Техногенные риски

Подождите немного. Документ загружается.

= A

+ B

где Y

- расчетное аппроксимирующее значение соответствующего коэффициента

смертности, взятого из статистических таблиц, A

и С

— коэффициенты аппроксимации,

j — индекс возрастной группы, i — индекс соответствующего года.

На табл. 2.3.6. изображена динамика изменений полных экзогенных рисков для

мужского и женского населения Москвы и в целом по России в период 1970-1995 гг.,

полученная на основе медико-демографических статистических данных. Видно, что начиная

с 1990 г. риск гибели населения вследствие внешних причин начал заметно увеличиваться,

достигнув максимального значения в 1994 г. Эта тенденция четко прослеживается для

каждой из рассмотренных групп населения как в Москве, так и в целом по России, причем,

если в 1980 г. доля смертности от экзогенных причин составляла в Москве 15,4% для

мужчин и 10,7% для женщин, то в 1994 г. она увеличилась до 40,9% и 13,5% соответственно.

В целом для населения России за эти же годы эта доля увеличилась от 30,8% для мужчин и

8,1% для женщин до 59,3% и 20,9% соответственно. Общий уровень экзогенного риска смерти

в Москве ниже, чем в среднем по России и в 1995 г. наметилось некоторое его снижение.

ОЦЕНКА РИСКА

После того как принципиально возможные риски выявлены, необходимо оценить их

уровень и последствия, к которым они могут привести, то есть вероятность соответствующих

событий и связанный с ними потенциальный ущерб.

Различные подходы к оценке риска. Разработано несколько методов оценки риска.

Наибольшее признание среди них получили следующие методы.

Феноменологический метод базируется на определении возможности или невозможности

протекания аварийных процессов, исходя из результатов анализа необходимых и достаточных

условий, связанных с реализацией тех или иных законов природы. Этот метод наиболее прост в

применении, но дает надежные результаты, если только рабочие состояния или процессы

таковы, что можно с достаточным запасом определить состояние компонентов рассматриваемой

системы (он не надежен вблизи границ резкого изменения состояния веществ и систем).

Феноменологический метод хорош при определении сравнительного потенциала безопасности

различных типов промышленных установок, но мало пригоден для анализа разветвленных

аварийных процессов, развитие которых зависит от надежности тех или иных частей установки

или/и ее средств защиты.

Детерминистский метод предусматривает анализ последовательности этапов

развития аварий, начиная от исходного события через последовательность

предполагаемых стадий отказов, деформаций и разрушения компонентов до

установившегося конечного состояния системы. Ход аварийного процесса изучается и

предсказывается с помощью математического моделирования, построения

имитационных моделей и проведения сложных расчетов. Детерминистский подход

обеспечивает наглядность и психологическую приемлемость, так как дает возможность

выявить основные факторы, определяющие ход процесса. В ядерной энергетике этот

подход долгое время являлся основным при определении степени безопасности ядерных

энергоблоков в нормативных документах, связанных с регулированием использования

ядерной энергии. Но и этот метод также обладает недостатками: существует потенциальная

возможность упустить из вида какие-либо важные цепочки событий при развитии

аварии, построение достаточно адекватных математических моделей является трудной

задачей, для тестирования расчетных программ часто требуется проведение сложных и

дорогостоящих экспериментальных исследований.

В вероятностном методе анализ риска содержит как оценку вероятности

возникновения аварии, так и расчет относительных вероятностей того или другого пути

развития процессов. При этом анализируются разветвленные цепочки событий и отказов

оборудования, выбирается подходящий математический аппарат и оценивается полная

вероятность аварий. Расчетные математические модели в этом подходе как правило можно

значительно упростить в сравнении с детерминистскими схемами расчета. Основные

ограничения вероятностного анализа безопасности (ВАБ) связаны с недостаточностью

сведений по функциям распределения параметров, а также недостаточной статистикой по

отказам оборудования. Кроме того, применение упрощенных расчетных схем снижает довери-

тельность получаемых оценок риска для тяжелых аварий. Тем не менее, вероятностный метод

в настоящее время считается одним из наиболее перспективных для применения в будущем.

