Системный анализ опасностей и прогнозирования чрезвычайных ситуаций

Системный анализ опасностей и прогнозирования ЧС на объектах химической промышленности и ГТС включает три стадии: 1. Предварительный качественный анализ опасностей (ПКАО); 2. Выявление последовательности опасных ситуаций; 3. Анализ последствий опасных ситуаций и расчет значений техногенного риска.

Приведем краткую характеристику каждой из этих стадий.

Предварительный качественный анализ опасностей, способных превратиться в техногенные аварии и в ЧС, начинается с описания ОХП, рассматриваемого как система. При обследовании реально существующего ОХП необходимо собрать и изучить следующую информацию: 1) структуру и основные части объекта (включая подсистемы контроля, управления, защиты и т.д.); 2) размещение составных частей; 3) основные ХТП (химические, массообменные, теплообменные и другие процессы), осуществляемые в разных составных частях объекта; 4) химико-технологические схемы, определяющие порядок осуществления ХТП и отражающие технологические связи между аппаратами и машинами; 5) используемое оборудование, устройства, приборы и условия их эксплуатации (в нормальном режиме, при пуске и останове); 6) отказы оборудования и аварии, которые имели место на данном объекте и его аналогах; 7) количественные характеристики (показатели) надежности используемого оборудования; 8) физико-химические, термодинамические и другие свойства веществ и материалов, используемых на объекте (особенно важна информация об их токсичности, горючести, взрывоопасности и коррозионной способности); 9) технологическую документация разного типа; 10) режимы работы персонала и характер его распределения на объекте; 11) правила и нормы техники безопасности, действующие на объекте; 12) исторические сведения о природных явлениях катастрофического характера в данной местности.

Следующий этап ПКАО состоит в выявлении и описании основных опасностей, или опасных ситуаций, потенциально создаваемых объектом. Этот этап является критическим в том смысле, что можно пропустить какую- то важную опасность. И тогда она не будет учтена при вычислении риска, что может повлечь за собой существенное занижение его оценки.

Выявление перечня возможных опасностей не является, однако, строго ёформализованной процедурой. Эта операция во многом определяется квалификацией специалиста по анализу риска. При идентификации и описании опасностей, присущих объекту, используют разнообразные сведения и средства. В помощь исследователям подготовлены некоторые алгоритмы, специально ориентированные на идентификацию опасностей.

Рассмотрим сущность операций второй стадии - стадии выявления последовательности опасных ситуаций. Зафиксированные опасности “привязываются” к составным частям (элементам) объекта или операциям, к которым они имеют отношение. Затем следует процедура - составление, перечня возможных происшествий, проистекающих из опасностей. Под происшествием подразумевается разгерметизация оборудования или другие нарушения, приводящие к выходу токсического или энергетического потенциала в окружающее пространство. Наличие опасности есть необходимое, но не достаточное условие появления происшествия. Для того чтобы имеющаяся опасность проявилась в виде происшествия, необходимо, как минимум, инициирующее событие. За ним могут последовать некоторые промежуточные события, которые в совокупности с инициирующим событием и приведут к инциденту. Процедура составления перечня инцидентов предполагает прослеживание всех возможных цепочек “опасность - инициирующее (исходное) событие - промежуточные события - инцидент (результирующее происшествие)”.

Существует два подхода к составлению перечня инцидентов. Первый из них сводится к тому, что сначала, применительно к каждому виду опасностей, свойственных объекту, выявляют все возможные инициирующие события. К ним относятся события технологического характера; события связанные с ошибками людей и внешние события, в основном имеющие характер природных катастроф.

За инициирующими (исходными) событиями могут последовать некоторые промежуточные события. При этом они могут либо усиливать эффект первичного события и превращать его в инцидент, либо, наоборот, ослаблять и даже подавлять его, не допуская превращения в инцидент (результирующее происшествие).

