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

ского оборудования (блока) с учетом регламентного срабатывания имеющихся систем противоаварийной защиты, локализации аварии и противоаварийных действий персонала [2].

Метод «анализ дерева событий» АДС (Event Тree Analysis – ETA) – количественный или полуколичественный метод, включающий построение последовательности событий, исходящих из основного события, как правило, аварии на ОПО. Метод АДС используется для анализа развития аварийной ситуации. Частота каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения частоты основного события Q, год–1, на условную вероятность конечного события [3] (например, аварии с разгерметизацией оборудования с горючим веществом в зависимости от условий могут развиваться как с воспламенением, так и без воспламенения вещества).

Дерево событий представляет собой графическое отображение причинно-следственных закономерностей развития аварии по отдельным сценариям. При его построении используется прямая логика. Начиная с инициирующего события, в процессе анализа АДС исследователи постоянно ищут ответ на вопрос «Что произойдет, если...». Опираясь на полученные ответы, аналитик строит дерево возможных выходов [4].

Сценарии развития возможных аварий в виде деревьев событий описывают развитие от инициирующего события до первого явления аварии, достаточного для поражения человека или повреждения зданий и сооружений (например, пожар-вспышка, горение разлива, струйное горение, взрыв).

Формирование сценариев развития возможных аварий и определение частоты реализации каждого сценария осуществляются в зависимости от вида инициирующих событий, типа оборудования, на котором оно произошло, свойств опасных веществ и условий их содержания в оборудовании. Например, для объектов нефтегазодобычи выделяют следующие явления [5]:

–пролив (разлив) жидкости;

–испарение пролива (разлива) жидкости;

81

–пожар пролива (разлива), в том числе горение в резервуаре;

–разрыв сосудов (аппаратов), трубопроводов с образованием воздушной волны сжатия (ударной волны) и осколков;

–дрейф облака топливно-воздушных смесей (ТВС);

–распространение токсичного облака;

–пожар-вспышка;

–вскипание и выброс горящей жидкости из резервуара при пожаре;

–истечение газа при фонтанировании скважин;

–струйное горение (факел);

–взрыв облака ТВС (дефлаграция или детонация) как

взамкнутом помещении, так и на открытом или частично загроможденном пространстве;

–взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости (BLEVE);

–диффузионное горение облака ТВС (огненный шар);

–пожар в помещении (в том числе с учетом действий по тушению).

В качестве возможных стадий развития аварийной ситуации при моделировании распространения аварийных выбросов опасных веществ рекомендуется рассматривать [6]:

–разрушение оборудования и образование первичного облака;

–истечение жидкой фазы до отсечения аварийного участка (трубопровода);

–истечение жидкой фазы из аварийного участка (трубопровода) после его отсечения;

–истечение газа при наличии пролива жидкой фазы и испарение с пролива;

–истечение газа из разрушенного оборудования при отсутствии пролива жидкой фазы;

–испарение с пролива при отсутствии истечения жидкости или газа из разрушенного оборудования;

–испарение из емкости при отсутствии пролива;

–завершение аварии (ликвидация аварийного отверстия (разгерметизации) и пролива).

82

При прогнозировании возможных аварий необходимо учесть все сценарии развития аварийных ситуаций. Например, при анализе аварии, связанной с разрушением емкости (резервуара) с токсичным взрывоопасным веществом, возможны следующие основные сценарии развития аварийных ситуаций.

Сценарий I. Выход параметров процесса за критические значения (или коррозионный износ, или механическое повреждение) разрушение емкости (резервуара) выброс вещества (газообразной и жидкой фазы) образование пролива испарение пролива с образованием взрывоопасного облака сгорание/взрыв облака в неограниченном пространстве разрушение оборудования, зданий и сооружений и травмирование людей.

Сценарий II. Выход параметров процесса за критические значения (или коррозионный износ, или механическое повреждение) разрушение емкости (резервуара) выброс вещества (газообразной и жидкой фазы) образование пролива пожар пролива разрушение оборудования, зданий и сооружений и травмирование людей.

Сценарий III. Выход параметров процесса за критические значения (или коррозионный износ, или механическое повреждение) разрушение емкости (резервуара) выброс вещества (газообразной и жидкой фазы) образование пролива испарение пролива с образованием токсичного облака интоксикация персонала и населения.

Сценарий IV. Выход параметров процесса за критические значения (или коррозионный износ, или механическое повреждение) разрушение емкости (резервуара) выброс вещества (газообразной и жидкой фазы) образование пролива испарение пролива с образованием токсичного/взрывоопасного облака рассеивание облака.

