Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретико-методологические проблемы риск анализа - 7
1.1. Техногенные риски и глобальные проблемы экологии на современном этапе 7
1.2. Техногенные риски как объект экономического исследования и моделирования. Основные подходы к оценке рисков 17
1.3. Методы оценки рисков техногенных объектов 44
ГЛАВА2. Модели оценки техногенного риска утилизации авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно-люизитными смесями 73
2.1. Риск, обусловленный воздействием ипритно-люизитных смесей на человека и окружающую среду. Характеристики ипритно-люизитных смесей 73
2.2. Характеристика опытной установки и технологии уничтожения авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно-люизитными смесями 77
2.3. Модель оценки техногенных рисков, обусловленных утечками ипритно- люизитных смесей внутри рабочей зоны опытной установки 85
2.4. Моделирование распространения газообразных компонентов и паров ипритно-люизитных смесей в атмосфере 97
2.5. Расчет интегрированного риска для здоровья и жизни населения и персонала предприятия при аварии на опытной установке 101
2.6 Методологические подходы к экономической оценке потерь здоровья и жизни населения 115
ГЛАВА 3 Управление техногенными рисками утилизации авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно-люизитными смесями 127
3.1 Особенности управления техногенными рисками в современных условиях 127
3.2 Общие принципы оценки экономического эффекта от внедряемых мероприятий по управлению рисками 139
3.3 Оценка эффективности и выбор мероприятий по снижению риска утилизации авиационных боеприпасов с ипритно-люизитными смесями 145
Заключение
Литература
- Техногенные риски как объект экономического исследования и моделирования. Основные подходы к оценке рисков
- Характеристика опытной установки и технологии уничтожения авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно-люизитными смесями
- Моделирование распространения газообразных компонентов и паров ипритно-люизитных смесей в атмосфере
- Общие принципы оценки экономического эффекта от внедряемых мероприятий по управлению рисками
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности часто связано со все более возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ, увеличивающих риски потерь здоровья и жизни людей, ухудшения качества окружающей природной среды, материальных потерь общества. Особо значимы эти риски при проведении широкомасштабных работ по утилизации отходов промышленных производств и уничтожении запасов химического оружия, в том числе снарядов, начиненных ипритом и люизитом, веществами чрезвычайно агрессивными, способными легко проникать практически через любые защитные ткани средств индивидуальной защиты и вызывать необратимые последствия для здоровья человека даже при малых дозах воздействия.
В результате утечки ипритно-люизитных смесей при проведении технологического процесса утилизации боеприпасов возможно увеличение частоты нежелательных для здоровья отрицательных эффектов у персонала предприятия. Кроме того, существенные по масштабу последствия могут возникнуть в результате аварии, связанной с выбросом значительной массы ипритно-люизитных смесей в атмосферу и дальнейшим их распространением в окружающей среде.
В этой связи актуальными являются исследования в области оценки и управления индивидуальным и социальным рисками утилизации таких боеприпасов. Их проведение базируется на использовании адекватных возможным рисковым ситуациям моделей и методов, разработке и использованию которых и посвящено данное исследование.
Объект и предмет исследования
В качестве объекта исследования рассматривается технология уничтожения боеприпасов с ипритно-люизитными смесями и характеристики их антропогенного воздействия на окружающую природную среду.
Предметом исследования являются модели и методы оценки и управления рисками здоровью и жизни работников предприятия и населения, проживающего на прилегающей к предприятию территории.
Теоретической и методологической основой исследования являются работы российских и зарубежных специалистов по проблемам разоружения, вопросам устойчивого развития, оценки воздействия ипритно-люизитных смесей на окружающую среду и отдельные группы реципиентов и связанных с этим воздействием экономических издержек; материалы Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (1993г.); материалы конференции ООН 1992 года по охране окружающей среды и развитию; материалы Всемирного саммита ООН по устойчивому развитию «Рио+10» (Йоханнесбург, 2002г.); Федеральный закон РФ «Об охране окружающей среды» (2002г.); Экологическая доктрина Российской Федерации (2002г.) и другие нормативные акты, постановления Правительства РФ по вопросам разоружения, охраны окружающей среды и обеспечения устойчивого развития экономики и общества в целом.
