Сугак Е.В., Кучкин А.Г., Окладникова Е.Н. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 1. Техногенная безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Жизнедеятельность – это повседневная деятельность и отдых,

способ существования человека. Она протекает в условиях различных

опасностей, создающих угрозу для жизни и здоровья человека, и по-

этому характеризуется не только качеством жизни, но и безопасно-

стью. Различного рода опасности рассматриваются для вполне опреде-

ленных объектов, но в первую очередь для человека. Сфера осознан-

ных потребностей (интересов) человека образует антропосферу. Со-

гласно принятым определениям, антропосфера – это земная сфера,

где живет и куда временно проникает (с помощью космических аппа-

ратов и др.) человечество; сфера Земли и ближнего космоса, которая

в наибольшей степени прямо или косвенно видоизменена человеком

в прошлом и, возможно, будет еще больше изменена людьми в буду-

щем; используемая людьми часть биосферы [29].

Спектр интересов человека постоянно расширяется, соответственно в пре-

делах сферы удовлетворения потребностей возникают все новые источники опас-

ности для его жизнедеятельности.

Техногенные и природные катастрофы во всем мире стали постоянно дейст-

вующими факторами экономики и политики. Если относительный прирост числа

природных катастроф сравнительно невелик (около 1,5 % в год), то для техноген-

ных аварий и катастроф этот показатель существенно выше (более 6 % в год) [12].

С учетом того, что объем прямого ущерба от аварий и катастроф в России состав-

ляет не менее 35 % от валового национального продукта, становится очевидным,

что в ближайшие годы экономика будет не в состоянии восполнять потери от

природных и техногенных катастроф.

К настоящему времени в России насчитывается более 100 тысяч опасных

производственных объектов гражданского и оборонного назначения, в том числе 

около 1500 ядерных и 3000 химических объектов, обладающих повышенной опасно-

стью. При этом в ядерном комплексе сосредоточено около 10

, а в химическом 

около 10

смертельных токсидоз [12]. В наиболее ответственных отраслях (энерге-

тике, нефте- и газохимической промышленности) потенциально опасные объекты

имеют выработку более 50 % проектного ресурса, а в ряде случаев  до 7590 %.

Наиболее ответственные объекты авиационной и ракетно-космической техники выра-

ботали полностью проектные ресурсы [12]. В настоящее время в мировой техноген-

ной сфере насчитывается до 10

объектов ядерной техники мирного и военного на-

значения, более 5·10

ядерных боеприпасов, до 8·10

тонн химических вооружений,

сотни тысяч тонн взрыво- и пожароопасных продуктов, аварийно химически опасных

веществ (АХОВ), десятки тысяч объектов с высокими запасами энергии [3; 30; 31].

В таких условиях в течение ближайших лет последствия техногенных

и природных аварий и катастроф станут все более опасными для населения, объ-

ектов и окружающей среды, и эта опасность будет увеличиваться при увеличении

объемов производства. Уже в настоящее время прямые и косвенные ущербы от них,

отнесенные к объему ВВП, в России в 2–3 раза выше, чем в США и других про-

мышленно развитых странах [12].

Основными причинами возникновения крупных аварий и катаст-

роф в России являются [1]:

 недопустимо высокий уровень износа основных производствен-

ных фондов в энергетике, на транспорте и в промышленности, вклю-

чая производства повышенного риска;

 низкое качество установленного оборудования, строительно-

монтажных и ремонтных работ, низкий уровень эксплуатации энерге-

тических объектов;

 нерациональное размещение производительных сил, приведшее

к концентрации производств повышенного риска на небольших площа-

дях вблизи от крупных населенных пунктов.

Основу решения этих проблем, как в России, так и за рубежом,

составляет переход общества к новому уровню культуры безопасности 

науке, праву, технике, технологиям, воспитанию, направленным на по-

нимание приоритетности защиты человека, общества, среды обитания

и жизнедеятельности, объектов материальной и духовной жизни.

Исключительной особенностью России является превышение боль-

шинства пороговых (запретных) показателей реальных угроз националь-

ной безопасности в политической, социальной, экономической и воен-

ной сферах  практически все ключевые критерии, характеризующие

безопасность человека, к концу XX в. находились в закритической об-

ласти [14; 32; 33]. Взаимодействие и усиление потенциальных угроз

в этих сферах с угрозами в природно-техногенной сфере способны вы-

вести общий системный кризис в России в катастрофическое необра-

тимое состояние [11; 34].

