Основные источники и виды риска, подлежащие оценке. Количественные меры техногенных воздействий и нагрузок

Средствами к достижению понимания опасностей в системе  являются инженерный анализ и детальное  рассмотрение окружающей среды, процесса работы и самого оборудования. При этом очень важно знание степени токсичности, правил безопасности, взрывоопасных условий, прохождения реакций, коррозионных процессов, условий возгораемости и т.д.

Перечень возможных  опасностей является основным инструментом в их выявлении. Фирма “Боинг”  использует следующий перечень:

1. Обычное топливо.
2. Двигательное топливо.
3. Инициирующие взрывчатые вещества.
4. Заряженные электрические конденсаторы.
5. Аккумуляторные батареи.
6. Статические электрические заряды.
7. Емкости под давлением.
8. Пружинные механизмы.
9. Подвесные устройства.
10. Газогенераторы.
11. Электрические генераторы.
12. Источники высокочастотного излучения.
13. Радиоактивные источники излучения.
14. Падающие предметы.
15. Катапультированные предметы.
16. Нагревательные приборы.
17. Насосы, вентиляторы.
18. Вращающиеся механизмы.
19. Приводные устройства.
20. Ядерная техника.

     и т.д.

Процессы и условия, представляющие опасность:

Разгон, торможение.

Загрязнения.

Коррозия.

Химическая реакция (диссипация, замещение, окисление).

Электрические: поражение  током; ожог; непредусмотренные включения; отказы источника питания; электромагнитные поля.

Взрывы.

Пожары.

Нагрев и охлаждение: высокая температура; низкая температура; изменение температуры.

Утечки.

Влага: высокая влажность; низкая влажность.

Давление: высокое; низкое; быстрое изменение.

Излучения: термическое; электромагнитное; ионизирующее; ультрафиолетовое.

Механические удары  и т.д.

Обычно необходимы определенные ограничения на анализ технических  систем и окружающей среды (Например, нерационально в деталях изучать  параметры риска, связанного с разрушением механизма или устройства в результате авиакатастрофы, т.к. это редкое явление, однако нужно предусматривать защиту от таких редких явлений при анализе ядерных электростанций, т.к. это влечет за собой большое количество жертв). Поэтому необходим следующий шаг.

3. Введение ограничений на анализ риска (например, нужно решить, будет ли он включать детальное изучение риска в результате диверсий, войны. ошибок людей, поражения молнией, землетрясений и т.д.).

Таким образом, целью первой стадии анализа риска является определение системы и выявление в общих чертах потенциальных опасностей.

Опасности после их выявления, характеризуются в соответствии с вызываемыми ими последствиями.

Характеристика производится в соответствии с категориями критичности:

1 класс - пренебрежимые  эффекты;

2 класс - граничные  эффекты;

3 класс - критические  ситуации;

4 класс - катастрофические  последствия.

В дальнейшем необходимо наметить предупредительные меры (если такое возможно) для исключения опасностей 4-го класса (3-го, 2-го) или понижения класса опасности. Возможные решения, которые следует рассмотреть, представляются в виде алгоритма, называемого деревом решений для анализа опасностей (рис.6).

Рис.6. Дерево решений.

 

После этого можно принять необходимые решения по внесению исправлений в проект в целом или изменить конструкцию оборудования, изменить цели и функции и внести нештатные действия с использованием предохранительных и предупредительных устройств.

Типовая форма, заполняемая при проведении предварительного анализа риска имеет следующий вид (рис.7.).

Рис.7. Типовая форма  для проведения предварительного анализа.

 

1. Аппаратура или функциональный элемент, подвергаемые анализу.
2. Соответствующая фаза работы системы или вид операции.
3. Анализируемый элемент аппаратуры или операция, являющаяся по своей природе опасными.
4. Состояние, нежелательное событие или ошибка, которые могут быть причиной того, что опасный элемент вызовет определенное опасное состояние.
5. Опасное состояние, которое может быть создано в результате взаимодействия элементов в системе или системы в целом.
6. Нежелательные события или дефекты, которые могут вызывать опасное состояние, ведущее к определенному типу возможной аварии.
7. Любая возможная авария, которая возникает в результате определенного опасного состояния.
8. Возможные последствия потенциальной аварии в случае ее возникновения.
9. Качественная оценка потенциальных последствий для каждого опасного состояния в соответствии со следующими критериями:

класс 1 - безопасный (состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также  неправильной работой), не приводит к существенным нарушениям и не вызывает повреждений оборудования и несчастных случаев с людьми;

класс 2 - граничный (состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также  неправильной работой), приводит к нарушениям в работе, может быть компенсировано или взято под контроль без повреждений оборудования или несчастных случаев с персоналом;

класс 3 - критический: (состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также  неправильной работой), приводит к существенным нарушениям в работе, повреждению оборудования и создает опасную ситуацию, ситуацию требующую немедленных мер по спасению персонала и оборудования;

класс 4 - катастрофический (состояние, связанное с ошибками персонала, недостатками конструкции или ее несоответствием проекту, а также неправильной работой), приводит к последующей потере оборудования и (или) гибели или массовому травмированию персонала.

10. Рекомендуемые защитные меры для исключения или ограничения выявленных опасных состояний и (или) потенциальных аварий; рекомендуемые превентивные меры должны включать требования к элементам конструкции, введение защитных приспособлений, изменение конструкций, введение специальных процедур и инструкций для персонала.
11. Следует регистрировать введенные превентивные мероприятия и следить за составом остальных действующих превентивных мероприятий.

Таким образом предварительный  анализ опасности представляет собой  первую попытку выявить оборудование технической системы и отдельные  события, которые могут привести к возникновению опасностей и  выполняется на начальном этапе разработки системы.

