Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор и анализ аварийных ситуаций, методов и алгоритмов оценки риска техногенных аварий 11
1.1 Назначение, цели и задачи анализа риска техногенных аварий на нефтегазовых производственных объектах 12
1.2 Обзор результатов анализа причин и последствий аварий на объектах нефтегазовой промышленности 15
1.3 Современные методы оценки риска техногенных аварий на нефтегазовых производственных объектах 24
1.4 Структура показателей безопасности ириска 28
1.5 Обоснование выбора системы обработки данных для определения последствий техногенных аварий 33
Выводы 36
ГЛАВА 2. Разработка модели формирования поля потенциального риска для сложных систем (на примере нефтегазовых производственных объектов) 37
2.1. Постановка задачи оценки риска техногенных аварий 38
2.2 Математическая модель формирования поля потенциального риска41
2.2.1 Определение минимально достаточного фрагмента рабочей области ситуационного плана 42
2.2.2 Формирование многослойной матрицы с учетом вектора дискретизации 43
2.3 Обобщенная модель формирования поля потенциального риска для
протяженных объектов 44
2.4 Оценка эффективности функционирования нефтегазовых
производственных объектов на основе теории ценности информации 45
Выводы: 53
ГЛАВА 3. Разработка метода оценки риска техногенных аварий 54
3.1 Метод оценки риска техногенных аварий 54
3.1.1 Инициализация компонентов ситуационного плана 54
3.1.2 Представление подсистем в матричном виде 56
3.1.3 Определение наиболее вероятных сценариев развития аварий .. 58
3.1.4 Оценка риска техногенных аварий наНГПО 63
3.2 Особенности формирования ситуационного плана техногенных аварий на типовых НГПО на основе разработанного метода 66
3.3 Оценка риска техногенных аварий на комплексных объектах нефтегазовой промышленности 69
Выводы: 73
ГЛАВА 4. Разработка и синтез алгоритма и программного обеспечения многопоточной обработки данных 74
4.1 Алгоритм многопоточной обработки данных для управления риском промышленных аварий 74
4.2 Модульное программное обеспечение для решения задачи управления риском промышленных аварий 79
4.3 Исследование функциональных возможностей программно-аппаратных средств для оценки риска промышленных аварий (на примере НГПО) 80
4.3.1 Обзор альтернативных программных средств оценки риска техногенных аварий 81
4.3.2 Тестовые испытания функциональных возможностей современных программных средств оценки риска техногенных аварий на НГПО 89
4.3.3 Тестовые испытания функциональных возможностей разработанного программного модуля оценки риска
техногенных аварий на НГПО 93
4.4 Сравнительная характеристика существующих решений оценки риска техногенных аварий и разработанного модульного программного обеспечения 101
Выводы 102
Заключение 104
Библиографический список
- Обзор результатов анализа причин и последствий аварий на объектах нефтегазовой промышленности
- Определение минимально достаточного фрагмента рабочей области ситуационного плана
- Определение наиболее вероятных сценариев развития аварий
- Обзор альтернативных программных средств оценки риска техногенных аварий
Введение к работе
Актуальность работы. Разработка системы мониторинга состояния объектов нефтегазовой промышленности, позволяющей осуществлять контроль и управление риском техногенных аварий в масштабе реального времени является приоритетным направлением в части повышения надежности и безопасности систем энергетики. Обеспечение безопасности объектов энергетики объективно обусловливает внедрение систем мониторинга, основанных на комбинации расчетно-аналитических и когнитивных элементов, обеспечивающих оценку безопасности с минимизацией временных задержек.
Задача оценки последствий аварий на нефтегазовых производственных объектах (НГПО) является слабоструктурированной, в связи с этим построение строгих математических моделей невозможно, что обусловливает применение системного анализа, в частности, путем использования методов имитационного моделирования, обеспечивающего повышение качества оценки состояния сложных систем. Эффективным методом имитационного моделирования является использование деревьев событий, позволяющих определить наиболее вероятные сценарии развития аварий и оценить их последствия. Для оценки состояния НГПО широкое применение находят геоинформационные технологии, позволяющие в масштабе реального времени получить данные о параметрах ситуационного плана и локализовать зону поражающего воздействия.