Различие в уровнях требуемых и приемлемых (в национальных

и международных рамках) рисков, с одной стороны, и уровнем реали-

зованных рисков – с другой, достигает двух и более порядков. Вместе

с тем известно, что повышение уровня защищенности объектов от ава-

рий и катастроф на один порядок требует больших усилий в научно-

технической сфере и существенных затрат, сопоставимых с 10–20 %

стоимости проекта [6; 31; 32].

В «Концепции национальной безопасности Российской Федерации»

и других законодательных актах указаны необходимость и направления

обеспечения защищенности людей, объектов жизнедеятельности и среды

обитания от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного харак-

тера [12; 35]. При этом анализ усложнения и насыщения высокотехноло-

гичными и потенциально опасными объектами техногенной сферы всех

промышленно развитых стран в последнее время показывает, что рост

числа и тяжести последствий техногенных катастроф подчинялся экспо-

ненциальному закону [32]. Несмотря на все достижения научно-техни-

ческого прогресса во всех областях промышленности возможности пари-

рования угроз в техногенной сфере оказались ограниченными.

Такие объекты гражданской и оборонной техногенной сферы,

как атомные и термоядерные энергоустановки, ракетно-космические

системы, ядерное и химическое оружие массового поражения, транс-

портные воздушные, морские и наземные системы, энергетические

и химические комплексы, магистральные нефте-, газо-, продуктопро-

воды, позволили, с одной стороны, существенно расширить возмож-

ности во всех областях и, с другой, создать неприемлемо высокие

риски дальнейшему существованию человечества.

Обобщение условий и источников возникновения и реализации

техногенных катастроф, а также масштабов ущербов от них позволило

провести их классификацию [12]. Представленные на рис. 1.2 параметры

периодичности T или вероятности техногенных катастроф P = 1/T

и осредненных ущербов U позволяют определить риски













r z z

R F P U F m Z

    (1.1)

где m

 коэффициент эффективности использования затрат Z на обеспечение безо-

пасности.

Ущербы, долл.

Годы

0,1

1,0

Ущерб

Ядерные объекты

Военные объекты

Химия

Строительные объекты

Металлургия

Транспорт

Трубопроводы

Природные

Землетрясения

Наводнения

Ураганы

Цунами

Сели

Затопления

Оползни

Обвалы

Техногенные

Радиация

Отравляющие

вещества

Взрывчатые

вещества

Пожары

Взрывы

Разрушения

Столкновения

Обрушения

Объектовые

Местные Региональные Национальные

Глобальные

Периодичность

Катастрофы

Рис. 1.2. Ущербы и периодичность природных

и техногенных катастроф

Величины P для глобальных катастроф составляют 0,020,03 год



для национальных  0,050,10 год



, для региональных 0,51,0 год



для местных  120 год



, для объектовых  10500 год



. Величины

ущерба U, включающие материальный, нематериальный, прямой, кос-

венный, экономический ущербы, для указанных классов катастроф

снижаются от 10

10

до 10

10

долл. на одну катастрофу (рис. 1.2).

Таким образом, вариация Р достигает четырех порядков, а единичных

ущербов U – семи порядков. Риски гибели или получения увечья в ка-

ждой из указанных катастроф измеряются общим числом пострадав-

ших от 10

до 10

, т. е. изменяются на шесть порядков. В соответствии

с этими данными совокупные риски от единичных техногенных ката-

строф могут изменяться в пределах от 210

до 510

долл./год [12].

Вместе с тем, важной особенностью техногенных катастроф являет-

ся число катастроф каждого из указанных выше классов (рис. 1.3). Наи-

более тяжелые катастрофы глобального или национального масштаба

возникают на уникальных объектах техногенной сферы гражданского

и оборонного назначения (атомные реакторы, атомные подводные лодки,

ракетно-космические системы). По мере снижения тяжести единичной

катастрофы число объектов техносферы увеличивается от единичных

и мелкосерийных до крупносерийных и массовых. В среднем для России

в последние годы на одну национальную катастрофу приходится около 5

региональных, около 100 местных и около 500 объектовых. В целом инте-

гральные риски для техногенных катастроф с учетом их числа и ущербов

могут достигать 812 млрд долл. в год, что составляет до 57 ВВП [12].