Пример предварительного анализа опасности химического  реактора:

Подсистема или операция	Ситуация	Опасный элемент	Событие, вызывающее опасное состояние	Опасные условия	Событие, вызывающее опасные условия	ПотенциальØная  авария	Последствия	Класс опасности	Мероприятия
Емкость для хранения щелочи	1. Эксплуатация	1, Сильный окислитель	1. Щелочь загрязнена  смазочным маслом	1. Возможность сильной реакции от восстановления или окисления	1. Выделение достаточного количества энергии для начала реакции	1. Взрыв	1. Ранение персонала, повреждение близлежащих построек	IV	Хранение щелочи на достаточном расстоянии от всех источников загрязнения. Контроль чистоты элементов оборудования
	2. Заправка емкости щелочью	2. Коррозия	2. Содержимое емкости загрязнено парами воды	2. Образование ржавчины внутри бака	2. Увеличение давления в емкости при закчке щелочи	2. Разрушение емкости под давлением	2. Ранение персонала, повреждение близлежащих построек	IV	Использование емкостей из коррозионностойких сплавов, размещение их на достаточном расстоянии от другого оборудования и персонала

 

 

Вторая стадия: выявление последовательности опасных ситуаций.

Вторая стадия начинается после того, как определена конфигурация системы и завершен предварительный анализ опасностей. Дальнейшее исследование производят с помощью двух основных аналитических методов:

1. построения дерева событий;
2. построения дерева отказов.

Рассмотрим построение дерева событий и дерева отказов  на примере ядерного реактора.

Пусть на первой стадии (предварительный  анализ опасности) было установлено, что наибольший риск связан с радиоактивными утечками, а подсистемой, с которой начинается риск, является система охлаждения реактора (рис.8).

Рис.8. Семь главных задач, решаемых при анализе безопасности реактора.

 

Анализ риска на второй стадии начинается с прослеживания  последовательности возможных событий, начиная от инициирующего события (разрушения трубопровода холодильной установки), вероятность которого равна Р_А.

Обратимся к блоку 1 и рассмотрим дерево событий (рис.9). Авария начинается с разрушения трубопровода, имеющего вероятность возникновения Р_А. Далее анализируются возможные варианты развития событий, которые могут последовать за разрушением трубопровода.

На основе анализа возможных событий строится дерево отказов (рис.9). При этом выполняется правило: верхняя ветвь соответствует желательному событию (“успех”), нижняя нежелательному (“отказ”).

А – поломка трубопровода; В  – электропитание; С – автоматическая система охлаждения реактора; D – удаление радиоактивных продуктов; Е – целостность замкнутого контура.

Рис.9. Способ упрощения  дерева событий.

 

На практике дерево отказов анализируют  с помощью обычной инженерной логики и упрощают, отбрасывая “ненужные ” события.

Например, если отсутствует электропитание (В), то никакие действия, предусмотренные на случай аварии, не могут производиться (не работают насосы, системы охлаждения и т.д.). В результате, упрощенное дерево отказов не содержит выбора в случае отсутствия электропитания и т.д.

Таким образом, вторая стадия заканчивается  определением всех возможных вариантов отказов в системе и нахождением значений вероятности для этих вариантов.

Третья стадия: анализ последствий.

При анализе последствий  используются данные, полученные на стадии предварительной оценки опасности  и на стадии выявления последовательности опасных ситуаций.

По данным дерева отказов и полученным значениям вероятности возможных  отказов можно построить гистограмму частот для различных величин утечек (на примере ядерного реактора).

Рис.10. Гистограмма частот для различных величин утечек.

Если по данным гистограммы  построить кривую, то мы получим  предельную кривую частоты аварийных утечек (кривая Фармера). Считается, что кривая отделяет верхнюю область недопустимо большого риска от области приемлемого риска, расположенной ниже и левее кривой.

Рис.11. Кривая Фармера.

3. Другие приемы анализа риска

 

1. Анализ видов отказов  и последствий.

С помощью анализа  видов отказов и последствий систематически, на основе последовательного рассмотрения одного элемента за другим анализируются все возможные виды отказов или аварийные ситуации и выявляются их результирующие воздействия на систему. Отдельные аварийные ситуации и виды отказов элементов выявляются и анализируются для того чтобы определить их воздействие на другие близлежащие элементы и систему в целом.

Анализ видов отказов и последствий  существенно более детальный, чем  анализ с помощью дерева отказов, так как при этом необходимо рассмотреть все возможные виды отказов или аварийные ситуации для каждого элемента системы

Например, реле может  отказать по следующим причинам:

• контакты не разомкнулись или не сомкнулись;
• запаздывание в замыкании или размыкании контактов;
• короткое замыкание контактов на корпус, источник питания, между контактами и в цепях управления;
• дребезг контактов (неустойчивый контакт);
• контактная дуга, генерирование помех;
• разрыв обмотки;
• короткое замыкание обмотки;
• низкое или высокое сопротивление обмотки;
• перегрев обмотки.

Для каждого вида отказа анализируются  последствия, намечаются методы устранения или компенсации отказов.

Дополнительно для каждой категории должен быть составлен  перечень необходимых проверок.

Например, для баков, емкостей, трубопроводов этот  перечень может включать следующее:

• переменные параметры (расход, количество, температура, давление, насыщение и т.д.);
• системы (нагрева, охлаждения, электропитания, управления и т.д.);
• особые состояния (обслуживание, включение, выключение, замена содержимого и т.д.);
• изменение условий или состояния (слишком большие, слишком малые, гидроудар, осадок, несмешиваемость вибрация, разрыв, утечка и т.д.)