В связи с этим в настоящее время имеет место противоречие. С одной стороны, учитывая высокую динамику развития техногенных аварий, требуется оценка их характеристик в масштабе реального времени, с другой - недостаток методов и средств прогнозирования развития поражающих факторов техногенных аварий на основе системного анализа и обработки данных геоинформационных систем (далее ГИС), обеспечивающих оценку опасности и управление риском. Под риском в рамках работы понимается мера опасности, характеризующая возможность возникновения аварии на НГПО и тяжесть ее последствий.
К основным этапам (фазам) управления промышленной безопасностью относятся: планирование, нормативное регулирование, организация безопасного функционирования объектов, мониторинг и контроль сложных систем.
Для оценки риска необходима разработка новых методов и алгоритмов, которые позволяют определять уровень негативного воздействия техногенных аварий на НГПО с учетом большого числа параметров, описывающих аварийную ситуацию. Приоритетным направлением исследований является повышение оперативности управления промышленной безопасностью НГПО на основе создания средств оценки степени опасности.
Цель диссертационной работы заключается в повышении оперативности управления промышленной безопасностью НГПО путем системного анализа и обработки данных ГИС, оценки вероятности возникновения и развития поражающих факторов техногенных аварий.
Объект исследования. Техногенные аварии и процессы их ликвидации на НГПО.
Предмет исследования. Методы и средства обработки данных для оценки риска техногенных аварий на НГПО.
Научно-техническая задача. Разработка метода и имитационной модели оценки риска аварий на опасных производственных объектах (на примере НГПО) при управлении промышленной безопасностью, на основе представления данных многослойными матрицами, обеспечивающих определение поля потенциального риска и реципиентов риска.
Диссертационная работа выполнена в рамках проекта № 2.2.3.2/6979
«Разработка и создание имитационных моделей прогнозирования и оценки
рисков пожароопасных ситуаций в организациях» аналитической
ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала
высшей школы (2009-2011 годы)» и федеральной целевой программы
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития
научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы»
государственный контракт № 14.514.11.4039 по теме «Разработка методов
и алгоритмов систем поддержки принятия решений в научно-технической
сфере на основе визуального анализа многомерных
слабоструктурированных данных и показателей».
Поставленная научно-техническая задача декомпозирована на следующие частные задачи исследований:
-
Анализ состояния вопроса оценки риска территориально-распределенных промышленных объектов. Обоснование направлений исследования;
-
Разработка модели формирования поля потенциального риска применительно к протяженным нефтегазовым производственным объектам;
-
Разработка метода оценки риска на основе использования данных геоинформационных систем;
-
Разработка алгоритма и программного обеспечения для оценки техногенного риска и их экспериментальная проверка на нефтегазовых производственных объектах.
Методы исследования. В работе для решения поставленных задач используются методы системного анализа, теории управления, имитационного и математического моделирования, теории синтеза сложных информационных систем, экспертного оценивания и объектно-ориентированного программирования, современные методы анализа риска промышленных аварий. При разработке программного обеспечения в
качестве инструментария использовались среды Delphi 6, Delphi ХЕ, Microsoft Office 2010.
Новыми научными результатами и положениями, выносимыми на защиту, являются:
-
Математическая модель формирования поля потенциального риска для сложных систем (на примере НГПО), учитывающая системные связи фрагментов предметной области, отличающаяся предварительной оценкой вектора дискретизации при формировании многослойных матриц и позволяющая исключить пропуск реципиентов риска.
-
Обобщенная модель формирования поля потенциального риска для протяженных объектов, состоящая в численном вычислении риска путем сложения значения ячеек матрицы построчно с учетом области определения и позволяющая минимизировать число операций при расчете параметров аварий на протяженных объектах.