90 %

1 %

Национальные

катастрофы

Повреждения

Нормальная

эксплуатация

Автомобили

Сельхозмашины,

станки

Летательные

аппараты

Строительные

конструкции

Технологические

установки

Атомные

реакторы

РКК

Химические

реакторы

Металлургичес-

кие комплексы

Экскаваторы

Драги

Степень

риска

0,001 %

0,1 %

0,01 %

Серийные

Расчет

Крупносерийные

Глобальные

катастрофы

Уникальные

Степень

расчетных оценок

ущерба, долл.

Горнодобывающие

комплексы

Крупные

аварии

Аварии

Разрушения

Классы

10 %

Рис. 1.3. Ущербы на одну катастрофу от необеспечения

надежности и безопасности

Динамика относительного изменения общего числа ЧС и числа

техногенных ЧС за последние годы представлена на рис. 1.4.

6,0

1992

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

1996

1998

2000

2002

1994

Техногенные ЧС

Природные ЧС

Природно-

техногенные ЧС

Рис. 1.4. Изменение коэффициента относительного роста

числа чрезвычайных ситуаций [12]

Наметившаяся после 19971998 гг. тенденция к снижению отно-

сительного числа техногенных катастроф явилась результатом, с одной

стороны, значительных усилий государственной системы РСЧС, а с дру-

гой  общего падения ВВП (до 5055 %) и остановки большинства

производств на потенциально опасных объектах. Это привело к тому,

что в России за последнее десятилетие техногенный риск, отнесенный

к единице ВВП, увеличился в 3 раза, и может еще более повысится

со снижением объемов инвестиций в промышленность и износом ос-

новных фондов.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ АВАРИЙ И КАТАСТРОФ

При создании единых научных основ нормирования безопасности

должны учитываться степень опасности объектов, типы аварийных си-

туаций, набор поражающих факторов и комплексная система критери-

ев безопасности [36]. Прежде всего, необходимо установить иерархию

основных показателей аварий и катастроф, потенциальной опасности

объектов, систем поражающих факторов.

По причинам возникновения и происхождению аварии и ката-

строфы делятся на техногенные, природные и природно-техногенные.

В зависимости от масштаба техногенные и природные аварии

и катастрофы делятся на планетарные, глобальные, национальные, ре-

гиональные, локальные (местные) и объектовые (табл. 1.1 [12]).

Таблица 1.1

Классификация и основные признаки аварий и катастроф

Основные признаки Класс

Наимено-

вание ка-

тастроф

Зона охвата

Число жертв

и пострадав-

ших, более

Число по-

страдавших

государств

Экономиче-

ские потери,

долл., более

Перио-

дичность,

лет

Планетар-

ные

Планета, кон-

тиненты

более 1 10



Глобаль-

ные

Сопредель-

ные страны

более 1 10

3040

Националь-

ные

Страна

1 10

1520

Региональ-

ные

Республика,

край, область

1 10

1015

Локальные

(местные)

Город, район,

область

1 10

0,81,0

Объекто-

вые

Санитарно-

защитная зо-

на объекта

10 1 10

0,050,1

На территории Российской Федерации с целью защиты населе-

ния и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техноген-

ного характера чрезвычайные ситуации природного и техногенного ха-

рактера подразделяются [37]:

а) на чрезвычайную ситуацию локального характера, в результа-

те которой территория, на которой сложилась чрезвычайная ситуация

и нарушены условия жизнедеятельности людей, не выходит за пределы

территории объекта, при этом количество людей, погибших или полу-

чивших ущерб здоровью (пострадавших), составляет не более 10 чело-

век либо размер ущерба окружающей природной среде и материаль-

ных потерь составляет не более 100 тыс. руб.;

б) чрезвычайную ситуацию муниципального характера, в резуль-

тате которой зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы тер-

ритории одного поселения или внутригородской территории города

федерального значения, при этом количество пострадавших составляет

не более 50 человек либо размер материального ущерба составляет

не более 5 млн руб.;

в) чрезвычайную ситуацию межмуниципального характера, в ре-

зультате которой зона чрезвычайной ситуации затрагивает территорию

двух и более поселений, внутригородских территорий города федераль-

ного значения или межселенную территорию, при этом количество по-

страдавших составляет не более 50 человек либо размер материального

ущерба составляет не более 5 млн руб.;

г) чрезвычайную ситуацию регионального характера, в результате

которой зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы террито-

рии одного субъекта Российской Федерации, при этом количество по-

страдавших составляет свыше 50 человек, но не более 500 человек либо

размер материального ущерба составляет свыше 5 млн руб., но не бо-

лее 500 млн руб.;

д) чрезвычайную ситуацию межрегионального характера, в резуль-

тате которой зона чрезвычайной ситуации затрагивает территорию двух

и более субъектов Российской Федерации, при этом количество постра-

давших составляет свыше 50 человек, но не более 500 человек либо

размер материального ущерба составляет свыше 5 млн руб., но не более

500 млн руб.;

е) чрезвычайную ситуацию федерального характера, в результате

которой количество пострадавших составляет свыше 500 человек либо

размер материального ущерба составляет свыше 500 млн руб.

