Оценка риска: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем

Классификация и характеристика видов риска

72.РАЗВИТИЕ РИСКА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ

На процесс зарождения и развития риска оказывает свое влияние многообразие факторов и условий. Есть целый ряд первопричин риска: отказы в работе узлов и оборудования вследствие их конструктивных недостатков, плохого технического изготовления или нарушения правил технического обслуживания; отклонения от нормальных условий эксплуатации; ошибки персонала; внешние воздействия и пр. Вследствие возможности возникновения указанных причин опасные промышленные объекты постоянно находятся в неустойчивом состоянии, которое по отношению к безопасности производства становится особенно критичным при возникновении аварийных ситуаций на объектах.

Риск возникает при следующих необходимых и достаточных условиях:

- существование фактора риска (источника опасности);

- присутствие данного фактора риска в определенной, опасной (или вредной) для объектов воздействия дозе;

- подверженность (чувствительность) объектов воздействия к факторам опасностей

Между авариями в самых разных отраслях можно заметить явное сходство. Обычно аварии предшествует накопление дефектов в оборудовании или отклонения от нормального хода процессов. Эта фаза может длиться минуты, сутки или даже годы. Сами по себе дефекты или отклонения еще не приводят к аварии, но готовят почву для нее. Операторы, как правило, не замечают этой фазы из-за невнимания к регламенту или недостатка информации о работе объекта, так что у них не возникает чувства опасности. На следующей фазе происходит неожиданное или редкое событие, которое существенно меняет ситуацию. Операторы пытаются восстановить нормальный ход технологического процесса, но, не обладая полной информацией, зачастую только усугубляют развитие аварии. Наконец, на последней фазе еще одно неожиданное событие - иногда совсем незначительное - играет роль толчка, после которого техническая система перестает подчиняться людям, и происходит катастрофа.

Риск является неизбежным, сопутствующим фактором промышленной деятельности. Риск объективен, для него характерны неожиданность, внезапность наступления, что предполагает прогноз риска, его анализ, оценку и управление - ряд действий по недопущению факторов риска или ослаблению воздействия опасности.

73.ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ РИСКОМ

Выраженный в наиболее общем виде процесс анализа риска может быть представлен как ряд последовательных событий:

1. Планирование и организация работ.
2. Идентификация опасностей.
2.1. Выявление опасностей.
2.2. Предварительная оценка характеристик опасностей.
3. Оценка риска.
3.1. Анализ частоты.
3.2. Анализ последствий.
3.3. Анализ неопределенностей.
4. Разработка рекомендаций по управлению риском.

Последний этап анализа риска технологической системы - разработка рекомендаций по уменьшению уровня риска (управлению риском) в случае, если степень риска выше приемлемой.

По проведенной таким образом работе все нормативные документы предписывают составление отчета, требования к содержанию которого строго сформулированы. Множественность результатов анализа и возможность компромиссных решений дают основание считать, что анализ риска не является строго научным процессом, поддающимся проверке объективными, научными методами.

Оценка риска: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем

С анализом риска тесно связан другой процесс - оценка риска.

Оценка риска - этап, на котором идентифицированные опасности должны быть оценены на основе критериев приемлемого риска с целью выделить опасности с неприемлемым уровнем риска, и этот шаг послужит основой для разработки рекомендаций и мер по уменьшению опасностей

74.Управление риском: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем

В исследованиях по проблеме риска возникло отдельное направление работ под общим названием “Управление риском”.

Для процесса управления риском существует несколько названий как в нашей стране (обеспечение промышленной безопасности), так и за рубежом (“safety management”, “management of process hazards”), которые фактически являются синонимами.

Под этими терминами понимается совокупность мероприятий, направленных на снижение уровня технологического риска, уменьшение потенциальных материальных потерь и других негативных последствий аварий. По сути дела, речь идет о предотвращении возникновения аварийных ситуаций на производстве и мерах по локализации негативных последствий в тех случаях, когда аварии произошли.

Особенностью этого направления является комплексность, включающая в себя различные аспекты - технические, организационно-управленческие, социально-экономические, медицинские, биологические и др.

75.Количественные показатели риска

Количественный показатель представляет собой численные значения вероятности наступления нежелательного события или (и) результатов нежелательных последствий (ущерба).