-
Метод оценки риска техногенных аварий, состоящий из этапов ввода геоинформационных данных, определения вектора дискретизации и вычисления вероятности поражения путем сложения значений ячеек матрицы, позволяющий повысить оперативность управления промышленной безопасностью сложными системами (на примере НГПО).
-
Алгоритм и программное обеспечение многопоточной обработки данных для управления риском промышленных аварий, отличающиеся открытой архитектурой и возможностью распараллеливания производимых вычислений, позволяющие сформировать многослойные матрицы и задать требования к ГИС.
Практическая ценность работы заключается в том, что
пространственное распределение поля потенциального риска и зоны действия поражающих факторов могут быть использованы при проектировании опасных производственных объектов;
программная реализация модуля в виде открытой системы может быть внедрена и использоваться в составе ГИС при мониторинге состояния НГПО;
пространственное распределение поля потенциального риска и показатели поражающих факторов найдут применение в управленческой деятельности предприятия.
Реализация и внедрение. Результаты диссертационных исследований внедрены в ЗАО «НТЦ ПБ» (г. Москва) при разработке программно-аппаратного комплекса ТОКСИ+Risk. На сегодняшний день программный комплекс ТОКСИ+Risk используется в ряде экспертных организаций, в российских ВУЗах, среди которых Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Юго-Западный Государственный университет.
Научно-методические результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в Верхне-Донское Управление Ростехнадзора и в
Управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Курской области, а также в учебный процесс кафедры охраны труда и окружающей среды (ЮЗГУ) по курсам «Управление риском, системный анализ и моделирование», «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг».
Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации, материалы, представленные в диссертации, соответствуют пункту 4 в части, касающейся разработки методов и алгоритмов принятия решений и обработки информации при управлении сложными распределенными объектами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и получили положительную оценку на Международных и
Российских конференциях: «Информационно-измерительные,
диагностические и управляющие системы» (Курск, 2009 г.), «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций» (Курск, 2010 г., 2011 г.), научно-практических семинарах «Использование программного комплекса ТОКСИ+Risk для оценки риска и расчета последствий аварий на опасных производственных объектах» (г. Москва, 2008-2012 гг.), научно-технических семинарах кафедры информационных систем и технологий Юго-Западного государственного университета с 2009 по 2012 гг, I Региональной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (Курск, 2012 г.).
Публикации. Основные результаты выполненных исследований и разработок опубликованы в 17 научных работах, среди них 7 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, 2 свидетельства регистрации программ для ЭВМ.
Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены в [1, 2, 5, 6, 17] - метод и алгоритм формирования многослойной матрицы, в [3, 4, 7] методы и способы хранения данных для взаимодействия расчетных модулей, в [8, 10] обработка потоков данных в вычислительных сетях, обзор существующих методов обработки разграничения доступа представлен в [9, 11], организация взаимодействия удаленных компонентов вычислительной сети в [12, 13, 14, 15, 16].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 94 наименования, и приложения, изложена на 142 страницах машинописного текста и поясняется 34 рисунками и 9 таблицами.
Обзор результатов анализа причин и последствий аварий на объектах нефтегазовой промышленности
Анализ техногенного риска (риска аварий) на НГПО является необходимым элементом управления промышленной безопасностью на НГПО и представляет собой циклическую процедуру, включающую систематизацию всей доступной информации о состоянии опасного производственного объекта (ОПО) и его окружения с точки зрения промышленной безопасности, идентификацию опасностей, оценку риска аварий, анализ полученных показателей риска, разработку рекомендаций по снижению риска и проверку эффективности этих рекомендаций в следующем цикле анализа НГПО [66].
Основное назначение анализа техногенного риска на НГПО заключается в предоставлении лицам, принимающим решения: объективной информации о состоянии промышленной безопасности ОПО; сведений о наиболее опасных составляющих ОПО; сведений о возможном количестве пострадавших, объемах ущерба производству, третьим лицам и окружающей природной среде от возможных аварий на ОПО и ожидаемой частоте (вероятности) реализации аварий и их нежелательных последствий; обоснованных рекомендаций по уменьшению риска; — обоснованных рекомендаций по распределению материальных и финансовых ресурсов, направляемых на повышение уровня безопасности ОПО [62].
