Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Анализ техногенного риска. Учебное пособие.pdf
1
2
3
4
F,
5
N
Рис. 5. Частота и количество природных катастрофических событий:
1 – суммарная кривая; 2 – торнадо; 3 – ураганы;
4 – землетрясения; 5 – падение метеоритов
Таким способом определяется предельная кривая частоты аварийных
событий (нежелательных последствий), которая может использоваться
прежде всего для сравнения опасностей и в качестве исходных данных
проектировщиками и специалистами по безопасности. Считается, что
кривая отделяет верхнюю область недопустимо большого риска от области приемлемого риска, расположенной ниже и левее кривой. Кривую, та-
21
ким образом, можно использовать в качестве критерия безопасности, определяющего верхнюю границу допустимой вероятности. Если это условие выполняется, основная цель достигнута. Для рассматриваемых характеристик необходима реальная статистика.
Из рисунков 4 и 5 видно, что частота и величина риска, связанного с
природными катаклизмами, обычно существенно превосходят угрозы,
сопутствующие эксплуатации техники. На рисунке 6 сопоставлены экономические последствия ущерба, наносимого природными катаклизмами
и техническими катастрофами.
F,
N,
Рис. 6. Объем ущерба, наносимого в результате технических и
природных катастрофических событий:
непрерывная линия – природные катаклизмы; пунктирная линия – аварии
22
Поскольку границы оправданного риска трудно рационально обос-
(
)
новать, при решении расчетных или эксплуатационных технических задач
следует использовать сравнение с риском в аналогичных ситуациях. При
этом в анализе следует принимать во внимание наиболее неблагоприятный случай (правда, чтобы не впадать в крайности, рисуя себе нереальные
ужасные картины, необходимо постоянно опираться на здравый смысл).
Установленный таким образом крайне неблагоприятный случай угрозы
нужно сравнить по частоте и величине с уже ранее имевшими место аналогичными рисками. При этом необходимо учитывать, что на частоту
влияют как пространственная, так и временная протяженность рассматриваемых явлений. Кроме того, нужно учитывать продолжительность каждого события и степень стабильности исходных параметров.
К условиям, при которых летальный риск в диапазоне Pv < Pi < Pu
может быть допущен, относятся указанные выше четыре требования к
анализу риска. Эти требования должен соблюдать принимающий решения, всегда сравнивая изменяющийся риск, например, с повышением максимально допустимой эффективности, исключением неблагоприятных
ситуаций и т.п. Для летального риска принимают значения оправданного
Pv = 10–8 и, с большим безопасным промежутком, неоправданного Ри = 10–5
на человека в год; значения эти выглядят разумными.
Созданная и развиваемая техносфера накопила в себе большие потенциальные опасности – техногенные факторы и, соответственно, потребовала создания технических систем безопасности, обеспечивающих защиту от них человека (рис. 7).
Необходимость в создании таких технических систем безопасности и
одновременно совершенствование социально-экономической системы –
это и есть новый элемент в обеспечении безопасности человека и окружающей среды. На их создание и эксплуатацию приходится использовать
определенную долю материальных ресурсов общества, отвлекая средства
из социально-экономической сферы. Таким образом, возникает важная
задача распределения имеющихся материальных ресурсов. В настоящее
время техническая система безопасности не позволяет полностью
исключить воздействие техногенных факторов. В таком случае уро-
вень загрязнения окружающей среды, вызванного недостаточной защищенностью от техногенных факторов, обозначим через Z. Под загрязненностью следует понимать техногенно обусловленное поступление вещества и энергии в среду, окружающую человека, приводящее к ухудшению
ее состояния с точки зрения социально-экономических интересов общества. При этом считается, что поступление вещества и энергии может происходить не только в условиях нормальной эксплуатации оборудования и
другой промышленной деятельности, но и в результате тех или иных аварийных ситуаций. Техногенный риск, связанный с хозяйственной деятельностью и определяемый уровнем опасности Z, обозначим через R
,
ZDRRz≡
техтех
тех
:
23
где Dz – экономические затраты на создание и эксплуатацию технических
()(
)
систем безопасности, Dz = IzC (рис. 8). Тогда общий риск может быть
представлен в виде суммы:
.(...),,,...,,,,
zs
+−=
ZCIRSFMCIСRZSFMCR
техтехc.э
Роль управляющей переменной в целевой функции должны принять
на себя инвестиции Iz, т.е. доля материальных ресурсов общества, направляемых на создание и эксплуатацию технических систем безопасности.
Затраты на обеспечение безопасности следуют экономическому
закону уменьшения отдачи. Этот закон для техногенного риска отобра-
жен на рис. 8, где показана эффективность затрат на снижение риска от эксплуатации АЭС (рассматривается французская АЭС мощностью 1300 МВт,
срок службы 20 лет). Точки на кривой соответствуют различным системам безопасности на АЭС.
Рис. 7. Рост продолжительности жизни в различных странах
по мере социально-экономического развития
24
Рис. 8. Эффективность затрат на снижение техногенного риска
Из вышесказанного следует, что затраты, направляемые на создание
технических систем безопасности и, соответственно, снижение уровня
загрязнения, отвлекают средства из сферы услуг и из тех областей, в которых производятся товары, повышающие материальный уровень жизни.
Другими словами, рост затрат на снижение техногенного риска ведет
к повышению социально-экономического риска. В результате, по мере
увеличения затрат на технические системы безопасности и на продолжающееся снижение техногенного риска, темпы снижения общественного
риска замедляются из-за возрастания социально-экономического риска.
Задача управления безопасностью сводится к определению такого
значения Iz, при котором достигается минимум целевой функции Rs и, соответственно, максимум продолжительности предстоящей жизни T
LE
. Та-
ким образом, затраты на создание и эксплуатацию технических систем
безопасности в задаче управления безопасностью играют роль управляющей переменной. Очевидно, что оптимальные значения, соответствующие
минимуму целевой функции, зависят от уровня развития управляемой
социально-экономической системы (рис. 9).
25
Рис. 9. Оптимизация затрат Dz на снижение техногенного риска R
1 – общий риск (Rs = R
3 – техногенный риск (R
равенству предельных затрат на снижение R
недостаточности затрат на снижение R
в которой затраты на снижение R
III – область чрезмерных затрат на снижение R
ведущих к неприемлемо высокому уровню R
26
+ R
с.э
); – точка минимума общего риска (Rs), соответствующая
тех
); 2 – социально-экономический риск (R
тех
и R
тех
риск неприемлемо высок; II – область,
тех
обеспечивают приемлемый уровень RS;
тех
; I – область, в которой из-за
с.э
:
тех
);
с.э
,
тех
с.э
Из изложенных выше рассуждений следуют выводы:
1. Невозможно достичь «нулевого общего риска» или «абсолютной
безопасности», которую часто требуют. Для любого данного уровня техногенного риска невозможно его дальнейшее снижение. Стремление снизить его до нуля ведет не к снижению, а к увеличению общего риска в
обществе.
2. Приемлемый риск сочетает в себе технические, экономические,
социальные и политические аспекты и представляет некоторый компромисс между уровнем безопасности и возможностями ее достижения.
3. Экономические возможности повышения безопасности техниче-
ских систем не безграничны. Затрачивая чрезмерные средства на повышение безопасности, можно нанести ущерб социальной сфере, например
ухудшить медицинскую помощь, снизить расходы на образование, культуру. При увеличении затрат на безопасность технический риск снижается, но растет социальный.
4. Суммарный риск имеет минимум при определенном соотношении
между инвестициями в техническую и социальную сферы. Эти обстоятельства нужно учитывать при выборе риска, с которым общество вынуждено мириться.