Возможно использование и сочетаний перечисленных выше методов.

ОСНОВНОЙ МЕТОДОДИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ

Метод построения деревьев событий, представляет собой, графический способ

прослеживания последовательности отдельных возможных инцидентов, например, отказов

или неисправностей каких-либо элементов технологического процесса или системы с

оценкой вероятности каждого из возможных событий и вычисления суммарной вероятности

главного события, приводящего к выходу из строя системы или причинения вреда

окружающей среде, жизни и здоровью людей или ущербу их имуществу. Дерево событий

строится начиная с заданных исходных событий, т. е. каких-то отказов в системе, которые

могут привести к аварии. Затем прослеживаются возможные пути развития последствий этих

событий в зависимости от отказов или срабатываний элементов системы обеспечения

безопасности.

Например, исходное событие для случая развития аварии ядерного реактора на АЭС,

приводящей к утечке теплоносителя — разрыв главного трубопровода. Течение аварии

зависит от последовательного поведения системы электропитания, системы аварийного

охлаждения активной зоны (САОЗ), системы удаления продуктов деления (ПД) и

локализующей системы (защитной оболочки). На каждом шаге развития событий рас-

сматриваются две возможности: срабатывание системы (верхняя ветвь дерева) или отказ

системы (нижняя ветвь дерева). Около каждой ветви отказа указывается вероятность отказа Р.

Для независимых событий вероятность реализации данной цепочки определяется

произведением вероятностей каждого из событий цепочки. Полная вероятность приведена в

правой части диаграммы. Поскольку вероятности отказов, как правило, очень малы, а

вероятность срабатывания есть 1-Р, то для всех верхних ветвей здесь вероятность принята

равной 1.

Построение дерева событий позволяет проследить за последствиями каждого

возможного исходного события и вычислить максимальную вероятность главного события

от каждого из таких исходных событий. Основное в этом анализе — не пропустить какое-

либо из возможных исходных событий и не упустить из рассмотрения возможные

промежуточные события. Но основная ценность метода дерева событий связана с возмож-

ностью на проектном уровне выявить различные последовательности событий, приводящих

к главному событию, и тем самым определить возможные последствия каждого из

исходных событий. Анализ вероятности главного события обычно проводится другим

методом, в какой-то мере представляющим собой инверсию дерева событий, а именно,

методом деревьев отказов, который будет рассмотрен ниже.

Конечно, такой анализ может дать достоверную величину вероятности главного

события только в том случае, если достоверно известны вероятности исходных и

промежуточных событий. Но это общее и непременное условие любого вероятностного

анализа безопасности.

Метод "События — последствия" (или СП-метод) — это, по существу, тот же метод

деревьев событий, но только без использования графического изображения цепочек событий

и оценки вероятности каждого события. Такой подход к идентификации и оценке

последствий тех или иных событий на этапе проектирования широко используется в

химической промышленности. По существу, СП-метод — это критический анализ

работоспособности предприятия с точки зрения возможности неисправностей или выхода

из строя всего или части оборудования. Основная идея подхода — расчленение сложных

производственных систем на отдельные более простые и легче анализируемые части. Каждая

такая часть подвергается тщательному анализу с целью выявить и идентифицировать все

опасности и риски.

В рамках этого метода процесс идентификации риска разделяется на четыре

последовательных шага, или этапа, на каждом из которых следует ответить на ключевой

вопрос. Эти вопросы следующие:

 назначение исследуемой части установки или процесса;

 возможные отклонения от нормального режима работы;

 причины отклонений;

 последствия отклонений.

Сначала выделяется конкретная часть установки или процесса и определяется ее

назначение. Очевидно, что это ключевой момент, поскольку если назначение неточно

установлено, то и отклонение параметров режима работы также нельзя точно установить.

Исследование выполняется последовательно для каждой из частей установки. Очень важно,

чтобы такая работа выполнялось группой специалистов, а не одним человеком, поскольку ма-

ловероятно, чтобы один человек, как бы квалифицирован он ни был, хорошо знал назначения

всех составных частей сложной промышленной установки, условия их работы и последствия

отклонений параметров.

После того как назначение всех частей установки или процесса определены,

необходимо перечислить возможные отклонения параметров от нормальных проектных

значений. Перечень отклонений — это и есть, по существу, основное ядро исследований.

Чтобы структурировать перечень отклонений, используются специальные ключевые слова.

Следующий шаг — составление перечня причин каждого отклонения. Необходимо

перечислить все возможные причины, а не только наиболее вероятные или те, которые имели

место в прошлом.

И, наконец, составляется перечень последствий возможных отклонений параметров или

режимов. Анализ последствий позволяет разработать различные меры безопасности. Эти меры

часто принимаются еще в процессе исследований, не дожидаясь пока все исследование будет

закончено.

Отметим следующие преимущества метода. Выявление возможных рисков выполняется

здесь очень детально. Маловероятно, чтобы при таком подходе что-нибудь существенное

было упущено, конечно, если исследование выполняется аккуратно и тщательно. Безусловно,

проведение исследований группой специалистов дает определенные гарантии получения

квалифицированной оценки и обеспечения полноты выявленных рисков. И такая оценка

скажется в дальнейшем на результативности работы риск-менеджера. Метод позволяет также

подробно проанализировать каждую часть или секцию сложной системы, что едва ли можно

достигнуть без структурирования системы.

В то же время рассматриваемому методу присущи и определенные недостатки. Главный

недостаток — это значительные затраты времени на проведение полного комплекса

исследований. Причем это затраты времени не только риск-менеджера, но и тех специалистов,

которые привлекаются к исследованиям. Такая работа в результате обходится довольно до-

рого. Второй недостаток связан с методологией исследований. Для того, чтобы нарисовать

схему установки, часто ее необходимо упростить, тем самым опуская некоторые детали.

Поэтому всегда существует опасность, что некоторые аспекты риска могут быть упущены.

Следующий метод, а именно использование деревьев отказов позволяет выполнить

количественную оценку риска. Деревья отказов — это диаграммное представление всех

событий, последствия которых могут привести к некоторому главному событию. Такая

диаграмма определяет пути, по которым отдельные индивидуальные события могут в

результате их комбинированного воздействия привести к потенциально опасным ситуациям.

Данный подход заставляет рассматривать все аспекты проблемы, включая количественный

анализ вероятностей событий. Этот метод широко используется в самых различных отраслях

техники и технологии, особенно для анализа риска потенциально опасных объектов. В

последние десятилетия он получил широкое применение в ядерно-энергетической

промышленности.

Пример. Пусть на предприятии создается автоматическая система синтеза химических

веществ, причем эта система, схема которой изображена на табл. 2.4.1., находится еще на

стадии проектирования. Сырьевые материалы поступают в бункер, где частично

размалываются. Из бункера они по ленточному транспортеру поступают в сборник и

подвергаются более мелкому размалыванию. Затем размолотое сырье засасывается в бак, где

к нему добавляются химические присадки. Бак оборудован предохранительным клапаном

давления. После завершения процесса смешивания вся смесь поступает через выпускную

трубу на следующую стадию процесса. В бак с одной стороны всасывается сырье, а с другой

его стороны подаются химикалии. Затем смесь выкачивается из бака насосом. Хотя бак

оборудован предохранительным клапаном давления, но все же можно представить себе

ситуацию, при которой может произойти взрыв. В простейшем случае взрыв может

произойти, если увеличится давление смеси в баке, а предохранительный клапан не

сработает.

Событие взрыва — это вершина дерева, а два события, которые могут привести к

взрыву, это ветви дерева. Эти два события связаны с вершиной дерева калиткой (условием)

И, поскольку, чтобы взрыв произошел, должны произойти оба эти события.

Часто бывает так, что одно или другое из двух или более событий могут вызвать

другое событие, поэтому кроме условия И используется и условие ИЛИ. Например, в баке

может повыситься давление, если или отказывает насос и частицы резины не отсасываются

из бака, или бак чрезмерно загружен сырьевыми материалами. Каждое из этих двух событий

может привести к повышению давления в баке.

