7.1 Якісні методи аналізу небезпек і ризику

Об’єктом аналізу небезпек і ризику є система „людина-машина – оточуюче середовище”, у якій в єдиний комплекс об’єднані технічні об’єкти, люди і оточуюче середовище, що взаємодіють один з одним.

Аналіз небезпек і ризику описує небезпеки якісно та кількісно і закінчується плануванням попереджувальних заходів. Він базується на знанні алгебри логіки і алгебри подій, теорій ймовірності, статистичному аналізі, вимагає інженерних знань і знань системного підходу.

При виборі і застосуванні методів аналізу ризику рекомендується додержуватися таких вимог [27-29]:

- метод повинен бути науково обґрунтованим і відповідати небезпекам, що розглядаються;

- метод повинен давати результати у вигляді, що дозволяє краще зрозуміти форми реалізації небезпек і намітити шляхи зниження ризику;

- метод повинен бути таким, що його можна перевірити і повторити.

Як було розглянуто вище, аналіз небезпек і ризику починають з попереднього дослідження яке дозволяє ідентифікувати джерела небезпеки. На стадії ідентифікації небезпек і попередніх оцінок ризику рекомендується застосовувати методи якісного аналізу і оцінювання ризику.

Якісні методи аналізу небезпек і ризику дозволяють визначити джерела небезпек, потенційні аварії та нещасні випадки, послідовності розвитку подій, шляхи попередження аварій (нещасних випадків) і полегшення наслідків.

Вибір відповідного якісного методу та стадії аналізу ризику залежить від мети аналізу, призначення об’єкта і його складності. Такі методи визначають [25-27]:

- „Що буде, якщо …?;

- перевіряючий лист;

- попередній аналіз небезпек;

- аналіз видів і наслідків відмов;

- аналіз небезпеки і працездатності;

- аналіз помилок персоналу;

- причинно-наслідковий аналіз;

- аналіз „дерева відмов” або „дерева причин”;

- аналіз „дерева подій”, або „дерева наслідків”;

- кількісний аналіз ризику.

Методи перевіряючого листа та „що буде, якщо …?” або їх комбінація відносяться до групи методів якісного оцінювання небезпеки, які засновані на вивченні відповідності умов експлуатації об’єкта або проекта вимогам промислової безпеки.

Результатом перевіряючого листа є перелік питань і відповідей про відповідність небезпечного виробничого об’єкта вимогам промислової безпеки та вказівки щодо їх забезпечення. Метод перевіряючого листа відрізняється від „що буде, якщо ..?” більш узагальненим поданням вихідної інформації та результатів про наслідки порушення безпеки.

Ці методи прості, не трудомісткі й найбільш ефективні при дослідженні об’єктів з відомою технологією.

Попередній аналіз небезпек здійснюють у такому порядку:

- вивчають технічні характеристики об’єкта, системи, процесу, використані джерела енергії, робочі середовища, матеріали та встановлюють їх руйнівні властивості;

- встановлюють нормативно-технічну документацію об’єкта і технологічних процесів;

- перевіряють існуючу технічну документацію на відповідність її нормам і правилам безпеки;

- складають перелік небезпек, в якому вказують ідентифіковані джерела небезпек, руйнуючі фактори, потенційні аварії, виявлені недоліки.

Аналіз видів і наслідків відмов (АВНВ) – якісний метод ідентифікації небезпек, заснований на системному підході, який має характер прогнозу.

Суттєвою відзнакою цього методу є розгляд кожного апарату (установки, блоку, виробу) або складової частини системи (елемента) на предмет того, як він став несправним (вид і причина відмови) і який був вплив відмови на технічну систему. Цей метод аналізу відмов застосовується і на більш пізніших станах дослідження відмов.

Цей метод містить підрахунок кількості небажаних подій для кожного варіанта розвитку аварій; станів, які призводять до катастрофічних наслідків; оцінка впливу на здоров’я людей і пошкодження матеріальних цінностей; складання загального заключення про виробничий процес на основі порівняння з іншими видами ризику. Цим методом можна оцінити небезпечний потенціал будь-якого технічного об’єкту. За результатами аналізів відмов можуть бути зібрані дані про частоту відмов, необхідну для кількісного оцінювання рівня небезпеки об’єкту.

Аналіз видів і наслідків відмов можна розширити до кількісного аналізу видів наслідків і критичності відмов (АВНКВ).

У цьому випадку кожний вид відмови ранжується з урахуванням двох складових критичності – ймовірності (або частоти) і важкості наслідків відмови. Визначення параметрів критичності необхідно для вироблення рекомендацій та пріоритетності заходів безпеки.

Рекомендується визначати критерії критичності для різних видів відмов елементів:

Категорія 1: Відмова, що потенційно призводить до жертв.

Категорія 2: Відмова, що потенційно призводить до невиконання основного завдання.

Категорія 3: Відмова, що призводить до затримки і втрат працездатності.