Цели и задачи анализа техногенного риска на разных этапах жизненного цикла ОПО (разработка проектной документации, строительство, ввод в эксплуатацию, эксплуатация, реконструкция, капитальный ремонт, вывод из эксплуатации) различаются и должны быть конкретизированы для каждого этапа [8].
На этапе разработки проектной документации на строительство и расширение ОПО целями анализа риска являются: выявление опасностей и предварительная количественная оценка риска для проектируемого ОПО с установленными в целом технико-экономическими характеристиками ОПО с учетом воздействия поражающих факторов аварий на персонал, население и окружающую природную среду для выбора оптимального варианта размещения технических устройств, зданий и сооружений ОПО по критерию безопасности для персонала, населения и окружающей природной среды; обеспечение информацией для разработки инструкций, технологических обеспечение разработчиков проектной документации информацией для оптимального выбора и размещения систем противоаварийной и противопожарной защиты, блокировок, сигнализаций и т.п. на ОПО; обеспечение информацией для разработки декларации промышленной безопасности в составе проектной документации [63]; проверка правильности разработки подразделов по анализу риска в декларациях в составе проектной документации при проведении экспертиз промышленной безопасности.
На этапе ввода в эксплуатацию (вывода из эксплуатации) ОПО целями анализа риска являются [58]: — выявление опасностей и оценка последствий аварий, уточнение оценок риска, полученных на предыдущих этапах функционирования ОПО; проверка соответствия условий эксплуатации требованиям промышленной безопасности; разработка и уточнение инструкций по вводу в эксплуатацию (выводу из эксплуатации). На этапе эксплуатации ОПО целями анализа риска являются: проверка соответствия условий эксплуатации требованиям промышленной безопасности; получение новой или уточнение существующей информации об основных опасностях и рисках на ОПО для персонала, населения и окружающей природной среды, в том числе, при декларировании промышленной безопасности; получение новой или уточнение существующей информации об основных опасностях и рисках на ОПО для населения (прежде всего) и для персонала при разработке паспортов безопасности; расстановка приоритетов при направлении имеющихся в эксплуатирующей организации ограниченных ресурсов на текущий и капитальный ремонт, техническое обслуживание и обновление оборудования с целью оптимального распределения средств по участкам ОПО в соответствии с уровнями рассчитанного для них риска; разработка рекомендаций и мероприятий по снижению риска; совершенствование инструкций по эксплуатации и техническому обслуживанию, планов ликвидации (локализации) аварийных ситуаций на ОПО; оценка степени снижения риска в результате внесенных изменений в организационные структуры ОПО, приемы практической работы и технического обслуживания ОПО при совершенствовании системы управления промышленной безопасностью.
Определение минимально достаточного фрагмента рабочей области ситуационного плана
В связи с тем, что оценка риска аварий на опасных производственных объектах является составной частью управления промышленной безопасностью, одним из основных этапов работы является системный анализ исходных данных в целях идентификации опасностей и учета возможных нежелательных событий сложных систем, включающих линейно протяженные НГПО [14, 90].
Основной задачей этапа идентификации опасностей является выявление и описание источников аварии и сценариев развития негативных факторов. Здесь производится формализация множества включающего технические устройства, технологические блоки или протекающие процессы в технологической системе [18, 19]. Выходными данными являются:
Оценка последствий включает анализ возможных воздействий на людей, имущество и/или окружающую природную среду. Для оценки последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий (отказы, разрушение технических устройств, зданий, сооружений, пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ и т.д.), уточнить объекты, которые могут быть подвергнуты опасности [6, 43]. При анализе последствий аварий необходимо использовать модели аварийных процессов и критерии поражения, разрушения изучаемых объектов воздействия, учитывать ограничения применяемых моделей. Следует также учитывать и, по возможности, выявить связь масштабов последствий с частотой их возникновения.