Подводя итог рассмотрению проблемы риска, подчеркнем, что угроза безопасности людей чаще всего состоит из многих составляющих риска, например из основного существующего риска, риска вследствие ошибок и риска, на который идут сознательно при известных условиях.
Любой алгоритм оценки риска должен исходить из того, что твердо
установлен экономический эквивалент угрозы. Этот эквивалент должен
быть обоснован в том смысле, что он соответствует затратам, которые
общество при данных условиях может себе позволить, чтобы предотвратить или уменьшить угрозу. Необходимо воспрепятствовать тому, чтобы,
с одной стороны, ценой больших затрат был уменьшен и без того незначительный риск, а с другой – чтобы оставался большой риск, который
можно было бы устранить с небольшими затратами. Установить такой
эквивалент – еще не значит добиться успеха: эквивалент такого типа не
удается получить без влияния субъективных факторов. Тем не менее эти
эквиваленты делают более ясным риск при принятии решения об его величине.
Этапы процедуры принятия приемлемого риска протекают по таким правилам: уменьшение, минимизация и оптимизация риска. Необхо-
димо указать, что порядок перехода от одной группы решений к другой
должен строго следовать указанной последовательности. В заключение
следует субъективно определить влияние не поддающихся учету факторов.
Решения, связанные с нормированием (установлением) риска, всегда
остаются для инженера сомнительными, так как нельзя заранее опреде-
27
лить затраты для четкого разделения во всех случаях оправданного и неоправданного риска. Проконтролировать, был ли оправдан данный риск,
удается всегда только после наступления нежелательного события, и возможно это только при оправданных убытках.
Поэтому инженерно-техническая деятельность, работа промышленных объектов в принципе не может быть полностью свободна от всякого
риска, а на необходимый и оправданный риск нужно идти сознательно.
В таком выборе должны участвовать не только технические эксперты.
Совместное рассмотрение проблемы представителями всех заинтересованных групп, открытое обсуждение достоинств и недостатков новых
объектов, понятное неспециалисту обоснование оценок риска помогут
выработать общее, согласованное решение. Только так можно достичь
согласия в обществе и обеспечить безопасность его развития.
Анализ работы опасного производства показывает, что даже при
нормальном функционировании влияние таких объектов на окружающую
среду связано как с социально-психологическим воздействием на людей,
так и с определенной потенциальной опасностью загрязнения атмосферы
и прилегающей территории опасными веществами из-за недостаточно
надежных технологий, недостаточной эффективности работы фильтровентиляционных устройств и вследствие других причин.
С другой стороны, как показывает отечественная и мировая практика, добиться полностью безаварийной работы предприятий, как химической промышленности, так и других отраслей, не представляется возможным.
Повышение промышленной безопасности предусматривает осуществление технических и организационных мер, включающих мониторинг
опасного объекта, разработку планов ликвидации аварий и плана действий в чрезвычайных ситуациях на территории объекта и за его пределами.
Нет сомнения, что любой технологический процесс должен ориентироваться на технологии, позволяющие максимально снизить вероятность
аварий и уменьшить выход опасных веществ во внешнюю среду.
В то же время нельзя не учитывать, что рациональное размещение
объектов также является одним из способов обеспечения безопасности
людей и окружающей среды. Любой район, в пределах которого размещается объект, имеет ту или иную численность населения, хозяйственную
ценность. Поэтому представляется целесообразным оценку различных
вариантов размещения объектов проводить по комплексу показателей,
характеризующих состояние окружающей среды, особенности и потенциальную опасность объекта в случае аварийных ситуаций. Одним из таких
показателей (критериев) является риск запроектных аварий.
28
2.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКА
Риск запроектной аварии при функционировании опасного объекта
состоит в том, что в случае ее возникновения существует определенная
вероятность поражения окружающего населения. Чем меньше прогнозируемые последствия запроектной аварии, тем более благоприятна данная
площадка для размещения объекта.