Категорія 4: Відмова, що призводить до додаткового, запланованому обслуговуванню.

Результати аналізу подають у вигляді таблиць з переліком обладнання, видів і причин можливих відмов, з частотою, наслідками, критичністю, засобами виявлення несправностей і рекомендаціями щодо зменшення небезпеки.

Як приклад, у табл. 7.2. наведені показники (індекси) рівня і критерії критичності за ймовірністю і важкістю наслідків відмови. Для аналізу виділені 4 групи, якими можуть бути нанесені збитки від відмови: персонал, населення, майно (обладнання, споруди, продукція й т.д.), оточуюче середовище.

У табл. 7.2. застосовані такі варіанти критеріїв [25-27,29,31]:

а) критерії відмов за важкістю наслідків:

- катастрофічна відмова – призводить до смерті людей, суттєвому збитку майна, наносить не заповнювані втрати довкіллю;

- критична (некритична) відмова – загрожує (не загрожує) життю людей, призводить (не призводить) до суттєвих збитків майна, довкіллю;

- відмова із зневажливо малими наслідками – відмова, яка не відноситься за своїми наслідками до жодної з категорій;

б) категорії (критичність) відмов:

А – обов’язковий кількісний аналіз ризику або необхідні особливі заходи забезпечення безпеки;

Б – бажаний кількісний аналіз ризику або необхідне прийняття певних заходів безпеки;

С – рекомендується проведення якісного аналізу небезпек або прийняття деяких заходів безпеки;

Д – аналіз і прийняття спеціальних (додаткових) заходів безпеки не треба.

Табл. 7.2.

Матриця „ймовірність – важкість наслідків”

Відмова	Частота виникнення відмови на рік	Важкість наслідків відмови
		Катастроф-фічного	Критич-ного	Некритич-ного	Із зневажли-во малими наслідками
Частковий	> 1	А	А	А	С
Ймовірний	- 10-2	А	А	В	С
Можливий	- 10-2 – 10-4	А	В	В	С
Рідкий	- 10-4 – 10-6	А	В	С	Д
Практично неймовірний	< 10-6	В	С	С	Д

Методи АВНВ і АВНКВ застосовуються, як правило, для аналізу проектів складних технічних систем або технічних рішень.

Методом аналізу небезпеки і працездатності (АНП) або еквівалентним йому аналізом небезпек методом потенційнійних відхилень (АНМПВ) досліджуються небезпеки відхилень технологічних параметрів (температури, тиску й т.д) від регламентних режимів. Ці методи містять процесу штучного створення відхилень технологічних параметрів за допомогою ключових слів. Для цього розбивають технологічний процес або технологічну систему на складові частини та, створюючи за допомогою ключових слів відхилення, систематично вивчають їх потенційні причини й ті наслідки, до яких вони можуть призвести на практиці.

У процесі аналізу для кожній складовій небезпечного виробничого об’єкта чи технологічного процесу визначають можливі відхилення, їх причини та вказівки щодо їх недопущення. При характеристиці відхилення застосовують ключові слова „ні”, „більше”, ”менше”, „так же, як”, ”інакше чим”, „зворотній” й т.п. Застосування ключових слів допомагає виконувачам виявити усі можливі відхилення. Конкретні сполучення цих слів з технологічними параметрами визначаються специфікою виробництва.

Взірцевий зміст ключових слів такий:

„ні” – відсутність прямого подавання речовини, коли воно повинно бути;

„більше (менше)” – збільшення (зменшення) значень режимних змінних у порівнянні із заданими параметрами;

„так же, як” – поява додаткових компонентів;

„інший” - стан, який відрізняється від звичайної роботи (пуск, зупинка, збільшення продуктивності й т.д.);

”інакше чим” – повна зміна процесу непередбачена подія, руйнування, розгерметизація обладнання;

„зворотній” – логічна протилежність ідеї, поява зворотнього потоку речовини.

У табл. 7.3. поданий результат аналізу небезпеки і працездатності ділянки холодильно-компресорних установок. У процесі аналізу для кожної установки виробничої лінії або блоку визначаються можливі відхилення причини і рекомендації щодо забезпечення безпеки. При характеристиці кожного можливого відхилення використовують ключові слова „ні”, „більше”, „менше” й т.д. У цій таблиці наведені також експертні бальні оцінки ймовірності В виникнення відхилення, що розглядається, важкості наслідків Т й показника критичності К=В+Т, який визначається по 4-бальній шкалі [25,27].

АНП і АНМПВ за складністю і якістю результатів відповідають рівню АВНВ або АВНКВ.

Відхилення, які мають великі значення далі розглядаються детальніше.

АНП і АНПВ крім ідентифікації небезпек та їх ранжування дозволяють виявити неясності і неточності в інструкціях з безпеки. Недоліки методів пов’язані з утрудненням їх застосування для комбінації небажаних подій.

