Page 159
Post-injury phase......Page 160
6.5.1 Heinrlchls Domino Model......Page 161
6.5.2 Loss Causation Model......Page 162
6.5.4 STEP......Page 165
6.6.1 Reason's Swiss Cheese Model......Page 167
6.6.2 Tripod......Page 169
6.7.1 MTO-Analysls......Page 174
6.7.2 MORT......Page 177
6.8 SYSTEMIC ACCIDENT MODELS......Page 180
6.8.1 Rasmussen's Soclotechnlcal Framework......Page 181
6.8.2 AcclMap......Page 184
6.8.3 Normal Accidents......Page 186
6.8.5 STAMP......Page 189
6.9 ADDITIONAL READING......Page 190
7.1 INTRODUCTION......Page 191
7.2 TYPES OF DATA......Page 192
7.3 ACCIDENT DATA......Page 194
7.3.2 Some Accident and Incident Databases......Page 195
7.4.2 Component Failure Rates......Page 197
7.4.3 Generic Reliability Databases......Page 198
7.4.5 Data Analysis and Data Quality......Page 201
7.4.6 Plant-Specl c Reliability Data......Page 202
7.5.2 Human Error Databases......Page 205
7.5.3 Human Error Probabilities......Page 206
7.7 EXPERT JUDGMENT......Page 207
7.9 ADDITIONAL READING......Page 208
PART II: RISK ASSESSMENTMETHODS ANDAPPLICATIONS
......Page 210
8.1 INTRODUCTION......Page 211
8.1.1 Structure of Method Presentations......Page 212
8.2.1 Objectives......Page 213
8.2.2 Study Team......Page 215
8.2.4 System Description......Page 216
8.
2.5 Familiarization......Page 217
8.3 REPORTING......Page 218
8.3.1 Contents of the Report......Page 220
8.4 UPDATING......Page 222
8.5 ADDITIONAL READING......Page 223
9.1 INTRODUCTION......Page 224
9.1.2 Hazard Identi cation Methods......Page 225
9.2 HAZARD LOG......Page 227
9.3.1 Introduction......Page 230
9.3.3 Analysis Procedure......Page 231
9.3.5 Advantages and Limitations......Page 233
9.4.2 Objectives and Applications......Page 234
9.4.3 Analysis Procedure......Page 235
9.4.6 Advantages and Limitations......Page 242
9.5.2 Objectives and Applications......Page 243
9.5.3 Analysis Procedure......Page 245
9.5.4 Resources and Skills Required......Page 246
9.6.1 Introduction......Page 247
9.6.3 Method Description......Page 248
9.6.4 Analysis Procedure......Page 249
9.6.5 Resources and Skills Required......Page 255
9.6.6 Advantages and Limitations......Page 256
9.7.2 Objectives and Applications......Page 257
9.7.3 Method Description......Page 258
9.7.4 Analysis Procedure......Page 260
9.7.5 Resources and Skills Required......Page 264
9.7.6 Advantages and Limitations......Page 266
9.8.3 Method Description......Page 267
9.8.4 Analysis Procedure......Page 268
9.8.5 Resources and Skills Required......Page 271
9.9 MASTER LOGIC DIAGRAM......Page 273
9.10 ADDITIONAL READING......Page 274
10.1.1 Objectives of the Causal and Frequency Analysis......Page 275
Petri nets......Page 276
10.2.2 Objectives and Applications......Page 277
10.2.4 Analysis Procedure......Page 278
10.2.7 Advantages and Limitations......Page 280
10.3.2 Objectives and Applications......Page 281
10.3.3 Method Description......Page 282
10.3.4 Analysis Procedure......Page 298
10.3.7 Advantages and Limitations......Page 303
10.4.1 Introduction......Page 304
10.4.3 Method Description......Page 305
10.4.4 Analysis Procedure......Page 312
10.4.5 Resources and Skills Required......Page 313
10.5.1 Introduction......Page 314
10.5.3 Method Description......Page 316
10.5.4 Analysis Procedure......Page 323
10.6.1 Introduction......Page 326
10.6.3 Method Description......Page 327
10.6.4 Examples of Petri Net Modeling......Page 330
10.6.5 Mathematical Representation......Page 334
10.6.6 Examples of Mathematical Representation......Page 339
10.6.7 Extensions of Petri Nets......Page 341
10.6.8 Analysis Procedure......Page 342
10.6.10 Advantages and Limitations......Page 344
10.7 ADDITIONAL READING......Page 345
11.1 INTRODUCTION......Page 347
11.1.2 Methods for Development of Accident Scenarios......Page 348
11.2.2 Objectives and Applications......Page 349
11.2.3 Method Description......Page 350
11.2.4 Analysis Procedure......Page 362
11.2.6 Advantages and Limitations......Page 368
11.4 CAUSE-CONSEQUENCE ANALYSIS......Page 369
11.5 ESCALATION PROBLEMS......Page 370
11.6 CONSEQUENCE MODELS......Page 371
11.7 ADDITIONAL READING......Page 372
12.1 INTRODUCTION......Page 373
12.2.1 Barriers......Page 374
12.2.2 Barrier Classl cation......Page 375
12.3 BARRIER PROPERTIES......Page 380
12.4 SAFETY INSTRUMENTED SYSTEMS......Page 382
12.4.2 Hlgh- and Low-Demand Mode of Operation......Page 383
12.4.4 Failures and Failure Classi cation......Page 384
12.4.5 Voting Logic......Page 387
12.4.6 lEe 61508......Page 388
12.4.7 Safety Integrity Levels......Page 389
12.4.8 Probability of Failure on Demand......Page 390
12.4.9 Probability of Dangerous Failure per Hour......Page 391
