Системный анализ и моделирование в промышленной безопасности. В 3 частях. Ч.1. Практикум

№ 4449 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра техносферной безопасности

О.М. Зиновьева А.М. Меркулова Н.А. Смирнова

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Часть 1

Практикум

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2024

Содержание

Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Практическое занятие 1. Оценка потенциальной опасности и определение вероятности возникновения

аварии на объекте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

Практическое занятие 2. Идентификация, ранжирование опасностей и оценка риска . . . . . . . . . . . . . .40

Практическое занятие 3. Оценка вероятности аварийного разлива топлива при заправке транспортного средства методом «анализ дерева отказов» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

Практическое занятие 4. Моделирование процесса развития аварии, вызванной разгерметизацией

резервуара, методом «анализ дерева событий» . . . . . . . . . .80

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

При подготовке магистров по направлению 20.04.01 Техносферная безопасность в Университете науки и технологий МИСИС реализуется дисциплина «Системный анализ и моделирование в промышленной безопасности», направленная на формирование у обучающихся системного подхода в решении проблем в области промышленной безопасности. Одной из важнейших задач является задача оценки риска возможных аварий на опасных производственных объектах, к которым в большинстве своем относятся предприятия горно-металлургического комплекса. Навыки идентификации опасностей, оценки риска, выявления возможных сценариев развития аварийных ситуаций позволят обучающемуся в дальнейшем разрабатывать эффективные меры управления.

Пособие содержит практические занятия по методологии оценки рисков. Каждое занятие содержит теоретическую часть и практическую в виде реальной производственной задачи.

4

Практическое занятие 1 ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИИ НА ОБЪЕКТЕ

1.1.Цель работы

1.Изучить термины и понятия, связанные с анализом риска возникновения аварий.

2.Ознакомиться с качественными и количественными методами анализа риска.

3.Используя метод ранжирования, сравнить потенциальную опасность подразделений металлургического производства.

4.Провести расчет вероятности возникновения аварии за определенный период на опасном производственном объекте (ОПО).

1.2.Общие сведения

Под опасностью обычно понимают объективно существующую возможность негативного воздействия на объект или процесс, в результате которого может быть причинен какойлибо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий развитию нежелательную динамику или параметры (характер, темпы, формы и т.п.). Опасность – источник потенциального вреда или ситуация с потенциальной возможностью нанесения вреда [1].

Мерой опасности является риск – это сочетание вероятности нанесения ущерба и тяжести этого ущерба [2]. Понятие риска всегда включает два элемента: вероятность (частоту), с которой возникает опасное событие, и последствия этого события. Частота аварии – вероятность того, что в течение заданного периода времени произойдет авария (как правило, в качестве периода времени выбирают 1 год).

5

Анализ риска – процесс идентификации опасностей и оценки риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды [3]. Под идентификацией опасности понимают процесс выявления и признания, что опасность существует, и определение ее характеристик.

Оценка риска – процесс, используемый для определения степени риска анализируемой опасности для здоровья человека, имущества или окружающей среды. Оценка риска включает анализ частоты появления события, анализ последствий его появления и их сочетание.

Различают следующие методы анализа риска:

–детерминированные;

–вероятностно-статистические (статистические, теоре- тико-вероятностные и вероятностно-эвристические);

–комбинированные, включающие различные комбинации перечисленных выше методов (детерминированных

ивероятностных; детерминированных и статистических

ит.д.).

Детерминированные методы предусматривают анализ последовательности этапов развития аварий, начиная от исходного события через последовательность предполагаемых отказов до установившегося конечного состояния. Недостатками метода являются возможность упустить редко реализующиеся, но важные цепочки развития аварий; сложность построения адекватных математических моделей; необходимость проведения дорогостоящих экспериментальных исследований.

Вероятностно-статистические методы анализа риска предполагают как оценку вероятности возникновения аварии, так и расчет относительных вероятностей того или иного пути развития процессов. При этом анализируются разветвленные цепочки событий и отказов, выбирается подходящий математический аппарат и оценивается полная вероятность аварии. Расчетные математические модели при этом можно существенно упростить по сравнению с детерминированными методами. Основные ограничения

6

метода связаны с недостаточной статистикой по отказам оборудования. Кроме того, применение упрощенных расчетных схем снижает достоверность получаемых оценок риска для тяжелых аварий. Тем не менее вероятностностатистический метод в настоящее время считается одним из наиболее перспективных.

Все перечисленные выше методы анализа риска подразделяются по характеру исходной и результирующей информации на качественные и количественные методы (табл. 1.1).

Проверочного листа (Check-list).

Методы, основанные на рас-

«Что будет, если?»

познавании образов (кластер-

(What – If).

ный анализ).

Анализ вида и послед-

Ранжирование

ствий отказов – АВПО

(экспертные оценки).

(Failure Mode and Effects

Методика определения и

Analysis – FMEA).

ранжирования риска (Hazard

Анализ ошибочных

Identification and Ranking

действий (Action Errors

Analysis – HIRA).

ДетерминиAnalysis – AEA).

Анализ вида, последствий

рованные Концептуальный анализ

и критичности отказа –

риска (Concept Hazard

(АВПКО) (Failure Mode,

Analysis – СНА).

Effects and Critical Analysis –

Концептуальный обзор

FMECA).

безопасности (Concept

Методика анализа эффекта до-

Safety Review – CSR).

мино (Methodology of domino

Анализ человеческих

effects analysis).

ошибок (Human Hazard

Методика определения и

and Operability –

оценки потенциального риска

Human – HAZOP).

(Methods of potential risk de-

Логического анализа

termination and evaluation)

7

Примечание. Полужирным выделены методы, которые будут рассмотрены в курсе.

Рекомендации по выбору методов анализа риска для различных видов деятельности и этапов функционирования ОПО (предпроектные и проектные работы, ввод/вывод

8

из эксплуатации, эксплуатация и реконструкция) представлены в [3].

Методы могут применяться изолированно или в дополнение друг к другу, причем методы качественного анализа могут включать количественные критерии риска (в основном по экспертным оценкам с использованием, например, матрицы «вероятность – тяжесть последствий» ранжирования опасности). По возможности полный количественный анализ риска должен использовать результаты качественного анализа опасностей.

Метод ранжирования (экспертных оценок) используется для оценки уровня потенциальной опасности производств, цехов, участков, оборудования. При этом учитываются следующие опасности [4]:

1)наличие высокой температуры;

2)наличие расплавленного материала;

3)наличие (использование) кислорода (40…100 %);

4)наличие (использование) природного газа высокого давления;

5)наличие (использование) горючего газа;

6)наличие (использование) инертного газа;

7)наличие внутреннего давления;

8)выделение отработанных газов (в том числе с пылью);

9)наличие (использование) щелочей и кислот в технологии;

10)наличие щелочей и кислот на складе;

11)наличие системы охлаждения (с возможностью контакта охлаждающей жидкости с расплавленным металлом);

12)наличие горючих жидкостей в технологии;

13)наличие горючих жидкостей на складе;

14)наличие высоких механических скоростей;

15)наличие механических степеней свободы;

16)наличие взрывчатых материалов.

Суммарный уровень потенциальной опасности структурного подразделения Lсум, балл, (производства, цеха, участка) определяется по соотношению

9

j 1

где m – количество оцениваемых j-х объектов, входящих в структурное подразделение, шт.;

Lсум j – суммарный уровень потенциальной опасности объектов с учетом их количества, балл, определяемый по формуле

где N количество однотипных объектов, шт.;

Lj – уровень потенциальной опасности j-го объекта, балл, определяется по формуле

i 1

где Xi – балльная оценка потенциальной опасности, учитывающая наличие в цехе, на участке или в оборудовании i-х опасных факторов (табл. 1.2);

n – количество выявленных для j-го объекта опасных факторов.

10