Вопрос 2. Показатели опасности и безопасности технических систем

Первый шаг к ликвидации опасностей технических систем состоит в их выявлении, т.е. идентификации, которая заключается в:

- определении потенциальных источников опасности, которые могли и не вызвать аварий до сих пор;

- выявлении опасностей, которые маловероятны, но которые могут привести к серьезным последствиям.

Основные задачи этапа идентификации опасностей - выявление и четкое описание всех источников опасностей и путей (сценариев) их реализации. При идентификации определяются элементы, технические устройства, технологические блоки или процессы в технологической системе требуют более серьезного анализа и какие представляют меньший интерес с точки зрения безопасности. К источникам воздействия относят:

- элементы основной и вспомогательной технологий, функционирование которых является причиной изменений окружающей или производственной среды;

- новые материальные объекты (сооружения, здания, оборудование и т.д.);

- предприятия и объекты, функционирование которых связано со строительством проектируемого объекта;

- следы хозяйственной деятельности (отвалы, свалки, накопители и т.д.).

Оценивание каждой опасности включает изучение вероятности ее появления, а также серьезности травм персонала, повреждений систем, зданий и пр. компонентов производства, а также экологического ущерба, к которым может привести авария. Методы анализа аварийности технических систем основаны на качественном и количественном подходах к оценке опасностей. Виды методов анализа опасностей приведены на рисунке 1.6

Качественный анализ системы, как правило, предшествует количественному. Например, измерениям должна предшествовать стадия идентификации опасностей, выполняемая только на основе качественного анализа опасностей, который ведется просмотром изучаемой системы. В любых отраслях промышленности можно выявить источники повышенной опасности или (и) ненадежные компоненты эксплуатируемой системы.

Рисунок 1.6 – Методы исследования опасностей

Кроме идентификации опасностей, качественная оценка существенна и при выборе альтернативных средств усовершенствования системы для ликвидации опасностей и достижения безопасности. Качественные оценки ведутся по более грубой шкале, чем количественные, поскольку человек не может учесть более четырех - пяти факторов одновременно в одной задаче. Качественные методы анализа допускают использование полуколичественных оценок (больше, меньше), определенное ранжирование, например, по частоте встречающихся событий (никогда, редко, часто) или по сумме ущерба от аварий. При качественном анализе используются специальные формы, технические стандарты и утвержденные нормы безопасности. Его результаты приводят к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами. Имеется два подхода при анализе причинных связей: прямой анализ и анализ с обратным порядком.

Анализ с прямым порядком начинается с определения перечня отказов и развивается в прямом направлении с определением последствий этих событий ("снизу вверх"). При выполнении анализа в прямом порядке принимается ряд определенных последовательностей событий и составляются соответствующие этим последствиям сценарии, оканчивающиеся опасными состояниями системы. При этом задается вопрос: к какому событию в процессе работы системы (ее элементов) приводит отказ элемента следующего уровня системы, например: "Что случится, если разорвется трубопровод системы охлаждения реактора?" При анализе с прямой последовательностью необходимо учитывать контрольные перечни возможных состояний элементов. Информация, которая должна быть собрана и обработана для рассмотрения ситуации (сценария), состоит из сведений по взаимосвязи элементов и топографии системы, а также включает данные по отказам элементов и другим детальным характеристикам системы.

Анализ с обратным порядком начинается с определения опасного состояния системы, от которого в обратном направлении прослеживаются возможные причины возникновения этого состояния (развивается "сверху вниз"). Обратный подход, т.е. анализ с помощью дерева отказов, используется при определении причинных связей, ведущих к данному опасному состоянию системы. Само опасное состояние становится конечным событием дерева отказов. При этом задается вопрос: по каким причинам может произойти отказ системы, например: "Каким образом может отказать электропитание насоса, подающего охлаждающую жидкость в систему охлаждения реактора?" Данное конкретное конечное событие является лишь одним из многих возможных опасных состояний системы, представляющих интерес для анализа. Большие системы могут иметь много самых различных конечных событий и соответствующих им деревьев отказов.

Таким образом, при построении дерева событий, проведении анализа вида и последствий отказа, анализа критичности используется прямой порядок. Обратный - для анализа с помощью деревьев отказов. Для предварительного анализа опасностей используется как прямой подход, так и обратный. Такое комбинированное использование обоих подходов необходимо, чтобы полностью решить задачу анализа риска и надежности систем.

Вне зависимости от выбранного метода исследования опасностей, результатом идентификации должны быть:

- перечень нежелательных событий;

- описание источников опасности, факторов риска, условий возникновения и развития нежелательных событий (например, сценариев возможных аварий);

- предварительные оценки опасности и риска (например, оценки последствий для отдельных сценариев аварий)

- выбор дальнейшего направления деятельности.