Изучение статистических данных позволяет выявить частоту возникновения опасных событий. Однако серьезность событий (даже внутри одного класса аварий) может значительно изменяться от события к событию; тогда возникает необходимость введения категорий событий (например, события с тяжелыми, средними или легкими последствиями) и рассмотрения частоты каждой из таких категорий. Последнее достигается приписыванию каждому классу или подклассу показателя риска (числа событий за определенный период времени, деленный на длительность этого периода), имеющего размеренность обратного времени. Этот показатель иногда рассматривается как мера “вероятности” возникновения события.

 Например, можно характеризовать явление случайной величиной - обозначим ее z - числом случаев возникновения события (реализации явления) за определенный период времени Т.Математическое ожидание Мz случайной величины z - это среднее (ожидаемое) число случаев возникновения события за год или частота возникновения события.

Если считать распределение случайной величины z, например пуассоновским, т.е. если положить :    ,

 где r - константа, т.о Мz = r T. Вероятность того, что за время Т случится не менее одного события, равна .

Вероятностью (события в конечной схеме при классическом определении) называется отношение мощности множества элементарных исходов, составляющих это событие, к мощности всего множества элементарных исходов

Поскольку реализация опасности явление случайное, риск опасности (как бы ни определять его - как частоту или вероятность) есть числовая характеристика соответствующей случайной величины. В качестве примера рассмотрим случайную величину s - длительность периода безаварийной работы

Вероятность аварий р_т за период времени, не превосходящий Т, определяется, очевидно, как р_т=Р(s£T) = .

R=Y×P .     

В общем виде формула расчета :

R=P₁P₂P₃P₄,    где R - риск, т.е. вероятность нанесения определенного ущерба;

Р₁ - вероятность возникновения события или явления, обусловливающего формирование и действие опасных факторов;

Р₂ - вероятность формирования определенных уровней физических полей, ударных нагрузок, полей концентрации вредных веществ, воздействующих на людей и другие объекты;
Р₃ - вероятность того, что указанные уровни полей и нагрузок приведут к определенному ущербу;
Р₄ - вероятность отказа средств защиты.

,
где R_{М О} - уровень риска, выраженный через математическое ожидание ущерба;
Р_i - вероятность возникновения опасного события i-го класса;
Y_i - величина ущерба при i-ом событий.

При угрозе материальным ценностям риск часто измеряют в денежном выражении.

При риске, связанном с летальным исходом, количественные оценки последствий в большинстве случаев отсутствуют. Особые проблемы ставят случаи, когда опасность грозит и материальным ценностям, и людям, и окружающей природе одновременно, и желательно меру такого риска оценить по нескольким компонентам.

Обзор ситуаций риска

76.Приемлемый риск

Традиционный подход к обеспечению безопасности при эксплуатации технических систем и технологий базируется на концепции "абсолютной безопасности" – ALAPA ("настолько низко, насколько это достижимо практически"). Как показывает практика, такая концепция неадекватна законам техносферы. Эти законы имеют вероятностный характер, и абсолютная безопасность достигается лишь в системах, лишенных запасенной энергии. "Приемлемый" (допустимый) риск-"настолько низко, насколько это достижимо в пределах разумного", (учитывая социальные и экономические факторы). То есть если нельзя создать абсолютно безопасные технологии, обеспечить абсолютную безопасность, то, очевидно, следует стремиться к достижению хотя бы такого уровня риска, с которым общество в данный период времени сможет смириться.

В Нидерландах эта концепция в 1985 г. была принята парламентом страны в качестве государственного закона. Согласно ему, вероятность смерти в течение года для индивидуума от опасностей, связанных с техносферой, >10^-6 считается недопустимой, а <10^-8 - пренебрежимой. "Приемлемый" уровень риска выбирается в диапазоне 10^-6-10^-8 в год, исходя из экономических и социальных причин.

Рис. 2.3.3. Построение зон индивидуального риска для опасного предприятия (а) и транспортной магистрали (б), по которой осуществляется перевозка опасных грузов:
1 – изолинии равного риска; 2, 3, 4, 5 – зона соответственно чрезвычайно высокого, высокого, приемлемого и низкого риска

Решение о том, какой уровень риска считать приемлемым, а какой нет, носит не технический, а политический характер и во многом определяется экономическими возможностями страны.

78.Системно-динамический подход к оценке техногенного риска

Установление уровня приемлемой безопасности и риска представляет довольно сложную задачу. Для ее решения требуется выполнение научного анализа экономических, экологических, демографических и других факторов, определяющих развитие общества, с учетом множества взаимосвязей и взаимозависимостей.

При постановке вопроса об определении приемлемого риска в качестве цели управления выступает состояние здоровья общества, в качестве критерия - средняя продолжительность жизни (T_L.E.), а в качестве целевой функции - риск смертности (R_s).

Как показывают статистические данные в наиболее промышленно развитых странах достигнут и наибольший уровень безопасности (т.е. наибольшая продолжительность жизни или наименьший риск смерти). Такой вид риска - социально-экономический (R_c.э.):

R_s º R_c.э.(CïM, F, S, ... ),

где C - материальные ресурсы общества, характеризующие уровень жизни общества; M - материальный уровень жизни; F - уровень питания; S - уровень медицинского обеспечения и другие показатели социально-экономического развития.

Развитие науки и техники привело к появлению новых видов опасности, как для здоровья населения, так и для окружающей его среды. Это опасности техногенного происхождения. Особые условия существования, совокупность которых можно назвать искусственной средой обитания – называются техносферой.

Созданная и развиваемая техносфера накопила в себе большие потенциальные опасности - техногенные факторы, и, соответственно, потребовала создания технических систем безопасности, обеспечивающих защиту от них человека (см. рис.2.3.8).

Создание систем безопасности и одновременно совершенствование социально-экономической системы - это и есть новый элемент в обеспечении безопасности человека и окружающей среды.

 Техногенный риск, связанный с хозяйственной деятельностью и определяемый уровнем опасности Z, обозначим через R_т:

R_т º R_т(D_zïZ),

где D_z - экономические затраты на создание и эксплуатацию технических систем безопасности.

Тогда общий риск может быть представлен в виде суммы:
R_s (CïM, F, S, ... Z) = R_c.э. (C - I_zCïM, F, S,...) + R_т (I_zCïZ).

Затраты на обеспечение безопасности следуют экономическому закону уменьшения отдачи. Этот закон для техногенного риска отображен на рис 1. На нем показана эффективность затрат на снижение риска от эксплуатации АЭС (рассматривается Французская АЭС мощностью 1300 МВт, срок службы 20 лет). Точки на кривой соответствуют различным системам безопасности на АЭС.

Из приведенного на рис 1. графика следует, что предельная эффективность h_т на снижение риска R_т уменьшается с увеличением достигнутого уровня безопасности.

               Рис. 1                                                                            Рис. 2

Рис. 2.Оптимизация затрат D_z на снижение техногенного риска R_т:1 – общий риск (R_S=R_с.э.+R_т); 2 – социально-экономический риск (R_с.э.); 3 – техногенный риск (R_т); ð - точка минимума общего риска R_S, соответствующая равенству предельных затрат на снижение R_т и R_с.э.; I – область, в которой из-за недостаточности затрат на снижение R_т этот риск неприемлемо высок; II – область, в которой затраты на снижение R_т обеспечивают приемлемый уровень R_S; III – область чрезмерных затрат на снижение R_т, ведущих к неприемлемо высокому уровню R_с.э.

79.МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКА

Анализ работы опасного производства показывает, что даже при нормальном функционировании влияние таких объектов на кружающую среду связано с потенциальной опасностью загрязнения атмосферы и прилегающей территории опасными веществами из-за недостаточно надежных технологий, недостаточной эффективности работы фильтровентиляционных устройств и вследствие других причин.

Повышение промышленной безопасности предусматривает осуществление технических и организационных мер, включающих мониторинг опасного объекта, разработку планов ликвидации аварий и плана действий в чрезвычайных ситуаций на территории объекта и за его пределами.

Вероятность возникновения аварии определяется:
- особенностями технологического процесса;
- используемым оборудованием;
- степенью подготовленности персонала;
- временем, в течение которого функционирует данный технологический объект;
- интенсивностью технологических операций;
- техническими факторами (например, усталость металла);
- внешними неуправляемыми факторами (целенаправленная диверсия);
- человеческим фактором (ошибками эксплуатационного персонала).
Для количественной оценки последствий аварии требуется создавать математическую модель.

Рассмотрим возможные аналитические подходы к решению проблемы. Математическое ожидание (R) количества пораженных людей можно определить зависимостью

где r (s,L) - расстояние от объекта до точки нахождения человека в полярных координатах (начало координат совмещено с объектом);
P(s,L) - вероятность поражения человека в точке с координатами (s,L).
Вероятность поражения P(s,L)определяется следующим образом:
,
где a(s) - вероятность того, что в момент аварии будет реализовано направление ветра s = s₀;
b(L, s₀) - вероятность поражения на удалении L от места аварии в направлении s₀.

Если пренебречь различиями в характеристиках подстилающей поверхности по каждому из направлений,то можно существенно упростить задачу, разделив переменные:

80.Обобщенный алгоритм оценки риска методом статистического моделирования может состоять из следующих последовательных процедур:

Шаг 1. На основе равновероятного датчика случайных чисел разыгрывается время, число и месяц возникновения аварии.

Шаг 2. Исходя из реализованных временных характеристик аварий и с учетом вероятности распределения метеоусловий за большой период времени для данной местности прогнозируют конкретный вектор значений метеоусловий, включающий температуру воздуха и почвы, стратификацию атмосферы, скорость и направление ветра (при разработке статистической модели аварии не представляет труда учесть фактическую розу ветров для любой точки со случайным розыгрышем месяца, дня, времени аварии, конкретного направления и скорости ветра).

Шаг 3. На основе сформулированного перечня аварий и с учетом равновероятной природы их возникновения разыгрывается конкретный тип аварии, происшедшей на объекте, и ее исходные данные (количество освободившегося ОВ, площадь разлива, максимальная концентрация в зоне аварии и т.д.) с учетом конкретных метеоданных.

Шаг 4. На основе, например, гауссовской модели распределения примеси и исходных данных, реализованных по пп. 1,2,3, рассчитывается величина приведенной зоны поражения той или иной степени тяжести и ее положение (конфигурация, директрисса следа облака и т.д.) на конкретной местности.

Шаг 5. На основе известного математического ожидания распределения населения вокруг объекта моделируется конкретное распределение населения в момент аварии; вычисляют общее количество человек, попавших в приведенную зону поражения той или иной степени тяжести.

Полученное таким образом значение оценки риска, характеризующееся количеством людей, пораженных в результате аварии той или иной степени тяжести, является единичным значением, т.е. единичной реализацией. Для получения статистически достоверных результатов необходимо получить как можно большее количество реализаций N (естественно в разумных пределах, например N=1000) путем “прогона” на ЭВМ математической модели, разработанной согласно вышеописанному алгоритму, N раз. В дальнейшем по N реализациям проводят оценки математического ожидания и среднеквадратического отклонения числа пораженных той или иной степени тяжести на данном объекте при запроектной аварии.

81.Техническое обслуживание, ремонтные работы и инспектирование

Функционирование систем непосредственным образом зависит от технического обслуживания и ремонта этих систем. По этой причине очень важно разработать график технического обслуживания и контроля работы как технологических систем, так и систем безопасности, в который входит выполнение следующих задач:

а) проверка условий работы систем безопасности, как в испытательных помещениях, так и на рабочих местах;
б) проверка исправности оборудования в системах безопасности на рабочих местах, например, путем визуального осмотра или дистанционного контроля;
в) мониторинг питающих устройств в системах безопасности (при подаче электрического тока, пара, охладителя, сжатого воздуха и т.п.)
г) разработка графика технического обслуживания и соответствующей документации с указанием различных интервалов техобслуживания и типов производящихся работ.

Кроме того, в этих графиках могут указываться необходимые квалификации и уровень профессиональных навыков персонала для выполнения конкретного вида работ.

Ремонтные работы из-за их низкого качества могут быть одной из причин возникновения опасностей. Поэтому должны быть разработаны подробные инструкции по проведению ремонтов. В них должны входить квалификационные требования к обслуживающему персоналу, а также требования контроля этих работ. В связи с особой важностью этих требований администрация может разрабатывать собственные стандарты на ремонтные работы, иногда с более жесткими требованиями, чем в государственных стандартах.

Необходимо разработать план инспекций и испытаний промышленных систем, график проведения которых должен строго соблюдаться. Инспекторской проверке должен быть подвергнут инженерный и административный контроль за опасностями.

Инспекции и испытание следует выполнять применительно к следующему оборудованию процесса:

- сосудам высокого давления и резервуарам транспортировки (если это транспорт предприятия) и хранения;
- системам трубопроводов, включая компоненты трубопроводов, такие как запорная арматура, фланцы и пр.;
- системам и устройствам сброса давления и регулирования вентиляции;
- системам аварийного отключения;
- системам управления, включая устройства слежения, датчики, аварийную сигнализацию и устройства блокировки;
- насосам;
- компрессорам и воздухосборникам при них.

Инструкции инспекций и испытаний должны следовать общепринятой инженерной практике и проводиться с периодичностью, рекомендованной изготовителем, а при необходимости (устанавливается по предшествующему опыту эксплуатации), и чаще.

Руководство предприятия должно документировать каждую инспекцию или испытание, которое было выполнено на оборудовании технологических процессов.

82.ДИАГНОСТИКА НАРУШЕНИЙ И АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Определение технического состояния системы в ходе эксплуатации или после ремонта называют техническим диагностированием. С помощью технической диагностики предсказывают возможные отклонения в режимах работы и состояниях машин, аппаратов и устройств, а также разрабатывают методы и средства обнаружения и локализации неисправностей в системах. Различным нарушениям системы соответствуют определенные технические состояния. Техническим состоянием называют совокупность свойств системы, подверженных изменениям в процессе ее производства или эксплуатации. Эти свойства характеризуются признаками (требованиями, параметрами), устанавливаемыми нормативно-технической документацией на систему. Введение переменной состояния функционирования h позволяет каждому значению h ставить в соответствие определенное техническое состояние.

Совокупность средств, правил и алгоритмов диагностирования образует систему технического диагностирования (СТД).

Основные задачи диагностирования при проектировании - проверка соответствия разработанной системы исходному заданию на проектирование и обеспечение наилучшего режима и высокого качества диагностики системы на последующих этапах на предмет установления возможных отказов. Одновременно с проектированием системы создают СТД. Так как значительная доля аварий связана с ошибками при проектировании.

При изготовлении, монтаже и пуске систем,основная цель диагностирования на этих этапах - проверка работоспособности: работоспособное (hо) и неработоспособное состояние.

При эксплуатации системы с помощью технического диагностирования определяют состояние функционирования (допустимое, предаварийное, аварийное), осуществляют поиск неисправности.

Достоверность результатов диагностирования - степень соответствия состояния, оцененного по этим результатам, истинному состоянию системы.

Наиболее распространено функциональное и тестовое диагностирование .В первом случае состояние системы определяют по результатам текущего контроля за входными х и выходными у переменными. Во втором случае на систему подают специальные тестовые воздействия хт. Полученную на выходе реакцию сравнивают с эталонной.

84.ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ

Рассмотрим типовые структуры автоматической системы защиты (АСЗ) на примере использования ее в химическом производстве. - именно для них АСЗ достаточно детально разработаны.

Для управления в предаварийном режиме используется автоматическая система защиты. АСЗ является составной частью системы управления (СУ) процессом и может использоваться в двух режимах:

- АСЗ непрерывно контролирует ход технологического процесса, но реагирует только на аварийные отключения регулируемого параметра;
- АСЗ подключается к процессу только в момент возникновения аварийной ситуации как резерв АСР.

Структурные схемы АСЗ могут быть трех видов в зависимости от алгоритма защиты:

- простейшие АСЗ;
- АСЗ с развитой логической частью;
- адаптивные АСЗ.

Рис. 1. Структурная схема простейшей АСЗ

Сигналы от измерительных преобразователей (ИП) поступают на анализаторы параметров процесса, представляющие собой устройства сравнения (УС). Одновременно с этим на анализаторы поступают допустимые значения параметров процесса от задающего устройства (ЗУ). Если какой-нибудь параметр оказался больше (или меньше) своего допустимого значения, то с соответствующего анализатора поступает сигнал в узел управляющих воздействий (УУВ), где происходит выбор управляющих (защитных) воздействий (УВ); сигналы с УУВ поступают к объекту управления через исполнительный механизм (ИМ). Исполнительных механизмов может быть несколько.

АСЗ с простым алгоритмом защиты реализует задачу - остановить процесс при возникновении предаварийной ситуации.

Структурная схема АСЗ второго типа, реализующая сложный алгоритм, представлена на рис. 2.

Рис. 10.2.2. Структурная схема АСЗ, реализующей сложный алгоритм защиты

Структурная схема адаптивной АСЗ включает информационное устройство, состоящее из измерительных преобразователей (ИП) и усилительно-преобразующих устройств (УПУ), управляющее логическое устройство УЛУ и блок исполнительных механизмов (ИМ). Объем блока ИМ зависит от числа параметров. В функции УЛУ входят обработка информации от ИЛ по определенному алгоритму, результатом чего является оценка степени развития аварийной ситуации, выбор вида защитного воздействия, соответствующего данной степени развития аварийной ситуации и обеспечивающего безаварийность процесса, и выдача управляющего защитного воздействия на блок ИМ.

85.ТИПОВЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА БЕЗОПАСНОСТИ

Отказ любой промышленной установки, входящей в систему, может привести к отказу всей системы и к аварии.

 Варианты типовых локальных систем и средств безопасности для отдельных узлов, агрегатов, установок и т.п. и их назначение: