UNSORTED / Лекции - Техногенный риск - 2002 / риск / GORSK

Безопасность химических производств

АНАЛИЗ АВАРИЙНОГО РИСКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

В.Г.Горский, Т.Н.Швецова-Шиловская, В.В.Кирсанов, Г.Ф.Терещенко

ФГУП ГосНИИОХТ

бщепризнано, что научно-технический	опиравшаяся на принцип «реагировать и выправ-
прогресс несет не только блага. Его неиз-	лять», полностью себя изжила. На смену ей в семи-
Îбежными спутниками являются все нара-	десятые годы прошедшего столетия была выдвину-
стающие угрозы для здоровья и жизни людей, для	та новая «концепция приемлемого техногенного
окружающей природной среды. Увеличивается ава-	риска», в основе которой лежит принцип «предви-
рийность на объектах техносферы, повышается	деть и упреждать» [1,4,6]. Стало ясно, что обеспе-
уровень загрязненности среды обитания челове-	чить абсолютную безопасность объектов техносфе-
ка. Ощущается реальная угроза устойчивому раз-	ры невозможно. Надо добиваться их относитель-
витию цивилизации, чреватая гибелью челове-	ной безопасности, доводя аварийный риск, связан-
ческого сообщества.	ный с ними, до приемлемого, допустимого уровня.
За короткий исторический период в разных	В промышленно развитых странах были раз-
странах мира имели место аварии катастрофичес-	вернуты интенсивные работы по обеспечению бе-
кого характера на атомных электростанциях, на	зопасности объектов техносферы на законодатель-
объектах химической промышленности, на нефте-	но-правовом, нормативно-методическом, организа-
и газопроводах, на транспорте [1-4].	ционно-техническом и научном уровне. Говоря о
На общественное мнение наиболее сильное воз-	законодательных актах по вопросам аварийности
действие оказали токсические аварии в Севезо и в	на промышленных объектах, надо выделить т.н.
Бхопале, радиационная катастрофа в Чернобыле.	Директиву «Севезо» [7]. Эта Директива вышла в
10 июля 1976 г на заводе швейцарско-итальянской	свет в 1982 г и вступила в действие в станах Евро-
компании JCMESA в Севезо (Северная Италия)	пейского Экономического Сообщества в 1984г. «Ди-
произошел выброс всего лишь 2,0-2,5 кг диоксина	ректива Севезо» (Seveso Directive) содержит тре-
из реактора [3].В результате общее число поражен-	бования по разработке планов действий в чрезвы-
ных составило 2000 человек. Незначительному по-	чайных ситуациях на промышленных объектах хи-
ражению подверглись десятки тысяч человек. Ока-	мического профиля с целью минимизации риска
залась зараженной территория площадью 18 кв.км.	для персонала и населения, смягчения последствий
Еще более впечатляющая токсическая авария	химических аварий. В ней регламентируются про-
произошла 3 декабря 1984 года на химическом	цедуры предварительной оценки возможных ме-
предприятии американской компании Union	дицинских и экологических последствий аварий на
Carbide India Ltd в Бхопале (Индия). Вследствие	опасных промышленных производствах; изложены
попадания небольшого количества воды в емкость	методики классификации опасных производств;
с метализоцианатом произошел выброс последне-	оценки аварийного риска; лицензирования и эко-
го в окружающую среду [5]. В результате этой «хи-	логической экспертизы опасных предприятий.
мической Хиросимы» погибло более 2500 человек.	Этот документ стал основным общеевропейс-
100 тысяч пострадавших стали калеками. Общий	ким документом, обеспечивающим контроль за
ущерб превысил 50 млн долларов.	безопасностью химико-технологических комплек-
Не меньший общественный резонанс вызвала	сов. Конечно, одной данной директивой дело не
Чернобыльская катастрофа от 26 апреля 1986 года	ограничилось. Появились экологические законы и
[1]. Она привела к громадным потерям. Ее послед-	другие важные законодательные акты по охране
ствия ощущаются и до сих пор в России, на Украи-	окружающей среды; документы, регламентирую-
не, в Белоруссии, в странах Восточной Европы.	щие производство, хранение, транспортировку
Аварии, подобные указанным выше, отчетли-	опасных веществ и уничтожение токсических от-
во показали, что бытовавшая прежде «концепция	ходов; государственные стандарты качества возду-
техники безопасности» в промышленной сфере,	ха, воды, земли и др. [4]. В настоящее время дей-

Химическая промышленность, 2002, ¹4

1

Безопасность химических производств

ствует уточненная и дополненная версия «Директива Севезо-2» (Seveso-II) [8].

