Техногенный риск

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 1.10⁴. Взрыв произойдет 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"⁴, на модернизированный клапан, у которого вероятность отказов 1.10⁶, приведет к тому, что риск взрыва бака снизится с 2.10⁴ до 2.10⁶. 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"⁴) = 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 0,5x10⁴. Тогда риск взрыва составит (2/год) (0,5xl0⁴) = 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) (1x10⁴) + (1,5/год) (1х10⁴) = 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 выявления 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 меры, позволяющие снизить понесенные ущерб. Среди таких мер можно назвать установку спринклеров, систем аварийной остановки, дренажных систем и т. д.

Эти системы  безопасности можно охарактеризовать количественно некоторым числом в диапазоне от 0 до 1, которое называется коэффициентом доверия КД (credit factor). Умножив базовое значение MY на значение КД, получим реальное значение ущерба RY, т. е. RY = КД х MY.

Индекс Дау не идентифицирует отдельные риски, но его значение дает некоторую меру уровня опасных воздействий, связанных с работой установки или процесса. Зная индексы Дау для всех отдельных частей или систем завода или фабрики, риск-менеджер может отслеживать их год за годом и принимать соответствующие меры безопасности.

Табл.2.4.2

УПРАВЛЕНИЕ  РИСКОМ

Безопасность  означает существование в условиях приемлемого или пренебрежимого риска. Такой подход позволяет количественно оценивать уровень безопасности и разрабатывать методы управления безопасностью, устанавливая тем или иным способом уровень приемлемости риска в конкретных условиях и вырабатывая меры по его обеспечению. Под приемлемым риском (ПР) понимается риск, оправданный с точки зрения экономических и социальных факторов.

Чтобы понять, с чем может или не может  мириться общество, нужно, прежде всего, классифицировать различные опасности и связанные с ними риски. Поскольку понятия риска и безопасности тесно связаны, критерии безопасности в этом контексте могут определяться как соответствующие ПР: экономические, экологические, социально-психологические.

В конечном счете, вся  совокупность ПР должна обеспечить приемлемость индивидуального риска для человека — погибнуть или потерять здоровье (что приводит к сокращению длительности и качества жизни) в результате различных антропогенных воздействий, либо направленных со стороны техногенной сферы непосредственно на человека, либо проявляющихся через воздействие техногенной сферы на природную среду.

Для того, чтобы  принять решения по уровню ПР в  конкретных случаях, необходимо определиться в выборе метода принятия решений и функции цели, максимизация (или минимизация) которой в рамках выбранного метода принятия решений может служить критерием правильности (или удовлетворительности) принятого решения.

Конечно, выбор  такой функции цели может носить достаточно априорный характер, например, путем установления некоторого граничного уровня индивидуального риска, превышение которого не допускается законодательно. Такой подход реализован, в частности, в Нидерландах, где в качестве граничного уровня для индивидуального риска, индуцированного отдельным промышленным предприятием, принято значение 6-10 смертей/Чел.в год. В других странах используются отличающиеся от приведенного критерии. Однако сегодня все эти подходы не учитывают в явном виде реальные экономические возможности выполнения выдвигаемых требований, хотя, конечно, при формулировке требований такие возможности неявно принимались в расчет.

Установить  критерии приемлемости риска в России на таком высоком уровне, как это сделано в развитых промышленных странах, в настоящих условиях вряд ли возможно, поскольку уровень реального риска в России сейчас значительно выше, чем в развитых странах, а экономические возможности России в настоящее время крайне ограничены. В этой ситуации разумнее в качестве функции цели выбрать критерий, который даст возможность повышать уровень безопасности населения по мере улучшения социально-экономической ситуации в стране.