Оценка должна отражать состояние промышленной безопасности с учетом показателей риска от всех нежелательных событий, которые могут произойти на опасном производственном объекте, и основываться на следующих результатах: интегрирования показателей рисков всех нежелательных событий (сценариев аварий) с учетом их взаимного влияния; анализа неопределенности и точности полученных результатов; анализа соответствия условий эксплуатации требованиям промышленной безопасности и критериям приемлемого риска.
При обобщении оценок риска необходимо проанализировать неопределенность и точность полученных результатов [1, 5]. Основными источниками неопределенностей являются неполнота информации по надежности оборудования и человеческим ошибкам, принимаемые предположения и допущения используемых моделей аварийного процесса.
Постановка задачи, связанной с оценкой риска техногенных аварий в регионах, где сосредоточен значительный потенциал опасных производств и объектов в сочетании со сложной технологической обстановкой, сводится к формализации ситуационного плана как сложной системы, описывающей предметную область [24, 25]. Формализация подсистем задачи включает следующие этапы: 1. Учет данных, полученных от ГИС, включающих информацию о географии региона, метеорологии, топологии, инфраструктуре, распределении населения и демографии, расположении промышленных и иных потенциально опасных производств и объектов, основных транспортных потоках, хранилищах промышленных и бытовых отходов и т.д. 2. Идентификация сценариев и последствий техногенных аварий на НГПО. На данном этапе выявляются и ранжируются по степени опасности виды возникновения аварийных выбросов опасных веществ, анализ воздействия опасных веществ в случае полного разрушения или разгерметизации оборудования. 3. Анализ инфраструктуры и организации систем обеспечения безопасности.
При наличии системы мониторинга целесообразно использование данных прямых измерений. При отсутствии подобных систем или в случае, когда система не обеспечивает полноты данных, можно рассчитать параметры на основе объемов предельно допустимых концентраций (ПДК) или произвести первичную оценку данных, полученных для аналогичных объектов. Принимая во внимание плотность населения, рассчитать число людей, подверженных воздействию постоянных концентраций вредных веществ в импактной зоне (импактная зона — зона, где концентрация вредных веществ больше предельно допустимой для каждого данного типа вещества).
На рис. 2.1 схематично показан фрагмент ситуационного плана, включающий в себя векторную составляющую, полученную из данных ГИС, и территориально распределенные объекты (подсистемы), определяющие предметную область [33, 34]. Рис. 2.1. Множество подсистем предметной области
В соответствии с описанными этапами формализации, предметная область декомпозируется на множество фрагментов (подсистем) реципиентов риска (Е) и совокупность объектов, определяющих области поражения {Z}.
Каждый объект є, є \Е) характеризуется множеством атрибутов (К}= ={ki,k2,...kn}, где индекс определяет коэффициент присутствия, число рискующих, тип объекта, коэффициент защищенности и др. В соответствии с множеством (К), элементы которого являются параметрами аргументов функций Fk : /, (et), f2{ei),..., fk {ei) оценивается показатель подсистемы. Каждый объект zt є \Z) характеризуется набором атрибутов из множества {L}={l},l2,---lr}, где индекс определяет вероятность поражения, частоту возникновения аварии, частоту наступления метеосостояния, вероятность реализации опасного фактора и др. В соответствии с множеством {L}, элементы которого являются параметрами аргументов функций Fi:fi(zi) f2(zi) fi(.zi), оценивается степень воздействия поражающих факторов. Таким образом, формализация исходных подсистем, позволяет представить рассматриваемые объекты в виде отдельных множеств, что в совокупности определяет постановку задачи.
Определение наиболее вероятных сценариев развития аварий
Одним из основных препятствий на пути повышения производительности программных средств оценки риска является высокая вычислительная сложность алгоритмов обработки, требующая увеличения быстродействия элементной базы или аппаратной сложности устройств. Скорость работы программной реализации подобных алгоритмов обработки может быть увеличена за счет многопоточной организации вычислений и реализации их на параллельных структурах с применением матричного представления обрабатываемых подсистем.
Базируясь на разработанном методе, синтезирован алгоритм и реализовано программное обеспечение многопоточной обработки данных для управления риском промышленных аварий.
4.1 Алгоритм многопоточной обработки данных для управления риском промышленных аварий
В соответствии с разработанным методом, включающим разработанные математические модели формирования поля потенциального риска, синтезирован алгоритм многопоточной обработки данных для оценки риска техногенных аварий на примере НГПО. Особенностью алгоритма является возможность параллельной обработки данных для управления риском промышленных аварий, включающий этап формирования многослойных матриц, на основании которых без дополнительных вычислений обеспечивается возможность определения показателей индивидуального и коллективного рисков послойно, а также построение обобщенной диаграммы социального риска [15, 29]. Обобщенная схема, включающая алгоритм оценки техногенного риска промышленных аварий представлена на рис. 4.1.
Обобщенная схема оценки техногенного риска промышленных аварий Алгоритм включает следующие шаги:
1. Инициализация подсистем ситуационного плана включает в себя: учет данных, полученных от ГИС, включающих информацию о географии региона, метеорологии, топологии, инфраструктуре, распределении населения и демографии, расположении промышленных и иных потенциально опасных производств и объектов, основных транспортных потоках, хранилищах промышленных и бытовых отходов и т.д.; идентификация сценариев и последствий техногенных аварий на НГПО. Здесь выявляются и ранжируются по степени опасности виды возникновения аварийных выбросов опасных веществ, анализ воздействия опасных веществ, в случае полного разрушения или разгерметизации оборудования; анализ инфраструктуры и организации систем обеспечения безопасности, при наличии системы мониторинга целесообразно использование данных прямых измерений. При отсутствии подобных систем или в случае, когда система не обеспечивает полноты данных, можно рассчитать параметры на основе объемов предельно допустимых концентраций (ПДК) или произвести первичную оценку данных, полученных для аналогичных объектов. Принимая во внимание плотность населения, рассчитать число людей, подверженных воздействию постоянных концентраций вредных веществ в импактной зоне [58].
2. Циклический опрос внешних датчиков включает в себя учет данных из протоколов внешнего и внутреннего оборудований контроля изменяющихся условий (состояние внешней среды, аварийного оборудования и опасного вещества).
3. В случае необходимости расчета множества контуров поражения факторами негативного воздействия аварий НГПО, по количеству исходов деревьев событий, позволяющих определить наиболее вероятные сценарии развития аварий и оценить их последствия, формируется множество, включающее в себя ЗПП (обеспечивается блоком расчетных методик, результат работы которого является входным множеством шага 4).
4. В зависимости от целесообразности автоматического разбиения имеющихся подсистем (контуры поражающего воздействия и области, локализующие реципиентов риска), необходимо определение вектора дискретизации по данным ГИС, исключающего случаи невозможности учета подсистем в многослойной матрице. В связи с разнородностью учитываемых подсистем и необходимостью высокой степени детализации выходных данных необходим учет исходных матриц с учетом минимально достаточного фрагмента рабочей области ситуационного плана, характеризуемого вектором дискретизации, позволяющего исключить пропуск реципиентов риска. Посредством вектора дискретизации устанавливается соответствие матричных координат векторным с учетом данных полученных от ГИС. Таким образом, формирование многослойных матриц предполагает использование минимально достаточного фрагмента области ситуационного плана, а максимальное число разбиений при дискретизации определяется автоматически на этапе предварительной обработки. Эта особенность позволяет оценить и минимизировать временные задержки этапа формирования матриц.
5. В соответствии с вектором дискретизации выполняется учет множества подсистем в виде иерархической структуры. По числу различных сценариев для каждого оборудования с учетом вероятностных критериев поражения рассчитывается итоговая вероятность и выполняется дискретизация группы текущих изолиний для учета в многомерной матрице.
6. В случае присутствия протяженных систем НГПО происходит формирование поля потенциального риска протяженных объектов в соответствии с обобщенной моделью, использующей матричное представление соответствующих элементов, обеспечивающее оценку риска техногенных аварий на НГПО. Для расчета полей потенциального риска трубопроводов разработана обобщенная модель расчета полей потенциального риска для протяженных объектов, особенностью которой является использование многослойных матриц. Модель учитывает функцию зависимости риска от расстояния до источника развития негативного фактора, определенную на заданном промежутке. Вычисление риска в соответствии с заданной плотностью распределения вероятности. Модель имеет следующие преимущества по сравнению с копированием матриц с заданным шагом, а именно, точность расчетов зависит только от шага исходных матриц, число расчетов на протяженных НГПО минимально.
Обработка динамически рассчитываемых данных, позволяющая определить показатели индивидуального и коллективного риска послойно, а также сформировать обобщенную диаграмму социального риска. На данном шаге в каждом узле расчетной области определяются значения потенциального риска от аварий на каждой рассматриваемой опасной составляющей (или НГПО) При наличии нескольких ниток в техническом коридоре протяженного трубопровода расчет значения потенциального риска в каждом узле расчетной области от возможных аварий на любой из ниток этого технического коридора [29]. На основе полученного территориального распределения потенциального риска строятся изолинии потенциального риска в пределах расчетной области с интервалом в значениях риска, соответствующих смежным изолиниям, равным порядку или половине порядка величины, вплоть до значения 10" в год. Расчет индивидуального риска выполняется как для персонала НГПО, так и для представителей различных групп населения, находящихся в расчетной области. Коллективный риск рассчитывается отдельно для каждой из групп (категорий) персонала и населения, внутри каждой из которых индивидуумы характеризуются примерно одинаковыми «реципиентальными» параметрами. Коллективный риск рассчитывается либо путем суммирования средних индивидуальных рисков отдельных индивидуумов из определенной группы, либо на основе территориального распределения потенциального риска в пределах территории размещения группы с учетом «дневной» («ночной») плотности размещения людей. Расчет частоты F для каждого заданного значения количества погибших N выполняется путем суммирования частот возникновения событий, при которых могут погибнуть определенное количество человек и каждое из которых есть конъюнкция двух событий: реализации сценария аварии в одной из точек НГПО и пребывания людей в ЗПП от превалирующего поражающего фактора соответствующего сценария. Особенностью синтезированного алгоритма, обобщенная схема которого представлена на рис. 4.1, является возможность реализации параллельной обработки данных для управления риском промышленных аварий. Шаги 4-6 позволяют сформировать многослойную матрицу, на основании которой обеспечивается возможность определения показателей индивидуального и коллективного рисков послойно, а также формирования обобщенной диаграммы социального риска без дополнительных вычислений.
Обзор альтернативных программных средств оценки риска техногенных аварий
Указанный параметр, как правило, представляет собой расстояние от точки разрыва наиболее опасной составляющей (как правило, трубопровода с наибольшим диаметром и давлением) до внешней границы зоны потенциального теплового поражения [14, 16] (от пожара на этой составляющей), соответствующей одному проценту вероятности отброса незащищенного человека волной давления, т.е. определяется по результатам соответствующих расчетов зоны потенциального поражения.
Оценка риска техногенных аварий на комплексных объектах нефтегазовой промышленности
В каждом узле расчетной области определяются значения потенциального риска от аварий на каждой рассматриваемой n-ой опасной составляющей (или n-ом потенциально опасном участке трубопровода (ПОУ)) по формуле: аварии в точке х - середине т-го элементарного отрезка п-ои опасной составляющей (или «-го НГПО) или в центре «точечной» опасной составляющей; P(Q;Л) - условная вероятность реализации сценария Су-аварии на /7-ой опасной составляющей (гг-ом НГПО, ПОУ).
С учетом возможных аварий на всех N выделенных опасных составляющих площадочного объекта значения потенциального риска в каждом узле Е(х,у) расчетной области рассчитываются по формуле: где Rpot(x,y) = Ryot(x,y)- значение потенциального риска в точке Е(х,у) расчетной области от возможных аварий на п-ой опасной составляющей площадочного объекта [58].
При наличии нескольких (К) ниток в техническом коридоре протяженного трубопровода значения потенциального риска в каждом узле Е(х,у) расчетной области от возможных аварий на любой из ниток этого технического коридора рассчитываются по формуле: где Rp0t(x,y) = RpJt(x,y) значение потенциального риска в точке Е(х,у) расчетной области от возможных аварий на рассматриваемом /7-ом ПОУ Аг-ой нитки коридора трубопроводов.
На основе полученного территориального распределения потенциального риска строятся изолинии потенциального риска в пределах расчетной области с интервалом в значениях риска, соответствующих смежным изолиниям, равным порядку или половине порядка величины, вплоть до значения 10" в год [59]. Расчет индивидуального риска Яш(х,у) для различных индивидуумов в точках территории, прилегающей к рассматриваемой опасной составляющей площадочного объекта или к п-му НГПО рассматриваемого протяженного трубопровода.
Расчет индивидуального риска выполняется как для персонала НГПО, так и для представителей различных групп населения, находящихся в расчетной области: жителей населенных пунктов, садовых товариществ и отдельно стоящих зданий; водителей и пассажиров транспортных средств на переходах трубопроводов через автомобильные и железные дороги.
Расчет индивидуального риска осуществляется на основе рассчитанного территориального выделенных категорий персонала и групп населения в расчетной области и степени уязвимости распределения потенциального риска с учетом пространственно- временных распределений указанных групп людей, зависящей от защитных свойств укрытий или средств индивидуальной защиты (СИЗ). Индивидуальный риск для человека из выделенной группы в точке Е(х,у) определяется по формуле:
Коллективный риск рекомендуется рассчитывать отдельно для каждой из выделенных групп (категорий) персонала и населения, внутри каждой из которых индивидуумы характеризуются примерно одинаковыми «реципиентальными» параметрами, такими как: tnpe6 - доля времени пребывания на определенной территории и характеристики средств защиты (укрытий), отображаемые коэффициентом ууяз.
Коллективный риск допускается рассчитывать либо путем суммирования средних индивидуальных рисков отдельных индивидуумов из определенной группы, либо на основе территориального распределения потенциального риска в пределах территории размещения группы с учетом «дневной» \х,д (х, у) или «ночной» цн (х, у) плотности размещения людей (при усредненных по данной группе параметрах tnpe6 и vysa .В последнем случае формулы для расчета коллективного риска для той или иной группы, размещенной на ограниченной территории площадью S (км ), в дневное и ночное время соответственно имеют вид: коллективный риск на территории S в дневное и ночное время соответственно, чел./год; (tj б), (f "реб) - доля времени (в году) пребывания группы людей на территории S в дневное и ночное время соответственно; Ид,(.х У) Ин(.х У) - плотность размещения людей в точках с координатами (х,у) на территории S в дневное и ночное время соответственно, чел./км2. По формулам рекомендуется рассчитывать коллективный риск как для персонала площадочных НГПО, так и для населения [14, 59].
Одним из основных препятствий на пути повышения производительности программных средств оценки риска является высокая вычислительная сложность алгоритмов обработки, требующая увеличения быстродействия элементной базы или аппаратной сложности устройств. Скорость работы программной реализации подобных алгоритмов обработки может быть увеличена за счет многопоточной организации вычислений и реализации их на параллельных структурах с применением матричного представления обрабатываемых подсистем.
В соответствии с разработанным методом, включающим разработанные математические модели формирования поля потенциального риска, синтезирован алгоритм многопоточной обработки данных для оценки риска техногенных аварий на примере НГПО. Особенностью алгоритма является возможность параллельной обработки данных для управления риском промышленных аварий, включающий этап формирования многослойных матриц, на основании которых без дополнительных вычислений обеспечивается возможность определения показателей индивидуального и коллективного рисков послойно, а также построение обобщенной диаграммы социального риска [15, 29]. Обобщенная схема, включающая алгоритм оценки техногенного риска промышленных аварий представлена на рис. 4.1.