Дерево отказов строится следующим образом. Рассматриваемое главное событие

изображается на вершине дерева. Далее при построении дерева логическая схема

отталкивается от главного события. Исходная точка — это не причины, приведшие к

событию, а само событие. И только задав событие, начинают исследование возможных

причин его появления. Ветви дерева представляют собой пути, по которым событие может

осуществиться, а связь между исходными событиями и главным событием осуществляется

через "калитку", или условие, которое может иметь вид И или ИЛИ, других возможностей

не существует. Эти логические калитки представляют собой логические условия, которые

выбираются, исходя из "здравого смысла" работы системы.

Введем в рассмотрение вероятности для событий в этих системах. Обычно

количественная мера вероятности определяется за период времени в 1 год, и пусть

вероятность повышения давления соответствует тому, что такое повышение происходит 2

раза в год (это результат усреднения наблюдений за работой насосов такого типа в течение

многих лет). Пусть вероятность отказа клапана оценивается значением 1.10

. Взрыв произой-

дет только в том случае, если предохранительный клапан не сработает, когда давление

повысится. Это обстоятельство указано на схеме дерева отказов условием И. Риск того, что

оба эти события произойдут одновременно, равен произведению вероятностей этих двух

исходных событий. Таким образом, вероятность взрыва составляет 0,0002/год. И необходимо

решить, приемлем ли такой риск или нет.

Насос выходит из строя в среднем раз в два года. Чрезмерная загрузка бака может

произойти в среднем один раз каждые восемь месяцев. Давление повысится, если или насос

выйдет из строя или загрузка бака будет чрезмерной, поэтому связь между исходными

событиями определяется условием ИЛИ. Вероятность главного события, повышения давления,

определяется сложением вероятностей двух исходных событий, т. е. она равна 2/год.

Итак, главное событие, взрыв бака, поставленное на вершину дерева, может

произойти, если произойдут одновременно оба исходных события, а именно, повышение

давления и отказ предохранительного клапана. Давление повысится, если насос выйдет из

строя или загрузка в баке окажется чрезмерной. В итоге, главное событие может произойти с

вероятностью 0,0002/год.

Метод деревьев отказов используется во многих отраслях промышленности и имеет

большое практическое значение. Важно то, что дерево отказов — отличный способ описания

сложных процессов или систем, позволяющий изобразить и проанализировать структуру

системы, что помогает понять все детали процесса. Составление дерева отказов ценно само

по себе, так как такое дерево позволяет лучше и глубже разобраться в работе системы.

Дерево отказов позволяет идентифицировать риски. В рассмотренном примере

необходимо проследить все события, которые могут привести к взрыву бака. После того как

такие события идентифицированы, они должны быть проанализированы с точки зрения

причин, вызывающих эти события.

Дерево отказов может быть использовано для анализа чувствительности отдельных

событий к отклонениям параметров системы или для выявления тех частей системы, которые

наиболее сильно влияют на вероятность возникновения неблагоприятных событий.

Например, замена предохранительного клапана, вероятность отказов которого составляет

1.10"

, на модернизированный клапан, у которого вероятность отказов 1.10

, приведет к

тому, что риск взрыва бака снизится с 2.10

до 2.10

. Таким образом, модернизация клапана

позволяет существенно снизить главный риск рассматриваемой системы, т.е. риск взрыва

бака. Замена клапана — это один из способов уменьшения риска, но есть и другая

альтернатива — минимизация возможности повышения давления. Этого можно достигнуть,

заменив насос на другой, более надежный, с более низкой вероятностью поломки. Пусть у

нового насоса вероятность выхода из строя равна 0,25/год, т.е. в два раза ниже, чем у первого

насоса. Если установить такой насос, то давление может увеличиться в среднем 1,75 раз в

течение года (0,25/год + 1,5/год). Тогда риск взрыва бака составит (1,75/год) (1.10"

) =

0,000175/год и, таким образом, снижение риска за счет замены насоса не очень существенно.