В процессе исследования использовались методические и нормативные материалы Министерства природных ресурсов РФ, Министерства обороны РФ, Российского агентства по боеприпасам, Госкомстата России, других министерств и ведомств, отечественных и зарубежных организаций по проблеме уничтожения химического оружия, вопросам экономики природопользования и охраны окружающей среды.
Информационную основу исследования составили справочные и статистические материалы, отражающие основные тенденции в области промышленной безопасности, размеры антропогенного воздействия на окружающую природную среду и ее объекты, федеральные законы и нормативные акты, регулирующие выполнение программы уничтожения химического оружия.
В ходе выполнения исследования использовались методы системного анализа, сопоставительного экономического анализа, типа «затраты-выгоды», «затраты-риски», методы оценки динамики распределения концентраций отравляющих веществ в трехмерном пространстве, методы теории вероятностей и математической статистики, методы сбора и обработки экспертной информации.
Научная новизна
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке подходов, моделей и методов оценки рисков здоровью и жизни людей при уничтожении боеприпасов с отравляющими веществами, обусловленных их утечкой в производственном помещении и распространением в окружающей природной среде в результате производственной аварии, и обосновании мер по снижению рисков, базирующихся на минимизации объемов утечки, вероятности аварии и повышении защищенности персонала и населения.
Наиболее существенные результаты исследования, полученные лично автором и выдвигаемые на защиту, состоят в следующем:
- Определены основные пути попадания отравляющих веществ в
окружающее пространство при осуществлении процесса утилизации,
обусловленные технологическими особенностями установки по
уничтожению снарядов и аварий на предприятии, выявлены особенности
воздействия ипритно-люизитных смесей на организм человека.
- Разработана модель и произведены расчеты рисков смерти, болезни и
инвалидности персонала, возникающих в результате утечки ипритно-
люизитных смесей на предприятии с учетом конструктивных особенностей
установки по уничтожению боеприпасов, базирующиеся на закономерностях
«доза-эффект» в областях малых доз воздействия.
Построены пространственные и пространственно-временные распределения концентраций ипритно-люизитных смесей в атмосфере с ипользованием системы нестационарных уравнений Навье - Стокса распределения газа в поле силы тяжести и характера аварийного опорожнения
технологического оборудования промышленных установок. Сформирована матрица интегрального поля потенциального риска для прилегающей к предприятию территории.
- Разработан методологический подход к получению оценок интегрированного риска для здоровья и жизни населения и персонала предприятия в случае аварии на опытной установке, базирующийся на количественных данных распределения концентрации ипритно-люизитных смесей в атмосфере и моделях типа «доза-эффект».
-. Получены оценки физического и экономического ущербов работникам предприятия по уничтожению боеприпасов и населению, проживающему на прилегающей к предприятию территории, с использованием разработанных модификаций методов оценки экономического ущерба здоровью и жизни персонала и населения, учитывающих информацию о продолжительности заболевания, тяжести и стоимости болезни, стоимости человеческой жизни.
- Предложены мероприятия по снижению риска утилизации авиационных боеприпасов с ипритно-люизитными смесями, предполагающие снижение вероятности аварии, уменьшение объемов выделения отравляющих веществ, повышение уровня защищенности персонала и населения и т.п. и произведена оценка их эффективности с учетом затрат на их проведение и стоимости сохраненного здоровья и жизни персонала и населения.
Теоретическая значимость исследования заключается в развитии теории и методологии оценки и управления индивидуальным и социальным рисками производственных процессов с использованием отравляющих веществ, включая риски производства и производственных аварий.
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов работы в качестве методической основы при оценках риска, обусловленного технологическими процессами уничтожения вооружений с химически активными и отравляющими веществами и
обосновании мероприятий по снижению антропогенной нагрузки на окружающую среду.
Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты исследования докладывались в 2006 г. и получили одобрение на международной конференции XIX Международные Плехановские чтения (г. Москва).
Результаты диссертации были использованы в ОКР по теме «Технико-экономическое обоснование изготовления опытной установки уничтожения авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно - люизитными смесями» (Шифр ОКР «Дробилка-СМ»).
Основные результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе в РЭА им. Г.В. Плеханова при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплине теория риска.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы, в общем объеме которых личный вклад автора составил 2,1 п.л., из них 2 работы опубликованы в журналах, входящих в список ВАК.
Техногенные риски как объект экономического исследования и моделирования. Основные подходы к оценке рисков
Приведенные в параграфе 1.1 данные раскрывают статистику аварий и катастроф, происшедших в техногенной сфере. Однако особенностью техногенного воздействия на окружающую среду является то, что техногенные источники вызывают ее загрязнение не только в результате различного рода аварий, но и в ходе нормального функционирования техногенных объектов [22, 48, 57, 61, 103]. Речь идет о постоянном, даже может быть незначительном, воздействии на окружающую среду со стороны расположенных на определенной территории производств. В таких случаях в различных сферах окружающей среды часто имеют место концентрации загрязнителей, пусть хоть немного, но превышающие допустимые пределы. Это влечет за собой появление рисков здоровью и жизни населения при длительном проживании, работе в загрязненном пространстве.
Оценка безопасности в любом случае основана на методах определения риска. В настоящее время в терминах риска принято оценивать многие стороны общественной жизни, производственной и государственной деятельности, такие как безопасность жизнедеятельности, государственную безопасность, правовую безопасность и др. В связи с этим в обиходе появились понятия техногенного риска, природного риска, радиационного и других видов риска [24,25,34,50,69,73,79,88,100,101,106].
Стоит уточнить, что анализ и управление риском - это идея не 21 и даже не 20 века. Теория рисков уходит корнями в глубокую древность, во времена Римской империи и Древнего Китая. Однако наиболее бурное развитие эта наука получила на рубеже 19-20 вв. Среди исследователей-теоретиков, внесших реальный вклад в развитие теории риска, можно выделить таких ученых, как А. П. Альгин, Дж. М. Кейнс, А. Маршалл, О. Моргенштейн, Ф. Найт, Дж. Нейман, Б. А. Райзберг, В. В. Черкасов [8,9,10,49,65,74,89,109] Их труды внесли значительный вклад в современные представления о риске.
На сегодняшний день в научной литературе встречается весьма различная трактовка термина «риск», в него иногда вкладываются отличающиеся друг от друга содержания. Например, риск в терминологии страхования используется для обозначения предмета страхования (промышленного предприятия или фирмы), страхового случая (назоднения, пожара, взрыва и пр.), страховой суммы (опасности в денежном выражении) или же как собирательный термин для обозначения нежелательных или неопределенных событий [40, 47, 77]. В праве риск определяется как возможность наступления убытков вследствие гибели или повреждения имущества либо невозможности выполнения обязательств. Там же термин «риск случайной гибели» трактуется как возможность наступления убытков, которые могут произойти от гибели или порчи предмета договора в силу таких обстоятельств, за которые участники договора не несут ответственности (например, при наступлении форс-мажорных событий) [1, 20]. В социально-экономических исследованиях риск рассматривается как величина убытков или недополученной прибыли, потерь объектом части ресурсов, недополучения доходов и т.п. вследствие возможных неблагоприятных событий, которые могут произойти с известной вероятностью [105].
В 1978г. эксперты ВОЗ определили риск как концепцию, отражающую ожидаемую тяжесть и/или частоту неблагоприятных реакций на данную экспозицию [78].
Под тяжестью или частотой неблагоприятных реакций подразумевают различные заболевания, травмы или смертельные случаи, вызванные воздействием того или иного вредного фактора. При этом учитывают экспозицию этого фактора, которая определяется интенсивностью и продолжительностью его воздействия.
В глоссарии Американского Агентства Охраны Окружающей среды (US Environmental Protection Agency - EPA) риск определяется как вероятность повреждения, заболевания или смерти при определенных обстоятельствах [122].
В проекте словаря Организации экономического сотрудничества и развития и Международного проекта химической безопасности [98] дано следующее определения риска:
Риск (risk) - вероятность неблагоприятного влияния данного агента в данных обстоятельствах на организм, популяцию или экосистему.
В то же время во многих научных исследованиях в понятие «риск» наряду с вероятностью наступления неблагоприятного события вкладывается и другая, связанная с этим событием характеристика, - размер наносимого ущерба [2, 7, 22, 27]. Это приводит к трактовке количественной меры риска как математического ожидания ущерба, определяемого на множестве возможных неблагоприятных событий (величины среднего риска) [2,7,12,32,48,61,87,103].
В конечном итоге величина риска определяется величиной возможного ущерба даже в тех случаях, когда на это нет прямых указаний. Вместе с тем ущерб имеется в виду в тогда, когда риск определяется относительным числом погибших или умерших и когда речь идет лишь о вероятности проявления неблагоприятного события. За этими подходами к толкованию риска почти всегда подразумевается натуральный, а чаще всего стоимостной ущерб, поскольку практически любую потерю в экономике принято выражать в стоимостном эквиваленте, будь то гибель людей или разрушение природной среды, или потеря информации и т.п.
Характеристика опытной установки и технологии уничтожения авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно-люизитными смесями
Установка для детоксикации предназначена для проведения комплекса технологических работ по химической детоксикации ипритно-люизитных смесей, содержащихся в авиационных боеприпасах типа БАС - 500 И БАС -1500 (калибра 500 и 1500 кг) наливной ёмкостью до 800 литров.
На предлагаемом технологическом оборудовании планируется осуществлять следующие технологические операции: - извлечение из боеприпаса и химическую детоксикацию ипритно-люизитной смеси в реакторе; - очистку газообразных выбросов, образующихся в процессе эксплуатации установки; - химическое обеззараживание корпуса.
Основные технические характеристики установки 1. Наливной объём однократноуничтожаемого ОВ, л до 800 2. Режим работы периодический; 3. Производительность по детоксикации двойной смеси, кг/час 90... 120; 28...40; электроуправляемые пневмоуправляемые 4. Установочная мощность, кВт 5. Тип исполнительных механизмов 6,0... 10,0,47 ±3 3...12...18 1,0±0,1 ОД... 0,15 8... 10 12... 14 ±27, ±24 3- ф, 220 220 6. Рабочее давление подачи сжатого азота, кгс/см : - к пневмоуправляемым агрегатам - на продувку реактора - в линиях контроля герметичности - в системе выравнивания давления 7. Объёмный расход сжатого азота, м / час 8. Объёмный расход сжатого воздуха, м /час 9. Напряжение питания, В - исполнительных агрегатов пневматической системы - электроприводов переменного тока - системы управления и измерений 10. Полнота детоксикации двойной смеси по остаточному содержанию: -иприта 1 10"2...5 10"3%, -люизита 1 10"2...5 10"3%, -свободного МЭА не менее 5,0 %. ..Максимальные размеры уничтожаемых изделий, мм: - длина 3000 - диаметр 700 12 Максимальная масса боеприпаса, кг 1500
На основе проведенных в ФГУП «ГосНИИОХТ» работ по исследованию физико-химических характеристик двойной смеси, параметров процесса детоксикации ипритно-люизитной смеси и имеющегося опыта по разработке установок по уничтожению боеприпасов, была разработана блок-схема и принципиальная схема установки. В состав установки для уничтожения авиационных боеприпасов входят: ёмкостное оборудование для подготовки и хранения необходимых реагентов, ёмкость для промежуточной перекачки ОВ, реактор для химической детоксикации, система газоочистки, печь для отжига корпуса.
В состав установки для детоксикации двойной смеси входят: 1 - система хранения и подачи к потребителям инертного газа, азота; 2-расходные ёмкости для хранения и подачи к потребителям нейтрализующего раствора, дополнительного растворителя N -метилпирроллидона и водного раствора едкого натра; 3- тельфера для перемещения боеприпаса; 4- рольганг для перемещения боеприпаса в агрегат расснаряжения; 5 - агрегат расснаряжения; 6- обогреваемый химический реактор, оснащённый лопастной мешалкой и вакуумным насосом, для приёма ипритно-люизитной смеси и проведения реакций химической детоксикации двойной смеси; 7-ванна (камера) для промывки водным раствором едкого натра
внутреннего объёма боеприпаса; 8-печь для термообработки корпуса боеприпаса (входит в оснащение объекта по уничтожению химического оружия); 9,10 - система газоочистки; 11- ёмкости для приёма и временного хранения продуктов детоксикации и отработанных растворов; 12- система электроснабжения; 13-система дистанционного управления и регистрации сигналов от датчиков физических величин и камер визуального наблюдения за работой исполнительных агрегатов, использованных в технологическом процессе; 14-имеющийся на объекте участок разделки корпусов боеприпасов.