Âстранах Европейского Союза, в США, Канаде, Японии широким фронтом ведутся научные исследования по обеспечению промышленной безопасности и анализу аварийного риска. Процесс интеграции ведущих европейских государств в Европейский Союз послужил мощным стимулом для объединения усилий ученых этих стран в области промышленной безопасности. Более подробная информация на этот счет приведена в [9], [10].

Основы обеспечения безопасности промышленных объектов и анализа аварийного риска производственных объектов (преимущественно химического профиля) изложены во множестве зарубежных изданий. Приведем лишь наиболее известные

èдоступные из них [11-23]. Заметим, что руководства [14-16] изданы Центром по безопасности химических процессов при Американском институте инженеров-химиков. Они входят в обширную серию фундаментальных руководств, разработанных этим центром. Переводы из книги [22] предполагается публиковать в научном журнале «Вопросы анализа риска», который начал выходить в России с 1999 г.

Признание концепции приемлемого техногенного риска произошло в Российской Федерации с запозданием. Тем не менее, в 1991 году была принята Государственная научно-техническая программа «Безопасность населения и народно-хозяй- ственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». В период с 1993 по 1997 г функционировала Федеральная целевая программа «Создание и развитие Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях на 1993-1997 г.». В 1999 г. принята новая Федеральная целевая программа «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года».

Âпоследние годы в РФ заметно активизировалась работа по созданию законодательной и нор- мативно-методической базы по проблеме обеспе- чения промышленной безопасности. В РФ приняты законы «Об охране окружающей природной среды» (1992 г), «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994 г), «Об экологической экспертизе» (1996 г), «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (1997 г). Согласно последнему закону каждое опасное предприятие РФ обязано разрабатывать декларацию безопасности, подлежащую экспертизе, и получать от соответствующих органов лицензию на право

производственной деятельности. Обязательной составной частью декларации безопасности является прогноз и оценка аварийного риска, который характеризует уровень опасности данного производственного объекта. Закон о промышленной безопасности РФ является по-существу аналогом известной Директивы Севезо , о которой шла речь выше.

Основы безопасности и анализа аварийного риска промышленных объектов изложены на русском языке в ряде переводных [3], [24-26] и отече- ственных [4], [9], [27-47] изданий.

Кроме того имеется большое число статей российских авторов, содержащих концептуальные и важные положения теории аварийного риска и безопасности сложных технических систем, включая химически опасные объекты. Укажем лишь некоторые из них [2], [6], [48-76].

Вместе с тем следует признать, что вклад Российских ученых в разработку проблемы обеспече- ния безопасности и анализа аварийного риска, порождаемого объектами техносферы, в особенности химического профиля, явно недостаточный.

Химическая опасность

К основным видам техногенных опасностей относятся химическая, радиационная и бактериалогическая опасности. Химическая опасность проявляется в аварийном или систематическом токсическом поражении людей и загрязнении окружающей природной среды (ОПС), в пожарах и взрывах [3]. Опасность, приводящую к поражению людей и загрязнению окружающей природной среды токсич- ными веществами, правомернее было бы называть токсической опасностью, выделяя ее из других видов химической опасности. Однако в отечественных публикациях токсическую опасность обычно отождествляют с химической. Этого толкования будем придерживаться далее и мы.

Среди различных видов техногенной опасности для людей и окружающей природной среды химическая опасность занимает особое место. Хими- ческие продукты (токсичные химические вещества - ТХВ) используются, производятся, обращаются, хранятся, транспортируются и уничтожаются на множестве химически опасных объектов (ХОО). К ХОО относятся не только предприятия химической, нефтехимической, металлургической и других отраслей промышленности, где ТХВ содержатся в сырье, вспомогательных материалах, технологических смесях, продуктах и отходах. Значительные массы сильнодействующих ядовитых веществ сосредоточены на объектах пищевой, мясомолочной промышленности, в холодильниках торговых баз, в жилищно-коммунальном хозяйстве. Так на ово-

2Химическая промышленность, 2002, ¹4

Безопасность химических производств

щебазах содержится до 150 тн аммиака, используемого в качестве хладоагента. На станциях водоподготовки - от 100 до 400 тн хлора [77].

Токсическая опасность химических продуктов, производимых и используемых в промышленности, проявляется не только при авариях, но и в нормальном режиме эксплуатации ХОО (абгазы, сточ- ные воды, твердые отходы).

Воздействие ТХВ на элементы окружающей природной среды приводит к появлению вторич- ных источников токсического поражения, которые могут проявлять себя длительное время.

Токсические поражения живой природы могут происходить немедленно и сопровождаться различ- ными острыми поражениями. Вместе с тем возможны отсроченные токсические эффекты (отдаленные последствия токсического поражения), комбинированное, комплексное и сочетанное воздействие химикатов и других поражающих факторов на живой организм. В самое последнее время установлено, что многие химические продукты способны воздействовать на человека при супермалых концентрациях и дозах.

Химическая опасность неуклонно нарастает. В промышленности, сельском хозяйстве, в быту уже применяется более 100 тысяч различных химикатов, и ежегодно к ним добавляется более тысячи новых [78].

Свойства большинства химикатов, производимых в промышленном масштабе, изучены явно недостаточно. По свидетельству специалистов по экотоксикологии [79] для 78% промышленно производимых химических веществ не имеется никакой информации об их токсических свойствах.

В России и государствах СНГ эксплуатируются более 1000 крупных химических объектов с большим количеством ядовитых и взрывоопасных веществ [80]. Опасность запасов сильнодействующих ядовитых веществ, находящихся на предприятиях РФ, вполне сопоставима с радиационной опасностью, обусловленной ядерными объектами [2].

Химически опасные объекты и системы обеспечения безопасности

Химически опасным объектом (ХОО) принято называть объект техносферы, «при аварии на котором или разрушении которого может произойти массовое отравление людей, сельскохозяйственных животных и растений либо химическое заражение окружающей природной среды химическими веществами в количествах, превышающих естественный уровень их содержания в среде» [81].

Среди ХОО выделяют химико-технологические объекты (ХТО), в которых производится переработка химической субстанции. Типовой ХТО обычно расчленяют на составные части (участки) разного назначения: основные технологические участки, вспомогательные участки и функциональные уча- стки общего назначения.

Жизнедеятельность, т.е. жизненный цикл практически любого промышленного объекта, включая и ХТО, может быть разбит на ряд этапов: предпроектная проработка (составление аван-проек- та), разработка технического проекта, разработка рабочего проекта, строительство, сдача объекта в эксплуатацию (пуско-наладочные работы), плановая эксплуатация. После прекращения эксплуатации - разборка оборудования, демонтаж, утилизация. В последующем мы сосредоточим свое внимание на этапе эксплуатации, который чреват наибольшими опасностями.

Под химической безопасностью понимается «положение, при котором путем выполнения правовых норм, экологических, специальных и инже- нерно-технических требований практически исключаются условия для возникновения аварий или катастроф на химически опасных объектах или промышленных установках, а также предусматриваются соответствующие меры по предотвращению химического заражения людей, сельскохозяйственных животных и природной среды в случае возникновения источников чрезвычайной ситуации в прилегающих к ним районах».

При этом обеспечение химической безопасности достигается с помощью комплекса «организационных и специальных мероприятий, направленных на исключение и максимальное снижение опасности вредного воздействия на организм человека, сельскохозяйственных животных и окружающую природную среду химического заражения в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации [ЧС] на химически опасном объекте или промышленной установке» [81].

Система обеспечения безопасности ХТО должна быть комплексной и содержать в своем составе подсистемы:

–научно-технического,

–информационного,

–материально-технического,

–кадрового,

–организационного обеспечения.

Рассмотрим систему научно-технического обеспечения безопасности химико-технологического объекта (СБ ХТО), не затрагивая проблемы, связанные с безопасностью района, региона и страны в целом. При этом мы ограничиваемся лишь мероп-

Химическая промышленность, 2002, ¹4

3

Безопасность химических производств

Ðèñ.1. Блок-схема системы научно-технического обеспечения безопасности ХТО.

риятиями, направленными на предотвращение аварийных ситуаций на ХТО, локализацию очагов аварий и снижение негативных последствий, т.е. речь будет идти о мероприятиях и действиях, нацеленных на прогноз аварийного риска и действий в условиях ЧС.

Научно-технические аспекты, связанные с систематическим риском, порождаемым ХТО при «нормальных» безаварийных условиях эксплуатации, здесь не рассматриваются.

По нашему мнению, СБ ХТО может быть представлена в виде 10 взаимосвязанных подсистем, которые изображены на рисунке 1. Такое разбиение в известной степени является условным; отдельные функции подсистем могут перекрываться.

В качестве особых подсистем выделены 2 подсистемы: анализа аварийного риска и реагирования на чрезвычайные ситуации. С позиции современной концепции обеспечения безопасности первая подсистема I* выполняет роль координатора подсистем N1-6. Подсистема II* реагирования на чрезвычайные ситуации (ЧС) координирует и управляет подсистемами N 3-8. Назначение подсистем N1-8 вытекает из их названий. Более подробная расшифровка содержится в [9].

Подсистема I* анализа аварийного риска предназначена концентрировать информацию об объекте в целом, о системе его безопасности и об

окружающей обстановке и прогнозировать возможные аварии и их последствия. Но главная ее активная функция - разработка рекомендаций по корректирующим воздействиям на объект в целом, на остальные подсистемы СБ ХТО с тем, чтобы обеспечить снижение величины риска и поддержание его на приемлемом уровне. На рисунке связь подсистемы анализа аварийного риска с остальными подсистемами СБ ХТО (N 1-6) отражена двойными стрелками, чтобы подчеркнуть их взаимодействие.

Подсистема II* реагирования на чрезвычайные ситуации, возникающие на объекте при авариях, является координатором указанных выше подсистем NN 3-6, а также подсистем NN 7,8. Двойными стрелками отображено взаимодействие между подсистемами II* и NN 3-8.

Надо подчеркнуть, что приведенное разбиение СБ ХТО на подсистемы является субъективным. Одни и те же технические средства, методы и мероприятия могут использоваться в разных подсистемах. Это относится, например, к средствам оповещения. Не следует также думать, что приведенные подсистемы должны подключаться к работе строго последовательно, они могут взаимодействовать и параллельно.

Подсистемы NN 1,2 нацелены, в основном, на обеспечение безаварийной работы химического объекта или, следуя терминологии, принятой в области гражданской обороны [81], можно сказать, что эти подсистемы предназначены для предотвращения чрезвычайных ситуаций.

Подсистемы NN 3-8 имеют целью обеспечить безопасность людей или необходимые действия в чрезвычайных ситуациях на объекте. Реализация мероприятий, предусмотренных подсистемами NN 3-8, производится в соответствии с планом мероприятий и действий в ЧС.

Этапы анализа аварийного риска

Согласно современным представлениям важнейшей частью системы научно-технического обеспечения безопасности ХТО является подсистема анализа аварийного риска. Анализ аварийного риска представляет собой сложную комплексную процедуру, включающую целый ряд этапов [63]. В зависимости от того, о каком периоде жизненного цикла объекта идет речь, степень глубины и детализации аварийного риска будет разной. Рассмотрим наиболее полную блок-схему анализа аварийного риска (рисунок 2), включающую все основные процедуры анализа риска. Подобная процедура применяется чаще всего на этапе эксплуатации объекта.

4Химическая промышленность, 2002, ¹4

Безопасность химических производств

До начала проведения анализа должны быть определены 1.) объект исследования, 2.) цель, 3.) степень глубины анализа, 4.) вид прогнозируемого аварийного риска, 5.) ограничения на анализ.

Вся процедура анализа аварийного риска может быть разбита на ряд сравнительно самостоятельных, но взаимосвязанных этапов. Первый этап (блок N1) предназначен для выявления основных опасностей, таящихся в данном объекте.

На втором этапе (блок N2) производится анализ и количественная оценка возможных последствий от прогнозируемых аварий.

Третий этап (блок N3) представляет собой частотный анализ аварийных событий; он состоит в определении интенсивностей (частот) и вероятностей аварийных событий.

На четвертом этапе (блок N4) данные об ожидаемом ущербе и потерям от отдельных аварий комбинируются с данными по возможным интенсивностям и вероятностям аварийных событий, и находится величина прогнозируемого аварийного риска.

После каждого из перечисленных выше этапов производится анализ полученных данных. Если на этапе ПАО выявлены грубые изъяны системы безопасности, на этапеАП - слишком тяжелые последствия возможных аварий, на этапе ЧА - слишком большие значения прогнозируемых интенсивностей и вероятностей и на этапе ПОР - слишком большое значение прогнозируемого риска, то разрабатываются и реализуются необходимые корректирующие воздействия на объект, чтобы снизить уровень его опасности (блоки NN 5-8). Таким образом, управление аварийным риском носит перманентный характер. После реализации указанных воздействий снова реализуются блоки NN 1-4 и так до тех пор, пока не будет достигнуто приемлемое зна- чение прогнозируемого риска.

Специфика анализа аварийного риска на разных этапах жизненного цикла ХТО отражена, например, в [16].

Ïредварительный анализ опасностей

(ÏÀÎ).

Назначение: выявить, по каким причинам могут возникать аварии, идентифицировать носители аварийной опасности; определить, по каким сценариям могут развиваться аварии; отобрать из них наиболее опасные. Предварительный анализ опасностей состоит из ряда этапов (рисунок 3).

Первый этап ПАО (блок N1) состоит в описании ХТО и его окрестности. Бессмысленно браться за анализ опасностей, таящихся в объекте, не зная

Ðèñ.2. Блок-схема анализа аварийного риска.

Ðèñ.3. Блок-схема предварительного анализа опасностей.