К промежуточным событиям, способствующим развитию неблагоприятных последствий, относятся, например, возможная неисправность системы защиты, появление дополнительных источников загорания, возникновение статического электричества и др. К событиям, препятствующим развитию неблагоприятных явлений, можно отнести срабатывание систем защиты, оповещение об опасности, реакцию систем регулирования на чрезвычайные происшествия и др. Неблагоприятные события, следующие за инициирующим событием, могут приводить к происшествиям, появление которых выражается в виде аварии: распространение токсических веществ в окружающей среде, пожары и взрывы.

Другой подход к формированию перечня результирующих происшествий носит более формализованный характер. Он выражается в построешш деревьев отказа и деревьев событии.

Дерево отказов - это ориентированный граф, отображающий логиковероятностные взаимосвязи между простейшими, или первичными отказами и промежуточными, совокупность которых приводит к появлению результирующего отказа, вызывающего ЧС.

Дерево событий - это ориентированный граф, отображающий логиковероятностные взаимосвязи между инициирующими событиями и промежуточными, совокупность которых приводит к появлению инцидента.

Следующий важный этап - “отбор происшествий (событий)”. Он вызван тем, что перечень происшествий может содержать десятки тысяч разных видов событий. И тогда оценка “их последствий превращается в трудоемкую задачу. В связи с этим возникает потребность отобрать из множества возможных инцидентов наиболее важные. Чтобы провести такой отбор необходимо, прежде всего, раскрыть связь инцидентов с их проявлениями и реализациями - авариями (без чего невозможно даже грубо оценить тяжесть последствий аварий) и на этой основе отобрать наиболее важные инциденты для последующего анализа

Отбор происшествий всегда завершают составлением сценариев развития аварий, отобранных для последующего анализа риска. Сценарии представляют собой описания развития последовательности событий от потенциальных опасностей до реализации инцидента. В некоторых случаях эти описания выражают в графических схемах, называемых деревьями аварий.

Завершая рассмотрение процедуры отбора инцидентов, отметим, что в конце формулируется итоговый перечень отобранных инцидентов. Каждому из инцидентов, входящему в итоговый перечень, может быть сопоставлено одно дерево отказов, сочлененное с одним деревом событий, что позволяет проследить всю последовательность событий от инициирующих событий до реализации инцидента.

Стадия анализа последствий опасных ситуаций и расчета значений техногенного риска ОХП включает следующие этапы: 1) расчет количественных характеристик утечек токсичных веществ и выделяемой энергии для каждого сценария развития аварии; 2) расчет характеристик эмиссии токсичных веществ в окружающую среду, характеристик распространения ударной волны или фронта пожара, которые ведут к человеческим жертвам; 3) оценка воздействия на здоровье людей и повреждений материальных ценностей; 4) общая оценка техногенного риска ОХП.

Для анализа последствий опасных ситуаций необходимо разработать математические модели, описывающие различные инциденты, например, разгерметизацию оборудования, а также математические модели эмиссии химических веществ в окружающую среду.

При математическом описании разгерметизаций оборудования применяют разнообразные модели истечения жидких, газообразных веществ, газожидкостных смесей, находящихся в замкнутых емкостях при разных температурах и давлениях.

В случае попадания жидких субстанций в окружающую среду рассматривается возможность их испарения с поверхности разлития и вскипания. Для этой цели используют соответствующие математические модели, учитывающие все особенности происходящих здесь массообменных и теплообменных процессов.

Особое место занимают модели распространения и превращения вещества в окружающей среде. Причем, речь может идти о распространении и трансформации веществ в атмосфере, воздухе, почве и т.д. Наибольшее внимание обычно уделяется процессам распространения паров токсичных и огне- и взрывоопасных веществ в воздухе. Математическое моделирование подобных процессов получило значительное развитие. Имеется целый ряд альтернативных моделей рассеивания загрязнений в атмосфере, уточняются области их предпочтительного использования.

Моделированию аварий, проявляющихся в виде пожаров и взрывов, также уделяется большое внимание. При математическом описании техногенных аварий (распространение токсического вещества, пожар, взрыв) учитывают разнообразные данные об объекте и окружающей среде. В частности, используют сведения о направлении и скорости ветра, температуре, влажности и устойчивости атмосферы и т.д.

Наряду с этим учитывают данные о распределении людей в окрестностях очага аварий, а также о возможности использования различных средств защиты, локализации и подавлении аварий, ликвидации их последствий.

Применение математических моделей токсического, термического поражения и ударного поражения от взрыва позволяет оценить возможные последствия аварии, имея в виду, прежде всего, смертельные исходы, нанесенный вред здоровью людей, ущерб имуществу и окружающей среде.

Частотный анализ (ЧЛ) связан, в конечном счете, с определением частот и/или вероятностей аварий, при этом необходимо знать взаимосвязи между вероятностями (частотами) различных событий, составляющих цепочку: инициирующее событие-авария. Здесь находят широкое применение вероятностные методы теории надежности.

Количественные связи между вероятностями (частотами) инициирующих событий и инцидентов обычно исследуют с помощью дерева отказов. Здесь применяют разнообразные графо-аналитические методы, в частности, методы, основанные на теоремах теории вероятностей, алгебры логики, марковские дифференциальные модели, сети Петри, численные процедуры Монте-Карло. При проведении подобных анализов учитывают осложняющие обстоятельства (наличие отказов по общей причине, наличие систем защиты на объекте и т.д.).

Для прослеживания количественных связей между вероятностями (частотами) инцидентов и аварий используют аппарат постинциденций деревьев событий.

Системный анализ опасности завершается прогнозированием и оценкой аварийного риска.

Эта процедура включает в себя, прежде всего выбор меры риска. Поскольку в настоящее время достаточно подробно разработаны лишь модели воздействия аварий преимущественно на человека, речь идет в основном о мерах риска для него. При этом меры риска различают в зависимости от масштабов рассматриваемой зоны поражения и от реципиентов, на которые воздействуют аварии. По первому признаку различают риск в пределах рабочей зоны, объекта в целом, района и региона. По второму - риск для работающего персонала (профессиональный риск); риск для здоровья и жизни населения; риск для окружающей природной среды, или биоты, и риск для социума (социальный риск). Последние две меры практически только начали разрабатывать.

На практике наиболее широко используют две основные формы риска: индивидуальный и коллективный (для группы людей).

Следующий шаг - выбор формулы для расчета риска. Надо отметить, что имеются разные подходы к вычислению риска. Чаще всего риск выражается с помощью скалярного произведения вектора усредненных значений потерь от разных аварий на вектор ожидаемых частот этих аварий. Заметим, что последствия аварий обычно оценивают числом летальных исходов. Конечно, такой подход является слишком жестким, и потому в последнее время активно обсуждается вопрос о том, что, рассчитывая риск для людей, следует принимать во внимание не только смертельные случаи, но и такие последствия для здоровья людей, как инвалидность, временная потеря трудоспособности, объективно фиксируемые отклонения здоровья от нормы, но без потери работоспособности и т.д. В некоторых работах предлагается выражать риск в денежных эквивалентах.

Индивидуальный риск обычно выражают графически в виде контуров и профилей; групповой - с помощью F-N-кривых, связывающих накопленные частоты аварий с числом погибших.

Как уже отмечалось ранее, опасность объекта техносферы для людей и окружающей среды реализуется не только в виде аварий. Она проявляется и при нормальном режиме эксплуатации (выбросы, стоки, отходы). При этом имеет место, с одной стороны, непосредственное негативное воздействие объектов техносферы на людей и элементы окружающей природной среды, с другой стороны, косвенное, опосредованное воздействие зараженных природных сред на биоту. Мерой подобной опасности является систематический или постоянный риск. Однако методологические аспекты анализа систематического риска разработаны пока недостаточно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >