- •Электронное учебное пособие
- •«Надежность технических систем и техногенный риск»
- •Подготовлено на базе учебного пособия
- •«Надежность технических систем и техногенный риск»
- •Предисловие
- •§ 1 Природа и характеристика опасностей в техносфере
- •1.1. Техносфера. Техника. Техническая система. Технология.
- •1.2. Определение опасности
- •1.3. Аксиомы о потенциальной опасности технических систем
- •1.4. Таксономия опасностей
- •1.4.1. Примеры таксономий
- •3. Неудачные проектные решения и отступления от проекта:
- •1.5. Алгоритм развития опасности и ее реализации
- •1.6. Источники опасности
- •1.7. Энергоэнтропийная концепция опасностей
- •1.8. Номенклатура опасностей
- •1.9. Квантификация опасностей
- •1.10. Идентификация опасностей
- •1.11. Причины и последствия
- •1.12. Пороговый уровень опасности
- •1.13. Показатели безопасности технических систем
- •§ 2. Основные положения теории риска
- •2.1. Понятие риска
- •2.2. Развитие риска на промышленных объектах
- •2.3. Основы методологии анализа и управления риском
- •2.3.1. Анализ риска: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем
- •2.3.2. Оценка риска: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем
- •2.3.3. Управление риском: понятие и место в обеспечении безопасности технических систем
- •2.3.4. Общность и различие процедур оценки и управления риском
- •2.3.5. Количественные показатели риска
- •2.4. Моделирование риска
- •2.5. Принципы построения информационных технологий управления риском
- •§ 3. Роль внешних факторов, воздействующих на формирование отказов технических систем
- •3.1. Общие замечания
- •3.2. Классификация внешних воздействующих факторов
- •3.3. Воздействие температуры
- •3.4. Воздействие солнечной радиации
- •3.5. Воздействие влажности
- •3.6. Воздействие давления
- •3.7. Воздействие ветра и гололеда
- •3.8. Воздействие примесей воздуха
- •3.9. Воздействие биологических факторов
- •3.10. Старение материалов
- •3.11. Факторы нагрузки
- •§ 4. Основны теории расчета надежности технических систем
- •4.1. Основные понятия теории надежности
- •4.2. Количественные характеристики надежности
- •4.3. Теоретические законы распределения отказов
- •4.4. Резервирование
- •4.4.2. Способы структурного резервирования
- •4.5. Основы расчета надежности технических систем по надежности их элементов
- •Надежность резервированной системы
- •Включение резервного оборудования системы замещением
- •Надежность резервированной системы в случае комбинаций отказов и внешних воздействий
- •Анализ надежности систем при множественных отказах
- •§ 5. Методика исследования надежности технических систем
- •5.1. Системный подход к анализу возможных отказов: понятие, назначение, цели и этапы, порядок, границы исследования
- •5.2. Выявление основных опасностей на ранних стадиях проектирования
- •5.3. Исследования в предпусковой период
- •5.4. Исследования действующих систем
- •5.5. Регистрация результатов исследования
- •5.6. Содержание информационного отчета по безопасности процесса
- •§ 6. Инженерные методы исследования безопасности технических систем
- •6.1. Понятие и методология качественного и количественного анализа опасностей и выявления отказов систем
- •6.2. Порядок определения причин отказов и нахождения аварийного события при анализе состояния системы
- •6.3. Предварительный анализ опасностей
- •6.4. Метод анализа опасности и работоспособности- аор (hazard and operability study - hazop)
- •6.5. Методы проверочного листа (check-list) и "что будет если ...?" ("what - if")
- •6.6. Анализ вида и последствий отказа - авпо (failure mode and effects analysis - fmea)
- •6.7. Анализ вида, последствий и критичности отказа- авпко (failure mode, effects and critical analysis - fmeca)
- •6.8. Дерево отказов - до (fault tree analysis - fta)
- •6.9. Дерево событий - дс (event tree analysis - еta)
- •6.10. Дерево решений
- •6.11. Логический анализ
- •6.12. Контрольные карты процессов
- •6.13. Распознавание образов
- •6.14. Таблицы состояний и аварийных сочетаний
- •§ 7. Оценка надежности человека как звена сложной технической системы
- •7.1. Причины совершения ошибок
- •7.2. Методология прогнозирования ошибок
- •7.3. Принципы формирования баз об ошибках человека
- •§ 8. Организация и проведение экспертизы технических систем
- •8.1. Причины, задачи и содержание экспертизы
- •8.2. Организация экспертизы
- •8.3. Подбор экспертов
- •8.4. Экспертные оценки
- •8.5. Опрос экспертов
- •8.6. Оценка согласованности суждений экспертов
- •8.7. Групповая оценка и выбор предпочтительного решения
- •8.8. Принятие решения
- •8.9. Работа на завершающем этапе
- •§ 9. Мероприятия, методы и средства обеспечения надежности и безопасности технических систем
- •9.1. Стадия проектирования технических систем
- •9.2. Стадия изготовления технических систем
- •9.3. Стадия эксплуатации технических систем
- •9.4. Техническая поддержка и обеспечение
- •9.5. Технические средства обеспечения надежности и безопасности технических систем
- •9.6. Организационно-управленческие мероприятия
- •9.7. Диагностика нарушений и аварийных ситуаций в технических системах
- •9.8. Алгоритм обеспечения эксплуатационной надежности технических систем
- •§ 10. Технические системы безопасности
- •10.1. Назначение и принципы работы защитных систем
- •10.2. Типовые структуры и принципы функционирования автоматических систем защиты
- •10.3. Автоматическая интеллектулизированная система защиты объекта и управления уровнем безопасности
- •10.4. Типовые локальные технические системы и средства безопасности
- •§ 11. Правовые аспекты анализа риска и управления промышленной безопасностью
- •11.1. Классификация промышленных объектов по степени опасности
- •11.2. Оценка опасности промышленного объекта
- •11.3. Декларация безопасности опасного промышленного объекта
- •11.4. Требования к размещению промышленного объекта
- •11.5. Система лицензирования
- •11.6. Экспертиза промышленной безопасности
- •11.7. Информирование государственных органов и общественности об опасностях и авариях
- •11.8. Ответственность производителей или предпринимателей за нарушения законодательства и нанесенный ущерб
- •11.9. Учет и расследование
- •11.10. Участие органов местного самоуправления и общественности в процессах обеспечения промышленной безопасности
- •11.11. Государственный контроль и надзор за промышленной безопасностью
- •11.12. Разработка планов по ликвидации аварий и локализации их последствий, а также планов по ликвидации чрезвычайных ситуаций
- •11.13. Экономические механизмы регулирования промышленной безопасности
- •11.14. Российское законодательство в области промышленной безопасности
- •§ 12. Принципы оценки экономического ущерба от промышленных аварий
- •12.1. Понятие ущерба и вреда. Структура вреда
- •12.2. Экономический и экологический вред
- •12.3. Принципы оценки экономического ущерба
5.4. Исследования действующих систем
В то время как основное внимание уделяется новым системам, не следует упускать из виду потенциальную опасность установок, находящихся в эксплуатации.
Эти производственные системы могли находиться в непрерывной эксплуатации в течение многих лет, подвергаясь переделкам и модификациям в течение этого периода. Даже если такие модификации проводились очень тщательно, они могли привести к снижению запаса прочности или нарушению требований безопасности, предусмотренных первоначальным проектом.
Поскольку возможности и методы ограничены, поэтому при отборе установок к исследованию рекомендуется учитывать следующие факторы:
1. Проверка технической безопасности показала, что желательно провести более детальное исследование.
2. При обслуживании этих систем имели место опасные происшествия или несчастные случаи.
3. Эксплуатация показала, что данная система обладает высоким потенциалом опасности.
