WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

«Министерство образования Российской Федерации Пензенская государственная архитектурно-строительная академия А.Г.Ветошкин, Г.П.Разживина БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ: ...»

-- [ Страница 2 ] --

Происшествие L Предпосылка Предпосылка Предпосылка H I K + + + Событие Событие Событие Событие Событие Событие Событие A B C D E F G Рис. 5.5. Дерево причин поражения человека электрическим током В свою очередь, событие H будет следствием любого из двух других событий предпосылок A и B, например, снижения сопротивления изоляции или касания токове дущими частями электроустановки ее корпуса по причине их раскрепления;

событие I также обусловлено двумя предпосылками C и D (нахождение человека на токопрово дящем основании (на полу) или его касанием заземленных элементов);

а событие K – следствием одной из трех предпосылок E, F и G, например, необходимостью ремонта, технического обслуживания или использованием электроустановки по назначению.

Наиболее компактное аналитическое представление условий возникновения рас смотренного происшествия выполнено следующей записью:

L = (A + B)(C + D)(E + F + G).

В последние десятилетия интенсивно разрабатываются диаграммы влияния из класса семантических или функциональных сетей, которые являются графами, но с дополни тельной информацией, содержащихся в их узлах и дугах (ребрах). Достоинства таких се тей – возможность объединения логических и графических способов представления ис следуемых процессов, учет стохастичности информации, выраженной узлами и дугами, доступность для моделирования циклических и многократно наблюдаемых событий, наи большие (по сравнению с другими типами диаграмм) логические возможности.

Другим (после графов) и наиболее широко используемым типом диаграмм влияния являются «деревья». В безопасности диаграммы данного класса часто называют «деревом происшествий» и «деревом их исходов». Они являются в сущности графами с ветвящейся структурой и с дополнительными (логическими) условиями.

Основные достоинства этих моделей: сравнительная простота построения;

дедук тивный характер выявления причинно-следственных связей исследуемых явлений;

на правленность на их существенные факторы;

легкость преобразования таких моделей;

на глядность реакции изучаемой системы на изменение структуры;

декомпозируемость «де рева» и процесса его изучения;

возможность качественного анализа исследуемых процес сов;

легкость дальнейшей формализации и алгоритмизации;

приспособленность к обра ботке на средствах ВТ;

доступность для статистического моделирования и количествен ной оценки изучаемых явлений, процессов и их свойств.

Создание дерева заключается в определении его структуры: а) элементов – головно го события (происшествия) и ему предшествующих предпосылок;

б) связей между ними – логических условий, соблюдение которых необходимо и достаточно для его возникнове ния.

На практике обычно используют обратную или прямую последовательность выяв ления условий возникновения конкретных происшествий или аварийности и травматизма в целом: а) от головного события дедуктивно к отдельным предпосылкам, либо б) от от дельных предпосылок индуктивно к головному событию.

Выявление возможных происшествий необходимо увязывать с логикой нежелатель ного высвобождения и распространения энергии или вредных веществ, а предпосылками и условиями их появления – считать старение, коррозию, диссоциацию, нагрев, охлажде ние, загрязнение, увлажнение и другие процессы, сопровождающиеся изменением свойств рассматриваемой системы по естественным причинам или в результате вредных внешних воздействий.

Помимо перечисленных выше технических предпосылок, особо следует выделить факторы, связанные непосредственно с человеком – самими работающими. При учете в моделях типа «дерево происшествий» предпосылок, являющихся следствием непроиз вольных (ошибочных) и умышленно неправильных (несанкционированных) действий че ловека на технике, необходимо помнить, что поведение человека обусловлено как внут ренними, так и внешними причинами, в том числе и реакцией на внешние факторы.

Идея прогнозирования размеров ущерба от происшествий в человеко-машинных системах основана на использовании деревьев специального типа (деревьев исходов) – ве роятностных графов. Их построение позволяет учитывать различные варианты разруши тельного воздействия потоков энергии или вредного вещества, высвободившихся в ре зультате происшествия.

Анализ дерева происшествий связан с определением возможности появления или не появления головного события – происшествия конкретного типа. Данные условия уста навливаются путем выделения из всего массива исходных предпосылок двух подмно жеств, реализация которых либо приводит, либо не приводит к возникновению головного события. Такие подмножества делятся на аварийные сочетания предпосылок, образую щие в совокупности с условиями их появления каналы прохождения сигнала до этого со бытия, и отсечные сочетания, исключающие условия формирования таких путей к го ловному событию. Самым удобным способом выявления условий возникновения и преду преждения происшествий является выделение из таких подмножеств так называемых «минимальных сочетаний событий», т.е. тех из них, появление которых минимально не обходимо и достаточно для достижения желаемого результата.

Минимальное пропускное (аварийное) сочетание рассматривается как набор исход ных предпосылок, осуществление всех элементов которого достаточно для появления го ловного события (прохождение сигнала до него). В одном дереве происшествий может быть несколько минимальных сочетаний предпосылок, дающих наиболее существенный вклад в реализацию исследуемого исхода. Например, на рассмотренном дереве происше ствий имеется 12 минимальных пропускных сочетаний исходных событий-предпосылок:

ACE, ACF, ACG, ADE, ADF, ADG, BCE, BCF, BCG, BDE, BDF, BDG.

Минимальное отсечное сочетание является дополнением минимального пропускно го сочетания, т.к. формулирует условия не возникновения головного события. Это множе ство включает такой набор событий, который гарантирует отсутствие происшествия, при условии не возникновения ни одного (из составляющих рассматриваемое сочетание) со бытия-предпосылок. На рассмотренном дереве происшествий можно выделить три мини мальных отсечных сочетания событий: AB, CD, EFG.

Для отражения существенности вклада отдельных предпосылок и их сочетаний ино гда вводятся показатели их значимости и критичности. Эти категории могут указывать на вероятность наступления таких состояний моделируемого процесса, при которых появ ление отдельных событий или их наборов оказывается наиболее существенным, значи мым, а иногда и критичным – минимально необходимым и достаточным по отношению к условиям возникновения или предупреждения головного события.

Наиболее известным средством аналитического представления заданного деревом процесса служат структурные функции. Они позволяют выразить достоверность появле ния головного события в зависимости от соответствующих характеристик исходных предпосылок. Для изображения рассмотренного дерева может быть получена следующая структурная функция:

P(L) = P(A + B).P(C + D).P(E + F + G), где P(*) – вероятности наступления случайных или возможности возникновения уни кальных (невоспроизводимых) предпосылок к происшествию.

Количественный анализ аварийности и травматизма с помощью структурных функ ций осуществляется в следующей последовательности:

- модель декомпозируется на отдельные блоки;

- в выбранных блоках выделяются подмножества событий, соединенных условиями «И» и «ИЛИ»;

- проводится расчет параметров достоверности наступления вершинных для блоков событий;

- исходное дерево и соответствующая ему структурная функция упрощаются за счет их укрупнения;

- рассчитывается мера возможности возникновения происшествия.

При оценке числовых характеристик исследуемого дерева происшествий руково дствуются рядом правил и допущений.

1. События дерева, соединенные логическим условием «И», объединяются по принципу их перемножения, при этом считается, что параметр головного события рассчитывает ся как произведение из n параметров предпосылок (сомножителей):

n P = P1 P2…Pn = Pi.

i = 2. События дерева, соединенные логическим условием «ИЛИ», объединяются по прин ципу логического сложения, а их соответствующие параметры образуют следующую алгебраическую зависимость:

n P = 1 – (1 – P1)(1 – P2)…(1 - Pn) = 1 - (1 - Pi), i = которая в частных случаях, например, для n = 2 и n = 3, принимает вид:

Pi=2 = P1 + P2 – P1P2;

Pi=3 = P1P3 + P2P3 + P3P1 – P1P2P3.

3. Преобразование и упрощение структурных функций осуществляется с соблюдением основных правил булевой алгебры. В соответствии с законом поглощения справедли вы, например, следующие равенства:

A. (A. B) = A. B;

A + (A + B) = A.

4. При известных структурных схемах безотказности технических систем и безопасности функционирования они могут быть легко преобразованы в дерево происшествий. При этом их параллельно соединенные элементы соответствуют логическому условию «И», а последовательно соединенные – условию «ИЛИ».

5. Количественный анализ дерева происшествий сложной структуры значительно упро щается за счет использования выявленных на предыдущем этапе минимальных соче таний событий. Основная идея упрощения сводится к построению нового, эквивалент ного исходному, но более простого дерева, включающего в себя один из двух наборов перечисленных выше сочетаний и одно логическое условие.

При анализе методом «деревьев отказов» выявляются комбинации отказов (непола док) оборудования, ошибок персонала и внешних (техногенных, природных) воздействий, приводящих к основному событию (аварийной ситуации). Метод используется для анали за возникновения аварийной ситуации и расчета ее вероятности (на основе здания вероят ностей исходных событий).

Дерево отказов - это топологическая модель надежности и безопасности, которая отражает логико-вероятностные взаимосвязи между отдельными случайными исходными событиями в виде первичных отказов или результирующих отказов, совокупность кото рых приводит к главному анализируемому событию.

Таким образом, дерево отказов - это ориентировочный граф в виде дерева.

Пример 5.2. На рис. 5.6. приведено «дерево отказа» (в отечественной литературе встречаются и иные наименования этого «дерева»: «дерево отказов», «дерево неполадок» «дерево происшествий» и т.п.), используемого для анализа причин возникновения ава рийных ситуаций при автоматизированной заправке емкости, на рис. 5.7 – причины наезда на человека автокрана.

Пролив горючего (переполнение емкости) по причине излишне про должительной работы насосов из-за их неотключения вовремя или Команда на отключение не осуществле Команда на отключение не поступила и Оператор не выдал ко САВД не выдала команды ил или Оператор не пытался отключить насосы Оператор не среа ил Отказ средств Отказ средств гировал на отказ передачи сигна- выдачи сигнала СДАВ вовремя Оператор не смог ла отключить насо сы вовремя и или или или или 1 2 3 5 7 8 Рис. 5.6. «Дерево отказа» заправочной операции Структура «дерева отказа» включает одно головное событие (аварию, инцидент), ко торое соединяется с набором соответствующих нижестоящих событии (ошибок, отказов, неблагоприятных внешний воздействий), образующих причинные цепи (сценарии ава рий). Для связи между событиями в узлах «деревьев» используются знаки «И» и «ИЛИ».

Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события). Знак «ИЛИ» означает, что вышестоящее со бытие может произойти вследствие возникновения одного из нижестоящих событий. Так, «дерево», представленное на рис. 5.5, имеет промежуточные события (прямоугольники), тогда как в нижней части «дерева» кругами с цифрами показаны постулируемые исходные события-предпосылки.

Анализ «дерева отказа» позволяет выделить ветви прохождения сигнала к головному событию (в нашем случае на рис. 5.6 их три), а также указать связанные с ними мини мальные пропускные сочетания минимальные отсечные сочетания.

Минимальные пропускные сочетания — это набор исходных событий-предпосылок (на рис.5.6 отмечены цифрами), обязательное (одновременное) возникновение которых достаточно для появления головного события (аварии). Для «дерева», отображенного на рис. 5.6, такими событиями и (или) сочетаниями являются: {12}, {13}, {1-7}, {1-8}, {1-9}.

{1-10}, {1-11}, {2-7}, {2-8}, {2-9}, {2-10}, {2-11}, {3-7}, {3-8}, {3-9}, {3-10}, {3-11}, {4 7}, {4-8}, {4-9}, {4-10}, {4-11}, {5-6-7}, {5-6-8}, {5-6-9}, {5-6-10}, {5-6-11}.

Используются главным образом для выявления «слабых» мест.

Минимальные отсечные сочетания — набор исходных событий, который гарантиру ет отсутствие головного события при условии не возникновения ни одного из составляю щих этот набор событий: {1 - 2 – 3 – 4 – 5 – 12 - 13}, {1 – 2 – 3 – 4 – 6 – 12 - 13}, {7 – 8 – – 10 - 1 - 12 - 13}.

Используются главным образом для определения наиболее эффективных мер преду преждения аварии.

Наезд на человека при движении автокрана зпдним ходом;

зажатие человека поворотной платформой крана и и иили Машинист начал Наличие помех для движение, не имея полной Появление человека в зоне восприятия человеком информации о наличии действия крана сигнала опасности людей в рабочей зоне или ии Конструк- Машинист Человек Отсутствуют Человек ция Отсутству- своевре- своевреме мероприятия Отсутству сознательно машины не ют менно не нно не по ет идет на риск обеспечи- приборы предупреж ограничению восприни и не успевает сигналь доступа вает косвенной дает о мает вовремя щик человека в обзорность обзорности действии признаков покинуть ОЗ ОЗ ОЗ ОПФ опасности или или и Опасная Люди не Человек Машинист зона не проинструк- Имеются выполняет не подал Машинист ограждена;

тированы о помехи тяжелую сигнал дал сигнал отсутствуют возможнос- восприятия работу, перед несвоевре знаки ти признаков требующую началом менно безопаснос- появления опасности концентраци движения ти опасности и усилий или или Уровень шума в Яркость Машинист Характер сигнала Сигнал не ОЗ превышает светового забыл дать не вызывает исравлен громкость сигнала сигнал настороженности сигнала недостаточна Рис. 5.7. Пример построения дерева причин Пример 5.3. Во дворе предприятия водитель тягача приступил к сцепке тягача с прицепом. Операция осложнилась из-за различной высоты тягача и прицепа, и водитель спустился вниз, чтобы выяснить причину, забыв поставить тягач на тормоз. Когда води тель находился между прицепом и тягачом, тягач с работающим двигателем скатился на зад по небольшому уклону и придавил водителя к раме прицепа.

X1 X 2 X X X 3 X N X X X X Рис. 5.8. Дерево причин аварии тягача:

X1 - обычно используемый тягач вышел из строя;

X2 - другой тягач использовался в рабо те;

X3 - различие в высоте прицепа и нового тягача;

X4 - осуществление сцепки затрудне но;

X5 - водитель встает между тягачом и прицепом;

X6 - не включен ручной тормоз;

X7 - вибрации от работающего двигателя;

X8 - двор имеет уклон;

X9 - тягач движется к прице пу;

X10 - водитель зажимается между прицепом и тягачом;

N- несчастный случай (травма);

( X8 - факт постоянного характера;

остальные случайного).