Конечно, главную роль играет то, что частота поломок насоса снижена только в два раза, в то

время как частота отказов клапана снижена в 100 раз. Чтобы сделать сравнение более

корректным, можно оценить, насколько снизится риск, если снижение риска выхода из

строя насоса и клапана будут одинаковыми, например, в два раза. Пусть риск отказа клапана

составит 0,5x10

. Тогда риск взрыва составит (2/год) (0,5xl0

) = 0,0001, или один раз в 10 000

лет. Это значение можно теперь сравнить с результатом, который мы получили для

снижения риска поломки насоса в два раза. Из этого примера видно, что одинаковое

снижение риска различных исходных событий могут давать неодинаковое снижение риска

главного события. Этот же пример показывает, что дерево отказов обеспечивает механизм

оценки чувствительности изменений параметров безопасности системы.

Наконец, дерево отказов позволяет выявить все пути, которые приводят к главному

событию, и, что наиболее важно, оно позволяет определить минимальное число комбинаций

событий, которые могут привести к главному событию. Производственные процессы или

технические системы могут иметь несколько различных технологических цепочек, и все они

должны быть отражены на комплексной диаграмме дерева отказов. Главное событие может

инициироваться большим числом исходных событий, некоторые из которых могут

перекрываться или дублироваться в различных частях процесса. И все такие элементы

должны быть отражены в дереве отказов. Если мы сможем выделить минимальное число

цепочек событий, которые приведут к главному событию, то можно будет определить те

исходные события, которые с наибольшей вероятностью приведут к главному событию, и

те места, где модернизация системы или процесса может быть наиболее эффективной.

В терминологии теории деревьев отказа минимальное число цепочек событий, при

которых может произойти главное событие, называется "набор минимальных кратчайших

путей" (set of minimum cut sets), а кратчайший путь (cut set) — это группа событий, или

первичных источников отказов, которые могут привести к главному событию. В показанном

на табл. 2.4.2. примере можно определить такие кратчайшие пути, т.е. минимальное число

последовательностей событий, при которых бак может взорваться, рассматривая все

первичные события на алгебраическом языке. Главное событие Е возникает, если

одновременно происходят события А и В, т. е. Е = АВ. Событие А происходит, если

происходит или событие С, или событие D, т.е. А = (С + D). Тогда Е = (С + D) В = СВ +

DB. Подставив в это выражение соответствующие частоты и вероятности, имеем: Е =

(0,5/год) (1x10

) + (1,5/год) (1х10

) = 0,00005/год + 0,00015/ год = 0,0002/год.

Минимальное число цепочек событий, при которых может произойти взрыв, здесь

равно двум: С и В или D и В. Это означает, что взрыв произойдет в том случае, если или

испортится насос и при этом откажет предохранительный клапан, или бак окажется

чрезмерно загружен материалами и при этом откажет клапан. Теперь можно сделать

заключение, что из этих двух цепочек событий наиболее вероятно событие DB и что наиболее

эффективный способ снижения риска взрыва бака — это снижение вероятности чрезмерной

загрузки сырьевыми материалами.

Весьма полезным является построение полного дерева отказов. На табл. 2.4.3. изображено

полное дерево отказов для рассматриваемого примера. Здесь более полно и детально показаны

все возможные исходные события. Рассматривая эту диаграмму, можно понять, как исходные

события могут привести к главному событию — взрыву бака. На этой диаграмме добавлены

цепочки, которые могут привести к нарушению нормальной работы насоса. Например,

скорость вращения насоса может увеличиться, а регулятор оборотов при этом окажется

неисправным и индикатор покажет неправильное число оборотов насоса. Если бы указатель

оборотов был исправен, оператор мог бы выключить насос или предпринять какие- либо

другие шаги, чтобы предотвратить выход из строя системы.

Из этой диаграммы также следует, что чрезмерная загрузка бака сырьем может быть

следствием или увеличенной подачи материалов транспортером, или некоторой не

определенной здесь ошибки оператора. Ошибка оператора может также явиться причиной

отказа предохранительного клапана; другой причиной отказа клапана может быть попадание

в него грязи или посторонних предметов.

В этой диаграмме дерева отказов исходные первичные события изображены в кружках,

чтобы выделить их по отношению к другим событиям, которые могут произойти из-за каких-

то других исходных причин. Конечно, и указанные в кружках исходные события могут иметь

свои причины, но поскольку где-то нужно остановиться, мы считаем, что именно эти

исходные события действительно являются первопричиной.