Химическая промышленность, 2002, ¹4

5

Безопасность химических производств

досконально сам объект. Исследователь должен тщательно ознакомиться со всеми сторонами жизнедеятельности ХТО. Вместе с тем уровень опасности ХТО зависит и от его окружения, которое тоже должно быть рассмотрено. На этом этапе должна быть собрана и изучена следующая информация: структура объекта; пространственное размещение его элементов; основные операции, осуществляемые на объекте; технологическая схема; используемое оборудование; вещества и материалы, применяемые на объекте; отказы оборудования, имевшие место; надежность используемого оборудования; возможные ошибочные действия персонала; природные явления катастрофического характера, возможные в данной местности; размещение населения в районе расположения объекта; местные метеорологические, географические и топографи- ческие характеристики. Блок N 2 ПАО содержит описание таксономии носителей опасности и их классификацию. На этом этапе важно выделить носители, отличающиеся наибольшим токсическим и/или энергетическим потенциалом.

Третий блок ПАО (блок N3) предназначен для выявления возможных инцидентов. Анализ состоит в построении преинцидентных сочетаний аварийных событий (ПРЕСАС): инициирующие события - промежуточные события - инцидент, (несанкционированное высвобождение токсического и/или энергетического потенциала), которые составляют фазы инициирования аварий. Прослеживаются различные, возможные инициирующие события такие как отказы оборудования, отклонения от технологических режимов, ошибки персонала и чрезвычайные внешние события. На этом этапе чаще всего используют метод деревьев отказов (ДО) в предположении, что верхнее нежелательное событие представляет собой инцидент.

Блок N 4 посвящен анализу постинцидентных сочетаний аварийных событий, процессов и явлений (ПОСТСАС), которые могут иметь место после инцидента, т.е. разгерметизации, нарушений изоляции оборудования, и других явлений, сопровождающихся высвобождением токсического и/или энергетического потенциала. Эти события, процессы и явления составляют фазу развития аварии. Здесь рассматриваются разные виды утечек опасных веществ в окружающее пространство. Подробно разбираются возможные последствия токсических аварий, пожаров и взрывов. На этом этапе может быть с успехом использован метод деревьев событий (DС), при условии, что исходным случайным событием является инцидент.

Блок N5 включает отбор наиболее опасных инцидентов и формирование окончательного итогового списка инцидентов. При составлении такого списка используют методы, позволяющие ранжировать инциденты и отобрать среди них наиболее опасные. В их число входят методы, опирающиеся на индексы опасности и экспертные методы эксп- ресс-оценивания опасностей.

В блоке N6 предполагается составление сценариев аварий на основе итогового списка инцидентов.

Заключительный блок ПАО содержит разработку рекомендаций по снижению уровня опасности ХТО.

Методы предварительного анализа опасностей, таящихся в ХТО, трудно поддаются формализации. В основном они носят качественный характер. При проведении ПАО широко используются экспертные оценки.

Детальное изложение методов ПАО содержится в [14] и особенно в [15]. Полезная информация для реализации ПАО ХТО содержится в публикациях [82-84].

Анализ и оценка возможных последствий аварий (АП).

Назначение: произвести прогноз и оценку последствий возможных аварий на ХТО при условии, что вероятность их реализации равна 100%.

Следует подчеркнуть, что данный этап анализа аварийного риска тесно переплетается с предыдущим. Однако в ПАО да¸тся качественный анализ преинцидентных и постинцидентных сочетаний аварийных событий, на этапе АП предусматривается их количественный анализ.

Количественный анализ аварийных событий базируется на использовании методов математи- ческого моделирования. На этом этапе используются математические модели разных классов. Основными среди них являются те, которые описывают поведение вредных примесей в окружающем пространстве.

Конечной целью данного этапа анализа аварийного риска является количественный прогноз, сравнительная оценка возможного ущерба от аварий на ХТО. Это важно и необходимо не только для разработки и реализации соответствующих рекомендаций по снижению возможного ущерба от аварии, но и для составления соответствующих планов реагирования на чрезвычайные ситуации, для разработки систем поддержки принятия решений при чрезвычайных ситуациях на ХТО.

Íà рисунке 4 изображена блок-схема математи- ческого моделирования аварийных ситуаций. Пер-

6Химическая промышленность, 2002, ¹4

Безопасность химических производств

ние прида¸тся правильному выбору моделей источ- ников. К подобным моделям относятся прежде всего модели истечения вещества. Их форма зависит от ряда признаков: агрегатного состояния вещества (газ, жидкость, газо-жидкостная смесь); распределение эмиссии вещества во времени (утечка мгновенная, непрерывная, полунепрерывная); распределение эмиссии вещества в пространстве (геометрическое место точек источника в виде точки, ли-

	нии, поверхности, объемного тела).
	Для математического описания инцидентов, свя-
	занных с выбросами перегретых жидкостей и сжи-
	женных газов, важную роль играют модели вскипа-
	ния и испарения жидкости с поверхности. Эти моде-
	ли позволяют охарактеризовать источник, вызыва-
	ющий образование облака паров опасных веществ.
	К моделям источников относят также и модели рас-
	текания жидких веществ по поверхности.
	Имитационное моделирование возможных ре-
	ализаций инцидентов (блок N3) опирается на ис-
	пользование моделей источников, моделей полей
	поражающих факторов, моделей описания реци-
	пиентов, моделей смягчающих факторов и моде-
	лей поражения реципиентов.
Ðèñ.4. Блок-схема математического моделирования	Модели полей поражающих факторов вклю-
	чают модели концентрационных полей токсич-
аварийных событий.	ных веществ в разных средах; модели темпера-
вый этап (блок N1) состоит в математическом мо-	турных полей, возникающих в случае пожаров
делировании преинцидентных сочетаний аварий-	и взрывов, модели распределения давления и
ных событий. На данном этапе на моделях иссле-	осколков при взрывах. Для оценки последствий
дуются опасные инициирующие события. При этом	токсических аварий строят модели переноса ток-
необходимо учитывать различные элементы систе-	сикантов в воздушной среде (в атмосфере, в воз-
мы обеспечения безопасности объекта. С помощью	духе закрытых помещений); в поверхностных
моделей можно проимитировать различные ком-	водах; в почве, включая грунтовые воды, и в био-
бинации аварийных событий, то есть провести ком-	те. Вс¸ более важное значение прида¸тся моде-
пьютерное моделирование ПРЕСАС. При выпол-	лям межсредного переноса поллютантов.
нении подобного моделирования могут быть ис-	Под моделями описания реципиентов подразу-
пользованы подходы и методы, применяемые при	меваются модели их распределения по видам и
разработке аппаратурно-технологического офор-	факторам уязвимости. К ним примыкают модели
мления химико-технологических процессов.	смягчающих факторов, в которых отражается за-
Наибольшие трудности на этапе АП возника-	щищ¸нность реципиентов от воздействия поража-
ют при моделировании сочетаний постинцидент-	ющих факторов. К моделям поражения относят
ных аварийных событий (блоки N2-4). Здесь необ-	модели токсического поражения людей, биоты;
ходимо описать множество связанных друг с дру-	модели термического поражения, а также модели
гом событий для каждого инцидента, принятого для	барического и осколочного поражения.
рассмотрения, начиная от событий, связанных с	В результате имитационного моделирования
высвобождением токсического и/или энергетичес-	должны быть получены прогнозные значения по-
кого потенциала и кончая поражением людей, фа-	терь (блок N4) для разных реципиентов для каж-
уны и флоры, заражением абиотических элемен-	дой возможной реализации инцидента (аварии).
тов окружающей природной среды, разрушением	Затем предполагается оценка полученных
и повреждением материальных объектов антропо-	значений прогнозируемого ущерба от разных
генного происхождения (МОАП).	возможных аварий (блок N5) и сравнение их с до-
При формировании математических моделей	пустимыми критическими значениями.
проявления инцидентов (блок N2) большое значе-

Химическая промышленность, 2002, ¹4

7

Безопасность химических производств

При превышении последних выявляются наиболее значимые аварийные события, которые вносят наибольший вклад в значения ущерба, признанного недопустимым (блок N6).

В итоге (блок N7) разрабатываются рекомендации, нацеленные на снижение уровня недопустимо больших значений ущерба при тех или иных авариях, и обеспечивается их реализация.

Методы анализа возможных последствий аварий на ХТО описаны во многих изданиях: (см. например, [16, 17,19,20,22,23,38,44]).

Частотный анализ аварийных событий (ЧА).

Назначение: оценить возможную интенсивность реализаций каждой из прогнозируемых наиболее опасных аварий. В отличие от вероятностей, интенсивности случайных событий измеряются в единицах, обратных времени.

Частотный анализ (ЧА) является одним из основных этапов анализа аварийного риска. ЧА - необходимое условие для прогнозирования аварийного риска. Если исследователь не располагает необходимыми данными, позволяющими определять интенсивности (вероятности) аварий, то рассчитать аварийный риск, порождаемый объектом, невозможно.

Заметим сразу же, что в СССР в течение длительного периода времени не предавались в полной мере огласке аварийные ситуации на промышленных объектах. В связи с этим в настоящее время имеются определенные трудности в ретроспективном анализе причин аварий, обработке статисти- ческих данных и получении необходимых сведений для определения интенсивностей (вероятностей) различных случайных событий, предшествующих авариям, а также самих аварий.