По степени и возможности реализуемости аварийные и ката-

строфические ситуации делятся на нормальные (штатные), режимные

(при отклонении от нормальных условий), проектные, запроектные и ги-

потетические.

Характер аварий и катастроф на потенциально опасных объектах

устанавливается также с учетом соответствующих групп поражаю-

щих факторов и тяжести последствий  выбросы радиоактивных,

отравляющих или биологически опасных веществ, взрывы, пожары,

разрушения, обвалы, затопления, прорывы (плотины, дамбы, шлюзы),

излучения (световые, ионизирующие, электромагнитные), столкнове-

ния, крушения, падения (на транспорте).

По степени потенциальной опасности объекты гражданского

и оборонного назначения можно разделить на следующие основные груп-

пы (группы опасности): оружие массового поражения (ядерное, хи-

мическое, бактериологическое), атомные реакторы и объекты ядерного

цикла, ракетно-космические системы, химические и биотехнологичес-

кие комплексы, гидро- и теплоэнергетические комплексы, металлурги-

ческие комплексы, транспортные комплексы, магистральные газо-

и нефтепродуктоводы, уникальные инженерные сооружения, горнодо-

бывающая техника, объекты гражданского и промышленного строи-

тельства, системы связи и управления.

В зависимости от класса и типа аварий и катастроф для потен-

циально опасных объектов, основных параметров воздействия поражаю-

щих факторов и их последствий назначаются предельно допустимые

воздействия  дозы облучения, концентрации и дозы химически и бак-

териологически опасных веществ, удельные давления ударных волн,

тепловые поверхностные нагрузки, сосредоточенные нагрузки, инерци-

онные перегрузки, электромагнитные нагрузки, массы летящих оскол-

ков и др. Для каждой группы потенциально опасных объектов предель-

но допустимые воздействия могут быть пронормированы.

На урбанизированных территориях из-за высокой концентрации

промышленных объектов практически любое опасное природное явле-

ние способно вызвать серию катастроф, которые часто носят синерге-

тический характер  кроме разрушений, так как экстремальные при-

родные явления инициируют события, сопровождающиеся вторичными

негативными факторами и новыми видами ущерба, взаимодействие ко-

торых затрагивает все более высокие уровни иерархии объектов (от-

расль, экономика в целом), увеличивая масштаб ЧС.

Постоянно возрастает число природно-техногенных катастроф,

возникновение которых обусловлено опасными природными явления-

ми. Это связано с индустриализацией современного общества и увели-

чением численности населения Земли. В 2000 г. почти половину насе-

ления земного шара составляли городские жители. Это означает, что при-

мерно 3 млрд чел. проживают на территории, площадь которой не пре-

вышает 3 % общей площади земной суши. В городах из-за высокой

концентрации промышленных предприятий практически любое опасное

природное явление способно вызвать серию технических катастроф –

пожары, взрывы, выбросы и разливы химических веществ. В результате

существенно расширяется зона бедствия, увеличиваются экономичес-

кие потери, ухудшается состояние окружающей среды, на многие годы

затягивается ликвидация последствий.

Развитие синергетических катастроф значительно усложняет

принятие мер по их ликвидации, поскольку профилактические действия,

направленные против опасных природных явлений, оказываются неадек-

ватными при одновременном возникновении стихийного бедствия и тех-

нической аварии. Управление рисками природно-техногенных ЧС зна-

чительно сложнее, чем чисто техногенными или природными. Страте-

гия борьбы с катастрофами должна строиться с учетом взаимосвязи

между природными, техническими и экологическими ЧС. В этой замк-

нутой системе возрастание одного вида опасности ускоряет проявле-

ние других.

Даже в странах с высокими технологическими стандартами и же-

сткими строительными требованиями предотвращение технических ава-

рий при опасных природных явлениях считается маловероятным.