Моделирование распространения газообразных компонентов и паров ипритно-люизитных смесей в атмосфере
При сценариях аварий, связанных с выбросом газообразного загрязнителя и дальнейшим его распространением вокруг источника выброса, оценка его концентрации может быть произведена с использованием моделей сложного турбулентного течения неизотермического тяжелого газа. Такая модель состоит из двух блоков. Первый из них описывает динамику концентрации загрязнителя в трехмерном пространстве и времени согласно законам распределения облака в атмосфере под действием силы и массы выброса с учетом параметров атмосферы, скорости ветра, рельефа местности, характера теплообмена и ряда других факторов, т.е. в зоне, при формировании которой основная роль принадлежит параметрам выброса.
В общем случае этот блок модели представляет собой полную систему нестационарных уравнений Навье - Стокса распределения газа в поле силы тяжести, которые отражают закон сохранения массы, импульса и энергии. Приведем общий вид этой системы без комментариев.
Для данных уравнений р = р (х, у, z, t) — концентрация загрязнителя в момент / после выброса в точке пространства с координатами х, у, z относительно источника выброса. Все остальные параметры также рассматриваются как функции этих четырех параметров; я — плотность газовоздушной смеси; и - скорость выброса и их, иу, щ — ее проекция по осям х, у, z соответственно; Р — давление; к — турбулентная вязкость; Я—энтальпия; g - ускорение свободного падения; div - дивергенция; grad- градиент.
Решение системы (2.10) для концентрации р (х, у ,z ,t) и остальных параметров на практике можно получить только численными методами при известных граничных и начальных условиях, которые можно охарактеризовать следующим образом.
Давление удовлетворяет уравнению состояния идеального газа, а энтальпия зависит от теплоємкостей воздуха и газа, влажности воздуха и ряда других характеристик атмосферы и газа.
В точке источника выброса термодинамические параметры соответствуют плотности и энтальпии насыщенных паров сжиженного газа при атмосферном давлении, концентрация р=100%.
На границах зоны действия сил выброса распределение концентрации загрязнителя определяется текущим состоянием атмосферы.
В соответствии с последним условием распределение концентрации загрязнителя вне зоны действия сил выброса подчиняется закону Гаусса, описываемому уравнением, представляющим собой второй блок модели: p(x.y,z,t) = M{t) 2лиаа(х+хЪ(х+х2) „ 2а$(х+ху) U+lbf (--/)2 2с(х+х,) ,л 2ек(х+х.) (2.11) где х - расстояние от рассматриваемой точки пространства до источника выброса; х и х,, — величины продольного и поперечного смещения виртуального источника выброса, соотнесенного к определенной точке на границе облака в вертикальной плоскости, относительно реального источника; a] h а] — продольные и поперечные дисперсии распределения загрязнителя в соответствующих точках пространства; h0— высота расположения виртуального источника (она равна высоте выброса); иа— скорость ветра на высоте z; M(t) -масса загрязнителя, соотнесенная к виртуальному источнику в момент времени t.
Общие принципы оценки экономического эффекта от внедряемых мероприятий по управлению рисками
Анализируя литературу, посвященную управлению рисками, можно отметить, что общие подходы к определению эффективности любых управляющих мероприятий мало различаются в разных видах жизнедеятельности. Все они так или иначе предполагают сравнение, сопоставление результатов {W), достигн)тых при помощи рассматриваемого набора мероприятий, с затратами на них (Z).
