Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ теории рисков как инструмента оценки техногенной опасности 10
1.1. Анализ основ теории рисков 10
1.1.1. История развития теории рисков 10
1.1.2. Исследование рисков 13
1.2. Анализ роли и места теории рисков в оценке техногенной опасности 17
1.2.1. Место теории рисков в системе анализа техногенной опасности 17
1.2.2. Анализ структуры оценки техногенного риска 21
1.3. Анализ методического аппарата оценки техногенного риска на объектах
топливно-энергетического комплекса 25
1.3.1. Описание топливно-энергетического комплекс России 25
1.3.2. Выбор системы показателей и критериев техногенного риска для объектов топливно-энергетического комплекса 26
1.3.3. Разработка обобщенной схемы оценки техногенного риска для объектов топливно-энергетического комплекса 30
1.3.4. Постановка задачи на развитие методического аппарата оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса 35
Выводы к главе 1 38
2. Развитие методического аппарата оценки техногенного риска на объектах топливно энергетического комплекса 39
2.1. Выбор методов моделирования поражающих параметров при авариях на объектах топливно-энергетического комплекса 39
2.2. Уточнение методов расчета вероятностей поражения людей при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах топливно-энергетического комплекса 49
2.2.1. Оценка вероятности поражения человека тепловым излучением пожара пролива 49
2.2.2. Оценка вероятности поражения человека воздушной ударной волной 53
2.2.3. Оценка вероятности поражения человека высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке 54
2.2.4. Оценка вероятности поражения человека прямым огневым воздействием и тепловым излучением горения высокоскоростных струй 54 2.3. Вероятностные подходы к анализу ущерба и потерь с использованием F/N и F/G диаграмм 58
2.4. Методы моделирования полей, зон и показателей риска 2.4.1. Два подхода к моделированию полей потенциального риска 65
2.4.2. Функциональное моделирование полей риска 66
2.4.3. Зональное моделирование полей потенциального риска 68
2.4.4. Методика моделирования полей риска для линейных объектов 76
2.4.5. Методика определения показателей индивидуального и коллективного риска на основе моделирования распределения людей на территории 82
2.5. Управление риском 85
Выводы к главе 2 85
3. Алгоритмизация процесса оценки техногенного риска на объектах топливно энергетического комплекса 87
3.1. Общий алгоритм анализа риска 87
3.2. Алгоритм расчета последствий опасных явления 87
3.3. Алгоритм оценки интегральных показателей риска 89
3.4. Разработка подалгоритмов
3.4.1. Подалгоритм «Определение распределения людей и основных фондов» 92
3.4.2. Подалгоритм «Пожар разлива для точечных объектов» 95
3.4.3. Подалгоритм «Пожар разлива для линейных объектов» 97
3.4.4. Подалгоритм «Взрыв ТВС для точечных объектов» 99
3.4.5. Подалгоритм «Взрыв ТВС для линейных объектов» 101
3.4.6. Подалгоритмы «Пожар-вспышка для точечных объектов» и «Пожар-вспышка для линейных объектов» 103
3.4.7. Подалгоритм «Факельное горение для точечных объектов» 106
3.4.8. Подалгоритм «Факельное горение для линейных объектов» 108
3.5. Применение комплекта программных модулей при оценке техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса 110
3.5.1. Порядок применения разработанного комплекта алгоритмов для решения задач оценки риска с использованием пакетов математических программ 110
3.5.2. Анализ обоснованности применения методического аппарата 111
Выводы к главе 3 113
4. Оценка техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса 114
4.1. Оценка риска на типовом площадочном объекте транспорта нефти нефтеперекачивающей станции 114
4.1.1. Общая характеристика нефтеперекачивающих станций 114
4.1.2. Результаты идентификации опасности, оценки частот реализации опасных явлений и определения количества, продолжительности и особенностей выбросов в атмосферу опасных веществ 118
4.1.3. Результаты расчета последствий аварий 128
4.1.4. Результаты расчета интегральных показателей риска 131
4.1.5. Анализ результатов расчета 132
4.2. Оценка риска на типовом площадочном объекте электроэнергетики теплоэлектроцентрали 132
4.2.1. Общая характеристика теплоэлектроцентрали 132
4.2.2. Результаты идентификации опасности, оценки частот реализации опасных явлений и определения количества, продолжительности и особенностей выбросов в атмосферу опасных веществ 137
4.2.3. Результаты расчета последствий аварий 142
4.2.4. Результаты расчета интегральных показателей риска 144
4.2.5. Анализ результатов расчета 145
Выводы к главе 4 145
Заключение 146
Литература
- Анализ роли и места теории рисков в оценке техногенной опасности
- Уточнение методов расчета вероятностей поражения людей при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах топливно-энергетического комплекса
- Алгоритм расчета последствий опасных явления
- Результаты идентификации опасности, оценки частот реализации опасных явлений и определения количества, продолжительности и особенностей выбросов в атмосферу опасных веществ
Введение к работе
Актуальность темы. Последние десятилетия развитие вопросов обеспечения безопасного ведения производства получает существенную поддержку со стороны не только представителей власти, но и хозяйствующих субъектов. Для формирования целостной картины состояния безопасности на опасных объектах наиболее эффективными являются методы, основанные на анализе риска.