Существует и обратная связь, когда технические аварии и вы-

званные ими изменения окружающей среды усугубляют ЧС природно-

го характера. Например, вырубка лесов и мелиорация болот способст-

вуют активизации оползневых и эрозионных процессов, резко повыша-

ют частоту и силу наводнений и ураганных ветров. Увеличение содер-

жания углекислого газа в атмосфере (парниковый эффект) может при-

вести к повышению уровня мирового океана и повсеместному затопле-

нию низких морских побережий, активизации склоновых и других гео-

логических процессов. По расчетам американских ученых, если содер-

жание углекислого газа в атмосфере удвоится, то сила ураганных вет-

ров на всем земном шаре возрастет на 4060 % [4].

1.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Чрезвычайная ситуация – это состояние, при котором в ре-

зультате негативных воздействий от реализации какой-либо опасности

на объекте экономики, определенной территории или акватории нару-

шаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает

угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения,

экономике и окружающей природной среде.

По причинам (или источникам) чрезвычайные ситуации делятся

на техногенные, природные и социальные или биолого-социальные

(табл. 1.2) [4; 38].

Таблица 1.2

Классификация опасностей и рисков по источникам

их возникновения и поражаемым объектам

Объект (реципиент)

Источник

Природный Социальный Техногенный

Природный Природный Природно-социальный

Природно-техногенный

Социальный Социоприродный

Социальный Социо-техногенный

Техногенный

Техноприродный

Техно-социальный Техногенный

К техногенным причинам ЧС относятся [4]:

 транспортные аварии (катастрофы)  крушения, аварии, сходы

грузовых и пассажирских поездов, аварии грузовых и пассажирских

судов, авиационные катастрофы, крупные автомобильные катастрофы

(дорожно-транспортные происшествия, в которых пострадало более

4 человек), аварии на магистральных трубопроводах, внутри промыс-

ловых нефтепроводах;

 пожары, взрывы в зданиях, на коммуникациях, технологичес-

ком оборудовании промышленных объектов, в зданиях и сооружениях

жилого, социально-бытового и культурного назначения;

 аварии с выбросом (угрозой выброса) химически опасных ве-

ществ;

 аварии с выбросом (угрозой выброса) радиоактивных веществ;

 аварии на АЭС, атомных энергетических установках произ-

водственного и исследовательского назначения с выбросом (угрозой

выброса) радиоактивных веществ; аварии с выбросом (угрозой вы-

броса) радиоактивных веществ на предприятиях ядерного топливного

цикла;

 аварии транспортных средств и космических аппаратов с ядер-

ными установками или грузом радиоактивных веществ на борту; ава-

рии при промышленных или испытательных ядерных взрывах с выбро-

сом (угрозой выброса) радиоактивных веществ; аварии с ядерными бо-

еприпасами в местах их эксплуатации;

 аварии с выбросом (угрозой выброса) опасных биологических

веществ;

 внезапное обрушение производственных зданий, сооружений,

пород, обрушение зданий и сооружений жилого, социально-бытового

и культурного назначения;

 аварии на электроэнергетических системах;

 аварии на коммунальных системах жизнеобеспечения;

 аварии на очистных сооружениях;

 гидродинамические аварии  прорывы плотин (дамб, шлюзов,

перемычек и др.) с образованием волн прорыва и катастрофических

затоплений; прорывы с образованием прорывного паводка; прорывы,

повлекшие смыв плодородных почв или отложение наносов на обшир-

ных территориях.

К природным причинам аварийных и чрезвычайных ситуаций

относятся [4]:

 геофизические опасные явления (землетрясения, извержения

вулканов);

 опасные геологические явления (оползни, сели, обвалы, осыпи,

лавины, просадка земной поверхности в результате карста, пыльные

бури и др.);

 метеорологические опасные явления  бури 9–11 баллов, ура-

ганы 12–15 баллов, смерчи, шквалы; сильные дожди и снегопады, круп-

ный град; сильные гололед, мороз, метель, туман; заморозки, снежные

лавины, засуха;

 морские опасные гидрологические явления – тропические ци-

клоны (тайфуны), цунами, сильное волнение (5 баллов и более), отрыв

прибрежных льдов и др.;

 гидрологические опасные явления  наводнения, низкие уров-

ни воды, ранний ледостав и др.;

 гидрогеологические опасные явления  низкие и высокие уровни

грунтовых вод;

 природные пожары.

К биолого-социальным причинам чрезвычайных ситуаций отно-

сятся:

 инфекционная заболеваемость и групповые отравления людей;

 инфекционная заболеваемость сельскохозяйственных животных;

 поражения сельскохозяйственных растений болезнями и вре-

дителями.