В качестве вариантов действий может быть:

- решение прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опасностей или достаточности полученных предварительных оценок;

- решение о проведении более детального анализа опасностей и оценки риска;

- выработка предварительных рекомендаций по уменьшению опасностей.

Для оценки сложных, качественно определяемых понятий применяется квантификация, т.е. количественная оценка. Применяют численные, балльные, и другие приемы квантификации. Количественные методы анализа эффективны при сравнении сопоставимых опасностей системы в конкретном интервале времени. Эти методы эффективны по следующим причинам:

- оценки будущих характеристик системы могут выполняться по характеристикам компонентов системы;

- оценки могут выполняться различными лицами, так что для каждого вида оценок может быть привлечен наиболее квалифицированный специалист;

- оценки могут осуществляться методом последовательного приближения, причем при каждом пересчете можно изучать влияние изменения исходных данных.

Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий опасности. Если же последствия опасности неизвестны, то количественно они могут быть оценены как вероятность наступления определенного сочетания нежелательных событий, т.е оценивается риск возникновения опасности.

Основными задачами оценки риска являются:

1) определение частот возникновения инициирующих и всех нежелательных событий;

2) оценка последствий возникновения нежелательных событий;

3) обобщение оценок риска.

Для определения частоты нежелательных событий обычно используют:

- статистические данные по аварийности и надежности технологической системы, соответствующие специфике опасного производственного объекта или виду деятельности;

- логические методы анализа «деревьев событий», «деревьев отказов», имитационные модели возникновения аварий в системе «Человек-Машина-Среда»;

- экспертные оценки путем учета мнения специалистов в данной области.

Оценка последствий опасных происшествий, как правило, заключается в анализе возможных воздействий на людей, имущество и / или окружающую природную среду. Для оценки последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий (отказы, разрушение технических устройств, зданий, сооружений, пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ и т.д.), уточнить объекты, которые могут быть подвергнуты опасности. При анализе последствий аварий используются модели аварийных процессов и критерии поражения, разрушения изучаемых объектов воздействия, учитывать ограничения применяемых моделей, учитывается или выявляется связь масштабов последствий с частотой их возникновения.

Риск — это степень опасности испытать негативные воздействия или неудачи в предпринимаемых действиях. Другими словами, риск — это измеренная возможность того, что ход событий, действия и результаты деятельности приведут к последствиям, отрицательно воздействующим на человеческие ценности. Существующие риски разнообразны и могут быть разделены на множество категорий, т. е. классифицированы по различным признакам: степени влияния, объекту, местоположению относительно объекта, субъекту (источнику), причине возникновения, возможности страхования и другим (рис. 1.7).

Оценка риска – этап, на котором идентифицированные опасности должны быть оценены на основе критериев приемлемого риска с целью выявить опасности с неприемлемым уровнем риска, и этот шаг послужит основой для разработки рекомендаций и мер по уменьшению опасностей. Существует четыре разных подхода к оценке риска. Их краткая характеристика приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Характеристика подходов к оценке риска

При использовании статистических данных величину риска определяют по формуле:

где R − риск; N_чс− число чрезвычайных событий в год;

N_о − общее число событий в год.

В БЖД чаще всего риск реализации чрезвычайно опасных негативных воздействий оценивают, используя следующие виды риска:

· индивидуальный, когда объектом защиты является человек;

· коллективный (социальный),когда объектом защиты является группа или сообщество людей.

Рисунок 1.7 – Классификация рисков

Индивидуальный риск, определяемый как вероятность смертельного исхода или потери здоровья населения за год при стихийном бедствии или в процессе аварии, рассчитывается по формуле

где R_ei – индивидуальный риск при i-ой чрезвычайной ситуации;

H — вероятность наступления чрезвычайных ситуаций за год;

P — вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась чрезвычайная ситуация. Размерность риска, учитывая безразмерность параметра P, имеет вид: 1/год.

Коллективный риск, определяемый как математическое ожидание пораженных со смертельным исходом или потерей здоровья за год при стихийных бедствиях или в процессе аварии, определяется из выражения:

где Ri – коллективный риск при i-ой чрезвычайной ситуации;

H — вероятность наступления чрезвычайной ситуации (частота аварий, катастроф) за год;

M(N) — математическое ожидание потерь населения.

Коллективный риск в зоне расположения опасного объекта зависит от величины техногенного риска объекта и показателей количественного распределения людей, находящихся в зоне риска. В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 21 мая 2007 г. № 304 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», тяжесть последствий ЧС оценивается как локальная, если пострадало не более 10 человек, муниципальная – не более 50 человек, региональная 50-500 человек и т.д.