Анализ происшествия состоит в выяснении причин несчастного случая, выявлении источников опасности и выработке предупредительных мероприятий. Результаты анализа приведены в таблице 5.5.

Таблица 5. Результаты анализа происшествия Причины несчастного Источники опасности Предупредительные случая Мероприятия Двор с уклоном Неподходящие места сто- Реконструкция двора янки Тягач, вышедший из строя Поломка оборудования Предупредительный ре монт транспортных средств Разная высота прицепе и Техническая несовмести- Стандартизация соедине тягача мость оборудования ния оборудования Неустановленный тормоз, Недостаточная подготовка Инструктаж водителей работающий двигатель персонала Выделяют пять типов вершин дерева отказов (ДО):

- вершины, отображающие первичные отказы;

- вершины, отображающие результирующие или вторичные отказы;

- вершины, отображающие локальные отказы, которые не влияют на возникнове ние других отказов;

- вершины, соответствующие операции логического объединения случайных собы тий (типа ”ИЛИ ”);

- вершины, соответствующие операции логического произведения случайных со бытий (типа ”И”).

Каждой вершине ДО, отображающей первичный или результирующий отказ, соот ветствует определенная вероятность возникновения отказа. Одним из основных преиму ществ ДО является то, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов сис тем и событий, которые приводят к постулируемому отказу или аварии. Чтобы определить вероятность отказа, необходимо найти аварийные сочетания, для чего необходимо произ вести качественный и количественный анализ дерева отказов.

Пример 5.4. На рис. 5.9. представлено «дерево событий» для количественного ана лиза различных сценариев аварий на установке первичной переработки нефти Прекращение горения или ликвидация аварии Факельное 0, горение струи 0, Разрушение соседне С мгновенным го оборудования воспламенением Эффекта «доми 0, но» нет 0 «Огненный шар» 0, Разрушение соседнего оборудования 0, Выброс нефти Ликвидация аварии 1, 0, Нет воспламенения 0, Отсутствие источника 0, Без мгновенного воспламенения 0, Пожар пролива Воспламенение 0, нефти 0, Горение или взрыв облака 0, Рис 5.9. «Дерево событий» аварий на установке первичной переработки нефти Цифры рядом с наименованием события показывают условную вероятность возник новения этого события. При этом вероятность возникновения инициирующего события (выброс нефти из резервуара) принята равной 1. Значение частоты возникновения отдель ного события или сценария пересчитывается путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по конкретному сце нарию.

Дерево событий начинается с единственного анализируемого события в корне де рева, называемого конечным событием. На следующем уровне появляются события, кото рые могут вызвать конечное событие, аналогично дерево продолжается. Дерево оканчива ется, когда оно доходит до уровня отказов элементов.

Анализ «дерева событий» – алгоритм построения последовательности событий, ис ходящих из основного события (аварийная ситуация). Используется для анализа развития аварийной ситуации. Частота каждого сценария развития аварийной ситуации рассчиты вается умножением частоты основного события на вероятность конечного события.

Пример 5.5. При построении «дерева событий» для определения безопасности вы полнения сварочных работ исходное событие аварии (ИСА)– искра, вызывающая возгора ние. В случае возникновения задымления в помещении автоматически срабатывает спринклерная система пожаротушения (ССП). При большом очаге пожара необходимо в соответствии с инструкцией включить систему пожаротушения (СП) и вызвать пожарных.

Возможное «дерево событий» представлено на рис.5.10, где «ступенька» верх означает срабатывание соответствующей системы, а «ступенька» вниз –ее отказ.

Анализ конечных условий показывает, что состояние под номером 3, связано с тя желыми последствиями, поэтому путь, приводящий к конечному состоянию 3, является аварийным. Если известны вероятность наступления ИСА и вероятность отказов ССП и СП, то с помощью методов теории вероятностей можно рассчитать риск пожара с тяже лыми последствиями.

ИСА ССП СП Конечное состояние а) СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ ИСКРА ВОЗГОРАНИЕ ЗАДЫМЛЕНИЕ СП ССП вызов б) Рис.5.10. Дерево событий при выполнении сварочных работ:

а) – принципиальная схема;

б) – диаграмма событий Постулируя очередное ИСА, аналогичным образом строится соответствующее «де рево событий», определяются возможные аварийные цепочки и вычисляется вероятность их реализации. В окончательном виде величина риска R= ri, где ri – вероятность реали зации i-й аварийной цепочки.

Пример 5.6. На рис. 5.11 показана система последовательно соединенных элемен тов, которая включает насос и клапан, имеющие соответственно вероятности' безотказной работы 0,98 и 0,95, а также приведено дерево решений для этой системы.

Согласно принятому правилу верхняя ветвь соответствует желательному варианту работы системы, а нижняя - нежелательному. Дерево решений читается слева направо.

Если насос не работает, система отказывает независимо от состояния клапана. Если насос работает, с помощью второй узловой точки изучается ситуация, работает ли клапан.

Вероятность безотказной работы системы 0,98 0,95 = 0.931. Вероятность отказа 0.98 0.05 + 0.02 = 0,069, и суммарная вероятность двух состояний системы равна едини це.

Успех Клапан Пуск Насос а) Насос (P) Клапан (V) Отказ системы б) ПУСК НАСОС ОТКАЗ В НОРМАЛЬНАЯ РАБОТЕ РАБОТА КЛАПАН ОТКАЗ В НОРМАЛЬНАЯ ОТКАЗ В РАБОТЕ РАБОТА РАБОТЕ СИСТЕМЫ СИСТЕМЫ в) Рис.5.11. Дерево решений для двухэлементной схемы (работа насоса):

а) – принципиальная схема;

б) – дерево решений;

в) - диаграмма решений Этот результат можно получить другим способом с помощью таблицы истинности (табл.5.6).

Таблица 5. Таблица истинности Состояние Состояние клапа- Вероятность работо- Вероятность насоса на способного состояния отказа системы системы Работает Работает - 0,98 0, Отказ Работает - 0,02 0, Работает Отказ - 0,98 0, Отказ Отказ - 0,02 0, Суммарная величина 0,931 0,, V V,, P P, Методы анализа деревьев – наиболее трудоемки, они применяются для анализа про ектов или модернизации сложных технических систем и производств и требуют высокой квалификации исполнителей.

5.4.Количественные методы анализа опасностей и риска Анализ опасностей имеет дело с потенциальными повреждающими факторами и по тенциальными авариями или несчастными случаями.

Количественный анализ опасностей дает возможность определить вероятности ава рий и несчастных случаев, величину риска, величину последствий. Методы расчета веро ятностей и статистический анализ являются составными частями количественного анализа опасностей. Установление логических связей между событиями необходимо для расчета вероятностей аварии или несчастного случая.

При анализе опасностей сложные системы разбивают на подсистемы. Подсистемой называют часть системы, которую выделяют по определенному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам функционирования системы. Подсистема может рассматри ваться как самостоятельная система, состоящая из других подсистем, т.е. иерархическая структура сложной системы может состоять из подсистем различных уровней, где подсис темы низших уровней входят составными частями в подсистемы высших уровней. В свою очередь, подсистемы состоят из компонентов – частей системы, которые рассматриваются без дальнейшего деления как единое целое.

Логический анализ внутренней структуры системы и определение вероятности не желательных событий E как функции отдельных событий Ei являются одной из задач анализа опасностей.

Через P{Ei} будем обозначать вероятность нежелательного события Ei.

Для полной группы событий n P{E} = 1.

i= Для равновозможных событий (P{Ei} = p, i = 1,2,…,n), образующих полную группу событий, вероятность равна p = 1/n.

Противоположные события Ei и (-Ei) образуют полную группу, поэтому P{E} = 1 - P{-E}.

На практике пользуются формулой объективной вероятности P{E} = nE/n, где n и nE – общее число случаев и число случаев, при которых наступает событие E.

Вероятность события E1 при условии E2 обозначают P{E1|E2}.

Если события E1 и E2 независимые, т.е. если P{E1|E2} = P{E1} и P{E2|E1} = P{E2}, то P{E1 E2} = P {E1}.P {E2}.

При n независимых событиях E, E,…,En получим n P{ Ei} = P{Ei}.

i=1,n i= Для компонентов системы и системы в целом pi = P{Ei};

q = P{-Ei} =1 – pi;

p = P{E};

q = P {-E} = 1 – p.

Логическая функция системы имеет вид E = F(E1, E2,…, En).

Применяя правила теории вероятностей, находят вероятность нежелательного собы тия в виде функции опасности p = Fp(p1, p2,…, pn).

Подсистемой «ИЛИ» называют часть системы, компоненты которой соединены по следовательно (рис.5.12).

К нежелательному событию в такой подсистеме приводит отказ любого компонента подсистемы. Если Ej есть отказ j-го компонента, то отказ подсистемы «ИЛИ» есть собы тие:

E = E1 + E2 +…En = Ej, j=1,m где m – число компонентов.

>=....

E1 Em....

E1 Em б).

а).

Рис.5.12. Символическое изображение подсистемы «ИЛИ»:

а) графический символ;

б) развернутая схема Если отказы компонентов взаимно независимы, то вероятность отказа в подсистеме “ИЛИ”:

m P{Ej} = 1 – P{ (-Ej)} = 1 - (1 – P{Ej}).

j=1,m j=1,m j= Для равновозможных отказов вероятность отказа в этой подсистеме:

P{E} = 1 – (1 - p)m.

Это выражение свидетельствует о высокой вероятности отказа в случае сложных систем. Например, при вероятности отказа компонента p =0,1 подсистема «ИЛИ», со стоящая из 10 компонентов (m =10), имеет вероятность того, что отказа в подсистеме не произойдет, равную (1 - p)m = 1 – P{E} = (1 – 0,1)10 0,35.

Подсистемой «И» называют ту часть системы, компоненты которой соединены па раллельно (рис.5.13).

E *....

E1 Em Em б).

а).

Рис.5.13. Символическое изображение подсистемы «И»:

а) графический символ;

б) развернутая схема К отказу такой подсистемы приводит отказ всех ее компонентов:

E = E1*E2*…*Em = Ej.

j=1,m Если отказы компонентов можно считать взаимно независимыми, то вероятность от каза в подсистеме «И» m P{E} = P {Ej}.

j= На практике подсистемой «И» является операция резервирования, которую приме няют, когда необходимо достичь высокой надежности системы, если имеется опасность аварии.

Итогом анализа опасностей на этом этапе являются следующие выводы:

1. Любые действия персонала, операции, устройства, которые с точки зрения безопасно сти выполняют одни и те же функции в системе, могут считаться соединенными па раллельно.

2. Любые действия персонала, операции, устройства, каждое из которых необходимо для предотвращения нежелательного события (аварии, несчастного случая), должны рас сматриваться как соединенные последовательно.

3. Для уменьшения опасности системы необходимо предусмотреть резервирование, учи тывая при этом экономические затраты.

Подсистемой «И – ИЛИ» называют ту часть системы, которая соединяет подсисте мы «ИЛИ» в подсистему «И» (рис.5.14).

Параллельно соединенные компоненты Ei (i = 1, 2,…, m), образующие подсистему «И», представляют собой подсистемы «ИЛИ», состоящие из последовательно соединен ных компонентов Ej (j = 1, 2,…, n).

Вероятность отказа i-й подсистемы «ИЛИ»:

n P{Ei} = 1 - (1 - P{Eij}).

j= *....

E1 1 Em........

Em E11 E1n Emn 1 m Рис.5.14. Символическое представление подсистемы «И-ИЛИ» С учетом соотношения для вероятности подсистемы «И» находим вероятность отка за подсистемы «И - ИЛИ»:

m n P{E} = [1 - (1 – P{Eij})].

i=1 j= Подсистемой «ИЛИ – И» в системе называют подсистемы «И», соединенные в под систему «ИЛИ» (рис.5.15).

Последовательно соединенные компоненты Ei (i =1, 2,…, m), образующие подсис тему «ИЛИ», представляют собой подсистемы «И» из параллельно соединенных компо нентов Ej (j =1, 2,…, n).

Вероятность отказа j -й подсистемы «И»:

n P{Ei} = P{Eij}.

j=....

Em E * *........

Em E11 E1n Emn 1 m Рис.5.15. Символическое представление подсистемы «ИЛИ-И» Используя соотношение для вероятности подсистемы «ИЛИ», находим вероятность отказа подсистемы «ИЛИ – И»:

m n P{E} = 1 - [1 - P{Eij}].

i=1 j= Для численной оценки риска используют различные математические формулировки.

Обычно при оценке риска его характеризуют двумя величинами – вероятностью со бытия P и последствиями X, которые в выражении математического ожидания выступают как сомножители:

R =P.X.

По отношению к источникам оценка риска предусматривает разграничение нормального режима работы Rн и аварийных ситуаций Rав:

R = Rн + Rав = Pн.Xн + Pав.Xав.

В случае, когда последствия неизвестны, то под риском понимают вероятность на ступления определенного сочетания нежелательных событий:

n R = Pi.

i= При необходимости можно использовать определение риска как вероятности пре вышения предела x:

R = P{ > x}, где - случайная величина.

Техногенный риск оценивают по формуле, включающей как вероятность нежела тельного события, так и величину последствий в виде ущерба U:

R = P.U.

Если каждому нежелательному событию, происходящему с вероятностью Pi, соот ветствует ущерб Ui, то величина риска будет представлять собой ожидаемую величину ущерба U*:

n R = U* = Pi.Ui.

i= Если все вероятности наступления нежелательного события одинаковы (Pi = P, i =1, n), то следует n R = P Ui.

i= Когда существует опасность здоровью и материальным ценностям, риск целесооб разно представлять в векторном виде с различными единицами измерения по координат ным осям:

R = U.P.

Перемножение в правой части этого уравнения производится покомпонентно, что позволяет сравнивать риски.

Индивидуальный риск можно определить как ожидаемое значение причиняемого ущерба U* за интервал времени T и отнесенное к группе людей численностью M чело век:

R = U*/(M.T).

Общий риск для группы людей (коллективный риск) R = U*/T.

Пример 5.7. Провести численную оценку риска чрезвычайного происшествия тех нической системы, состоящей из 3-х подсистем с независимыми отказами. Вероятности отказов подсистем: P1 = 10-3, P2 = 10-4, P3 = 10-2, ожидаемые ущербы от отказов подсис тем U1 = 10.106 руб., U2 = 50.106 руб., U3 = 5.106 руб.

Решение:

Определим величину риска чрезвычайного происшествия технической системы как ожидаемую величину ущерба:

R = U = Pi Ui = P1U1 + P2U2 + P3U3 = 10-3 (10.106) + 10-4 (50.106) + i = + 10-2 (5,106) = 65 000 руб.

Пример 5.8. Провести численную оценку риска чрезвычайного происшествия тех нической системы, состоящей из 5-и подсистем с независимыми равновозможными отка зами P = 10-2. Ожидаемые ущербы от отказов подсистем U1 = 5.106, U2 = 10.106, U3 = 20.106, U4 = 15.106, U5 = 25.106.

Решение:

Определим величину риска чрезвычайного происшествия технической системы с равновозможными отказами подсистем как ожидаемую величину ущерба:

R = U = P Ui = P (U1+U2+U3+U4+U5) = 10-2 (5 +10 +20 +15 +25)106 = i = = 750 000 руб.

5.5.Критерии приемлемого риска Концепция абсолютной безопасности недавнего времени была фундаментом, на ко тором строились нормативы безопасности во всем мире. Для предотвращения аварий вне дрялись дополнительные технические устройства – инженерные системы безопасности, принимались организационные меры, обеспечивающие высокий уровень дисциплины, строгий регламент работы. Считалось, что такой инженерный, детерминистский подход позволяет исключить любую опасность для населения и окружающей среды.

До последнего десятилетия этот подход был оправдан. Однако сегодня из-за беспре цедентного усложнения производств и появления принципиально новых технологий, воз росшей сети транспортных и энергетических коммуникаций, концепция абсолютной безопасности стала неадекватна внутренним законам техносферы и биосферы.

Любая деятельность человека, направленная на создание материальных благ, сопро вождается использованием энергии, взаимодействием его со сложными техническими системами, а состояние его защиты и окружающей среды оценивается не показателями, характеризующими состояние здоровья и качество окружающей среды, а надежностью и эффективностью технических систем безопасности, и, следовательно, носит чисто отрас левой, инженерный характер. К тому же ресурсы любого общества ограничены. Если про должать вкладывать все больше и больше средств в технические системы предотвращения аварий, то будем вынуждены урезать финансирование социальных программ, чем сокра тим среднюю продолжительность жизни человека и снизим её качество.

Поэтому сообщество пришло к пониманию невозможности создания “абсолютной безопасности” реальной действительности, и следует стремиться к достижению такого уровня риска от опасных факторов, который можно рассматривать как “приемлемый”. Его приемлемость должна быть обоснована исходя из экономических и социальных сообра жений. Это означает, что уровень риска от факторов опасности, обусловленных хозяйст венной деятельностью, является “приемлемым”, если его величина (вероятность реализа ции или возможный ущерб) настолько незначительна, что ради получаемой при этом вы годы в виде материальных и социальных благ, человек или общество в целом готово пой ти на риск.

Во всех развитых в промышленном отношении странах существует устойчивая тен денция применения концепции приемлемого риска, но политика России, более чем в дру гих странах, основана на концепции абсолютной безопасности.

Поэтому, оценивая приемлемость различных уровней экономического риска на пер вом этапе, можно ограничиться рассмотрением риска лишь тех вредных последствий, ко торые, в конечном счете, приводят к смертельным исходам, поскольку для этого показате ля достаточно надежные статистические данные. Тогда, например, понятие “экологиче ский риск” может быть сформулировано как отношение величины возможного ущерба, выраженного в числе смертельных исходов от воздействия вредного экологического фак тора за определенный интервал времени к нормированной величине интенсивности этого фактора.

Таким образом, главное внимание при определении экологического и социального риска должно быть направлено на анализ соотношения вредных социальных и экологиче ских последствий, заканчивающихся смертельными исходами, и количественной оценки как суммарного вредного социального и экологического воздействия, так и его компонен тов.

Общественная приемлемость риска связана с различными видами деятельности и определяется экономическими, социальными и психологическими факторами.

Приемлемый риск - это такой низкий уровень смертности, травматизма или инва лидности людей, который не влияет на экономические показатели предприятия, отрасли экономики или государства.

Необходимость формирования концепции приемлемого (допустимого) риска обу словлена невозможностью создания абсолютно безопасной деятельности (технологиче ского процесса).

Экономические возможности повышения безопасности технических систем не без граничны. Так, на производстве, затрачивая чрезмерные средства на повышение безопас ности технических систем, можно нанести ущерб социальной сфере производства (сокра щение затрат на приобретение спецодежды, медицинское обслуживание и др.).

Пример определения приемлемого риска представлен на рис.5.16.

При увеличении затрат на совершенствование оборудования технический риск сни жается, но растет социальный. Суммарный риск имеет минимум при определенном соот ношении между инвестициями в техническую и социальную сферу. Это обстоятельство надо учитывать при выборе приемлемого риска. Подход к оценке приемлемого риска очень широк.

При определении социально приемлемого риска обычно используют данные о есте ственной смертности людей.

Рис.5.16. Определение приемлемого риска В качестве реперного значения абсолютного риска принимают величину летальных исходов (ЛИ):

RА = 10-4 ЛИ/(чел.год).

В качестве реперного значения допустимого (приемлемого) риска при наличии от дельно взятого источника опасности принимают:

RД = 10-5 ЛИ/(чел.год);

RД = 10-4…10-3 НС/(чел.год), где НС – случаи нетрудоспособности.

Для населения величина дополнительного риска, вызванного техногенными причинами, не должна превышать реперное значение абсолютного риска:

R RА.

Для отдельно взятого источника опасности, учитывая, что индивидуальный риск за висит от расстояния R = R(r), условие безопасности можно записать в виде:

R(r) RД.

В настоящее время по международной договоренности принято считать, что дейст вие техногенных опасностей (технический риск) должно находится в пределах от 10-7 – 10 (смертельных случаев чел-1год-1), а величина 10-6 является максимально приемлемым уровнем индивидуального риска. В национальных правилах эта величина используется для оценки пожарной безопасности и радиационной безопасности.

Приемлемый риск сочетает в себе технические, экологические, социальные аспекты и представляет некоторый компромисс между приемлемым уровнем безопасности и эко номическими возможностями его достижения, т.е. можно говорить о снижении индивиду ального, технического или экологического риска, но нельзя забывать о том, сколько за это придется заплатить и каким в результате окажется социальный риск.

В связи со сложностью расчетов показателей риска, недостатком исходных данных (особенно по надежности оборудования, человеческим ошибкам) на практике часто ис пользуются методы анализа и критерии приемлемого риска, основанные на результатах экспериментальных оценок специалистов. В этом случае рассматриваемый объект обычно ранжируется по степени риска на четыре (или больше) группы с высоким, промежуточ ным, низким или незначительным уровнем риска. При таком подходе высокий уровень риска считается, как правило, неприемлемым, промежуточный требует выполнения про граммы работ по уменьшению уровня риска, низкий считается приемлемым, а незначи тельный вообще не рассматривается, как не заслуживающий внимания.

Есть все основания считать, что из всех возможных подходов к объективному опре делению приемлемого риска техногенных воздействий на человеческое общество в целом или на население какого-либо региона следует выбирать экологический подход, который в качестве объекта опасности рассматривает не только человека, а весь комплекс окружаю щей его среды. Остальные подходы, особенно социальный, экономический, технический не лишены известного произвола, связанного с внеэкологическими потребностями и инте ресами общества. Они в той или иной степени компромиссны.

Таким образом, основным требованием к выбору критерия приемлемого риска при проведении анализа риска является не его строгость, а обоснованность и определенность.

6.ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ РИСКА 6.1.Оценка риска технической системы Для прогнозирования и оценки риска применяются различные методы сетей, графов, дерева причинно-следственной связи и т. п. В методических указаниях Госгортехнадзора РФ приведены характеристики качественных и количественных методов, наиболее ис пользуемых при анализе риска. В указаниях отмечена сложность реализации количест венных методов и невысокая точность результатов. Однако необходимость иметь количе ственные показатели риска при прогнозировании объектов, оценке воздействия опасных факторов, определении приоритета защитных мероприятий требует дальнейшей разработ ки количественных методов оценки риска. Относительно просто и наглядно прогнозиро вание индивидуального и социального риска может быть представлено с помощью мате матической вероятностной модели с использованием ЭВМ. Рабочее пространство - пло щадка рабочего помещения предприятия предполагается прямоугольной формы с разме рами: длина (вдоль оси Х) и ширина (вдоль оси Y). За начало координат принят угол пло щадки, отображаемый на экране ЭВМ слева, внизу. Все параметры имеют единую раз мерность (м). Производственный агрегат (источник опасности) принимается в виде точки центр агрегата с координатами (Х, Y).

Вероятность аварии рассчитывается так же, как для сложного объекта, в работе ко торого – Nc этапов с задействованием Nсi систем на i-м этапе. Причём каждой j-й системе соответствует вероятность её отказа P(Gij). Каждая система может иметь отказы при рабо те в разных комбинациях, как это представлено на рис. 6.1. Для каждой такой комбинации определяется вероятность возникновения аварии.

Этап I Этап II Этап N j = j = j = 2 j = j = j = j = 2 j = j = Рис.6.1. Схема работы сложного агрегата Так, в работе автомобиля можно выделить этапы: подготовка к движению, движение автомобиля и т.д. На этапе подготовки (j) задействована комбинация из четырёх систем – коробки передач (j = 1), стартёра (j =2), зажигания (j =3) и подачи топлива (j =4). На этапе движения автомобиля (i =2) работает комбинация из пяти систем – коробки передач (j =1), зажигания (j =2), подачи топлива (j =3), рулевого управления (j = 4) и тормозной системы (j =5). Этапы работы агрегата принимаются независимыми друг относительно друга.

Вероятность аварии на объекте будет:

Ne NKi -1 NSi - P(Gij ), Skj = P(A) = P(AiK )1 - P(Gij ), Skj =1, i=1 k =0 j= где P(Aik) – вероятность аварии агрегата при k-й комбинации работы систем на i-м этапе;

P(Gij) – вероятность отказа j-й системы на i-м этапе.

Опасная зона, характеризующая воздействие опасных факторов на человека, имеет центр в точке нахождения агрегата (XA, YA) и считается экспоненциально распределённой с параметром.

Такое распределение достаточно хорошо описывает картину аварийной ситуации, так как именно по такому закону затухает скорость разлетающихся обломков, происходит диффузия токсичных паров и газов и т.д. Формула для определения вероятности воздей ствия опасных факторов:

RA (x, y) = P(A)R(x, y) = P(A)e-r, где r = (x - X )2 + (y - Y )2 ;

R(x,y) – вероятность воздействия поражающего фактора в точках (x,y) при аварии.

Персонал объекта имеет численность N.W, у каждого сотрудника есть рабочее место с координатами (Xk, Yk). Поле распределения персонала в рабочем помещении около ис точника опасности задаётся нормальным распределением с параметром k. Это подтвер ждается многолетними исследованиями. Вероятность нахождения k-го сотрудника в точ ках (x, y):

1 ( x- X )2 ( y-Yk ) k - + 2 k k PWK (x, y) = e.

k В соответствии с этим индивидуальный риск рассчитывается по формуле Rk = PWK (xi, yi )RA (xi, yi ), xi yi где xi, yi определяются экранным растром как сетка с шагом h:

max(L, H ) h =, где L – длина;

H – ширина рабочей площади.

Социальный риск, т.е. вероятность гибели n человек, задаётся зависимостью:

NW Rn = (xi, yi )RA (xi, yi ).

PWK k =1 xi yi Для расчёта индивидуального и социального риска на промышленном предприятии на основе представленной математической модели необходимы исходные данные для рас чета. Эти данные принимаются с учётом специфики рассматриваемого производственного объекта и включают:

1. размеры рабочей площади (длина, ширина);

2. координаты:

- агрегата (источника опасности) X и Y;

- рабочего места каждого сотрудника (Xk,Yk);

3. количество:

- сотрудников Nw;

- этапов в работе агрегата Nc;

- систем Nsi, работающих на i-м этапе;

- временных отсутствий сотрудников на рабочем месте k;

4. вероятность:

- отказа агрегата P(Aik) при k-й комбинации отказов на i-м этапе;

- параметр распределения опасной зоны.

На основе заданных параметров и принятых математических зависимостей рассчи тывают: вероятность аварии на ОПО, распределение персонала и опасной зоны по объек ту, а также индивидуальный и социальный риски. Результаты расчёта выводятся на экран монитора в графической форме в виде распределения риска персонала и опасных зон по рабочей площади.

Направлением развития рассматриваемого вероятностного метода следует считать исследование изменений параметра опасной зоны, характеризующего воздействие опасных факторов (ударная волна, диффузия токсичных веществ, разлёт осколков при взрыве и т.п.), а также уточнение параметра экспоненциального распределения по факти ческим данным о параметре опасной зоны.

Предлагаемый метод анализа риска позволяет прогнозировать распределение опас ных зон при аварии;

работников на объекте при аварии (вероятностное);

индивидуального и социального рисков для работников на производственной площади (закономерность).

Прогнозирование риска даёт возможность информировать работников о риске, по вышать эффективность разрабатываемых мер защиты персонала при аварии, а также пре дотвращать негативные последствия аварий.

6.2.Применение теории риска в технических системах строительной отрасли Проектирование сложных технических систем и конструкций выполняется на основе численных методов (например, строительной механики) с использованием ЭВМ. Однако вычисленные на основе таких расчетов параметры и характеристики (например, усилия) следует рассматривать как приближенные, которые отличаются от действительных. От клонения расчетных параметров от действительных представляют собой случайные вели чины, которые зависят от условий задачи.

Путем применения теории риска можно оценить неточности, возникающие при рас чете и проектировании конструкций. Вероятностный метод вычисления риска позволяет получить новую информацию о том, какое влияние на величину риска оказывают разные источники неопределенности в процессе расчета и проектирования конструкции и как это отражается на окончательном проекте.

Однако при использовании численных методов возникают неточности расчета, оценка которых приобретает особое значение при определении вероятного риска.

В инженерных задачах исходные данные часто бывают далеко не полными. Так, на пример, величина внешних сил изменяется во времени, свойства материала, из которого сделана конструкция, также определяются как средние и имеют разброс, коэффициент на дежности может быть определен вероятностным методом. Возникают термины “допусти мый предел”, “инженерное решение”, которые подтверждают отсутствие достаточной точности в исходных данных. В результате для описания вероятности разрушения конст рукции возникает понятие “риск”, которым характеризуют полученное решение.

В состав крупных сооружений входят объекты, имеющие различную степень ответ ственности в обеспечении безопасности, например в гидротехническом узле наиболее от ветственным объектом является плотина, менее ответственными – здания, трубопроводы и т.д. Однако желательно принимать для всех объектов одинаковую меру риска. Принцип сбалансированного риска требует, чтобы все объекты, входящие в состав сооружения, проектировались на одинаковую степень риска.

При решении многих инженерных задач приходится определять риск, который воз никает как результат облегчения той или иной конструкции. Риск определяется на основе обработки статистическими методами большого числа наблюдений. Величина риска зави сит от ожидаемой выгоды. Как правило, повышение величины риска приводит к сниже нию расходов на создание конструкции и увеличению ожидаемой выгоды. Но вместе с тем это повышение может повлечь за собой разрушение конструкций в более короткий срок. Поэтому определение принимаемой величины риска является весьма ответственной задачей, которая может быть правильно решена только путем проведения глубокого ста тистического анализа. Функциональная зависимость между величиной риска и ожидаемой выгодой выражается нелинейным законом.

Рассмотрим подробнее физический смысл числового выражения риска. Наиболее полные статистические данные имеются для риска, которым характеризуются несчастные случаи в разных областях производства. Так, например, риск, характеризуемый числом 10 случаев на одного человека в год, является совершенно неприемлемым. Уровень риска 10-4 требует принятия мер и может быть принят только в том случае, если другого выхода нет. По данным, приведенным в работах американских ученых, риск в автомобильных авариях достигает уровня 2,810-4. Уровень риска 10-5 соответствует естественным слу чайным событиям, как, например, несчастным случаям при купании в море, для которых риск исчисляется 3,710-5. Несчастные случаи, обусловленные риском 10-6, относятся к та кому уровню, на который имеется более спокойная реакция, так как считается, что избе жать этого риска может каждый, соблюдая элементарные правила предосторожности.

Аналогичным образом величина риска может быть установлена и для каждой конст рукции с учетом срока службы, ее значения для общей прочности всего сооружения, а также стоимости, срока восстановления и т.д.

Очень часто для оценки риска принимается частота возникновения аварийных си туаций, например, число случаев разрушения плотин в год и их негативные последствия - число несчастных случаев, которые вызваны этой аварией.

При проектировании принимаются решения, которые могут увеличить или умень шить величину риска в процессе эксплуатации конструкции. Для того чтобы оценить влияние неточностей, допущенных при проектировании, следует для данной конструкции оценить вероятные пути, в результате которых может произойти разрушение. Для про стейшей конструкции очень часто можно предвидеть единственный путь вероятного раз рушения и тогда задача упрощается. Однако для сложных конструкций и сооружений раз рушение может развиваться разными путями, имеющими присущую им вероятность.

Коэффициент надежности вычисляется для каждой намеченной схемы разрушения по формуле n = )i, F (R rf i i= где Ri – множитель, характеризующий коэффициент надежности для каждой схемы.

Зависимость между вероятностью P разрушения, выраженной в процентах, и коэф фициентом надежности F получается в виде: P =10 % – F =3,5;

P =1 % – F =10;

P =0,1 % – F =20.

Вероятность того, что разрушение произойдет по выбранной последовательности событий D, вычисляется по формуле n j = 1 - (1 - )m, P P D i i= где mj – число участков для выбранной схемы разрушения.

Величина риска для механических систем, находящихся под воздействием внешних сил и температуры, существенно влияет на условия разрушения конструкций, поэтому не обходимо изучить и эти условия. Для того чтобы установить критическое состояние, со ответствующее катастрофическому разрушению конструкции, необходимо рассмотреть вызывающие его причины.

Обычно критерием разрушения считают предельную нагрузку или повторяющуюся нагрузку, в результате которой возникает эффект усталости или развитие пластических деформаций. Нередко оба эти критерия объединяются. Для определения вероятности раз рушения конструкции в качестве основного показателя принимается ожидаемое число N повторений нагрузки в течение срока эксплуатации конструкции и вводятся две функции, а именно функция надежности L(N) и функция риска P(N)=[1–L(N)], которые выражают вероятность сохранности или разрушения конструкции в зависимости от условного “воз раста” конструкции, характеризуемого числом N. Таким путем удается получить решение в указанных выше случаях.

Решая технические задачи, необходимо учитывать риск, возникающий в результате неточностей при выборе исходных данных, принятых в расчетах. При определении допус каемого риска необходимо учитывать вероятность благоприятного и неблагоприятного результата в эксплуатационных условиях проектируемого технического объекта. Такой подход позволит принять сознательное окончательное решение при выборе оптимального варианта с учетом риска. Функциональная зависимость между величиной риска и ожи даемой выгодой выражается нелинейным законом, как это показано на рис.6.2.

Построенная на этом рисунке кривая делит координатную плоскость на две части.

Справа от кривой расположены значения, которые могут быть при известных условиях приняты (эта область заштрихована). Точки, расположенные слева от кривой, относятся к неприемлемым значениям.

Величина риска определяется на основе общих математических методов: теории ве роятностей, математической статистики и теории игр. Как правило, риск существует объ ективно независимо от того, учитывается он в проектах или нет.

Для измерения величины риска, соответствующего данному варианту решения, про ектировщик должен исследовать влияние отдельных факторов, от которых зависит окон чательное решение. Определение риска особое значение приобретает при проектировании новых сооружений и сложных агрегатов и обеспечивает общий технический прогресс.

Правильное использование теории риска очень часто приводит к тому, что проектируе мый объект может обойтись дешевле и принести дополнительные выгоды.

Рис.6.2. Зависимость величины риска от затрат Очень часто понятие риска связывают с оценкой возможного ущерба. Однако при этом не учитывается возможная выгода, получаемая в результате принятого риска. По этому для правильного понимания существа вопроса рекомендуют определять риск как возможность отклонения принятого решения от той величины, которая соответствует ус ловиям эксплуатации объекта.

В специальной литературе рассматривается также очень подробно экономический риск, связанный с планированием промышленного производства. Этот вид риска называ ют хозяйственным, он включает в определенной степени указанные выше виды риска. Ве личина хозяйственного риска определяется обычно на основании опыта прошлого путем соответствующей обработки накопленных статистических данных, которые экстраполи руются на проектируемый объект. Однако построение логических схем на основе теоре тических положений с использованием математических моделей очень часто помогает найти численное выражение для ожидаемого риска.

Стоимость сооружения тесно связана с принятой при проектировании величиной риска. При большом риске снижается стоимость первоначальных затрат на строительство сооружения, однако в дальнейшем при неблагоприятном стечении обстоятельств в соору жении могут возникнуть повреждения, ликвидация которых связана с дополнительными расходами. Малая величина риска, принятая при проектировании, потребует усиления конструкций, а это повышает стоимость сооружения. Если в процессе дальнейшей экс плуатации сооружения не произойдет неблагоприятного стечения обстоятельств, с расче том на которые при строительстве выполнялись усиления конструкций для того, чтобы предотвратить повреждение их отдельных элементов, то первоначальное удорожание кон струкций за счет их усиления оказывается не нужным. Таким образом, увеличение риска приводит к удешевлению конструкций, а снижение риска вызывает удорожание строи тельства.

6.3.Определение вероятности воздействия опасных факторов пожара (ОФП) Нормативная вероятность Qвн воздействия ОФП не должна превышать 10-6 в год в расчете на каждого человека.

Уровень обеспечения безопасности работающих при пожарах отвечает требованиям, если расчетная вероятность воздействия ОФП соответствует соотношению Qв Qвн, Qв 10-6.

Для эксплуатационных объектов (зданий, сооружений) расчетную вероятность Qв вычисляют с использованием статистических данных по формуле:

Qв = 1,5 Мж / (T N 0), где Мж – число жертв пожара в рассматриваемой однотипной группе зданий за период Т;

Т – рассматриваемый период эксплуатации однотипных зданий, год;

Nо – общее число людей, находящихся в здании (сооружении).

Однотипными считаются здания с одинаковой категорией пожарной опасности (А, Б, В, Г, Д), одинакового функционального назначения и с близкими основными парамет рами: геометрическими размерами, конструктивными характеристиками, количеством го рючей нагрузки, вместимостью (числом людей в здании), производственными мощностя ми.

Для проектируемых объектов вероятность воздействия ОФП оценивают первона чально по формуле:

Qв = Qп (1 - Рпз), где Qп – вероятность возникновения пожара в здании;

Рпз - вероятность эффективного срабатывания противопожарной защиты, вычисляется:

n Рпз = 1 - - Ri ), ( i= где n – число технических решений противопожарной защиты зданий;

Ri – вероятность эффективного срабатывания i-го технического решения, по данным ВНИИПО, Ri = 0,7 - 0,8.

Если не соблюдается условие Qв Qвн, то необходимо расчет Qв выполнять с учетом вероятности Рэ эвакуации людей из здания по формуле:

Qв = Qп (1 - Рэ) (1 - Рпз);

Рэ = 1 - (1 - Рэп) (1 - Рдв), где Рэп – вероятность эвакуации по эвакуационным путям;

Рдв – вероятность эвакуации по наружным эвакуационным лестницам и переходам в смежные секции зданий.

При наличии наружных эвакуационных лестниц и других путей Рдв = 0,03, при от сутствии – Рдв = 0,001.

Вероятность Рэп вычисляют по зависимости:

(бл - tр) / нэ, если tр < бл < tр + нэ;

Рэп = 0,999, если tр + нэ бл;

0, если tр бл, где бл – время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей, мин;

определя ется расчетом значений ОФП на эвакуационных путях в различные моменты времени;

tр – расчетное время эвакуации, мин, определяется как сумма времени движения потока людей по отдельным участкам путей эвакуации;

нэ – интервал времени от возникновения пожа ра до начала эвакуации людей, мин (при наличии системы оповещения о пожаре нэ при нимают равным времени срабатывания системы с учетом её инерционности;

при отсутст вии необходимых исходных данных для его определения нэ = 0,5 мин, если системы опо вещения нет в этаже пожара, для вышележащих этажей нэ = 2 мин, для залов нэ = 0);

бл – допускается принимать равным необходимому времени эвакуации tнб (мин), которое за висит от категории пожара, системы оповещения помещения и его объема (табл. 6.1).

Допускается оценивать уровень обеспечения безопасности работающих в здании по значению вероятности в одном или нескольких помещениях, наиболее удаленных от вы ходов в безопасную зону (например, верхние этажи).

Таблица 6. Время эвакуации tнб, мин Категория Объём помещения, м до 15 30 40 50 60 и более А, Б 0,5 0,75 1,0 1,5 1, В1-В4 1,25 2 2 2,5 Г, Д не ограничивается Вероятность возникновения пожара в объекте Qп n Qп = 1 - (1 - Qппi), i= где n – число помещений в объекте;

Qппi – вероятность возникновения пожара в i - поме щении объекта в течение года.

Вероятность Qп на объекте определяется вероятностью возникновения пожара в од ном j -м технологическом аппарате Qа.п.j. или вероятностью пожара непосредственно в объеме i-го помещения Qп.о.i.:

n m Qп = 1 - (1- QП.О.i ) (1- QА.П. j ), i=1 j= где n – число помещений в объекте;

m – число технологических аппаратов в помещении.

Вероятности Qп.о.i. Qа.п.j обусловлены вероятностью совместного образования в объ еме помещения или в аппарате горючей смеси Qг.с.i, Qг.с.j и появлением источника зажи гания Qи.з.i, Qи.з.j:

Qп.о.i = Qг.с.i Qи.з.i Qа.п.j = Q г.с.j Qи.з.j Образование горючей смеси в элементе объекта обусловлено вероятностью совмест ного появления в нем достаточного количества горючего вещества Qг.i, Qг.j и окислителя, Qок.i, Qок.j с учетом параметров состояния (температуры, давления):

Qг.с.i = Qг.i Qок.i Q г.с.j = Qг.j Qок..j.

Для производственных помещений можно принять Qок.i = 1.

Вероятность появления горючего вещества определяется вероятностью реализации одной из N причин нарушения технологического процесса Qн.т.k. (разгерметизация, хими ческая реакция и т.п.):

N Qг.j = 1 - (1- QН.Т.k.) k= Для эксплуатируемых объектов вероятность Qн.т.k. определяют на основе статистиче ских данных.

Для проектируемых объектов:

Qн.т.k. = 1 – еxp(-), где – интенсивность отказов оборудования, 1/час;

– общее время работы оборудова ния за анализируемый период, час.

Вероятность появления источника зажигания на объекте:

Qи.з. = Qт.и. Qи.э. Qи.в., где Qт.и. – вероятность появления теплового источника;

Qи.э – вероятность того, что энер гия источника достаточна для зажигания горючей смеси;

Qи.в – вероятность того, что время контакта источника со средой достаточно для ее воспламенения.

Пример.6.1. Рассчитать вероятность возникновения пожара от емкостного пускоре гулирующего аппарата (ПРА) для люминесцентных ламп на W =40 Вт и U =220 В.

Данные для расчета приведены в табл.6.2.

Расчет.

ПРА является составной частью изделия с наличием вокруг него горючего материа ла (компаунд, клеммная колодка);

произведение вероятностей Q (ПР)Q (НЗ) обозначим через Q (ai);

тогда можно записать k Qa = Q(B) Q(a ) Q(Ti ).

i i= Таблица 6. Результаты испытаний емкостного ПРА Температура оболочки в наиболее нагретом месте при работе в аномальных режимах, К Например Длительный пуско- Режим с короткозамк- Длительный пусковой вой режим нутым конденсатором режим с короткозамк нутым конденсатором Т 375 380 6,80 5,16 7, где Qп – нормативная вероятность возникновения пожара при воспламенении аппарата, равна 10–6;

Q(B) – вероятность воспламенения аппарата или выброса из него пламени при темпера туре поверхности ПРА (в наиболее нагретом месте), равной или превышающей критическую;

Q(ai) – вероятность работы аппарата в i–м (пожароопасном) режиме;

Qi(Ti) – вероятность достижения поверхностью аппарата (в наиболее нагретом месте) критической (пожароопасной) температуры, которая равна температуре воспла менения (самовоспламенения) изоляционного материала;

k – число пожароопасных аномальных режимов работы, характерное для конкретного исполнения ПРА.

Для оценки пожарной опасности проводим испытание на десяти образцах ПРА. За температуру в наиболее нагретом месте принимаем среднее арифметическое значение температур в испытаниях T j j= Tcр =.

Дополнительно определяет среднее квадратическое отклонение (T - Tср ) j j= =.

y Вероятность Q(Ti)) вычисляем по формуле Q(Ti )=1 - i, где i – безразмерный параметр, значение которого выбирается по табличным данным, в зависимости от безразмерного параметра i в распределении Стьюдента.

Вычисляем (i) по формуле 10(Tk - Tср ), i = где Тк – критическая температура.

Значение Тк применительно для ПРА вычисляем по формуле (Tдj + Tвj ) j= Tk =, где Тдj, Твj – температура j –го аппарата (в наиболее нагретом месте), соответственно при появлении первого дыма и при «выходе» аппарата из строя (прекращении тока в цепи).

Значение Q (В) вычисляем в соответствии со стандартом [3] при n =10.

Значение критической температуры Тк составило 442,1 К, при этом из десяти испы туемых аппаратов у 2-х был зафиксирован выброс пламени (m=1, Q(B) =0,36).

Результаты расчета указаны в табл.6.3.

Таблица 6. Результаты расчета пожарной опасности ПРА Параметр Длительный пусковой Режим с коротко- Длительный пусковой режим (i=1) замкнутым конден- режим с короткозамк сатором (i=2) нутым конденсатором (i=3) Q (ai) 0,06 0,1 0, 30,9 37,8 4, 1 1 0, m 0 0 0, Q (Ti) Заключение.

Таким образом, расчетная вероятность возникновения пожара от ПРА равна Qп = 1(0,060+0,10+0,0060,00033)0,36 =7,110–7, что меньше 110–6, т.е. ПРА пожаробезопасен.

6.4.Ионизирующее излучение как источник риска Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминирован ные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспоро говые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) относятся только к ионизирующему излучению. В Нормах учтено, что ионизирующее излучение является одним из множества источников риска для здоровья человека, и что риски, связанные с воздействием излуче ния, не должны соотноситься только с выгодами от его использования, но их следует со поставлять и с рисками нерадиационного происхождения.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источ ников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

- непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения (принцип нормирования);

- запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вре да, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснования);

- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при ис пользовании любого источника излучения (принцип оптимизации).

Ответственность за соблюдение настоящих норм устанавливается в соответствии со статьей 55 Закона Российской Федерации "О санитарно-эпидемиологическом благополу чии населения".

Для обоснования расходов на радиационную защиту при реализации принципа оп тимизации принимается, что облучение в коллективной эффективной дозе в 1 чел.-Зв при водит к потенциальному ущербу, равному потере 1 чел.-года жизни населения. Величина денежного эквивалента потери 1 чел.-года жизни населения устанавливается методиче скими указаниями федерального органа Госсанэпиднадзора в размере не менее 1 годового душевого национального дохода.

Индивидуальный и коллективный пожизненный риск возникновения стохастических эффектов определяется соответственно:

ric = pi(E) rE E dE;

N R = ric, i= где r, R - индивидуальный и коллективный пожизненный риск соответственно;

Е - инди видуальная эффективная доза;

p(E)dE - вероятность для i-го индивидуума получить годо вую эффективную дозу от Е до E+dE;

rE - коэффициент пожизненного риска сокращения длительности Е периода полноценной жизни в среднем на 15 лет на один стохастический эффект (от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и несмертельного ра ка, приведенного по вреду к последствиям - от смертельного рака), равный:

а) для производственного облучения:

rE = 5,6 х 10-2 1/чел.-Зв при Е < 200 мЗв/год;

rE = 1,1 х 10-1 1/чел.-Зв при Е >= 200 мЗв/год;

б) для облучения населения:

rE = 7,3 х 10-2 1/чел.-Зв при Е < 200 мЗв/год;

rE = 1,5 х 10-1 1/чел.-Зв при Е >= 200 мЗв/год.

Для целей радиационной безопасности при облучении в течение года индивидуаль ный риск сокращения длительности периода полноценной жизни в результате возникно вения тяжелых последствий от детерминированных эффектов консервативно принимается равным:

ri,д = Pi[D > Д], где Pi[D > Д] - вероятность для i-го индивидуума быть облученным с дозой больше Д при обращении с источником в течение года;

Д - пороговая доза для детерминированного эф фекта.

Потенциальное облучение коллектива из N индивидуумов оправдано, если _ _ N (ric х Oc + riд x Oд ) x Сг V - Y - P, i= где Oс - среднее сокращение длительности периода полноценной жизни в результате воз никновения стохастических эффектов, равное 15 лет;

Oд - среднее сокращение длитель ности периода полноценной жизни в результате возникновения тяжелых последствий от детерминированных эффектов, равное 45 лет;

Cг - денежный эквивалент потери 1 чел. года жизни населения;

V - доход от производства;

Y - ущерб от защиты;

Р - затраты на основное производство, кроме ущерба от защиты.

Снижение риска до возможно низкого уровня (оптимизацию) следует осуществлять с учетом двух обстоятельств:

- предел риска регламентирует потенциальное облучение от всех возможных источ ников излучения. Поэтому для каждого источника излучения при оптимизации устанавли вается граница риска:

- при снижении риска потенциального облучения существует минимальный уровень риска, ниже которого риск считается пренебрежимым и дальнейшее снижение риска не целесообразно.

Предел индивидуального пожизненного риска в условиях нормальной эксплуатации для техногенного облучения в течение года персонала принимается округленно 1,0.10-3, а для населения - 5,0.10-5.

Уровень пренебрежимого риска разделяет область оптимизации риска и область без условно приемлемого риска и составляет 10-6.

6.5. О профессиональном риске в охране труда Сформулированы концептуальные положения совершенствования системы охраны труда на современном этапе. Их практическая реализация потребовала разработки теоре тической базы профессионального риска. Её основные положения состоят в следующем:

1. Воздействие вредных факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса обуславливает стохастические эффекты повреждения здоровья, которые до настоящего времени не находят отражения в нормативных и методических документах, оценивающих риск ущерба здоровью человека.

2. Скрытый ущерб здоровью работающих неблагоприятными условиями труда может ха рактеризоваться временем сокращения продолжительности жизни, которое рассчиты вается на основе предложенной универсальной шкалы, устанавливающей количест венную связь между стохастическими эффектами ущерба здоровью и состоянием ус ловий труда.

3. Для работающего жителя России риск летального исхода вследствие работы в услови ях труда на границе классов вредности 3.3–3.4 (по гигиеническим нормам «Гигиениче ские критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса» Р 2.2.755-99) сопоставим с современным риском летального исхода по при чине злокачественных новообразований, устойчиво занимающим второе-третье место в структуре смертности населения страны. Это обосновывает требование приоритет ности внимания к условиям труда работающего населения как одной из главных задач не только сферы охраны труда, но и общества в целом.

4. Профессиональный риск включает риски повреждения здоровья вследствие травм Rтр, профессиональных заболеваний с различной степенью утраты степени трудоспособно сти Rпз и скрытого повреждения здоровья вредными условиями производственной сре ды, тяжести и напряженности трудового процесса Rскр.

5. Количественно профессиональный риск характеризуется интегральным показателем риска, выражающим среднее на одного занятого профессиональной деятельностью время сокращения продолжительности жизни. Доказано, что риск повреждения здоро вья неблагоприятными условиями труда доминирует в структуре общего профессио нального риска.

6. Основаны новые показатели производства, характеризующие его с позиции профес сионального риска производителей продукции, а именно, уровень совершенства тех нологического производства и уровень безопасности производства. Технологический процесс по фактору профессионального риска характеризуется риском скрытого ущерба здоровью неблагоприятными условиями труда лиц, занятых в его реализации;

уровень безопасности производств для сверхкрупных компаний (с числом работающих в несколько десятков тысяч человек) – величиной интегрального показателя профес сионального риска;

для мелких, средних и крупных предприятий – величиной риска скрытого ущерба здоровью неблагоприятными условиями труда.

Сформулированные теоретические положения и установленные закономерности профессионального риска (ПР) позволили выделить перспективные направления, а в ряде случаев уже дать конкретные решения современных задач охраны труда (см. рис.6.3).

Первое направление (I) – количественная оценка риска, а именно оценка индивиду ального риска занятых в неблагоприятных условиях труда, сопоставимая оценка риска ра ботающих по регионам и отраслям экономики, оценка по фактору профессионального риска технологических операций, техпроцессов, производимой продукции и производст венных объектов. Принципиально важно, что исходными данными для проведения любой из перечисленных оценок являются общепринятые в охране труда показатели профзабо леваемости, частоты и тяжести травматизма, а также результаты аттестации рабочих мест, что делает её универсальной для систем любого уровня иерархии.

I. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПРОФЕССИНАЛЬНОГО РИСКА Оценка индивидуаль- Оценка ПР в масштабе Оценка по фактору ного ПР работника производственной сферы: ПР:

- региона - технологии - отрасли - продукции - предприятия II. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ГОСУДАРСТВА, РАБОТОДАТЕЛЯ И РАБОТНИКА В ОХРАНЕ ТРУДА Стимулирование ра- Финансирование Стимулирование ра ботодателя в улучше- ОТ – НИР и ОКР: ботника в сохранении нии условий труда - целевых программ своего здоровья - планов предприятий III. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ УСЛОВИЙ ТРУДА Повышение объективности контроля: Совершенствование структуры кон критерий – снижение ПР на предпри- тролирующих органов в ОТ ятии за счёт улучшения условий труда IV. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО РИСКА Экономический ущерб обществу = (профессионального риска, стоимостного эквивалента профессионального риска для общества) V. ФОРМИРОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ НА ОСНОВЕ МНОГОПОРОГОВОЙ КОНЦЕПЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ СРЕДЫ НА ЧЕЛОВЕКА ЛЕТАЛЬНЫЙ ИСХОД ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ СКРЫТЫЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ РИСК ПДК РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ЭКООБУСЛОВЛЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ СКРЫТЫЙ ЭКООБУСЛОВЛЕННЫЙ РИСК ПДК ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ФОН Рис.6.3.Схема оценки профессионального риска Второе направление (II) – формирование экономического механизма взаимоотноше ний государства, работодателя и работника в вопросах охраны труда. Его составляющими являются: стимулирование работодателя в улучшении условий труда;

предложение ис точников финансирования охраны труда и в первую очередь НИР и ОКР, целевых про грамм и программ предприятий по улучшению условий труда;

стимулирование работни ков в сохранении своего здоровья.

Впервые количественно оцененные масштабы скрытого повреждения здоровья вредными условиями труда и трудового процесса показали настоятельную необходимость смещения приоритетов в сфере охраны труда в область оздоровления условий производ ственной деятельности. Создаваемая уже под новые экономические реалии законодатель ная база в области охраны труда пока не ориентирована на внимание к решению этой за дачи. В частности, принятый Федеральный закон «Об обязательном социальном страхо вании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний» опять акцентируют внимание на травматизме и профзаболеваемости. В то же время полученные данные о величине риска ущерба здоровью условиями труда классов 3.4 и 4 (в соответст вии с классификацией Р 2.2.755-99) свидетельствуют, во-первых, о его соизмеримости с риском травматизма, являющегося одним из ключевых показателей положения дел с ох раной труда в рамках действующей системы;

во-вторых, о превышении им риска леталь ного исхода от злокачественных новообразований, на борьбу с которым в мире тратятся огромные усилия и средства;

в-третьих, о сопоставимости ущерба здоровью при работе в этих условиях с ущербом от фиксируемых профессиональных заболеваний.

Приведённые факты дают основания ставить вопрос о том, что при расчёте показа теля, определяющего ставку отчислений предприятия в фонд обязательного социального страхования, помимо травматизма и профессиональной заболеваемости необходимо учи тывать наличие рабочих мест с условиями труда классов 3 (вредных) и 4 (опасных), выяв ляемых в ходе аттестации рабочих мест. Реализация в Федеральном законе этого методи ческого положения вынудит работодателей обращать внимание на необходимость реше ния вопросов охраны труда, поскольку станет частью экономического механизма, обя зующего работодателя платить за наличие рабочих мест, создающих чрезмерную опас ность для здоровья работающих.

Поскольку скрытое повреждение здоровья не является страховым событием, как травма или профзаболевание, действующая страховая практика в этом случае не преду сматривает адресной компенсации. Однако этот вид риска наносит социальный ущерб обществу в целом, поэтому компенсация за него должна целевым назначением расходо ваться на финансирование научных исследований и целевых программ по улучшению ус ловий труда, совершенствованию системы в целом.

Что касается конкретных шагов поощрения работающих в действиях, направленных на поддержание и сохранение своего здоровья, в частности, не имеющих дней нетрудо способности в течение определённого времени, то здесь в полной мере должна быть реа лизована экономическая самостоятельность предприятий: это может быть оплата работо дателем посещений бассейна, сауны, тренажерных залов, других оздоровительных ком плексов и мероприятий для работников и членов их семей, бесплатное предоставление пу тёвок в профилакторий, предоставление дней дополнительного отпуска, приоритеты при составлении графика очередных отпусков и многое другое.

Однако реализация принципа личной заинтересованности и ответственности рабо тающего за состояние своего собственного здоровья и каждого человека за свое место и положение в окружающем мире связана, в первую очередь, с изменением менталитета общества и формированием нового сознания как необходимого условия решения пробле мы безопасности человека в окружающем мире в целом.

Третье направление (III) – совершенствование системы контроля условий труда.

Сегодня состояние условий труда на предприятиях контролируется тремя структурами:

Рострудинспекцией, Государственной инспекцией условий труда и органами Госгортех надзора, Санэпиднадзора и др. С одной стороны, они имеют один и тот же объект контро ля, хотя и рассматриваемый с резных точек зрения, с другой – цель контроля подразуме вает устранение текущих нарушений, но не используется как элемент управления охраной труда.

Профессиональный риск в охране труда как новая база знаний, воедино соединяю щая последствия воздействия на работающего вредных и опасных производственных фак торов, может служить теоретическим обоснованием для совершенствования структуры органов надзора и контроля в охране труда. Предложенный подход к оценке профессио нального риска даёт объективный количественный критерий контроля, а именно степень приближения профессионального риска на предприятии к социально приемлемому в от расли уровню через улучшение условий труда.

Четвертое направление (IV) – количественная оценка экономического ущерба, на носимого обществу последствиями работы трудящихся в неблагоприятных условиях тру да. В настоящее время количественно оценена содержательная составляющая ущерба – профессиональный риск. По мере стабилизации экономической ситуации в государстве станет возможным определить стоимостной эквивалент профессионального риска, что в совокупности позволяет в денежном отношении оценить потери общества от нерешенных вопросов безопасности труда.

Перспективой развития выполненных исследований может стать разработка единой многопороговой концепции воздействия природно-техногенной среды на человека, вклю чая производственные условия.

6.6. Страхование промышленных рисков Удовлетворение нарастающих потребностей общества в энергетических и химиче ских ресурсах неразрывно связано с внедрением высокоэффективных технологий, отли чающихся увеличением концентрации и единичных мощностей технологического обору дования. Этим тенденциям объективно сопутствуют как рост объемов капитальных вло жений и производство, так и увеличение возможных ущербов от аварийных ситуациях производственных объектах.

По опубликованным статистическим данным имущественный ущерб от аварий при водят к банкротствам 46% промышленных предприятий в течение первого года и еще 23% в течение последующих 2...3 лет от момента возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций. Столь высокий процент банкротства в промышленности связан, прежде всего, с необходимостью покрытий ущерба от аварий не только и не столько промышленной соб ственности, но и обществу в целом, включая его субъекты, имеющие приоритетное право на возмещение вынужденных потерь.

Так, помимо имущественного, существенную долю совокупного ущерба от техно генных чрезвычайных ситуаций может составлять вред, нанесенный здоровью и жизни людей, а также обусловленный загрязнением окружающей природной среды.

В этих условиях промышленная безопасность является одним из важнейших факто ров, определяющих экономическую устойчивость топливно–энергетического производст ва. В связи с этим в России и других технически развитых странах активно ведутся работы по анализу промышленных рисков и поиску методов их снижения техническими, органи зационными и другими мерами.

Несмотря на безусловную актуальность и полезность работ, все усилия и достиже ния в этом направлении не позволяют полностью исключить возможность аварий и ущерб от них. Согласно данным мировой статистики, к настоящему времени экономический эк вивалент совокупной величины среднего размера ущерба от одной крупной аварии на трубопроводе нефти и газа достигает 47 млн долл. США, а от аварии на нефтехимических и газоперерабатывающих заводах 55 млн долл. США.

К сожалению, прогноз аварийности на предприятиях России весьма неблагоприятен, что связано преимущественно с изношенностью основных фондов.

С целью преодоления указанных негативных тенденций новое законодательство, включая законы «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и «О пожарной безопасности», относит риск–анализ и управление рисками к одному из ос новных элементов обеспечения безопасности и безаварийности производства. Мировая промышленная практика показывает, что обеспечение экономической устойчивости про изводств с высокими уровнями промышленных рисков может быть обеспечено эффектив ным использованием экономических методов управления промышленной безопасностью и прежде всего страховой защитой опасных производственных объектов.

Российское законодательство, правовые нормативные акты Федеральных органов исполнительной власти относят страхование к одному из основных элементов обеспече ния промышленной безопасности.

К настоящему времени в международной практике сформировалась и интенсивно развивается эффективная система комплексного страхования промышленной собственно сти от техногенных и чрезвычайных природных ситуаций – промышленных рисков. При этом понятие промышленного риска включает, как правило, весь возможный диапазон нештатных производственных ситуаций, а страховому возмещению подлежат все виды причиненного ими ущерба материальным и финансовым ресурсам, природной среды, пер соналу, а также ущерб, причиненный третьим юридическим и физическим лицам.

В связи с этим в Российской Федерации наблюдается интенсивное развитие законо дательной, нормативной и информационной базы страховой деятельности, прежде всего в области обязательного и добровольного страхования, включая страхование ответственно сти промышленных объектов повышенной опасности и других видов страхования про мышленных рисков.

Наряду с повышением надежности страховой защиты, не менее важным фактором, определяющим эффективность положительных тенденций в этой области, является воз можность качественного повышения уровня промышленной безопасности путем создания на базе страхования системы материального стимулирования персонала, направленной на снижение аварийности и травматизма.

Сложившаяся ситуация в области страхования промышленных рисков наиболее не благоприятна для предприятий топливно–энергетического комплекса, связанных с экс плуатацией производственных объектов повышенной опасности, в том числе с возмож ным катастрофическим уровнем ущербов от аварийных ситуаций.

Генеральная цель комплексного страхования промышленных рисков – повышение безопасности, надежности и экономической эффективности производства – может быть достигнута только при условии обеспечения реального эффекта страхования как для ра ботников, так и для всех звеньев управления производством.

Опыт ведущих промышленных компаний и страховщиков промышленной собствен ности позволяет прогнозировать проявление реальной эффективности комплексного стра хования промышленных рисков в следующих основных формах:

1. Для акционерного общества в целом и владельцев акций эффективность страхова ния определяется ростом рыночной стоимости акционерной собственности (вследствие повышения качества и надежности ее страховой защиты), а также сокращением возмож ных экономических, моральных и других потерь из–за общего ожидаемого снижения ава рийности.

2. Для предприятия прогнозируемая эффективность комплексного страхования про мышленных рисков обусловлена также повышением маневренности свободного капитала в отсутствие необходимости создания резервов на случай непредвиденного ущерба при гарантии его страхового возмещения.

3. Основным фактором для предприятия, его подразделений и работников, опреде ляющим эффективность комплексного страхования промышленных рисков, является пря мое экономическое стимулирование работ на основе гибкого изменения страховых плате жей с учетом фактических результатов работ по предотвращению промышленных рисков.

Весьма важным фактором эффективности страхования является повышение уровня социальной и экономической защищенности работников, в том числе на период времен ной ограниченной занятости, как возможного последствия чрезвычайных ситуаций. В промышленной практике комплексное страхование промышленных рисков наиболее эф фективно реализуется на базе системного подхода, предусматривающего наличие закон ченных нормативных и структурных методических элементов и их регламентируемую взаимосвязь, обеспечивающих оперативное и качественное проведение всех процедур, связанных с организацией страхования конкретных объектов и реализацией их возможных экономических, юридических и иных последствий (рис.6.4).

Сущность методологии комплексного страхования заключается в регламентирован ной последовательности методически обеспеченных операций, основные из которых представлены на рис.6.5.

Классификация промышленных рисков на объекте страхования Формирование методической и программно–технической базы Прогнозирование последствий возможных чрезвычайных ситуаций Обновление цели и задач страховой защиты Обоснование страховых случаев и исключен ных причин Оценка экономических показателей страхования Страховая экспертиза и страховая инспекция Рис.6.4. Структура системы страхования промышленных рисков Исследование объекта страхования, классификация промышленных рисков Прогнозирование последствий возможных Анализ причин, формирование сценариев развиаварий, идентификация МГА тия и параметров промышленных рисков Статистический и вероятный анализ степе ни риска и МУ Обоснование рационального вида и формы страхования с учетом МГА и МУ Выбор и реализация процедуры первичной страховой экспертизы Оценка основных технико–экономических характеристик страхования Рис.6.5. Методология страхования имущественного ущерба:

Подготовка страхового договора и обеспе МГА – максимальная гипотетическая авария;

МУ – максимальный чение перестраховочной защиты имущественный ущерб При реализации указанных операций на основе действующих нормативных актов Госгортехнадзора России и МЧС России выделены классы промышленных рисков по природе их проявления и механизмам воздействия. Указанные риски могут быть разделе ны на химические, физические и биологические.

К промышленным рискам химической группы относятся риски загрязнения окру жающей среды токсичными ингредиентами природного сырья, продуктами его перера ботки и утилизации, а также риски поражения человека этими ингредиентами.

К рискам физической группы, характерным для объектов газовой промышленности, относятся, в основном, риски, связанные с разрушением оборудования и обусловленные этим фактором:

- волна повышенного давления;

- разлет осколков;

- акустический удар и др.

Сюда же следует отнести риски пожаров и взрывов, обусловленные взрывопожаро опасностью сырья, процессов его добычи, транспорта и переработки.

К промышленным рискам биологической группы относятся риски, связанные с воз можностью загрязнения окружающей природной среды патогенными микроорганизмами, а также мутагенными, канцерогенными и другими биологически активными веществами.

Прогнозирование и оценка последствий промышленных рисков применительно к конкретному производственному объекту требует системного анализа последствий воз можного проявления рисков каждой группы согласно классификации, представленной ра нее. Так, прогнозирование последствий промышленных рисков химической группы сво дится, в основном, к определению количеств токсичных ингредиентов, которые могут быть выделены в окружающую среду при возможных чрезвычайных ситуациях, а также к их распределению (зонированию) в окружающей среде, включая атмосферный воздух, по верхностные водоемы, почву и т.д. При этом зонирование уровней загрязнения всех объ ектов окружающей природной среды должно осуществляться на основе законодательно установленных токсикологических и иных предельных уровней. В частности, примени тельно к воздействию химических рисков на человека, зонирование их возможных по следствий предусматривает использование уровней пороговых токсодоз, устанавливаемых действующими санитарными нормами.

Прогнозирование последствий промышленных рисков физической группы сводится к определению масштабов первичных последствий возможных чрезвычайных ситуаций, а также их вторичных проявлений. При этом к первичным последствиям относятся такие, как разрушение оборудования и сооружений, например, вследствие пожаров и взрывов, а к вторичным – тепловое излучение, волна повышенного давления, осколки и т.д.

С точки зрения практической реализации прогнозирования подход включает, прежде всего, выявление возможных максимальных гипотетических аварий (МГА), отличающих ся наиболее полным проявлением промышленных рисков, к которым, в частности, могут быть отнесены:

- для скважин – открытые газовые и нефтяные фонтаны, связанные с разрушением подземного и бурового оборудования, включая аварии, связанные с необходимостью лик видации скважин;

- для продуктопроводов – разрывы труб, включая случаи, связанные с максимально возможным выбросом транспортируемой продукции в окружающую среду при взрыве и горении образующихся смесей, либо при распространении токсичных ингредиентов в природной среде;

- для объектов подготовки и переработки сырья – разрушение оборудования (аппа ратов, резервуаров, коммуникаций и т.д.) и другие случаи, связанные с возможными по жарами, взрывами, распространением токсичных ингредиентов в природной среде.

Такие аварии следует отнести к страховым случаям, а оценка страховой суммы мо жет быть осуществлена, исходя из требований полной компенсации имущественного и других ущербов, обеспечивающей восстановление производства и покрывающей финан совую ответственность предприятия в рамках действующего законодательства.

Для оценки стоимости страхования необходимым показателем является величина возможного средневероятностного ущерба, формируемая тремя основными параметрами, к которым относятся:

– страховая сумма или полный совокупный ущерб;

– вероятность возникновения страхового случая;

– период действия страхования.

Оценка вероятности страхового случая или степени риска для конкретного произ водственного объекта представляет собой весьма сложную логико–математическую зада чу, для решения которой в международной практике приняты следующие методы:

- принятие законодательно либо экспертно установленной количественной величины для типовых производственных объектов или процессов;

- принятие среднестатистической величины, определяемой по результатам много летнего опыта эксплуатации аналогичных или родственных производственных объектов;

- расчет количественной величины на базе существующих логико–вероятностных методов и методов математической статистики, максимально учитывающих тип и специ фику производственного объекта.

Опыт ведущих зарубежных страховщиков показывает, что первоначальный период промышленного страхования может быть эффективно реализован как при нормативном, так и при среднестатистическом методах определения степени риска. Оперируя извест ными статистическими показателями в нефтегазовой промышленности, величину средне вероятного ущерба с учетом периода действия страхования в один год можно оценить как 0,7…1,2% полного совокупного ущерба от МГА.

Применительно к конкретному объекту стоимость страхования должна быть уточне на при выполнении страховой экспертизы.

7.ОЦЕНКА И УПРАВЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ 7.1.Декларирование безопасности Декларирование промышленной безопасности регламентируется Федеральным зако ном «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07. №116-ФЗ.

Декларирование безопасности промышленного объекта, деятельность которого свя зана с повышенной опасностью производства, осуществляется в целях обеспечения кон троля за соблюдением мер безопасности, оценки достаточности и эффективности меро приятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на промышленном объекте.

Декларация безопасности – документ, в котором определены возможные характер и масштабы опасностей на промышленном объекте и выработанные меры по обеспечению промышленной безопасности и предупреждению техногенных чрезвычайных ситуаций.

Промышленный объект подлежит обязательному декларированию безопасности в случаях:

- если он включен в список объектов, деятельность которых связана с повышенной опасностью;

- если на нем обращаются опасные вещества в количестве, равном или превышаю щем определенное пороговое значение (см. таблицу 7.1).

Перечень промышленных объектов, деятельность которых связана с повышенной опасностью, включает:

- гидротехнические сооружения, аварии которых связаны с риском чрезвычайных ситуаций;

- сливо-наливные пункты пожаровзрывоопасных и опасных химических веществ;

- магистральные трубопроводные системы по транспорту нефти, газа, газоконденса та;

- магистральные трубопроводные системы по транспорту аммиака, этилена, пропи лена;

- скважины нефтяных, газоконденсатных и газовых месторождений с избыточным давлением 10 МПа и более на устье скважин;

- железнодорожные и сортировочные станции массовой погрузки-выгрузки опасных грузов.

Разработка декларации промышленной безопасности предполагает всестороннюю оценку риска аварии и связанной с нею угрозы;

анализ достаточности принятых мер по предупреждению аварий, по обеспечению готовности организации к эксплуатации опас ного производственного объекта в соответствии с требованиями промышленной безопас ности, а также к локализации и ликвидации последствий аварии на опасном производст венном объекте;

разработку мероприятий, направленных на снижение масштаба послед ствий аварии и размера ущерба, нанесенного в случае аварии на опасном производствен ном объекте.

Декларация безопасности имеет следующие разделы:

1. Общие сведения;

2. Месторасположение объекта;

3. Процессы и технологии;

4. Опасные вещества;

5. Анализ опасностей и риска;

6. Меры обеспечения безопасности;

7. Действия в случае аварии 8. Информирование общественности.

Раздел «Общие сведения» содержат: краткие сведения об объекте;

характеристику объекта;

обоснование идентификации объекта как подлежащего декларированию безопас ности;

страховые данные.

Раздел «Месторасположение объекта» содержит описание месторасположения объ екта;

данные о персонале и проживающем вблизи населении.

Раздел «Процессы и технологии» содержит описание технологии;

характеристику основного технологического оборудования;

перечень технологических параметров, влияющих на безопасность процесса;

характеристику пунктов управления.

Раздел «Опасные вещества» содержит: характеристики опасного вещества;

техноло гические данные по нему.

Таблица 7. Категории опасных веществ Виды опасных веществ Предельное количество (в тоннах) Воспламеняющиеся газы Горючие жидкости, находящиеся на товарно-сырьевых складах и базах Горючие жидкости, используемые в технологическом процессе или транспортируемые по магистральному трубопроводу Токсичные вещества Высокотоксичные вещества Окисляющие вещества Взрывчатые вещества Вещества, представляющие опасность для окружающей природной среды Раздел «Анализ опасностей и риска» содержит: сведения об известных авариях;

оп ределение источников опасностей;

анализ условий возникновения и развития аварий и чрезвычайных ситуаций;

выводы.

Раздел «Меры обеспечения безопасности» содержит: описание организационных мер обеспечения безопасности;

описание технических решений, направленных на обеспе чение безопасности;

перечень планируемых мероприятий, направленных на повышение безопасности.

Раздел «Действия в случае аварии» содержат: оперативную часть плана локализации аварий на объекте;

схемы оповещения о возникновении аварий и чрезвычайных ситуаций;

описание средств и мероприятий по защите людей;

порядок организации медицинского обеспечения.

Раздел «Информирование общественности» содержит: порядок и периодичность взаимодействия с населением и общественными организациями в регионе;

порядок пред ставления информации, содержащейся в декларации безопасности.

В качестве приложений к декларации безопасности приводятся: ситуационный план объекта;

принципиальная технологическая схема;

план размещения основного оборудова ния;

перечень основных нормативных документов, регламентирующих требования по безопасному ведению работ;

информационный лист, который может представляться по запросам граждан и общественных организаций.

Декларация безопасности подлежит обновлению не реже одного раза в 5 лет, а также в случаях:

- изменения сведений, входящих в нее и влияющих на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение чрезвычайных ситуаций и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций;

- изменения действующих требований (правил и норм) в области промышленной безопасности и предупреждения чрезвычайных ситуаций и защиты населения от чрезвы чайных ситуаций;

- совместного решения органов МЧС России и Госгортехнадзора России.

7.2. Категорирование помещений, зданий, сооружений, установок по пожаровзрывоопасности Оценка пожаровзрывоопасности различных объектов заключается в определении возможных разрушительных воздействий пожаров и взрывов на эти объекты, а также опасных факторов пожаров и взрывов на людей. Определение этих опасных воздействий на стадии проектирования объектов осуществляется на основе нормативных требований, разработанных соответствующими органами с учетом наиболее жестких (т.е. наиболее опасных) условий протекания и проявления пожаров и взрывов, т.е. с учетом аварийной ситуации.

В настоящее время основополагающими документами, устанавливающими степень пожаровзрывоопасности проектируемого объекта, являются нормы НПБ 105-95 и НПБ 107-97. Этими документами предусматривается категорирование промышленных и склад ских помещений, зданий и сооружений, наружных установок по взрывопожарной и по жарной опасности в соответствии с таблицами 7.2 и 7.7.

В основу оценки взрывопожарной опасности производственных помещений поло жены физико-химические показатели пожаро- и взрывоопасности обращающихся в поме щении веществ и энергетический подход, заключающийся в оценке расчетного избыточ ного давления взрыва и сравнении его с допустимым (табл. 7.2).

При расчете категории принимается возможность аварийной разгерметизации одной наиболее крупной единицы технологического оборудования с наиболее пожаровзрыво опасным веществом. Учитывается также возможность натекания продуктов из подводя щих коммуникаций за время до отключения соответствующих трубопроводов. Время от ключения трубопроводов принимается:

Таблица 7. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности Категория помещения Характеристика вещества и материалов, находящихся в помещении А Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с взрывопожароопасная температурой вспышки не более 28 0С в таком количе стве, что могут образовать паро-газовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5КПа.

Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избы точное давление взрыва в помещении превышает 5кПа.

Б Горючие пыли и волокна, легковоспламеняющиеся взрывопожароопасная жидкости с температурой вспышки более 28 0С, горю чие жидкости в таком количестве, что могут образо вать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздуш ные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превы шающее 5КПа.

В1-В4 Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие пожароопасные и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помеще ния, в которых они имеются в наличии или обращают ся, не относятся к категориям А и Б.

Г Негорючие вещества и материалы в горячем, раскален ном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени;

горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в ка честве топлива.

Д Негорючие вещества и материалы в холодном состоя нии.

t1 – равным времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 10-6 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

t2 = 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 10-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

t3 = 300 с при ручном отключении.

Количественным критерием назначения категории является избыточное давление (Р), которое может развиться при взрывном сгорании максимально возможного скопле ния взрывоопасных веществ в помещении. При Р > 5кПа рассматриваемый объект отно сится к взрывопожароопасным категориям А или Б в зависимости от свойств веществ.

При Р < 5кПа объект относится либо к категории В, либо к категории Д в зависимости от величины пожарной нагрузки. Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, находящихся на 1 м2 пола помещения.

Расчет Р производится по формуле:

m НТ Р0 Z Р =, (7.1) VП В СВ Т0 КН К где m – масса горючего газа, пара легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) или взве шенной в воздухе горючей пыли, поступившей из разгерметизированного технологиче ского оборудования, кг;

Нт – теплота сгорания истекающего вещества, кДж/кг;

Р0 - атмосферное давление, 101кПа;

Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве (Z = 0,5 для газов и пылей, Z = 0, для паров жидкостей, Z = 1 для водорода);

VП – свободный объем помещения, принимаемый равным 0,8 от геометрического объема, м3;

в – плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м3);

Св – теплоемкость воздуха (можно принять равной 1,01 кДж/кг К);

Т0 – температура в помещении (можно принять равной 293 К);

Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3);

К = (А t + 1) -– коэффициент, учитывающий аварийную вентиляцию (этот коэффициент учитывается, если аварийная вентиляция оборудована резервными вентиляторами, авто матическим пуском при достижении взрывоопасной концентрации и электропитанием по первой категории надежности по ПУЭ;

А – кратность воздухообмена, с-1;

t - время посту пления взрывоопасных веществ в помещение, с ).

С учетом численных значений показателей, входящих в уравнение (7.1), получаем:

0,096 m НТ Z Р =. (7.2) VП К Величина m рассчитывается в зависимости от агрегатного состояния горючего веще ства.

1. При разгерметизации аппарата с горючим газом (ГГ):

m = (V1 + VТ), (7.3) РОП Т где V1 = VОП – объем газа, поступившего из аппарата, м3;

Р0 Т VОП – объем аппарата, м3;

РОП – давление в аппарате, кПа;

Т, Т0 – температура в аппарате и в помещении, К;

Vт = V1т + V2т – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3;

– плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

V1т = q t –– объем газа, выходящего из подводящего трубопровода, м3;

q - расход газа из трубопроводов, м3/с;

t- время отключения трубопроводов, с;

V2т = 0,01 Pап r2 l – объем газа, вышедшего из трубопроводов после их отключения, м3;

r - радиус сечения трубопровода, м;

l - длина трубопровода от аппарата до задвижки, м.

2. При разгерметизации оборудования с ЛВЖ:

m = mр + mпf + m0, (7.4) где mр – масса жидкости, испарившейся при разливе, кг;

mпf – масса жидкости, испарившейся с поверхности аппарата, кг;

m0 – масса жидкости, испарившейся со свежеокрашенной поверхности, кг.

При этом mр = Wи Fи (7.5) и, где Wи = 10-6 М РН ;

- коэффициент учета движения воздуха по табл.7.3;

М- молекулярная масса ЛВЖ;

Рн - давление насыщенных паров при расчетной температуре, кПа;

Wи – скорость испарения, кг/(м2с);

Fи - поверхность разлива, принимаемая 1л на 1м2, если ЛВЖ содержит более 70% раство рите ля, и 1л на 0,5м2 в остальных случаях;

и – время испарения (принимается по времени полного испарения, но не более 3600 с).

Таблица 7. Значения коэффициента учета движения воздуха в помещении Скорость Значение при температуре воздуха, 0С воздуха, 10 15 20 30 м/с 0 1,0 1,0 1,0 1,0 1, 0,1 3,0 2,6 2,4 1,8 1, 0,2 4,6 3,8 3,5 2,4 2, 0,5 6,6 5,7 5,4 3,6 3, 1 10,0 8,7 7,7 5,6 4, 3. При наличии взрывоопасной пыли:

m = mвз + mав, (7.6) где mвз = Квз mп - масса взвихрившейся пыли;

Квз = 0,9 - доля взвешенной пыли;

КГ mп = (m1 + m2 ) ;

Кг - доля горючей пыли, КУ Ку - коэффициент эффективности уборки, принимаемый при ручной сухой 0,6 и при влажной 0,7;

при механизированной на ровном полу 0,9 и на полу с выбоинами 0,7;

m1 = М1 (1 - ) 1 - масса пыли, оседающей на труднодоступных местах за межуборочный период, кг;

m2 = М1 (1 - ) 2 – масса пыли, оседающей на доступных местах, кг;

М1 – масса пыли, выделяющейся за этот период из оборудования, кг;

– доля пыли, удаляемой вентиляцией;

1 – доля пыли на труднодоступных местах;

2 – то же на доступных местах (обычно 1=1, 2=0);

mав = (mап + q t) Кп – масса пыли, поступившей в помещение в результате аварии;

mап - масса пыли, выброшенной при аварии из аппарата, кг;

Кп - коэффициент пыления, равный 0,5 при размере частиц более 350 мкм и 1,0 при разме ре частиц менее 350 мкм.

Определение категорий В1-В4 осуществляется путем сравнения максимального зна чения удельной пожарной нагрузки (g, МДж/м2) с табл.7.4.

Таблица 7. Значения удельной пожарной нагрузки Категории Удельная пожарная нагрузка g на Способ размещения участке, МДж/м В1 более 2200 не нормируется В2 1401-2200 допускается несколько участков с пожарной нагрузкой, не пре вышающей указанных значений g В3 181-1400 то же В4 1-180 на любом участке площадью м2. Расстояние между участка ми должны быть более 1пр (табл. 7.5).

Таблица 7. Значения расстояния между участками пожарной нагрузки qкр, кВт/м2 5 10 15 20 25 30 40 1пр, м 12 8 6 5 4 3,8 3,2 2, Величина g определяется по уравнению:

Q g =, (7.7) S где Q = Gi Qн ) – пожарная нагрузка, МДж;

Gi - количество i-го материала пожарной нагрузки, кг;

Qн – низшая теплота сгорания i-го материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

S – площадь размещения пожарной нагрузки, м2 (но не менее 10 м2).

Значения критической плотности лучистых потоков qкр от очагов пожара из твердых материалов даны в табл.7.6.

Таблица 7. Критическая плотность лучистых потоков от очагов пожара Материалы qкр, кВт/м Древесина (сосна влажностью 12%) 13, Древесностружечные плиты (плотность 417 кг/м) 8, Хлопок 7, Слоистый пластик 15, Стеклопластик 15, Пергамин 17, Резина 14, Рулонная кровля 17, Величины lпр из табл. 7.5 принимаются при высоте помещения h >11 м, а при h<11 м принимается как 1=1пр+ (11-h). Для пожарной нагрузки с неизвестной величиной qкр зна чение 1пр 12 м. При проливе горючих жидкостей lпр между соседними участками разли ва рассчитывается по формулам:

lпр 15м при h 11 м;

(7.8) lпр (26-h) при h<11 м.

Если при определении категории В2 или В3 реализуется условие Q 0,64 g h2, (7.9) то помещение должно относится к категориям В1 и В2 соответственно.

Для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, воздухом или друг с другом, при расчете Р величина коэффициента Z принимает ся равной 1 (единице), а за Нт - энергия взаимодействия веществ.

После категорирования помещений производится категорирование зданий в целом.

Согласно НПБ 105-95 здание относится к категории А, если суммарная площадь помеще ний категории А превышает 5% от площади всех помещений или 200 м2. Если помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения, то норма 5% увеличивается до 25% или до 1000 м2.

Здание относится к категории Б, если оно не относится к категории А и суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5% или 200 м2, а если помещения обору дованы автоматическими установками пожаротушения, то здание можно не относить к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б не превышает 25% или 1000 м2.

К категории В относятся здания, если, во-первых, они не отнесены к категориям А или Б, во-вторых, если суммарная площадь помещений А, Б, и В превышает 5% (10% при отсутствии в здании помещений категории А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить к категории В здания, если площадь помещений категории А, Б и В при наличии в них установок автоматического пожаротушения не превышает 25% площади здания (но не более 3500 м2).

Здание относится к категории Г, если, во-первых, не относится к категориям А, Б, и В, во-вторых, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г не превышает 5% площади здания (25% при оборудовании автоматическим пожаротушением, но не бо лее 5000 м2).

НПБ 105-95 являются основой для установления требований к помещениям и здани ям в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, конструктивных решений и инженерного оборудования, предусматривающих сохранность помещений и зданий от пожаров и взрывов.