12.5 HAZARD-BARRIER MATRICES......Page 392
12.6 SAFETY BARRIER DIAGRAMS......Page 393
12.7 BOW-TIE DIAGRAMS......Page 394
12.8.3 Analysis Procedure......Page 395
12.9.1 Introduction......Page 398
12.9.3 Method Description......Page 399
12.9.4 Analysis Procedure......Page 401
12.9.5 Standards and Guidelines......Page 406
12.10.1 Introduction......Page 407
12.10.3 Method Description......Page 408
12.10.4 Analysis Procedure......Page 410
12.10.6 Advantages and Limitations......Page 416
12.11 ADDITIONAL READING......Page 417
13.1 INTRODUCTION......Page 418
13.1.1 Human Reliability Analysis......Page 420
13.1.2 Human Errors......Page 421
13.1.4 Human Error Modes......Page 422
13.1.5 Classl cation of Human Errors......Page 423
13.1.6 Performance-In- uenclng Factors......Page 425
13.1.7 Causes of Human Error......Page 427
13.2.1 Hierarchical Task Analysis......Page 429
13.2.2 . Tabular Task Analysis......Page 433
13.3.1 Action Error Mode Analysis......Page 436
13.3.2 Human HAZOP......Page 437
13.3.3 SHERPA......Page 441
Advantages and Limitations......Page 442
13.4 HRA METHODS......Page 443
13.4.1 THERP......Page 445
13.4.2 HEART......Page 454
13.4.3 CREAM......Page 458
13.4.4 Other HRA Methods......Page 462
13.5 ADDITIONAL READING......Page 465
14.2 OBJECTIVES AND APPLICATIONS......Page 466
14.3 ANALYSIS PROCEDURE......Page 467
14.4 RESOURCES AND SKILLS REQUIRED......Page 475
14.6 ADDITIONAL READING......Page 476
15.1 INTRODUCTION......Page 478
15.2.1 Dependent Failures......Page 479
15.2.4 Common-Cause Failures......Page 480
15.3.1 Root Causes......Page 483
15.3.2 Coupling Factors......Page 484
15.4.2 Modeling Approach
......Page 485
15.4.3 Multiplicity of Failures......Page 487
15.5.1 Parallel System 0f Identical Channels
......Page 489
15.5.4 Plant-Specl c Beta-Factors......Page 492
15.6.1 Model Assumption......Page 495
15.6.2 The Binomial Failure Rate Model and Its Extensions......Page 496
15.6.3 The Multiple Greek Letter Model......Page 497
15.6.4 The Multiple Beta-Factor Model......Page 498
15.7 ADDITIONAL READING......Page 504
16.1 INTRODUCTION......Page 505
16.2 UNCERTAINTY......Page 507
16.3 CATEGORIES OF UNCERTAINTY......Page 508
16.3.2 Epistemlc Uncertainty......Page 509
16.4 CONTRIBUTORS TO UNCERTAINTY......Page 510
16.4.1 Model Uncertainty......Page 511
16.4.2 Parameter Uncertainty......Page 512
16.4.3 Completeness Uncertainty......Page 513
16.5 UNCERTAINTY PROPAGATION......Page 515
16.5.1 Analytical Methods......Page 516
16.5.2 Monte Carlo Simulation......Page 518
16.6 SENSITIVITY ANALYSIS......Page 520
16.7 ADDITIONAL READING......Page 521
17.1 INTRODUCTION......Page 523
17.2.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 525
17.3.1 Introduction......Page 526
17.3.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 528
17.3.4 Risk Assessment......Page 529
17.4.2 Important Organizations......Page 530
17.4.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 531
17.4.4 Risk Assessment......Page 532
17.5.2 Important Organizations......Page 534
17.5.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 535
17.6.1 Introduction......Page 536
17.6.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 537
17.7.2 Important Organtzatlons......Page 538
17.7.4 Risk Assessment......Page 539
17.8.2 Important Organizations......Page 540
17.8.4 Risk Assessment......Page 541
17.9.3 Legislation, Standards, and Guidelines......Page 542
17.9.4 Risk Assessment......Page 543
17.10.3 Risk Assessment......Page 544
17.11.1 Environmental Risk......Page 545
17.11.2 Critical Infrastructures......Page 546
17.11.3 Municipal Risk and Vulnerability Assessments......Page 547
17.12 CLOSURE......Page 549
PART III: APPENDICES
......Page 551
A.1 INTRODUCTION......Page 552
A.2.1 Events and Boolean Operations......Page 553
A.2.2 Simple Systems......Page 555
A.3.1 De nltlon of Probability......Page 557
A.3.2 Basic Rules for Probability Calculations......Page 558
A.3.3 Uniform Probability Models......Page 561
A.4.1 Discrete Random Variables......Page 562
A.4.2 Continuous Random Variables......Page 564
A.5.1 Discrete Distributions
......Page 569
A.5.2 Continuous Distributions
......Page 571
A.6 POINT AND INTERVAL ESTIMATION......Page 578
A.6.1 Point Estimation......Page 579
A.6.2 Interval Estimation......Page 581
A.7 BAYESIAN APPROACH......Page 582
A.8.1 Prior Distribution......Page 584
A.8.2 Likelihood......Page 585
A.B.3 Posterior Analysis......Page 588
A.9 ADDITIONAL READING......Page 590
Appendix B......Page 591
Appendix C: Glossary......Page 598
References......Page 613
Index......Page 639
STATISTICS IN PRACTICE......Page 649