4. Система будет находиться в эксплуатации в течение долгого времени.
5. Система подвергалась значительным изменениям.
6. Удобно проводить обследование данной системы последовательно, совместно с другими взаимодействующими установками.
При организации исследования на существующей системе необходимо предусмотреть дополнительное время на проведение подготовительной работы, так как часто обнаруживается, что технологические схемы и инструкции по эксплуатации устарели.
На стадии модификации требуется большая осторожность, чем обычно. Группа (бригада) разрабатывает рекомендации, предусматривающие возможность значительных изменений системы. Очень важно определить, кто будет нести ответственность за выполнение этих рекомендаций. Необходимо также установить эффективную форму контроля и оценки результатов. Обычно это предусмотрено в новых проектах, но может отсутствовать при модификации действующих систем.
5.5. Регистрация результатов исследования
Регистрация результатов исследования является важным аспектом работы исследовательской группы. Полезной формой регистрации является "Файл (картотека, архив) опасности". Он содержит:
- копии документов (карту технологического процесса, инструкции по эксплуатации, гистограммы, модели и т.д.), используемые при проведении совещаний экспертов с визой руководителя группы исследования о проведенной проверке;
- копии всех рабочих докладов, вопросов, рекомендаций, повторных проектов и перепланировок и т.д., явившихся результатом работы группы.
В файлы по безопасности могут вноситься изменения в случае:
- серьезных изменений в производственных технических системах или производственном процессе;
- появления новой информации об опасных веществах;
- значительных достижений в области техники безопасности.
Окончательные результаты исследования оформляются отчетом, который следует хранить на предприятии. Он является источником информации для экспертов при анализе опасностей и обслуживающего персонала при проведении текущих и последующих работ.
5.6. Содержание информационного отчета по безопасности процесса
Описание промышленной системы:
а) местность: планы местности, здания и предприятия, расположенные по соседству (фабрики, автомагистрали, здания, больницы, школы и т.п.);
б) конструктивные особенности и используемые материалы;
в) проектные параметры: давление, температура, объем, скорости потоков и др.;
г) фундамент (его устойчивость);
д) зоны безопасности (защита от взрыва, разделяющие расстояния);
е) возможность доступа в производственные помещения предприятия: маршруты аварийной эвакуации персонала из производственных помещений, маршруты следования аварийно-спасательных команд;
ж) схемы размещения контрольно-измерительных приборов и средств автоматической защиты.
Описание производственных процессов:
а) техническое назначение промышленной системы, схема или упрощенный чертеж потоков процесса;
б) основные принципы технологических процессов: основные операции; физические и химические реакции; полезный объем хранилищ; выгрузка продукции; сбор, хранение, утилизация, обработка и полное уничтожение (захоронение) промышленных отходов; выпуск или очистка отработанных газов, технологической воды;
в) условия производственного процесса: описание процесса и данные по безопасности (давление, температура) для отдельных стадий процесса; допустимые пределы температуры, давления, расхода веществ;
г) описание технологических характеристик процесса: эти данные лучше всего представлять на соответствующих графиках схемы потока, они должны содержать информацию о: компонентах процесса; различных видах энергопитания; характеристиках рабочих режимов; размере (объеме) сосудов и трубопроводов, содержащих опасные вещества; системах контроля давления;
д) энергопитание: здесь следует описать все виды энергопитания, применяемые для обеспечения безопасности (электрический ток, охладители, сжатый воздух, инертный газ), а в случае необходимости - и аварийные коммуникации;
е) проект систем вентиляции и пожаротушения;
ж) стандарты и правила, которыми руководствовались при проектировании.
Описание опасных веществ:
а) вещества: стадия процесса, на которой находятся или могут находиться вещества; количества вещества; данные о веществах (физические и химические свойства); данные, имеющие отношение к безопасности (взрывоопасный предел, точка воспламенения, термоустойчивость, коррозионные свойства, тепловая и химическая стабильность, опасные эффекты возможного непреднамеренного смешивания различных веществ); токсикологические данные (токсичность, различные воздействия на организм человека, уровень запаха); пороговые значения (величины пороговых пределов, смертельные концентрации);
б) форма состояния веществ: состояние, в котором находится вещество или в которое оно может перейти в случае нарушения нормального режима работы установки.
Предварительный анализ опасностей
На основе описания производственного процесса, используемых или образующихся опасных веществ, состояний системы (установки) можно выделить опасности и определить важность тех или иных мер безопасности (чисто человеческих или технических). Это можно выполнить, следуя методике, описанной в следующих главах.
В результате предварительного анализа опасностей составляется список элементов (оборудование, свойства, обеспечивающие безопасность, и различные производственные процессы), которые могут иметь отношение к производственной аварии. Их называют "элементами системы безопасности".
Описание элементов системы безопасности
Выявленные в процессе предварительного анализа опасностей элементы, обеспечивающие безопасность, необходимо описать более подробно с тем, чтобы провести оценку возможности возникновения опасностей и развития крупных производственных аварий. Требуются следующие данные:
а) функция по назначению;
б) тип нагрузки и ее величина;
в) важность в обеспечении безопасности;
г) специальные конструктивные критерии;
д) органы управления системой и средства аварийной сигнализации;
в) системы сброса давления;
г) коллекторные сборники;
д) системы противопожарной защиты.
Оценка возможности развития опасностей
На основе видов и характеристик опасностей, выявленных путем выполнения предварительного анализа опасностей, а также использования информации о промышленной установке из отчета по безопасности, можно выполнить оценку развития опасности в технической системе. Для проведения такой оценки следует пользоваться информацией о методах, содержащихся в соответствующих разделах настоящего пособия.
В качестве дополнительной информации в оценку опасностей должны входить сведения об известных случаях отказов аналогичных систем и аварий, имеющих место как на данном предприятии, так и любом другом аналогичном производстве.
Рекомендуется, чтобы в отношении элементов системы безопасности использовался анализ опасностей и опасных производственных процессов, документация по которому может включаться в отчет по безопасности.
В тех случаях, когда оценка ведет к выявлению особо чувствительных свойств элементов системы безопасности (предохранительных приспособлений, контрольной аппаратуры или действий работающего персонала), необходимо учитывать надежность этих свойств. При этом выявляется достаточность мер, принятых для того, чтобы избежать аварии. В противном случае выявленные особо чувствительные элементы системы безопасности следует усовершенствовать и, таким образом, повысить их надежность.
Организация
Организационные мероприятия, использующиеся для обеспечения безопасной работы технической системы и в целом предприятия, являются важным фактором, учитываемым в общей оценке безопасности. К ним относится информация по следующим вопросам:
а) графики технического обслуживания и инспекций;
б) руководства по обучению персонала;
в) распределение ответственности за безопасность технических систем и предприятия;
г) реализация процедур, обеспечивающих безопасность.
Оценка последствий крупных производственных аварий
Оценка производственных опасностей считается законченной, если известны возможные последствия аварии. По этой причине последняя ступень оценки опасностей заключается в анализе последствий, которые могут иметь место в результате крупной аварии, как для всего предприятия, так и для работающих, населения, живущего в его окрестностях, и окружающей среды. Результаты этого анализа используются для разработки плана защитных мер, обеспечения работы противопожарных служб, аварийных и защитных систем.
Если части 5.6.1 - 5.6.7 отчета касаются технических и организационных мер безопасности, то эта его часть содержит:
а) описание аварии (например, разрушение стенок или трубопровода, выход из строя предохранительного клапана, пожар и т.д.);
б) оценка возможных утечек (выбросов) опасных веществ или энергии (в результате взрыва);
в) сведения о количестве выброшенного вещества (токсичного, воспламеняющегося, взрывоопасного);
г) расчет дисперсии вещества выброса (газа или испаряющейся жидкости);
д) оценка эффекта (токсичное воздействие, тепловыделения, взрывная волна);
ж) оценка эффектов выбросов или взрывов (размеры пораженных площадей, воздействия на здоровье людей, размер материального ущерба).
В помощь таким оценкам предлагаются уже разработанные модели, описанные в литературе, касающейся анализа риска, защиты и действиям в чрезвычайных ситуациях.
Планирование мер смягчения последствий аварий
Ни одна из промышленных установок, относящихся к аварийно-опасным производствам, не может быть абсолютно безопасной. Исключить полностью вероятность аварии невозможно, даже если была проведена тщательная оценка опасностей и были приняты соответствующие меры безопасности.
По этой причине неотъемлемой частью понятия безопасности должно стать планирование и обеспечение на практике мер смягчения последствий аварии.
Другие меры смягчения последствий аварии касаются, прежде всего, реагирования на выброс опасных веществ. Чтобы иметь возможность предпринимать контрмеры в аварийной ситуации, руководству предприятия может потребоваться:
а) подобрать и обучить пожарную и аварийно-спасательную команду;
б) установить систему аварийной сигнализации с прямой связью с вышеупомянутой командой или другими аварийными службами;
в) составить план действий в чрезвычайных (аварийных) обстоятельствах, который должен содержать:
- организационную систему действий в случае аварии;
- каналы связи и аварийной сигнализации;
- руководящие указания по борьбе с аварией;
- информацию об опасных веществах;
- примеры возможной последовательности обстоятельств аварии;
г) достигнуть соглашения с комитетом по чрезвычайным ситуациям для координации своих мер с их планом действий в чрезвычайных обстоятельствах;
д) уведомить власти о характере и степени опасности в случае аварии;
е) обеспечить противоядие в случае выброса токсичных веществ (несмотря на то, что это требование будет выполняться скорее всего местными медицинскими службами).
Все перечисленные меры должны быть применимы к выявленным в результате исследований опасностям и проводиться заранее проинструктированным и обученным работающим персоналом во взаимодействии с силами быстрого реагирования в чрезвычайных ситуациях и ответственными представителями местных властей.
План действий в чрезвычайных обстоятельствах может стать эффективным только при условии правильного инструктажа и проведения программы учебной тревоги, максимально приближенной к условиям реальной аварии.
Отчеты перед местными органами власти
Администрация опасных производств так или иначе обязана отчитываться о состоянии безопасности труда на своих предприятиях. Отчеты включают:
- информацию о промышленных установках, на которых могут произойти крупные аварии;
- описание технических мероприятий по безопасности;
- описание организационных мероприятий, направленных на обеспечение безопасной работы предприятия;
- описание серьезных отклонений от нормальных режимов работы и действенности аварийно-спасательных мер;
- немедленное уведомление властей о происшедшем несчастном случае (аварии).
Отнесение производства к опасному зависит от типов и количества используемых, хранящихся или изготавливаемых опасных веществ. Уведомление властей о наличии на подведомственной им территории опасных химических веществ в количествах, превышающих безопасный уровень, необходимо для обеспечения дополнительного контроля за их безопасным хранением и использованием.
Описание действующих технических систем дает соответствующим органам возможность:
- проверять соответствие установки требованиям стандартов по безопасности при выдаче разрешений на работу конкретных предприятий;
- проводить специальные инспекции с целью выявления опасностей, присущих этим промышленным установкам;
- определить характер и масштаб использования веществ на данном предприятии;
- принимать верные решения в отношении размещения новых предприятий, транспортных коммуникаций и жилых районов;
- разрабатывать планы мероприятий в чрезвычайных обстоятельствах;
- определить тип, относительную вероятность и последствия крупных аварий, которые могут иметь место;
- показать, что администрация установила потенциал опасности крупной аварии и приняла необходимые меры предосторожности.