В зависимости от установленной категории пожаровзрывоопасности помещения, здания или сооружения предусматриваются определенные объемно-планировочные реше ния и профилактические мероприятия в соответствии с требованиями СНиП 21-01- «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

ГОСТ 12.1.004-91 рекомендует метод расчета по определению критической массы горючих веществ при их аварийном выбросе для помещений, где обращаются горючие га зы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли. Он позволяет определить макси мально возможную массу mmax горючих веществ, при аварийном выбросе которых еще можно относить помещение к непожаровзрывоопасным:

P C V доп ст СВ Г (П ) =, (7.10) m max 100 Z Р max где Рдоп – предельно допустимый рост давления для конструкций зданий и оборудования (допускается принимать значения Рдоп = 5 кПа);

Сст – стехиометрическая концентрация горючего газа или пара:

= (об. %);

С СТ 1+ 4, здесь 1 – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:

1 = nС + nН 4 nХ nо ;

где nc, nн, nх, nо – число атомов углерода (С), водорода (Н), галоидов (Х) и кислорода (О) в молекуле горючего (например, для ацетилена С2Н2: = 2 + - = 2,5) ;

1 2 - 0 4 VСВ – свободный объем помещения, принимаемый равным 80 % геометрического объема помещения, м3;

г(п)– плотность горючего газа (пара) при расчетной температуре, кг/м3;

Рmax – избыточ ное давление взрыва стехиометрической газовой (паровоздушной) смеси (допускается принимать Рmax=800 кПа);

Z – коэффициент участия горючей среды во взрыве.

Допускается принимать следующие значения Z:

- водород…1,0;

- горючие газы…0,5;

- ЛВЖ и ГЖ, нагретые до температуры вспышки и выше…0,3;

- ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности обра зования аэрозоля…0,3;

- ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля…0.

Максимально возможную массу горючей пыли, при аварийном выбросе которой еще можно относить помещение к невзрывопожароопасным, вычисляют о формуле:

Р С V Т доп р СВ о В = (кг), (7.11) m max q Р о П П где Ср=1,01103 кДж/(кгК) – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении;

в – плотность воздуха в помещении, кг/м3;

То – температура воздуха в помещении, К;

Ро = 101 кПа – атмосферное давление;

qп – удельная теплота сгорания горючей пыли, кДж/кг;

Zп – коэффициент участия пыли во взрыве (при отсутствии экспериментальных данных принимается Zп =0,5).

НПБ 107-97 устанавливает методику определения категорий наружных установок производственного и складского назначения по пожарной опасности.

Наружная установка – комплекс аппаратов и технологического оборудования, рас положенных вне зданий, с несущими и обслуживающими конструкциями.

Категории наружных установок по пожарной опасности принимаются в соответст вии с табл. 7.7.

Таблица 7. Категории наружных установок по пожарной опасности Категория на- Критерии отнесения наружной установки к той или иной категории по ружной уста- пожарной опасности новки Ан Установка относится к категории Ан, если в ней присутствуют (хранят ся, перерабатываются, транспортируются) горючие газы;

легковоспла меняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки (Tвсп) не более 28оС;

вещества и/или материалы, способные гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и/или друг с другом;

при условии, что ве личина индивидуального риска при возможном сгорании указанных ве ществ с образованием волн давления превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки Бн Установка относится к категории Бн, если в ней присутствуют (хранят ся, перерабатываются, транспортируются) горючие пыли и/или волок на;

ЛВЖ с Tвсп более 28оС;

горючие жидкости, при условии, что вели чина индивидуального риска при возможном сгорании пыле- и/или па ровоздушных смесей с образованием волн давления превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки Вн Установка относится к категории Вн, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) горючие и/или трудногорючие жидкости;

твердые горючие и/или трудногорючие вещества и/или мате риалы (в том числе пыли и/или волокна);

вещества и/или материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и/или друг с другом гореть;

не реализуются категории, позволяющие отнести уста новку к категориям Ан или Бн, при условии, что величина индивидуаль ного риска при возможном сгорании указанных веществ и/или материа лов превышает 10-6 в год на расстоянии 30 м от наружной установки Гн Установка относится к категории Гн, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) негорючие вещества и/или мате риалы в горячем, раскаленном и/или расплавленном состоянии, про цесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и/или пламени, а также горючие газы, жидкости и/или твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива Дн Установка относится к категории Дн, если в ней присутствуют (хранятся, перерабатываются, транспортируются) в основном негорючие вещества и/или материалы в холодном состоянии и по перечисленным выше кри териям она не относится к категориям Ан, Бн, Вн, Гн Требования норм НПБ 107-97 должны учитываться в проектах на строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение, при изменениях технологи ческих процессов и при эксплуатации наружных установок.

Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем последо вательной проверки их принадлежности к категориям от высшей (Ан) к низшей (Дн).

В случае, если из-за отсутствия данных представляется невозможным оценить вели чину индивидуального риска, допускается использование вместо нее следующих крите риев.

Для категорий Ан и Бн:

- горизонтальный размер зоны, ограничивающей газо-, паровоздушные смеси с кон центрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламе ни (НКПР), превышает 30 м (данный критерий принимается только для горючих газов и паров) и/или - расчетное избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушной сме си на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа.

Для категории Вн:

- интенсивность теплового излучения от очага пожара веществ и/или материалов, указанных для категории Вн, на расстоянии 30 м от наружной установки превышает кВт.м2.

7.3.Классификация взрыво-пожароопасных производственных зон С помощью рассмотренного выше нормативного документа производится оценка возможности и масштабов образования пожаровзрывоопасных сред. Как известно, для возникновения пожара или взрыва еще необходим источник воспламенения. Наиболее распространенными являются источники электрического происхождения. Предупрежде нию появления таких источников посвящены Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Причем этими Правилами требования к выбору электрооборудования регламенти руются с учетом степени взрывопожароопасности объекта, для которого производится выбор электрооборудования. Этими правилами предусматривается классификация произ водственных помещений и наружных установок по степени взрывопожароопасности, при этом степень взрывопожароопасности характеризуется взрывоопасными и пожароопас ными зонами с учетом характера проведения технологических процессов, эксплуатации оборудования и взрывопожароопасных свойств и количеств веществ и материалов.

Взрывоопасная зона – помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

При определении взрывоопасных зон принимается, что взрывоопасная зона в поме щении занимает весь объем помещения, если объем взрывоопасной смеси превышает 5% свободного объема помещения. Взрывоопасной считается зона в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение горючих газов или паров ЛВЖ, если объем взрывоопасной смеси равен или менее 5% свободного объема помещения. Помещение за пределами взрывоопасной зоны следует считать невзрывоопасным, если нет других факторов, создающих в нем взрыво опасную ситуацию.

По Правилам ПУЭ принимается, что в том случае, когда Р > 5кПа, взрывоопасная зона занимает весь объем помещения. При локальном образовании взрывоопасной смеси, характеризуемой давлением взрыва не более 5кПа, взрывоопасную зону принимают в ви де цилиндра вокруг аппарата радиусом и высотой 5 м. Причем для тяжелых газов и паров высота берется от пола, а для легких газов – от потолка.

Расчет избыточного давления взрыва производится теми же методами, что и при ка тегорировании по НПБ 105-95.

Взрывоопасные зоны подразделяются на шесть классов.

1) Взрывоопасная зона класса В-I – пространство в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (за грузка или разгрузка технологических аппаратов, хранение или переливание ЛВЖ в открытых емкостях).

2) Взрывоопасная зона класса В-Iа – пространство в помещениях, в которых при нор мальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ДВЖ с возду хом не образуются, а лишь кратковременно в результате аварийных ситуаций или не исправностей.

3) Взрывоопасная зона класса В-Iб – пространство в помещениях, в которых при нор мальной работе взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а образование их возможно только в результате аварии или неисправно стей, но отличающихся от класса В-Iа одной из следующих особенностей:

- горючие газы в этой зоне имеют высокий нижний концентрационный предел рас пространения пламени (НКПР) 15% (об.) и выше, обладают резким запахом (например, объекты с наличием аммиака);

- присутствие газообразного водорода в помещениях, в которых по условиям техно логического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превы шающем 5% свободного объема помещения и имеющие взрывоопасную зону только в верхней части помещения;

- лабораторные и другие помещения, в которых горючие газы и пары ЛВЖ имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси в зоне, пре вышающей 5% свободного объема помещения, и в которых работа с этими веществами проводится без применения открытого огня;

- горючие газы и ЛВЖ имеются в таких количествах, что при их воспламенении и сгорании расчетное избыточное давление не превысит 5кПа.

Эти помещения не относятся к взрывоопасным, если работа с горючими газами и ЛВЖ проводится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами и расчетное избыточ ное давление не превышает 0,5кПа.

4. Взрывоопасная зона класса В-Iг – пространства у наружных технологических устано вок с взрывоопасными веществами, надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры), эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой;

пространства у проемов, cмежных с помещениями классов В-I, В-Iа и В-II, пространства около устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений с взрыво опасными зонами любого класса;

пространства у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.

5. Взрывоопасная зона класса В-II – пространство в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли и волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовать с воздухом взрывоопасные пыле воздушные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгруз ке технологических аппаратов) и при ее воспламенении и сгорании может развиться избыточное давление свыше 5кПа.

6. Взрывоопасная зона класса В-IIа – пространство в помещениях, в которых опасные со стояния, указанные в зоне класса В-II, не возникают при нормальной эксплуатации, а возможны только при аварийных ситуациях или неисправностях.

При давлении взрыва паров перегретых жидкостей, пылевоздушной смеси не более 5кПа принимается пожароопасная зона класса П-I или П-II соответственно. Пожароопас ная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или пе риодически обращаются горючие вещества. Пожароопасные зоны классифицируются только по наличию горючих материалов. Помещения и установки, в которых содержатся горючие жидкости с температурой вспышки выше 61оС и пыли с НКПР выше 65 г/м3, от носят к пожароопасным и классифицируют по следующим зонам.

1. Пожароопасная зона класса П-I – пространство в помещениях, в которых содержатся горючие жидкости (например, масла).

2. Пожароопасная зона класса П-II – пространство в помещениях, в которых может обра зоваться пылевоздушная смесь с НКПР выше 65 г/м3 и при ее воспламенении и сгора нии избыточное давление не будет превышать 5кПа.

3. Пожароопасная зона класса П-IIа - пространство в помещениях, в которых содержатся твердые горючие вещества, не способные переходить во взвешенное состояние.

4. Пожароопасная зона класса П-III – наружные установки вне помещений, в которых содержатся горючие жидкости с температурой вспышки выше 61оС или твердые го рючие вещества и материалы.

7.4. Категорирование технологических блоков и производств по степени взрывоопасности Каждый технологический процесс должен быть оценен с точки зрения уровня взры воопасности его технологических блоков.

Под технологическим блоком понимается аппарат или группа аппаратов, которые в любое время и на любой стадии протекания процесса могут быть отключены от дейст вующей технологической системы, при этом не произойдет опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежных блоках или аппаратах. Границами технологи ческих блоков является запорная арматура, которая должна быть доступна, с достаточным быстродействием, надежна и удобна в управлении.

Требования технологической взрывоопасности регламентируются правилами ПБ 09 170-97. Согласно этому документу степень взрывоопасности технологических блоков с горючими газами и жидкостями определяется общим энергетическим потенциалом взры воопасности, представляющим сумму энергий адиабатического расширения парогазовой фазы A, энергии полного сгорания имеющейся и поступившей от соседних блоков парога зовой фазы (ПГФ) E* и энергии образующихся из жидкой фазы (ЖФ) паров E** за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергий при аварийной разгерметизации тех нологической системы:

E = A + E* + E** (кДж), (7.12) где E* = E1* + E2*;

E** = E1** + E2** + E3** + E4**;

Е1* - энергия сгорания ПГФ, находящейся в расчетном блоке, кДж;

Е2* - энергия сгорания ПГФ, поступившей к месту разгерметизации расчетного блока от смежных блоков, кДж;

E1** - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет теплоты перегрева жидкой фазы (ЖФ), имеющейся в расчетном блоке и поступившей из смежных блоков, кДж;

E2** - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплоты экзотермических реакций, кДж;

E3** - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж;

E4** - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ, пролитой на твердую поверхность, за счет тепла, поступившего от твердой поверхности и окружающей среды, кДж.

Детальный анализ выражения (7.12) показал, что существенный вклад в суммарный потенциал дают:

1. Энергия сгорания парогазовой фазы (ПГФ), находящейся в аварийном блоке:

Е1* = G* q*, кДж, где G* – масса ПГФ в аварийном аппарате, кг;

q* – теплота сгорания ПГФ, кДж/кг.

2. Энергия сгорания ПГФ из смежных аппаратов:

Е2* = Gi* qi, кДж, где Gi* – масса ПГФ из смежных аппаратов, кг;

qi* – теплота сгорания ПГФ из смежных аппаратов, кДж/кг.

3. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из перегретой (выше температуры кипения) жидкой фазы (ЖФ), имеющейся в аварийном блоке и поступающей из смежных блоков:

Е1** = G**..c**..q*/r + Gi** сi** i qi*/ri, кДж, где G**, Gi** - масса ЖФ, имеющейся в расчетном блоке и поступившей из смежных блоков, кг;

с**, сi** – теплоемкости ЖФ, кДж/(кг С);

, i – температуры перегрева ЖФ, 0С;

r, ri - теплоты парообразования ЖФ, кДж/кг.

4. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой ЖФ:

Е4** = G** q*, кДж, где G** - масса паров, образуемых при испарении пролитой ЖФ, кг.

Энергия сгорания содержащихся в технологическом блоке пылевоздушных смесей E зависит от массового количества дисперсного продукта Gпв (кг) и удельной энергии сгорания пыли qпв:

E = Gпв.qпв.

Для пылевоздушных смесей общая масса дисперсного продукта, участвующая в об разовании взрывоопасной пылевоздушной смеси, включает три составляющие:

Gпв = G1 + G2 + G3, где G1 – масса взвешенной пыли в аппаратуре технологического блока, кг;

G2 – масса взвешенной пыли, образующейся в объеме помещения или наружной установ ки в результате выброса из разрушенного взрывом оборудования и поступления пыли к разгерметизированному участку из смежного оборудования, кг;

G3 – масса пылевоздушной смеси, образующейся в объеме помещения или наружной ус тановки за счет взвихрения осевшей пыли, кг.

Значения суммарной энергии Е используются для определения относительного энергетического потенциала (Qв) технологического блока, а также массы взрывоопасного парогазового облака (m), приведенной к тротиловому эквиваленту:

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.