В России с 90-х годов XX века активизировалась деятельность по формированию нормативно-методической базы в этой области. На законодательном уровне в Федеральных законах «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» и «Об обязательном страховании гражданской ответственности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте» установлена необходимость обоснования уровня безопасности опасных объектов с позиции риск-анализа.
Проведенный анализ показал, что одним из перспективных подходов к оценке техногенных рисков является подход, основанный на моделировании полей потенциального риска. Однако, существующий в настоящее время методический аппарат, основанный на этом подходе, не учитывает динамику развития чрезвычайной ситуации и реакцию рабочего персонала в условиях сложных объектов топливно-энергетического комплекса.
Оценка техногенного риска проводится на различных этапах жизненного цикла опасного объекта и фиксируется в таких документах как декларация промышленной безопасности, паспорт безопасности, декларация пожарной безопасности, независимая оценка рисков. Исполнение этих документов контролируется различными ведомствами: Главгосэкспертизой, МЧС России, Рос-технадзором. Отсутствие единого методического аппарата приводит к возникновению различия в оценке идентичных показателей в перечисленных документах.
Наиболее реальная и достоверная оценка риска на объектах топливно-энергетического комплекса может быть получена только путем совместного учета пространственных особенностей объекта, динамики развития чрезвычайной ситуации и поведенческой реакции обслуживающего персонала.
Приведенные выше аргументы свидетельствуют о том, что диссертационная работа, посвященная развитию методического аппарата оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса, является актуальной.
Целью диссертационной работы является развитие методического аппарата оценки техногенного риска в направлении учета особенностей объектов топливно-энергетического комплекса, динамики развития чрезвычайной ситуации и поведенческой реакции персонала.
Основными задачами исследования являются:
анализ теории рисков как инструмента оценки техногенной опасности на объектах топливно-энергетического комплекса;
развитие методического аппарата оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса;
разработка комплекта алгоритмов для реализации предлагаемых методов в виде программных модулей;
апробация предлагаемого методического аппарата на примере оценки техногенного риска на типовых площадочных объектах топливно-энергетического комплекса.
Объект исследования: Техногенный риск на объектах топливно-энергетического комплекса.
Предмет: Методический аппарат оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использовались: теория системного подхода, методы формальной логики, теория вероятностей, методы аппроксимации, графоаналитический метод математического моделирования показателей риска.
Научная новизна работы. В диссертационной работе на основе изучения закономерностей проявления и развития чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах топливно-энергетического комплекса усовершенствован методический аппарат оценки техногенного риска, применение которого позволяет:
учитывать влияние уменьшения интенсивности теплового излучения в зависимости от перемещения человека при пожарах проливов и горении высокоскоростных газовых струй;
моделировать поля потенциального риска для аварий, связанных с взрывом дрейфующих парогазовых облаков;
моделировать поля потенциального риска для линейных объектов;
рассчитывать индивидуальный риск с учетом нестационарности рабочих мест.
Научные результаты, выносимые на защиту:
усовершенствованный метод оценки вероятности поражения людей тепловым излучением с учетом уменьшения интенсивности теплового излучения в процессе перемещения человека в безопасную зону;
методика построения полей потенциального риска для линейных источников опасности;
методика построения полей потенциального риска с учетом дрейфа облаков топливовоздушной смеси;
подход к оценке интегральных показателей риска с учетом нестационарности рабочих мест.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, разработке новых и усовершенствовании имеющихся математических моделей методического аппарата оценки техногенного риска, алгоритмизации разработанных математических моделей и апробации их работоспособности при оценке риска на типовых объектах топливно-энергетического комплекса.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
осуществлять оценку риска на объектах топливно-энергетического комплекса;
учитывать совместное влияние потенциальной опасности линейных и точечных объектов при проведении анализа техногенного риска;
обеспечить снижение риска гибели персонала объекта за счет учета в архитектурно-планировочных решениях полей потенциального риска.
Практическое применение предлагаемого методического аппарата показало, что он является корректным, удобным и эффективным инструментом оценки техногенных рисков на объектах топливно-энергетического комплекса.
Реализация результатов работы. На основе результатов диссертационного исследования разработан комплект программных модулей с использованием инструментария математических и прикладных программ Mathcad, Microsoft Excell (OpenOffice), применение которых позволяет проводить оценку риска.
Результаты работы были использованы при проведении расчетов риска в рамках декларирования и паспортизации опасных объектов, а также проведении расчета пожарного риска для деклараций пожарной безопасности в ряде проектных организаций (ООО «ТЭК», ООО «Промтехдиагностика»). Результаты исследований внедрены при разработке документации в области промыш-
ленной безопасности на объектах ООО «Киришиавтосервис», филиала «Сургутская ГРЭС-2» ОАО «Э.ОН Россия».
Результаты работы были использованы при разработке учебно-методических материалов для дисциплин: опасные технологии и производства и декларирование опасных производств.
Реализация результатов работы подтверждена актами внедрения.
Достоверность и обоснованность положений и выводов обеспечивается корректностью постановки задач, использованием апробированных методов исследований, адекватностью используемого математического аппарата и подтверждена многочисленными расчетами с применением современных методов программирования, результаты которых не противоречат данным литературных источников.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: семинар «Проблемы риска в техногенной и социальной сферах», Санкт-Петербург (2007), XXXVII Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург (2008), конференция, посвященная 70-летию кафедры БЖД СПбГПУ (2008), XXXVIII Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург (2009), научно-практический семинар «Актуальные проблемы в области охраны труда и промышленной безопасности в строительстве», Санкт-Петербург (2010), XV Всероссийская научно-методическая конференция «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», Санкт-Петербург (2011), XIV Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности», секция Ленинградского областного регионального отделения Общероссийской общественной организации «Российское научное общество анализа риска», Санкт-Петербург (2011).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, три из них в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа включает 154 страницы текста, 64 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 115 наименований и 2 приложения.
Анализ роли и места теории рисков в оценке техногенной опасности
С середины прошлого столетия в мире начали происходить техногенные происшествия, которые характеризовались значительными последствиями. Данные факты стали привлекать внимание не только представителей политического сообщества, но и хозяйствующих субъектов. Как следствие, возник спрос на методологию исследования подобных проявлений. Наиболее эффективным оказался подход, основанный на построении прогностических моделей будущих негативных явлений с учетом вероятности, который получил название риск-анализ (risk-analysis).
В России появление риск-анализа связано, в том числе, и с переходом на рыночную экономику. Переходный период оказался достаточно сложным и с экономической точки зрения. Советский опыт применения принципа абсолютной безопасности оказался неприемлемым в условиях свободной конкуренции и ограниченности средств. При этом, основные фонды созданные преимущественно в Советском Союзе обладали чрезвычайно высоким запасом прочности, соответственно оборудование могло быть использовано сверх установленных периодов эксплуатации без существенных капитальных вложений.
Постановление правительства от 01.07.1995 г. №675 установило необходимость разработки Декларация безопасности промышленного объекта Российской Федерации, которая должна характеризовать безопасность промышленного объекта на этапах его ввода в эксплуатацию, эксплуатации и вывода из эксплуатации. Вышедший в 1997 году ФЗ-116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [97] установил ряд требований в области промышленной безопасности, которые позволяли рационально подходить к вопросам обеспечения безопасности на объектах повышенной опасности. Используя зарубежный опыт, ФЗ-116 закрепил необходимость разработки декларации промышленной безопасности (аналог Safety Report). Самым сложным по своему содержанию является Приложение 1 к ДПБ - РПЗ, в котором дается обоснование уровня риска. Таким образом, на законодательном уровне была закреплена приоритетность использования методов анализа риска для оценки уровня опасности объектов.
В отличие от других подходов анализа техногенной опасности методология, основанная на риске позволяет [42]: 1. Исследовать причинно-следственный механизм (логику) возникновения различных аварий и прогнозировать их частоту. 2. Учитывать влияние технологических, метеорологических, региональных и целого ряда других особенностей на характер и масштабы последствий от аварий. 3. Оптимизировать управление решениями по повышению безопасности объекта в условиях ограниченности средств. Риск-анализ может применяться на всех стадиях жизненного цикла потенциально опасного объекта. Основные области применения теории риска, как инструмента анализа безопасности: 1. Подготовка дополнительной информации для принятия решения по технологическому оформлению потенциально опасного объекта, обеспечивающему приемлемый уровень безопасности его эксплуатации. 2. Картирование риска позволяет уточнить принятые решения по размещению технологического оборудования и постоянных рабочих мест на площадке. 3. Планирование мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций основывается исходя из конкретной обстановки в зоне возможной ЧС. 4. Формирование страховых тарифов должно основываться на статистике аварий с учетом анализа риска для конкретного объекта.
Приемлемый риск аварии - риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из социально-экономических соображений. Риск эксплуатации объекта является приемлемым, если ради выгоды, получаемой от эксплуатации объекта, общество готово пойти на этот риск [86].
Развитие представлений о риске привело к последовательному формированию принципов, характеризующих отношение человека и общества к их роли в обеспечении безаварийного нормального функционирования техногенных объектов. Назовем эти принципы: - принцип нулевого риска, то есть безусловного принятия безопасности как важнейшего элемента качества жизни, сохранения окружающей среды и здоровья населения; - принцип последовательного приближения к абсолютной безопасности, то есть к нулевому риску, предполагающий определенное сочетание альтернативных структур, технологий и т. п., и исследование этих сочетаний; - принцип минимального риска, в соответствии с которым уровень опасности устанавливается настолько низким, насколько это реально достижимо, исходя из допущения, что любые затраты на защиту человека оправданы; - принцип сбалансированного риска, следуя которому учитываются различные естественные опасности и антропогенные воздействия, изучается степень риска каждого события и условия, в которых люди подвергаются опасности. - принцип приемлемого риска. Этот принцип базируется на анализе соотношений «затраты—риск», «выгода—риск», «затраты— выгода», из которого видно, что увеличение затрат на повышение надежности технических систем приводит к уменьшению технического, но к росту социально-экономического риска. Суммарный риск имеет минимум при строго определенном соотношении между инвестициями в техническую и социальную сферы.
До недавнего времени в России основной концепцией по обеспечению безопасности была концепция нулевого риска. Чернобыльская авария показала неправомерность такого подхода ввиду невозможности достижения абсолютной безопасности. На сегодняшний день концепция абсолютной безопасности признается неадекватной внутренним законам техносферы. Эти законы имеют вероятностный характер и в соответствии с ними и законами термодинамики нулевая вероятность аварии имеет место лишь в системах, не обладающих запасом энергии, химически и биологически активных компонентов [104].
Именно по этим причинам, как и в большинстве стран мира, в России на сегодняшний день принята концепция приемлемого риска. Эта концепция формулируется исходя из того факта, что полное исключение риска либо практически невозможно, либо экономически нецелесообразно. В соответствии с этим устанавливается рациональный уровень безопасности, исходя из необходимости максимально возможного эконо мически оправданного снижения вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций и уменьшения масштабов их последствий.
В международной практике в настоящее время также принята концепция приемлемого риска, известная как принцип ALARA (As Low As Reasonable Achievable) — то есть настолько низко, насколько это достижимо в разумных пределах.
Рассмотрим зависимость риска потери устойчивости функционирования предприятия от затрат на обеспечение безопасности и техногенного риска (рисунок 1.3). Увеличение затрат ведет к уменьшению величины общего риска Rs из-за снижения техногенного риска Rm. Однако материальные ресурсы общества (С), независимо от того, велики они или малы, ограничены. Следовательно, затраты, направляемые на снижение математического ожидания ущерба и, соответственно, снижение уровня опасности, отвлекают средства из других статей расходов. Т.е. рост затрат на обеспечение безопасного функционирования предприятия приводит к повышению риска потери финансовой устойчивости и, соответственно, замедлению темпов снижения суммарного риска.
Уточнение методов расчета вероятностей поражения людей при возникновении чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах топливно-энергетического комплекса
Для дефлаграционного взрыва ТВС - методика НТЦ «Промышленная безопасность» [88]. В принятом нормативном документе [80] использованы фактически те же зависимости для расчета параметров дефлаграционного взрыва.
В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени (Vr) и степень расширения продуктов сгорания (а). Для газовых смесей принимается о=7, для гетерогенных - о = 4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (о - 1)/ о.
Безразмерные давление РХ] и импульс фазы сжатия 1Х] определяются по соотношени ям: Методики (по Бирбраеру А.Н. и НТЦ «Промбезопасность») позволяют определять параметры воздушной ударной волны на всем диапазоне возможных расстояний. Геометрически облако парогазовоздушной смеси моделируется усеченным шаром с центром в точке выброса. В качестве плоскости сечения шара выступает поверхность земли. Методики дают результаты на всем диапазоне расстояний (0;+оо) и позволяют строить поля поражающих параметров на плоскости. Пожар-вспышка
В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако). Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке RF определяется формулой [80]:
RF = 1,2 ЙНКПР, (2.20) Поле поражения моделируется окружностью, в пределах которой наблюдается безусловное поражение реципиентов. Факельное горение газовых струй 1. Определение параметров горящего факела. Как правило, факел, возникающий в результате горения газовых струй, моделируется конусом с вершиной в точке выброса. Основные параметры факела - длина и ширина. Длина факела Lp (м) при струйном горении определяется по формуле [80]: LF = K- G0A, (2.21) где G - расход продукта, кг/с; К - эмпирический коэффициент, который при истечении сжатых газов принимается равным 12,5, при истечении паровой фазы СУГ или СПГ равным 13,5, при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ равным 15.
Общая масса газа, которая может быть выброшена при разрыве, определяется из выражения: = И (2 27) где Z„ - коэффициент сжимаемости газа до разрыва при параметрах Рн, Тн; 1Эф = 1,ЗЬ - эффективная длина участка трубопровода, учитывающая дополнительную массу газа, выбрасываемую за время, требующееся для полного закрытия запорной арматуры, м; А - площадь поперечного сечения трубопровода.
Истечение из аварийного отверстия в сосуде. Массовая скорость истечения сжатого газа из сосуда определяется по формулам [80]: докритическое истечение: Поля поражающих параметров для вертикальных факелов. Тепловое излучение от вертикальных факелов может быть определено по формулам [80] (2.5 - 2.12), принимая Н равным Lp, d равным Dp, а Е f в зависимости от вида топлива. При отсутствии данных допускается Е f принимать равной 200 кВт/м . Факел моделируется в виде вертикального цилиндра длиной Lp и высотой Н. 13U 125 100 q(r) 75 50 25 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
График зависимости интенсивности теплового излучения от расстояния
Вид зависимости интенсивности теплового излучения представлен на рисунке 2.3. На расстояниях, меньших радиуса факела находится область с неопределенными уровнями теплового излучения. Зона непосредственного контакта пламени с окружающими объектами, т.е. область наиболее опасного теплового воздействия, интенсивность которого может быть принята [80] 100 кВт/м , определяется размерами факела. В дальнейших исследованиях при нималось, что вероятность поражения реципиента, подвергшегося прямому огневому воздействию, будет равна 1.
Поля поражающих параметров для горизонтальных факелов определяются по методике [95, приложение Ж]. Методика предусматривает моделирование излучателя в виде лежачего полуцилиндра.
Угловой коэффициент ф для одиночного настильного факела может быть рассчитан аналитически, если принять, что излучающая поверхность факела аппроксимируется боковой поверхностью полуцилиндра, лежащего на поверхности земли с характерной длиной 0,2Lmax х 0,8Zmax и радиусом R=0,15 Lmax, где Lmax =\,25Ьф. При консервативных оценках длина полуцилиндра может быть принята равной 1,25Z$.
В этом случае форма пламени имеет вид лежащего на земле полуцилиндра, который имеет три излучающие поверхности: две концевых поверхности, через которые проходит ось цилиндра, Sci и Sc2, и боковую поверхность &. Вблизи места аварии размещаются два полуцилиндра, каждый из них аппроксимирует тепловое излучение от соответствующего пламени факела.
Расчет угловых коэффициентов излучения проводится для точек поверхности земли расположенных на лучах Лі - Лб от боковой поверхности пламени, на лучах ЛСі и ЛСг от торцевых поверхностей цилиндра. Лучи Лі, Лз, Л4 и Лб проводятся по нормали к оси цилиндра через боковую поверхность цилиндра, лучи Лг и Л5 - по нормали к оси цилиндра на половине его длины. Лучи ЛСі и ЛСг проводятся по оси цилиндра в направлении от торцевых поверхностей, начало этих лучей лежит на торцевых поверхностях цилиндра.
Алгоритм расчета последствий опасных явления
Более частным случаем является реализация сценария - «Пожар колонного типа». Данный сценарий возможен исключительно в условиях загроможденного пространства (плотная застройка, компактное расположение оборудования и сооружений). Данный сценарий характеризуется возникновением вертикально ориентированной струи газа вследствие истечения струй газа из концов разорванного газопровода и их взаимодействие с окружающими преградами, ограничивающими динамическое распространение струй газа [95].
Построение полей потенциального риска для сценария «Пожар колонного типа» осуществляется по тем же зависимостям (2.109, 2.113, 2.114), что и для опасностей пожара разлива с учетом рекомендаций (см. раздел 2.2.4).
Индивидуальный риск для работников объекта оценивается частотой поражения определенного работника объекта опасными факторами в течение года. Работники делятся на группы, однозначно определяемые наименованием должности. Допускается проводить расчет индивидульного риска для работника объекта, относя его к категории наиболее опасной профессии [80]. Т.о. индивидуальный риск - риск поражения человека, исходя из особенностей пребывания индивидуума в различных точках пространства.
Для построения поля распределения вероятности пребывания персонала в различных зонах территории объекта необходимо провести анализ режима работы персонала.
В качестве основных факторов, оказывающих влияние на характер распределения вероятности пребывания персонала в различных зонах территории объекта можно выделить: 1. Время пребывания работника в различных точках территории в течение рабочего дня. 2. Характер рабочего места (стационарное рабочее место, нестационарное). 3. Особенности режима работы (пятидневная рабочая неделя, работа посменно, отпуск и т.д.). Три варианта пребывания персонала на рабочих местах и способы моделирования плотности распределения вероятности пребывания персонала:
1. Стационарные рабочие места. Как правило, стационарные рабочие места располагаются в зданиях, т.о. моделирование плотности распределения вероятности пребывания персонала не требуется. Достаточно соотнести полученную вероятность пребывания персонала центру здания, в котором расположено рабочее место.
2. Нестационарные рабочие места. Определяется область, в которой возможно пребывания персонала. Полагается равномерность распределения времени пребывания персонала в различных точках пространства внутри этой области (см. рисунок 2.30). Если имеется достаточно исходных данных, территория может быть разбита на области, в которых определено среднее время пребывание персонала в течение дня, и данный расчет может быть осуществлен отдельно по каждой области.
3. Комбинированные рабочие места. Рабочие места типов 1 и 2 встречаются достаточно редко, имеют место комбинированные варианты. В данном случае условная вероятность поражения делится пропорционально времени пребывания персонала на стационарных и нестационарных рабочих местах.
Точно определить время пребывания персонала в тех или иных областях объекта невозможно, необходимо использовать осредненные значения. Подобные данные могут быть получены, например, из анализа фотографий рабочего дня. Иллюстрация к методике определения вероятности пребывания персонала в различных областях территории объекта Вероятность пребывания индивидуума - представителя группы т в пределах каждого квадрата составляет: fym=7T-. (2.119) где qm - вероятность пребывания персонала группы т на территории объекта; Nm - количество площадок территории объекта, в пределах которых наиболее вероятно появление персонала группы т.
Вероятность пребывания работника на территории объекта при работе в по фиксированному графику составляет: »=iHi 2120 где птт/24 - поправка, характеризующая вероятность пребывания человека на территории в течение дня, при птд часовом рабочем дне; птт/365 - поправка, характеризующая вероятность нахождения сотрудника на территории объекта в течении года с учетом ежегодного отпуска, птт - число рабочих дней в течение года.
Итоговым результатом расчетов будет поле значений плотности распределения вероятности пребывания персонала в различных точках пространства.
В общем случае индивидуальный риск для персонала объекта определяется на основе поля потенциального риска (представленного в функциональном или дискретном виде) и полученной плотности вероятности пребывания индивидуума в различных областях и определяется по соотношению:
При применении зонального подхода расчет индивидуального риска осуществляется по формуле, аналогичной соотношению (1.2), при этом в качестве зон используется всё множество площадок, полученных в результате разбиения территории путем наложения сетки (см. раздел 2.4.3):
Результаты расчета показывают, что разница между расчетом, проведенным с использованием предложенного подхода к определению вероятности поражения тепловым излучением и расчетом, проведенным исходя из предположения одинакового теплового потока при движении человека [72,80] значительна, а в случае учета реального времени реакции человека на происходящую аварию - очень существенна. Предложенный подход, основанный на рассмотрении непрерывной функции, описывающей движения человека, существенно упрощает проводимые расчеты по сравнению с методом [95], основанным на разбиении траектории движения челове ка на участки. Учет нестационарности интенсивности потока истекающего газа во времени позволяет уточнить расчетные значения вероятности поражения человека. Структура поражения людей в зданиях и на открытой площадке отличается в зависимости от типа поражающего воздействия. Изложенный подход к определению показателей риска позволяет учесть особенности воздействия опасных факторов на персонал, расположенный в зданиях. Индивидуальный риск, как показатель, характеризующий вероятность поражения индивидуума (группы индивидуумов) должен оцениваться с учетом особенностей режима повседневной деятельности индивидуума в течение года. Изложенный подход к оценке рисков позволяет учесть нестационарность рабочих мест персонала.
Полученные аппроксимации плотности распределения вероятности повторяемости направления ветра и плотности распределения условной вероятности воспламенения облака на пути миграции адекватно описывают процессы миграции облака. Описанные математические модели позволяют строить поля потенциального риска для аварий, связанных с образованием, дрейфом облаков топливовоздушных смесей и их последующим сгоранием с образованием воздушной ударной волны или по модели «пожар-вспышка».
При оценке потенциального риска для технологических трубопроводов необходимо учитывать краевые эффекты, заключающиеся в приближении изолинии потенциального риска к оси трубопровода по мере приближения к одному из его концов. Предложенная методика позволяет учесть данные краевые эффекты и строить поля потенциального риска для произвольно ориентированных трубопроводов, имеющих сложную разветвленную структуру и учитывать вклад в суммарный потенциальный территориальный риск для большинства площадочных объектов, которые имеют в своем составе не только точечные, но и линейные объекты. При разгерметизации газопровода на полное сечение возможно возникновение высокоскоростных струй газа. Поля потенциального риска при таких авариях имеют сложную форму, зависящую от длины потенциально опасного участка трубопровода, параметров факела.
Результаты идентификации опасности, оценки частот реализации опасных явлений и определения количества, продолжительности и особенностей выбросов в атмосферу опасных веществ
Как показывает анализ аварийности и опыт эксплуатации объектов хранения и транспорта нефти и нефтепродуктов, аварии происходят из-за отказов оборудования, ошибок персонала, а также воздействий природного и техногенного характера.
К основным опасностям, связанным с отказами технологического оборудования, относятся прекращение подачи электроэнергии, коррозия и эрозия оборудования и трубопроводов, физический износ, механическое повреждение или температурная деформация оборудования и трубопроводов, опасности, связанные с типовыми процессами.
Опасности, связанные с прекращением подачи электроэнергии, могут привести к остановке насосного оборудования и нарушению нормального режима сливо-наливных операций и операций, связанных с наполнением или опорожнением резервуаров.
Опасности, связанные с коррозией и эрозией оборудования и трубопроводов могут стать причиной разгерметизации системы трубопроводов или резервуаров, значительных утечек опасных веществ и привести к аварийным ситуациям или экологическому загрязнению территории.
Опасности, связанные с физическим износом, механическим повреждением или температурной деформацией оборудования и трубопроводов могут привести как к частичному, так и к полному разрушению трубопроводов или резервуарного оборудования и возникновению аварийной ситуации любого масштаба.
Резкая аварийная остановка насосов или срабатывание запорной арматуры может привести к гидравлическим ударам, разрушению трубопроводов, арматуры или элементов резервуаров (чаще всего крышки люков) и возникновению аварийных ситуаций. Отдельные элементы конструкции насосов обладают низким уровнем надежности (особенно торцевые уплотнения), что тоже может являться источником утечек горючих жидкостей и привести к загазованности в помещениях насосных.
Трубопроводные системы являются источником повышенной опасности из-за большого количества сварных и фланцевых соединений, запорной арматуры и значительных объемов веществ, перемещаемых по ним.
Причинами разгерметизации могут быть остаточные напряжения в материале трубопроводов в сочетании с напряжениями, возникающими при монтаже и ремонте, гидравлические удары, вибрация, превышения давления и т.п. Резервуары является источником повышенной опасности из-за значительных объемов опасных веществ, находящихся в них. Причинами разгерметизации резервуаров могут быть: - ошибки при проектировании и изготовлении; - коррозия; - температурные напряжения, возникающие при сварке во время монтажных или ремонтных работ (горячие трещины); 118 - нарушение режимов эксплуатации (переполнение, нарушение скорости наполнения и опорожнения, превышение давления в резервуарах выше допустимого, образование недопустимого вакуума внутри резервуара); - ошибки при проведении чистки, ремонта и демонтажа (механические повреждения, дефекты сварочно-монтажных работ); - дефекты оснований резервуаров (неравномерная осадка ведет к образованию чрезмерных разрывающих и растягивающих усилий от давления жидкости); - охрупчивание металла из-за понижения температуры окружающего воздуха. Кроме того, необходимо отметить, что при опорожнении резервуаров возможны подсос воздуха через дыхательные клапаны, образование взрывоопасных смесей, взрыв и разрушение емкости.
