книги / Основы технологической безопасности производств энергонасыщенных материалов и изделий

Окончание табл. 2 0

При малом риске либо чисто оперативных осложнениях необходимость тех или иных действий обычно устанавливается на основе опыта работы, принимая во внимание оба фактора: вероятность возникновения события и серьезность его последствий. Однако для любого случая большого риска проводится полный количественный анализ опасных ситуаций. Для проведения такого анализа необходима информация о вероятности возникновения той или иной опасной ситуации. Существует несколько способов получения этой информации.

Во-первых, это использование статистических данных об авариях, происшедших на однотипных производствах. Можно, задавшись видом распределения вероятности и используя статистические данные об авариях, оценить параметры этого распределения. Чаще всего для этих целей используют распределение Вейбулла, поскольку оно хорошо описывает интенсивность отказов во времени. Знание параметров распределения вероятности позволит нам с некоторой точностью предсказывать интенсивность аварий.

Во-вторых, можно попытаться решить несколько более сложную задачу: связать некоторой зависимостью число возможных аварий со свойствами производимого вещества, иными словами, решить задачу регрессионного анализа. Необходимо

181

отметить, что регрессионный анализ может использоваться в первую очередь в том случае, когда переработка веществ осуществляется на однотипном оборудовании и есть большой статистический материал по авариям. Кроме того, полученные коэффициенты регрессии и параметры закона распределения не являются раз и навсегда заданными. Естественно, что изменение номенклатуры изготавливаемых составов и изделий из них, износ или модернизация оборудования, общее состояние технологической дисциплины на предприятиях, квалификация персонала будут, естественно, сказываться на состоянии аварийности, что потребует периодического пересмотра и корректировки коэффициентов регрессии и параметров функции распределения.

В-третьих, наиболее общим способом, используемым для оценки вероятности аварии, является метод построения и анализа «дерева событий» (ДС). Само по себе «дерево событий» не является мерой опасности или риска. Анализ ДС – это алгоритм, набор формальных правил построения последовательностей событий, приводящих к «основному событию». Этот метод равным образом применим как к анализу последовательностей событий, приводящих, например, к поломке наручных часов, так и к анализу плавления – активной зоны ядерного реактора.

Подготовка и разработка достаточно точного ДС занимает много времени и требует определенного опыта.

6.5. ПОСТРОЕНИЕ «ДЕРЕВА СОБЫТИЙ» И АНАЛИЗ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА

Построение ДС и анализ исследуемого объекта производятся следующим образом:

1. Определяется аварийное верхнее нежелательное событие (ВНС). Данное событие четко формулируется, приводятся признаки его точного распознавания. Для определения ВНС целесообразно пользоваться методами идентификации опасности, т.е. рассматривать проектную документацию на ремонт

182

оборудования, диспетчерские журналы или другую аналогичную информацию. Если конечное событие сразу определить не удается, то производится анализ работы технологического процесса с учетом изменения состояний работоспособности оборудования, нарушений и ошибок операторов и т.д. Перечисляются возможные отказы, рассматриваются их комбинации, определяются последствия этих событий и, в конечном счете, определяется ВНС.

Примеры ВНС для объектов химической технологии: разрыв реактора, выход реакции из-под контроля, пожар на технологической линии, взрыв, детонация перерабатываемых ЭКМ.

2.Проводится сбор сведений о работе системы, подлежащей анализу. Вся информация, которая может помочь разобраться в работе системы, должна быть собрана и изучена: принципиальные схемы, карты технологического процесса, схемы трубопроводов и приборного оснащения, технологический регламент, инструкции и т.д.

3.После определения ВНС последовательно определяются те события, которые к нему привели при определенных условиях, а затем для каждого из этих событий рассматриваются условия, его вызывающие. При построении ДС используются стандартные символы событий и логические символы (табл. 21).

ДС выстраивается в соответствии со следующими формальными правилами:

♦ ВНС располагаются вверху;

♦ДС состоит из последовательности событий, ведущих

кВНС;

♦последовательности событий образуются с помощью логических символов И, ИЛИ и др.;

♦события над логическим знаком помещаются в прямоугольнике, само событие описывается в этом прямоугольнике;

♦первичные причины (исходные причины, первичные отказы) располагаются снизу.

183

При построении ДС располагаются по уровням. ВНС занимает верхний нулевой уровень, ниже располагаются события 1-го уровня (среди них могут быть и исходные (первичные)), затем 2-го уровня и т.д.

Если на 1-м уровне содержится одно или несколько исходных событий, объединяемых логическим знаком ИЛИ, то, очевидно, возможен непосредственный переход от начального события к ВНС. Для правильного построения ДС надо знать комплекс граничных условий с необходимой, априорной информацией о системе (технологическом процессе). Основной элемент ком-

184

плекса граничных условий – идентификация ВНС и определение всего ряда факторов, непосредственное действие которых может вызвать рассматриваемую аварийную ситуацию. Построение ДС заканчивается, когда все случаи отказов разработаны до уровня первичных отказов или отказов, которые в соответствии с граничными условиями не должны разрабатываться до первичных.

4. Квалифицированные эксперты проверяют правильность построения ДС. Цель этой контрольной проверки – убедиться в том, что:

а) ДС отвечает поставленным целям; б) система и ее действие описывается полно и ясно;

в) входные события логических схем необходимы и достаточны для образования выходных событий.

Такая экспертная проверка снижает вероятность субъективных ошибок разработчиков, повышает точность и полноту описания аварийной ситуации.

Стоимость работ при построении и анализе ДС достаточно высока. Так, за рубежом полный анализ безопасности крупного промышленного объекта занимает около 20 человеколет и стоит до 2 млн долл. США. Однако полученный в результате такого анализа материал может быть использован неоднократно, а также адаптирован к различным модификациям исследуемого технологического процесса.

5. Определение минимальных аварийных сочетаний и минимальной траектории для построенного ДС. Первичные и неразлагаемые события соединены с событием нулевого уровня маршрутами (ветвями). Сложное ДС имеет различные наборы исходных событий, при которых достигается ВНС. Эти наборы называются аварийными сочетаниями. Минимальным аварийным сочетанием называют наименьший набор исходных событий, при которых наступает ВНС. Минимальная траектория– это наименьшая группа событий, без возникновения которых авариянепроисходит.

Минимальные траектории представляют собой события, которые являются критическими для поддержания объекта в ра-

185

бочем состоянии, иначе говоря, это события, наступления которых должны быть исключены для предотвращения ВНС.

6. Качественно и количественно исследуют ДС с помощью выделенных минимальных аварийных сочетаний и траекторий. Качественный анализ заключается в сопоставлении различных маршрутов от начальных событий к ВНС и определении критических (наиболее опасных) путей, приводящих к аварии.

При количественном исследовании рассчитывается вероятность возникновения аварии по всем возможным маршрутам. Для этого выбирают метод расчета аналитический или метод имитационного моделирования (метод статистических испытаний или метод Монте-Карло).

Математическое моделирование ДС методом МонтеКарло с использованием ПК состоит из следующих этапов:

♦определение значений интервальных оценок вероятностей первичных отказов;

♦задание на ПК структуры ДС, входных параметров и ограничений;

♦выделение отказов, ведущих к ВНС и идентификация минимальных траекторий, приводящих к реализации ВНС с наибольшей вероятностью;

♦оценка вероятности ВНС, т.е. построение функции распределения вероятностей ВНС и анализ полученных результатов.

С помощью метода Монте-Карло можно проводить количественный анализ сложного технологического процесса с любыми законами распределения первичных отказов, при этом вероятность ВНС находитсяв определенном доверительноминтервале.

7. Разработка рекомендаций по введению изменений в объекте исследования, в системах управления и контроля для улучшения показателей безаварийности.

Использование ДС позволяет получать и интерпретировать качественные и количественные результаты в зависимости от целей анализа; оценивать вероятность аварии в сложном технологическом процессе; осуществлять проверку достижения необходимо-

186

го уровня безопасности процесса; определять элементы процесса, имеющие наибольшее влияние на вероятность наступления ВНС ит.д. Пример построения «дерева событий» для случая детонации перерабатываемого ЭКМ представлен на рис. 7. После определения вероятности возникновения каждой аварийной ситуации необходимо оценитьпоследствия, к которымприведет ее реализация.

Рис. 7. Пример построения дерева событий для случая детонации перерабатываемого ЭКМ

187

6.6. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ

Оценка поражающего действия пожара сводится к определению интенсивности теплового потока на разных расстояниях от центра пожара. Зная зоны различных степеней поражения», можно оценить число пострадавших, а также экономический и материальный ущерб.

Поражающими факторами взрыва являются избыточное давление во фронте ударной волны (УВ) и осколки, образовавшиеся при разрушении оборудования и зданий. Оценка поражающего действия УВ основана на определении значений избыточного давления на различных расстояниях от места взрыва и сравнении их значений с критическими значениями для различных степеней поражения человека, а также на определении размера зоны, в которой существует опасность поражения осколками. Принято считать, что наибольшую опасность представляет воздушная УВ, так как в зоне своего действия она поражает в любой точке.

Каждая авария характеризуется неповторимыми условиями, с присущим только ей расположением зданий, холмов, деревьев и других «элементов», которые могут поглощать энергию взрывной волны (например, заглубление заряда, наличие обваловки, густого леса и т.п. снижает безопасное расстояние почти в два раза) или отражать ее, усиливая воздействие.

Млекопитающие особенно чувствительны к таким факторам, как избыточное давление в падающей и отраженной волне. Из других факторов, которые определяют степень поражения, нанесенного взрывной волной, можно назвать внешнее атмосферное давление, вид и размер млекопитающего, его возраст. Органы тела, отличающиеся наибольшей разницей в плотности соседних тканей, обладают наиболее высокой чувствительностью к поражающему действию УВ. Например, ткани легких, наполненные воздухом, страдают больше, чем ткани какоголибо другого органа.

188

Известные критерии поражения можно условно разделить на детерминированные и вероятностные. Первые приближенно показывают те значения параметров УВ, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения, вторые – какова вероятность того или иного уровня поражения при заданном значении поражающего фактора. Приведем некоторые значения критических параметров воздушной УВ для тех или иных степеней разрушения зданий и их элементов, а также поражения людей:

0,5–0,8 кПа – полное расстекление зданий и сооружений на максимальном расстоянии от центра взрыва;

1–1,5 кПа – разрушение оконных переплетов, дверей, легких перегородок;

2–2,5 кПа – полное разрушение кирпичной кладки, легких бетонных сопряжений;

30–70 кПа – контузия человека; >300 кПа – летальный исход.

В качестве вероятностного критерия поражения людей используется понятие пробит-функции, которая для случая поражения людей имеет следующий вид;

где S = (4,2/p) – (1,3/i), p = pи/ро, i = р–1/2 · m–1/3; m – масса тела человека, кг; ри – избыточное давление, Па; ро – атмосферное

давление, Па; i – импульс ударной волны, Па·с.

Соотношение между величиной Рr и условной вероятностью поражения человека приведено в табл. 22.

В отличие от воздействия воздушной УВ, которое всегда носит импульсный характер, при тепловом воздействии следует различать случаи импульсного и длительного воздействия. В первом случае следует говорить о дозе излучения, во втором – о критической интенсивности теплового излучения. Второй случай наиболее характерен при горении больших количеств ЭКМ (например, порохов или ТРТ). Интенсивность теп-

189

лового излучения при этом столь велика, что ожоги получают люди, находящиеся на значительном (до нескольких десятков и даже сотен метров от места пожара) расстоянии. Для персонала, попавшего под непосредственное воздействие продуктов горения, очень большую опасность представляют ожоги дыхательных путей и легких. Так же как и для ударной волны, в случае определения степени тяжести теплового воздействия на человека могут быть использованы детерминированные и вероятностные критерии поражения.

Значения интенсивностеи теплового потока (кВт) для различных степеней поражения человека следующие:

1,4 – без негативных последствий в течение неограниченного времени;

4,2 – безопасно для человека в брезентовой одежде; 7,0 – непереносимая боль через 20–30 с; ожог 1-й степени

через 15–20 с; ожог 2-й степени через 30–40 с;

190