Частотный анализ опирается на использование теоретических положений теории вероятности и математической статистики, теории надежности, алгебры логики. Ниже на рисунке 5 представлена блок-схема частотного анализа, которая отражает различные процедуры, выполняемые в данном анализе, и используемые при этом методы. Из этой блок-схемы видно, что интенсивности (вероятности) аварий могут быть определены тремя путями (см. блоки N2, 8 и 13).

Первый путь связан с использованием ретроспективных («исторических») данных, со статисти- ческой обработкой эмпирических (экспериментальных) данных и с применением метода экспертных оценок. Подобные процедуры, во-первых, пригодны для определения интенсивностей (веро-

Ðèñ.5. Блок-схема частотного анализа.

ятностей) инициирующих, базовых событий (блок N3). Во-вторых, они могут быть использованы для нахождения интенсивностей (вероятностей) инцидентов (блок N4), которые нередко фигурируют в деревьях отказов в виде верхнего нежелательного события (ВНС). И наконец, их используют при непосредственном определении интенсивностей (вероятностей) самих аварий (блок N5).

Второй путь состоит в использовании графических представлений совокупности различных слу- чайных событий, приводящих к авариям. Это со- четания событий, предшествующих инциденту (ПРЕСАС), и сочетания событий от инцидента до аварии (ПОСТСАС). Первые, как уже говорилось, графически изображаются с помощью деревьев отказов, вторые - с помощью деревьев событий. Таким образом, второй путь базируется на формировании, качественном и количественном анализе сопряженных (по инцидентам) деревьев отказов и деревьев событий (блоки N 9-12). На рисунке 5 отражены необходимые данные и методы, используемые при анализе ДО и ДС. Качественный анализ ДО включает построение минимальных аварийных сочетаний событий (МАС). При количественном

8Химическая промышленность, 2002, ¹4

Безопасность химических производств

Ðèñ.6. Блок-схема вычисления, сравнительной оценки и управления аварийным риском.

анализе деревьев отказов используют следующие методы: метод характеристик над¸жности; метод т.н. логических переключателей, специально приспособленный для анализа ДО; метод минимальных аварийных сочетаний (МАС); метод функций алгебры логики (ФАЛ), а также метод статистических испытаний Монте-Карло.

Третий путь связан с использованием моделей состояния исследуемой системы (моделей марковских процессов), выражаемых дифференциальными уравнениями Колмогорова-Чепмена. С помощью этих моделей может быть определена вероятность аварийного состояния рассматриваемых объектов.

Надо отметить, что из трех перечисленных подходов к определению интенсивностей (вероятностей) аварий на ХТО наибольшее распространение получил второй подход, опирающийся на анализ совмещенных ДО и ДС.

После того, как определены интенсивности (вероятности) аварий на ХТО, необходимо выполнить их оценку (блок N6), т.е. сравнить их с допустимыми, приемлемыми значениями. Если результаты сравнения приемлемы, частотный анализ закончен,

и следует приступать к определению аварийного риска. В противном случае (блок N7) необходимо разработать рекомендации по снижению интенсивностей (вероятностей) наиболее опасных событий. Последние могут быть, например, вычленены из сочетаний аварийных событий с использованием специальной процедуры анализа значимости аварийных событий, отраженных в дереве отказов.

Наиболее исчерпывающе изложение специфики частотного анализа при исследовании аварийного риска, порождаемого ХТО, содержится в книгах [23, 25].

Прогноз, сравнительная оценка и управление аварийным риском.

Определение величины аварийного риска, порождаемого ХТО, и разработка рекомендаций по его снижению играют исключительно важную роль во всей методологии анализа риска, связанного с авариями. Эти процедуры логически завершают множество различных подходов, методов и приемов, входящих в арсенал методологии анализа аварийного риска.

Можно условно разбить этот этап анализа риска на две части: прогноз и сравнительная оценка риска (ПОР) и управление аварийным риском (УАР). Назначение ПОР: произвести прогноз вели- чины совокупного аварийного риска с уч¸том возможного ущерба от каждой отдельной аварии и е¸ интенсивности и сравнить ее с допустимым крити- ческим значением.