Для рассматриваемого случая можно построить блоксхему возникновения и развития аварийной ситуации (рис. 4.1) и дерево событий (рис. 4.2).

83

Выход параметров в оборудовании за критические значения, коррозионный износ, механическое повреждение емкости

Разрушение емкости (резервуара)

Выброс вещества (газообразной и жидкой фазы)

Образование и испарение пролива

Рис. 4.1. Блок-схема возникновения и развития аварии, связанной с разрушением емкости (резервуара) с токсичным и взрывоопасным веществом

84

Рис. 4.2. Дерево событий при разрушении емкости (резервуара) с токсичным и взрывоопасным веществом

Буквы на рис. 4.2 характеризуют условные вероятности событий, определяемые по статистическим данным. Так, например, в [5] возможность мгновенного и отсроченного воспламенения для горючих жидкостей определено как 0,05 (с = 0,05 и d = 0,05), а исходя из положений [6] для вещества, хранимого в виде жидкости, можно принять a = 0,9 и b = 0,9. При этом под первичным облаком понимают облако опасного вещества, образующееся в результате очень быстрого (за 1…2 мин) перехода в атмосферу части опасного вещества и распространяющееся по ветру от места выброса, а под вторичным облаком (или шлейфом) понимают облако опасного вещества, образующееся в результате длительного выброса газа или перегретой вскипающей жидкости, а также в результате испарения опасного вещества с подстилающей поверхности или из разгерметизированного оборудования и распространяющееся по ветру от места выброса. Условная вероятность токсического воздействия на персонал (e) зависит от протяженности токсичного облака, времени его существования, степени токсичности вещества и др.

Частота реализации сценария аварийной ситуации Qi, год–1, находится путем умножения частоты инициирующего события на условную вероятность данного сценария. Частоты основного события, Q, год–1, приведены в [2]. В табл. 4.1 приведены частоты разгерметизации резервуаров и изотермических хранилищ.

86

Таблица 4.1

Частоты разгерметизации резервуаров и изотермических хранилищ (полное разрушение, мгновенный выброс)

87

4.3. Практическая часть

Пример 4.1

С помощью метода «анализ дерева событий» определить частоты реализации возможных сценариев аварии при полной разгерметизации резервуара с бензолом. Резервуар с одинарной оболочкой, температура окружающей среды 20 С, температура кипения бензола 80 С.

Решение

1. На основе рис. 4.2 построим дерево событий для аварии с полной разгерметизацией резервуара с бензолом. Построенное дерево событий приведем на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Дерево событий реализаций сценариев развития аварии полной разгерметизации резервуара с бензолом

88

При построении настоящего дерева событий учтем, что:

–частота полной разгерметизации резервуара с одинарной оболочкой, содержащего бензол, равна 1,0 · 10–5 год–1 (см. табл. 4.1);

–при полной разгерметизации резервуара возникнет

пролив без образования первичного облака, поскольку бензол при температуре окружающей среды 20 С – жидкость (газовой фазой в резервуаре можно пренебречь);

–возможность мгновенного и отсроченного воспламенения реализуется с условной вероятностью 0,05, а токсического воздействия на персонал – с условной вероятностью 0,5.

2. Учитывая частоту полной разгерметизации резервуара с бензолом, равную 1,0 · 10–5 год–1 (см. табл. 4.1), и условные вероятности реализации сценариев, приведенные на рис. 4.3, рассчитаем частоты реализации сценариев аварийных ситуаций. Результаты расчетов сведем в табл. 4.2.

Вывод. С помощью метода «анализ дерева событий» установлены следующие возможные сценарии развития аварии для случая разгерметизации резервуара с одинарной оболочкой, содержащего бензол, – пожар пролива, токсическое поражение персонала и рассеивание облака. Определены частоты реализации сценариев. Результаты расчетов представлены в табл. 4.2.

89

Задача 4.1

Методом «анализ дерева событий» определить частоты реализации возможных сценариев аварии при полной разгерметизации резервуара с заданным веществом. Результаты занести в таблицу (см. табл. 4.2).

Для создания достаточной вариативности исходных данных при построении дерева событий (при наличии соответствующих событий) задаются следующие возможные условные вероятности:

–мгновенное воспламенение: 0,01 Номер варианта;

–отсроченное воспламенение: 0,01 Номер варианта;

–токсическое воздействие на персонал: 0,025 Номер варианта.

Условные вероятности образования первичного (при наличии) и вторичного облаков принять 0,9.

Исходные данные к задаче приведены в табл. 4.3.

90