В случае чистых рисков результаты (снижение риска) могут быть достигнути по ряду позиций — уменьшение различных видов материального ущерба, потерь населения и т.п. Это же относится и к спекулятивным рискам. Результаты (прибыль) в данном случае могут быть получены и за счет увеличения объемов реализации, роста цены при производстве продукции более высокого качества, а также снижения затрат производства в более чистой среде. Это же относится и к производимым затратам (затраты на предотвращение воздействия, очистку территории и т.д.). Это означает, что показатели W и Z в общем случае могут быть представлены в виде векторов, размерность которых определена числом учитываемых позиций в каждом из них.
Кроме того, сравнение результатов с затратами обычно осуществляется с учетом временного фактора, поскольку на практике и затраты производятся не одномоментно, и достигнутые результаты имеют не разовый характер. Как правило, и те, и другие распределяются во времени (по годам их осуществления и проявления соответственно).
Таким образом, при оценке эффектов возникают две основные проблемы, обусловленные необходимостью сопоставления результатов и затрат по их видам и по разным временным интервалам. Решение этих проблем имеет определенные особенности в зависимости от содержания, вкладываемого в эти составляющие эффекта. Как было отмечено в предыдущем параграфе, при анализе эффективности на основе затрат и выгод (benefit/cost analysis) как результаты, так и затраты обычно выражаются в стоимостной форме. В этом случае обычно применима традиционная для экономики схема определения эффективности. Как известно, основные проблемы при использовании метода «затраты — выгоды» заключаются именно в стоимостной оценке достигаемых результатов, которые часто имеют неоднозначное стоимостное выражение.
При известных значениях стоимостных показателей результатов и затрат абсолютная величина эффекта от внедрения мероприятий по снижению риска для объекта может быть определена согласно следующей формуле [лит-ра]: Т ( к п \ (3.3) Где Wlt - результат по z -му направлению в период t; ZJf - затраты noj-uy направлению в период t.
Так как результаты от внедрения мероприятий в случае чистых рисков проявляются в виде снижения математических ожиданий (средних рисков) ущербов, выражение (3.3) может быть представлено в следующем виде [10]: Г) = Ітї1( -X„(Z)]-zД (3.4) где Х„ - средний уровень ущерба, имевшего место в период /, до внедрения рискоснижающих мероприятий; X„(Z) - средний уровень ущерба, определенный (оцениваемый) после их внедрения. Заметим, что показатель /(Z,r) = a (z) + ZzJ (3.5) ы V =1 н ) представляет собой суммарную величину издержек управления риском при внедрении комплекса управляющих мероприятий Z
В случае спекулятивных рисков вместо выражения (3.5) для оценки эффективности мероприятий может быть использовано следующее соотношение: 3(Z,r) = Z(tf.(Z)f.) (3.6) t=\ где nt(Z) - среднеожидаемая прибыль объекта в году t в случае принятия каких-либо мер Z в отношении риска, не обязательно связанных с его снижением; Пі -среднеожидаемая прибыль в отсутствии этих мер. В общем случае ожидаемая прибыль должна оцениваться с учетом распределения вероятностей возможных исходов деятельности объекта, риска потерь от неблагоприятных событий и затрат на осуществление мероприятий по управлению рисками. tf,=A(Z)- (Z)-z,, (3.7) Где Dt(Z)- ожидаемая величина дохода в году t при выборе стратегии управления рисками, характеризующейся набором затрат Zjt,j=l,2, ...,п; Rt(Z)-уровень риска в году t, оцениваемый по среднеожидаемой величине ущерба. Аналогичным образом определяется и прибыль в отсутствии мероприятий Z.
Заметим при этом, что в реальной ситуации показатели П, и fI,(Z) могут меняться местами, например в тех случаях, когда объект сознательно выбирает для себя более рискованную ситуацию в надежде получить большую прибыль и отказывается в связи с этим от осуществления ранее применяемых защитных мер.
При расчете показателей как эффекта и издержек, так и прибыли на практике обычно учитывается различие разновременных стоимостей. Это осуществляется с использованием дисконтирующих и инфляционных (дефляционных) коэффициентов. Иногда данные показатели объединяются в один дисконтирующий множитель. С учетом постоянного дисконта выражения (3.4) и (3.5) преобразуются к следующему виду:
Похожие диссертации на Модели и методы оценки и управления техногенными рисками