Минимальный кратчайший путь для этого дерева вычислить несколько сложнее. Это

можно сделать использованным выше алгебраическим путем, но более наглядны другие

используемые методы минимизации числа цепочек, ведущих к главному событию. Они

позволяют найти кратчайший путь к главному событию, просматривая все возможные цепочки

событий.

Главные из преимуществ метода деревьев отказов — структурный подход, упрощение

анализа сложных систем, прослеживание причин и их последствий. К недостаткам следует

отнести большие затраты времени как на составление диаграммы дерева отказов, так и на

изучение соответствующей техники. Эти недостатки характерны для многих методов выяв-

ления и идентификации риска, но они очень существенны, если вы действительно

пользуетесь этими методами.

Одна из главных составляющих применения метода деревьев отказов — это оценка

вероятностей событий. Если вероятности отдельных событий оценены неправильно или

недостаточно точно, то все последующие вычисления для оценки вероятности главного

события окажутся недостоверными. Для оценки величины вероятностей может быть, прежде

всего, использован прошлый опыт работы соответствующей установки или какой-либо

подобной ей в данной компании, и имеющаяся, следовательно, статистика отказов

отдельных элементов. Большинство фирм ведет регистрацию подобных событий и имеет

соответствующие данные за довольно продолжительное время, и эти данные часто

используются как хорошая мера вероятностей. Если в самой компании такая база данных

отсутствует, то существует возможность использовать соответствующие данные об отказах

аналогичного оборудования во всей отрасли промышленности. Такая статистика обычно

ведется специальными группами или организациями и публикуется в специальных изданиях.

Соответствующую статистику ведут также производители оборудования, и они предоставляют

ее потребителям с целью обеспечения доверия к их продукции. Можно, наконец, получить

некоторую субъективную информацию о вероятностях отказов того или иного оборудования

или устройств от собственных работников компании. Методы получения и обработки такой

информации хорошо развиты. Можно также предложить соответствующим специалистам

свою собственную оценку вероятностей тех или иных отказов оборудования и попросить их

подкорректировать эти данные. Такую процедуру можно и нужно делать неоднократно, пока

не будет уверенности в достаточной достоверности данных.

Другими часто применяемыми методами оценки риска являются математическое

моделирование и методика "индексов опасности". В последнем случае к оценке потенциальной

опасности промышленного предприятия подходят интегрально, не вдаваясь в детали

производственных процессов. Основная идея, заложенная в таких подход ах, состоит в том,

чтобы оценить некоторым числовым значением (индексом) степень опасности

рассматриваемой технической системы. Существуют различные способы, которыми это может

быть сделано, но наиболее часто и широко при оценке пожара и взрывобезопасности

используется метод, называемый "Индекс Дау" (Dow Fire and Explosion Index).

При вычислении индекса Дау отдельным техническим характеристикам системы

ставятся в соответствие определенные показатели, численно характеризующие

потенциальную опасность конкретных элементов процесса или технической системы. Такие

показатели суммируют, не вдаваясь в подробности устройства или функционирования

рассматриваемой системы.

Индекс Дау формируется как произведение двух интегральных показателей: узлового

показателя опасности F и материального фактора М, т.е. ДАУ = F х M. Такой площади

(или радиуса воздействия) может быть сделано по специальным таблицам или графикам,

которые обычно приводятся в соответствующих нормативных документах.

Значения узлового фактора опасности F и материального фактора М позволяют также

оценить так называемый фактор ущерба Y, значения которого лежат в диапазоне от 0 до 1 и

характеризуют наиболее вероятную степень разрушения рассматриваемой технической системы

в случае возникновения пожара или взрыва. Таблицы или графики значений Y в зависимости от

значений F и М также приводятся в специальных справочниках.

Определив значение Y, можно оценить максимальный ущерб имуществу MY,

находящемуся в зоне возможного пожара или взрыва. Он определяется как произведение

стоимости имущества С, находящегося в зоне, подверженной воздействию пожара или

взрыва, на фактор ущерба Y, т.е. MY = С х Y. Значение максимального ущерба имуществу MY

— это предельно возможное значение ущерба. Очевидно, что можно предпринять различные