Рассмотрим опасности, связанные с ошибками персонала. Технологические процессы и операции, протекающие на объекте, относительно несложные, но трудоемкие и требуют от обслуживающего персонала внимания и высокой ответственности. Ошибки персонала при ведении наливных операций и операций перекачки нефти, режимов транспортировки и хранения, ремонтных и профилактических работ могут стать причиной крупномасштабной аварии.
На объектах ТЭК возможно возникновение аварийных ситуаций от внешних воздействий природного и техногенного характера. К таким внешним воздействиям можно отнести: - разряды от статического электричества (взрывы и пожары); - грозовые разряды (взрывы и пожары); - смерч, ураган (повреждение оборудования и коммуникаций); - весенние паводки и ливневые дожди (размыв обваловки и повреждение оснований резервуаров); - снежные заносы и понижение температуры воздуха (обрушение крыши резервуаров и нарушение пропускной способности трубопроводов из-за повышения вязкости углеводородных продуктов); - попадание оборудования объекта в зону действия поражающих факторов аварий, происшедших на соседних установках и объектах (повреждение оборудования, взрывы, пожары).
Все вышеперечисленные факторы могут привести к разгерметизации резервуаров или трубопроводов и явиться причиной возникновения аварийной ситуации. Возможными причинами аварий насосных агрегатов являются: - разрушение корпуса насоса вследствие механического износа, коррозии, поломки отдельных деталей; - разрыв подводящих трубопроводов; - гидравлический удар в подводящих трубопроводах; - внешних воздействий (пожар в помещении).
Причины аварий, связанных с разгерметизацией технологических трубопроводов: рост дефектов, превышение рабочего давления, внешние механические воздействия и т.д.
Основными факторами, способствующими возникновению и развитию аварий на составляющих объекта, являются: 119 - содержание значительных масс нефти в емкостном оборудовании (особенно в резервуарах) создает опасность аварийного выброса большого количества нефти при их разгерметизации; - наличие в нефти агрессивных примесей, абразивных частиц, воды создает дополнительную опасность разгерметизации из-за внутренней коррозии; - высокая концентрация оборудования (групп резервуаров; железнодорожных цистерн на эстакаде) сопряжена с опасностью вовлечения в аварию соседнего оборудования; - проведение технологических операций под переменным давлением создает дополнительную опасность разгерметизации от превышения давления, усталостных явлений; - значительная производительность насосных агрегатов создает опасность аварийного выброса большого количества нефти при их разгерметизации; - наличие большого количества единиц оборудования, фланцевых и сварных соединений, разветвленной сети трубопроводов с многочисленной запорной и регулирующей арматурой; - наличие периодического процесса (перекачка нефти, заполнение резервуаров, проведение наливных операций и т.п.); - проведение маневровых операций с железнодорожными и автомобильными цистернами.
Как правило, возникновение аварии является следствием совокупности перечисленных выше причин и факторов, интенсивности их воздействия на технологические системы и последовательности появления их во времени. По мере накопления факторов, снижающих устойчивость и безопасность эксплуатации объекта, существенно расширяется круг возможных инициирующих событий, способных обусловить цепь самопроизвольных неуправляемых нежелательных событий, т.е. способных привести к развитию аварии. Результаты инициирующего события - разгерметизация или разрушение оборудования с последующим выбросом (проливом) опасного вещества из технологической системы и его воспламенением.
Результаты определения сценариев аварий с участием опасных веществ Под сценарием возможных аварий обычно подразумевается последовательность логически связанных между собой отдельных событий (истечение, выброс, испарение, рассеяние, дрейф паров, воспламенение, горение и взрыв, воздействие на людей и соседнее оборудование и т.п.), которые обуславливаются конкретным инициирующим событием (например, разрушением корпуса насоса, образованием свища в трубопроводе, разгерметизацией резервуара и т.п.).
На основе анализа причин возникновения и факторов, определяющих исходы аварий, учитывая особенности применяемых технологических процессов, свойства и распределение опасных веществ, на объекте можно выделить следующие типовые сценарии аварий: Сі - пролив нефти, сопровождающийся загрязнением промплощадки; Сг - пожар пролива нефти на открытой площадке (с горением в обваловании или за его пределами при переливе обвалования);