Сценарий аварий на опасных объектах достаточно сложен. При авариях возможен выход отравляющих веществ (ОВ) в газообразном и аэрозольном состоянии с образованием облака зараженного воздуха и его
движением по направлению ветра, заражением почв, растительности, водоемов и т.д.
Так как газообразное и аэрозольное состояние ОВ является его боевым состоянием, то население, находящееся в зоне распространения облака или первичного заражения местности, может получить поражение различной степени тяжести.
Вероятность возникновения аварии определяется:
− особенностями технологического процесса;
− используемым оборудованием;
− степенью подготовленности персонала;
− временем, в течение которого функционирует данный технологи-
ческий объект;
− интенсивностью технологических операций;
− техническими факторами (например, усталость металла);
− внешними неуправляемыми факторами (целенаправленная диверсия);
− человеческим фактором (ошибками эксплуатационного персонала).
Опасности, связанные с аварией, определяются:
− количеством освободившихся при аварии ОВ, их физико-хими-
ческими токсическими свойствами. Например, в случае высвобождения
фосфорорганических ОВ наибольшая опасность создается при образовании и распространении облака паров ОВ, в то время как при высвобождении люизита более опасно заражение подпочвенных вод мышьяксодержащими продуктами гидролиза люизита;
− архитектурно-планировочными особенностями застройки и транс-
портными коммуникациями;
− метеорологическими условиями и характеристиками окружающей
среды: особенностями рельефа, характерной растительностью, структурой
и свойствами почвы, условиями залегания подпочвенных вод, близостью
рек и водозаборных сооружений, гидрографическими условиями;
− самим фактором наличия окружающего населения. Если такового
в пределах зоны вероятного распространения ОВ в случае аварии не имеется, то потенциальная опасность близка в момент времени t к нулю.
29
Для количественной оценки последствий аварии требуется создавать
математическую модель, позволяющую осмыслить поведение технической системы, и с ее помощью оценить различные стратегии риска. Модель должна отражать важнейшие черты явления, т.е. в ней должны быть
учтены все существенные факторы, от которых в наибольшей степени
зависит функционирование системы. Вместе с тем она должна быть по
возможности простой и понятной пользователю, целенаправленной, надежной (гарантия от абсурдных ответов), удобной в управлении и обращении, достаточно полной, адекватной, позволяющей легко переходить к
другим модификациям и обновлению данных.
При построении математической модели может быть использован
математический аппарат различной сложности – алгебраические и дифференциальные уравнения, как обыкновенные, так и с частными производными. В наиболее трудных случаях, если функционирование системы зависит от большого числа сложно сочетающихся между собой случайных
факторов, может применяться метод статистического моделирования.
Выходными параметрами функционирования математической модели риска запроектной аварии определяется математическое ожидание количества пораженных жителей, постоянно проживающих в районе, подвергаемом опасности при функционировании объекта, если на объекте
или его технологических элементах произойдет в случайный момент времени любая теоретически возможная запроектная авария, вызванная теми
или иными причинами.
Рассмотрим возможные аналитические подходы к решению проблемы. Математическое ожидание (R) количества пораженных людей можно
определить зависимостью
2
π=σ∞
∫ ∫
0 0
′
L
=
=
мо
,),(),(
dLdLPLРR
σσσ
где Р ′(σ, L) – расстояние от объекта до точки нахождения человека в полярных координатах (начало координат совмещено с объектом); P(σ, L) –
вероятность поражения человека в точке с координатами (σ, L).
Поскольку авария равновероятна в любой момент времени (это допущение наиболее разумно), то α(σ) должна определяться на основе розы
ветров в данной зоне или регионе.
Если пренебречь различиями в характеристиках подстилающей поверхности по каждому из направлений возможного распространения ОВ в
случае аварии и ввести понятие средней (или средневзвешенной) характеристики, то можно существенно упростить задачу, разделив переменные:
30
мо
L
∞=
=
∫ ∫
0
L
=
2
π=σ
′
0
=σ
.)(),()(
dLdPLРLPR
σσσ