2.4. Анализ опасностей технических систем

Объектом анализа опасностей является система Ч-М-С.

Анализ опасностей позволяет определить источники опасностей, потенциальные аварии, последовательности развития событий, величину риска, величину последствий, пути предотвращения аварий и смягчения последствий.

На практике анализ опасностей начинаю с глубокого исследования, позволяющего идентифицировать в основном источники опасностей. Затем при необходимости исследования могут быть углублены.

Выбор того или иного качественного метода анализа зависит от преследуемой цели, предназначения объекта и его сложности.

Методы расчёта вероятностей и статистический анализ являются составными частями количественного анализа опасностей.
Предварительный анализ опасностей (ПАО) осуществляют в следующем порядке:
- изучают технические характеристики объекта, системы, а также используемые энергетические источники, рабочие среды, материалы, устанавливают их повреждающие свойства;
- устанавливают законы, стандарты, правила, действия которых распространяются на данный технический объект, систему, процесс;
- проверяют техническую документацию на её соответствие законам, правилам, принципам и нормам стандартов безопасности;
- составляют перечень опасностей, в котором указывают идентифицированные источники опасностей (системы, подсистемы, компоненты), повреждающие (травмирующие) факторы, потенциальные аварии, выявленные недостатки.

При проведении ПАО особое внимание уделяют наличию взрывоопасных и токсичных веществ, выявлению компонентов объекта, в которых возможно их присутствие, потенциальным чепе от неконтролируемых реакций и при превышении давления.

Анализ ошибок персонала (АОП) проводится в несколько этапов (рис.2.4.1).

Рис.2.4.1. Этапы анализа ошибок

2.4.1. Качественный и количественный анализ опасностей

Качественные методы анализа опасностей включают:
- предварительный анализ опасностей;
- анализ последствий отказов;
- анализ опасностей с помощью "дерева причин";
- анализ опасностей методом потенциальных отклонений;
- анализ ошибок персонала;
- причинно-следственный анализ.

В результате анализа аварийной (потенциальной) опасности могут быть определены следующие показатели:
- индивидуальный риск;
- социальный риск;
- структура поражённых по степени тяжести;
- вид поражений;
- материальный ущерб и др.

Наиболее распространённым методом анализа безопасности является метод построения "деревьев отказов (ошибок)".

В терминологии теории построения и анализа "деревьев отказов " выход из строя определённых элементов, например, нарушение герметичности резервуара со сжиженным углеводородным газом с последующим образованием облака топливовоздушной смеси и его взрывом, классифицируется как внешнее нежелательное событие (ВНС).

Далее "дерево отказов" строят внизу от ВНС, учитывая все события, его вызывающие, и заканчивают выделением первичных событий, причины наступления которых не исследуются.

В строящихся деревьях, как правило, имеются ветви опасностей. Многоэтажный процесс ветвления "дерева" требует введения ограничений с целью определения его пределов. Логические операции принято обозначать соответствующими символами (см.табл.2.4.1.).

Таблица 2.4.1

Символы событий

Построение "дерева причин", "дерева отказов" является эффективной процедурой выявлении причин различных нежелательных событий (аварий, травм, пожаров, дорожно-транспортных происшествий) и экспертизой безопасности оборудования и процессов.

Количественный анализ опасностей в сложных системах проводится с предварительной их разбивкой на множество подсистем. Подсистемы, в свою очередь, состоят из компонентом - частей системы, которые рассматриваются без дальнейшего членения, как единое целое.

Системный анализ - это совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по безопасности.

Система - это совокупность взаимосвязанных компонентов, взаимодействующих между собой, таким образом, что достигается определённый результат (цель).

Под компонентами (элементами, составными частями) системы понимаются не только материальные объекты, но и отношения и связи.

Любая исправная машина - это техническая система. Система, одним из элементов которой является человек, называется эргатической ("человек-машина", "человек-среда", человек-машина-среда").

Принцип системности рассматривает явления в их взаимной связи, как целостный набор или комплекс. Цель или результат, который даёт система, называют системно-образующим элементом.

Например, такое системное явление как пожар (горение) возможно при наличии следующих компонентов:
- горючее вещество;
- окислитель;
- источник воспламенения.

Если не будет хотя бы одного элемента, система разрушится.

Численным анализом опасностей является риск. Для оценки риска используют различные математические формулы. Когда последствия не известны, то под риском понимают вероятность наступления определённого сочетания нежелательных событий. Риск, связанный с техникой, оценивают как вероятность чепе или величину ущерба.

Риск и его оценка приведены на рис.2.4.2.

Рис.2.4.2. Риск и его оценка

Априорный анализ основан на исследовании нежелательных событий, которые являются потенциально возможными для данной системы.

Апостериорный анализ выполняется после того, как нежелательные событие произошли.

2.4.2. Вероятностный расчёт чрезвычайного происшествия

При анализе безопасности необходимо знать, в какой группе элементов наиболее вероятно и возможно возникновение аварийного состояния. Для этой цели приемлемы вероятностные методы математической статистики.

Технологическое оборудование производственных помещений можно условно разбить на три основные группы:
1. Реакционные аппараты, промежуточные ёмкости, машины;
2. Коммуникации - трубопроводы;
3. Запорная арматура (задвижки, краны, уплотнения).

Газы или пары горючих жидкостей, находящихся в технологическом оборудовании под давлением выше атмосферного, могут попасть в помещение при нарушении целостности оборудования.

При условии, что всё оборудование цеха может стать источником выхода газов, и, следовательно, имеется Kгрупп по n элементов, справедлива теорема, согласно которой при большом числе независимых элементов с малой интенсивностью отказов суммарный поток отказов будет близок к простейшему по истечении некоторого времени, независимо от законов распределения сроков службы этих элементов.

В случае простейшего потока событий вероятность P появления m событий в интервале времени от t до t + t находится по закону Пуассона:


(2.4.1)
где:
t - среднее число событий в интервале;
  L - параметр потока отказов.

В соответствии с этим при средних сроках службы элементов Т1 и Т2 …. Т параметр потока отказов в целом по цеху будет иметь предел:


(2.4.2)

По L или T можно определить вероятность R(t)безотказной работы в течение времени t:


(2.4.3)

Точкой отсчёта является связь между вероятностью безаварийной работы оборудования в течение времени t, степенью заполненности помещения оборудованием и режимом работы со сроками службы. Вероятность В того, что отказ элемента п-й группы из K групп произойдёт, можно оценить из выражения:


(2.4.4)

Например, в цехе находятся следующие виды оборудования:
- ёмкости объёмом 50м3 - 10 шт. (срок службы 50 лет);
- ёмкости объёмом 25м3 - 20 шт. (срок службы 100 лет);
- трубопроводы диаметром 250 мм - 100 пог.м. (срок службы 1 пог.м - 200 лет).

Требуется оценить вероятностный выход газа в атмосферу за время между ревизиями (6 мес.).

Решение: Параметр потока отказов:



Для времени t=0,5 года вероятность P0(t) безаварийной работы составит:



Вероятность того, что выход газа произойдёт из m - й группы оборудования, можно рассчитать из уравнения:



Вm2 = 0,0713
Вm3 = 0,893, т.е. наиболее вероятным источником образования взрывоопасной смеси следует считать трубопроводы.