Назначение УАР: разрабатывать в ходе проведения всех предшествующих этапов анализа риска рекомендации по снижению возможного ущерба и интенсивностей прогнозируемых аварий, чтобы достичь приемлемого критического значения совокупного аварийного риска при ограниченных экономических затратах. Заключительный этап анализа аварийного риска содержит ряд последовательно выполняемых процедур (этапов), отраженных на блок-схеме (рисунок 6). Прежде всего предполагается, что должен быть выбран тип или вид аварийного риска и соответствующая ему мера. Риск - многогранное понятие [85], и даже если ограни- читься риском, порождаемым авариями на предприятии, можно различать риски по виду опасности, по характеру источников риска, по реципиентам риска, по масштабам зоны поражения и по единицам измерения. Соответственно видам риска существуют и меры риска. Наибольшее распространение получили аварийный риск для одного человека - локальный и индивидуальный риск, риск для группы людей - групповой риск и индексы риска (см.

Химическая промышленность, 2002, ¹4

9

Безопасность химических производств

блок N1). Уместно заметить, что само понятие риск подвергается в последнее время доскональному анализу с разных точек зрения, см. например [86-89].

Следующая процедура - выбор формы представления риска (блок N2). Все виды риска могут быть представлены с помощью чисел (точечные оценки) и/или графически. Среди различных графических форм представления наибольшее хождение имеют контуры и профили для локального и индивидуального риска. Для изображения группового риска используют F-N-кривые и I-N-гистограммы.

После того, как форма представления риска выбрана, составляют модель прогноза (блок N3) и производят необходимые вычисления (блок N4).

Затем следует процедура сравнительной оценки уровня аварийного риска (блок N5), когда исследователь должен принять решение, приемлем риск или нет. Это решение принимается на основе сопоставления найденных значений риска с фоновыми и критическими значениями. Под фоновым риском для человека, например, понимается риск, которому подвержен человек в безаварийных условиях от различных природных, бытовых опасных событий в данной местности. Фоновый риск служит отправной точкой для назначения критического уровня риска. Критический уровень определяет границу, превышение которой недопустимо. Величина критического уровня базируется на международном опыте и закладывается в нормативные документы [26]. Надо при этом заметить, что обыч- но ограничение накладывается не только на значе- ние аварийного риска, но и на максимально возможные потери, сопряженные с риском.

Если уровень аварийного риска приемлем, анализ аварийного риска заканчивается. В противном случае, когда риск (или возможные потери) признается недопустимо высоким, предпринимается процедура, изображенная в блоке N6. Производится исследование чувствительности, степени неопределенности и значимости составляющих аварийного риска. Выявляется «наиболее узкое звено» в системе обеспечения безопасности объекта.

И сообразно этому, а также с учетом экономи- ческих аспектов, разрабатываются рекомендации по снижению уровня риска (блок N7). Реализация подобных рекомендаций позволит снизить уровень опасности объекта.Однако до ее фактического осуществления должна быть вновь проведена процедура анализа аварийного риска, включая предварительный анализ опасностей, математическое моделирование последствий, частотный анализ и, наконец, прогноз аварийного риска и его сравнительную оценку. Таким образом, предполагается,

что процедура анализа риска вобщем случае должна иметь итерационный характер.

Методология анализа риска находит свое воплощение, в частности, в методиках, позволяющих количественно оценить уровень техногенного загрязнения атмосферы. В РФ разработан целый ряд таких методик (см. например [90]-[99]).

К сожалению, и на это обращалось внимание, в фундаментальной статье [2] и в ряде других публикаций [100-105], приходится признать, что в большинстве отечественных методик содержатся описки, неточности и погрешности.

ÂЗападных странах исключительно большое внимание уделяется проблеме обеспечения безопасности химико-технологических и других опасных объектов. Эту проблему оживленно обсуждают на страницах научно-технических журналов (см. например [106]), на научных форумах [107]. Ей посвящают отдельные монографии [108].

О чем идет речь? В 1977 году Т. Клетц, специалист по вопросам промышленной безопасности, прочитал лекцию под названием «То, чего Вы не имеете, не может утекать». Вскоре лекция была опубликована [109], и таким образом были провозглашены новые принципы обеспечения технической безопасности, названные принципами естественной безопасности.

Суть этих принципов проста: при создании главным образом химически опасных объектов необходимо

–минимизировать массы используемых опасных веществ;

–заменять материалы и вещества менее опасными;

–реализовывать менее опасные условия ведения процессов, с менее опасными формами существования материалов или создавать производства, которые характеризуются более низким уровнем воздействия утечек опасных веществ или энергии;

–упрощать проектируемые промышленные объекты, исключая неоправданные усложнения, которые менее чувствительны к ошибкам при выборе и функционировании оборудования, ошибкам управления и ошибкам персонала.

Âотечественных публикациях указанные принципы естественной технической безопасности, к сожалению, не рассмотрены, если не считать краткого упоминания в [41]. А между тем опыт использования этих принципов в Западных странах свидетельствует об их высокой эффективности [110].

10 Химическая промышленность, 2002, ¹4