Основы безопасности и теория риска

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

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

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

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

Пример предварительного анализа  опасности химического реактора:

Подсистема или операция

Ситуация

Опасный элемент

Событие, вызывающее опасное состояние

Опасные условия

Событие, вызывающее опасные условия

ПотенциальØная  авария

Последствия

Класс опасности

Мероприятия

Емкость для хранения щелочи

1. Эксплуатация

1, Сильный окислитель

1. Щелочь загрязнена  смазочным маслом

1. Возможность сильной реакции от восстановления или окисления

1. Выделение достаточного количества энергии для начала реакции

1. Взрыв

1. Ранение персонала, повреждение близлежащих построек

IV

Хранение щелочи на достаточном расстоянии от всех источников загрязнения. Контроль чистоты элементов оборудования

2. Заправка емкости щелочью

2. Коррозия

2. Содержимое емкости загрязнено парами воды

2. Образование ржавчины внутри бака

2. Увеличение давления в емкости при закчке щелочи

2. Разрушение емкости под давлением

2. Ранение персонала, повреждение близлежащих построек

IV

Использование емкостей из коррозионностойких сплавов, размещение их на достаточном расстоянии от другого оборудования и персонала

Вторая стадия: выявление последовательности опасных ситуаций.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис.9. Способ упрощения дерева событий.

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

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

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

Третья стадия: анализ последствий.

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

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

Рис.10. Гистограмма частот для различных  величин утечек.

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

Рис.11. Кривая Фармера.

Другие приемы анализа риска

1. Анализ видов отказов и последствий.

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

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

Например, реле может отказать по следующим  причинам:

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

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

Дополнительно для каждой категории  должен быть составлен перечень необходимых  проверок.

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

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

Используемые при анализе формы  документов подобны применяемым  при выполнении предварительного анализа  опасностей, но в значительной степени детализирован.

 

2. Анализ критичности.

Этот вид анализа предусматривает  классификацию каждого элемента в соответствии со степенью его влияния  на выполнение общей задачи системой. Устанавливаются категории критичности для различных видов отказов:

категория 1 – отказ, приводящий к дополнительному незапланированному обслуживанию;

категория 2 – отказ, приводящий к  задержкам в работе или потере трудоспособности;

категория 3 – отказ, потенциально приводящий к невыполнению основной задачи;

категория 4 – отказ, потенциально приводящий к жертвам.

Данный метод не дает количественной оценки возможных последствий или  ущерба, но позволяет ответить на следующие  вопросы:

• какой из элементов должен быть подвергнут детальному анализу с целью исключения опасностей, приводящих к возникновению аварий;
• какой элемент требует особого внимания в процессе производства;
• каковы нормативы входного контроля;
• где следует вводить специальные процедуры, правила безопасности и другие защитные мероприятия;
• как наиболее эффективно затратить средства для предотвращения аварий.

Сравнительные данные различных методов  анализа.

1. Предварительный анализ опасностей – определяет опасности для системы и выявляет элементы для проведения анализа с помощью дерева отказов и анализа последствий. Частично совпадает с методом анализа последствий и анализом критичности.

Преимущества: является первым необходимым  шагом.

Недостатки: нет.

2. Анализ с помощью дерева отказов – начинается с инициирующего события, затем рассматриваются альтернативные последовательности событий.

Преимущества: широко применим, эффективен для описания взаимосвязей отказов, их последовательности и альтернативных отказов.

Недостатки: большие деревья отказов  трудны в понимании, требуется использование  сложной логики. Непригодны для детального изучения.

3. Анализ видов отказов и последствий – рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Ориентирован на аппаратуру.

Преимущества: прост для понимания, широко применим, непротиворечив, не требует применения математического аппарата.

Недостатки: рассматривает неопасные отказы, требует много времени, часто не учитывает сочетания отказов и человеческого фактора.

4. Анализ критичности – определяет и классифицирует элементы для усовершенствования системы.

Преимущества: прост для пользования  и понимания, не требует применения математического аппарата.

Недостатки: часто не учитывает  эргономику, отказы с общей причиной и взаимодействие системы.

На прктике, при исследовании опасности системы, чаще всего последовательно применяются  различные методы (например, предварительный анализ, затем - дерево отказов, затем – анализ критичности и анализ видо вотказов и последствий).

Для оценки эффективности  затрат, связанных с уменьшением  риска, можно использовать упрощенный подход, рассмотренный ранее (график R_т + R_сэ) или воспользоваться другими.

Одним из способов оценки уменьшения риска является сравнение  оцениваемых затрат с ожидаемыми результатами в денежном выражении. Этот вид анализа противоречив, так как требует оценки безопасности для человеческой жизни в стоимостном выражении.

В исследовательской  лаборатории “Дженерал моторс”  разработан способ оценки, не касающийся этой проблемы, сосредотачивая внимание на продолжительности жизни. Исходная предпосылка: средства для сокращения риска предназначены увеличить продолжительность жизни.

В методе используются данные по всем категориям смертельного риска и  определяется их влияние на продолжительность  жизни независимо для каждой категории. Таким способом определяется возможность увеличения продолжительности жизни в годах или днях благодаря внедрению мероприятий по уменьшению риска. В сочетании с оценками затрат это помогает определить эффективность таких мероприятий (рис.3).

Главной целью  при изучении опасностей, свойственных системе, является определение причинных взаимосвязей между исходными аварийными событиями, относящимися к оборудованию, персоналу и окружающей среде  и приводящими к авариям в системе, а также отыскание способов устранения вредных воздействий путем перепроектирования  системы или ее усовершенствования.

Причинные взаимосвязи можно установить с  помощью одного из рассмотренных методов, а затем подвергнуть качественному и количественному анализам. После того, как сочетания исходных аварийных событий, ведущих к возникновению опасных ситуаций в системе выявлены, система может быть усовершенствована и опасности уменьшены.

Необходимо отметить, что использование  некоторых из упрощенно рассмотренных выше методов требует работы со сложными логическими структурами, их построение и количественный анализ требует, по меньшей мере, твердых знаний математической логики, булевой алгебры, теории множеств и других сложных разделов современной математики.