К источникам и факторам социального риска, прежде всего, относят:

· промышленные технологии, особо опасные объекты, технические средства, склонные к возникновению аварий;

· урбанизированные территории с неустойчивой ситуацией;

· эпидемии;

· стихийные бедствия.

Индивидуальный (Re) и коллективный (R) комплексный риск с учетом возможного поражения людей при всех чрезвычайных ситуациях определяются по формулам:

где n — число рассматриваемых чрезвычайных ситуаций;

Rei — индивидуальный риск при i-й чрезвычайной ситуации.

Ri — коллективный риск при i-й чрезвычайной ситуации.

После выявления на каждом из принятых к рассмотрению производственном объекте всех видов аварий, специфики их возникновения и развития, расчета полей потенциальной опасности этих аварий и определения вероятности реализации их негативного потенциала (Hi), оценка индивидуального риска проводится по формуле:

где N(x,y) — численность людей на площадке с координатами (x,y);

R(x,y) — индивидуальный риск в точке с координатами (x,y).

Где H_i — вероятность выброса за год по сценарию i (в качестве сценариев аварии могут рассматриваться: нарушение герметичности замкнутых объемов за счет коррозии, нарушения за счет технологического режима);

E_ij(x,y) — вероятность реализации механизма воздействия j в точке (x,y) для сценария выброса i (в качестве сценариев механизма воздействия могут рассматриваться: тепловые поражения людей, поражения ударной волной, поражение обломками и т.п.);

P_j —вероятность летального исхода при реализации механизма воздействия j.

Как правило, индивидуальный риск рассчитывают для гипотетического человека, постоянно находящегося в данном месте. Следовательно, индивидуальный риск отражает характеристику опасности технической установки вне зависимости от действий персонала. Поэтому, по мере удаления от источника опасности индивидуальный риск снижается. Для удобства дальнейшего использования результатов анализа риска, зависимости изменения риска в пространстве отображаются графически в виде изолиний – кривых изорисков. Пространство внутри этих линий принято называть полями изорисков.На основе проводимых расчетов и их графической интерпретации возникает совокупность мер под общим названием «управление риском». Управление риском (risk management) – это часть системного подхода к принятию решений, процедур и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности промышленных аварий для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба материальным ценностям и окружающей природной среде. Процесс управления риском – обеспечение промышленной безопасности – совокупность мероприятий, направленных на снижение уровня технологического риска, уменьшение потенциальных материальных потерь и других негативных последствий аварий.

Концепция приемлемого риска. Стремление человечества в прошлом создать безопасную среду обитания оказалось не адекватным законам техносферы. Современный мир отверг концепцию «абсолютной безопасности» и пришел к концепции «приемлемого допустимого риска». При реализации этой концепции важнейшей задачей является установление верхней границы допустимого риска. На практике ее рационально находить на основе статистических данных. Ключевым значением при установлении допустимого риска явилась идея, предложенная Фармером в 1967 г. Смысл идеи заключался в установлении величины допустимого риска, равным риску выхода радиоактивной утечки в атмосферу из ядерного реактора в год. Современные представления об уровнях приемлемого индивидуального риска следующие (рис. 1.8):

Рисунок 1.8 – Разбиение диапазона значений индивидуального риска на области

· нижнюю зону, где значение вероятности смерти находится в пределах менее 10^-6, представляют маловероятные события. Эту зону принято называть зоной приемлемого риска. По принятой в настоящее время концепции допустимое для населения значение индивидуального риска от любой формы деятельности не должно превышать величину 10^-6 смертей на 1 чел./год. Эта величина в основном связана со стихийными природными явлениями, избавиться от которых мы не можем и вынуждены принимать как условия своего существования на Земле;

· в верхней зоне при вероятности более 10^-3 сосредоточены наиболее вероятные причины, по которым погибает подавляющее большинство людей. Поэтому добавление в нашу жизнь факторов опасности с вероятностью более 10^-3 существенно увеличивает вероятность смерти людей от внешних причин. Эта зона рассматривается как зона неприемлемого риска;

· в зону индивидуального риска смерти человека от 10^-3 до 10^-6 входят многочисленные, весьма распространенные виды деятельности и события. Ее называют зоной оптимизации от неприемлемого риска ( > 10^-3) к зоне приемлемого риска (< 10^-6).

Исходя из концепции допустимого риска безопасность – это опасность, риск которой является приемлемым (допустимым). Обеспечить безопасность означает достичь допустимого риска. Принимая допустимый уровень риска смертельных случаев из −за внешних причин равным 10^-6 чел./год, необходимо понимать, что многие виды производственной деятельности имеют всё-таки более высокие риски (например, для летчиков − испытателей R_инд= 10^-2).