Табл. 7.3.

Перелік відхилень при застосуванні метода вивчення небезпеки і працездатності ділянки холодильно-компресорних установок

Ключове слово	Відхилення	Причини	Наслідки	В	Т	К	Рекомендації
1	2	3	4	5	6	7	8
Менше	Нема потоку речовини	1. Розрив трубопроводу	Викид аміаку	2	4	6	Встановити систему аварійної сигналізації.
		2. Відмова в системі	Небезпеки нема	3	1	4	Підвищити надійність системи резервування
Більше	Підвищення тиску нагнітання компресора	3. Зачинений нагнітательний вентиль	Руйнування компресора	1	2	3	Замінити реле тиску, запобіжний і зворотній клапана
		4. Відсутнє або недостатнє подавання води на конденсатор	Руйнування компресора	1	2	3	-
		5. Наявність великої кількості повітря у конденсаторі	Утворення вибухонебезпечної суміші	1	3	4	-
	Підвищення температури нагнітання компресора	6. Нема потоку води через охолоджувальну рубашку компресора	Руйнування компресора з викидом аміаку	1	2	3	Встановити реле температури на компресорах ВД і НД
		7.Надмірне перегрівання пари аміаку на всмоктуванні	Як і в п. 6.	1	2	3	-
Менше	Зниження тиску всмоктування	Підвищена продуктивність компресора	Небезпеки нема	1	1	2	Перевірити реле тиску

Аналіз помилок персоналу (АПП). Одним з важливіших елементів аналізу небезпек є людський фактор, який дозволяє охарактеризувати як помилки, що ініціюють або посилюють аварійну ситуацію, так й здатність персоналу зробити коригуючи дії з управління аварією.

Метод АПП містить такі етапи [25,27]:

- вибір системи і виду роботи;

- визначення мети;

- ідентифікація наслідків;

- ідентифікація можливості виправлення помилки;

- ідентифікація причини помилки;

- вибір методу запобігання помилки;

- оцінка ймовірності помилки;

- оцінка ймовірності виправлення помилки;

- розрахунок ризику;

- вибір шляхів зниження ризику.

Причинно-наслідковий аналіз (ПНА) виявляє причини аварії. Він завершується прогнозом нових аварій і складанням плану заходів щодо їх попередження. ПНА містить такі етапи [25,27]:

- збирання інформації про точний і об’єктивний опис аварії;

- складання переліку реальних подій, які попереджували аварію;

- побудову орієнтованого графу – „дерева причин”;

- виявлення логічних зв’язків „дерева причин”;

- формулювання попереджувальних заходів з метою виключення повтору аварій даного типу або для уникнення таких аварій.

Аналіз небезпек за допомогою „дерева причин” потенціальної аварії (АНДП) або ідентичного йому „дерева відмов” дозволяє виявити комбінації відмов (несправностей) обладнання, помилок персоналу і зовнішніх (техногенних, природних) впливів, що призводять до аварій.

Аналіз небезпечних ситуацій за допомогою „дерева” виконують у такому порядку:

- вибирають потенціальну аварію або відмові, яка може спричинити аварію;

- виявляють усі фактори, які можуть зчинити дану аварію, включаючи усі потенціальні інциденти;

- за результатами цього аналізу будують орієнтований граф – „дерево” вершина (корінь), якого занумерована потенційною аварією.

Проведення аналізу можливе лише після детального вивчення робочих функцій усіх компонентів технічної системи, що розглядається. На роботу системи впливає людський фактор, наприклад, можливість помилки оператора, тому бажано всі потенціальні інциденти – „відмови операторів” вводити у склад „дерева відмов”.

Якісний аналіз дерева відмов міститься у визначені аварійних комбінацій. Аварійна комбінація – це певний набір вихідних подій. Якщо усі ці вихідні події зчиняються, існує гарантія, що кінцева подія теж зчиняється.

Великі системи мають значну кількість відмов.

Щоб скоротити аналіз, необхідно розглядати тільки ті види відмов, які є основними. Тому вводиться поняття мінімальної аварійної комбінації.

Мінімальна аварійна комбінація – це така комбінація, в якій при вилученні будь-якої вихідної події, ті, що залишилися, більше не є аварійною комбінацією.

„Дерево відмов” відображує статичний характер подій. Побудовою кількох дерев можна відобразити їх динаміку, тобто розвиток подій у часі. Для визначення послідовності подій при аварії, яка включає складені взаємодії між технічними системами забезпечення безпеки, використовують „дерево подій”.

Аналіз небезпек за допомогою „дерева подій” або ідентичного йому „дерева наслідків” потенціальної аварії відрізняється від аналізу за допомогою „дерева причин” тим, що у цьому випадку задається потенційна подія – ініціатор, й досліджується уся група подій – наслідків, до яких вона може призвести.

Різновидом „дерева подій” є „дерево рішень”. У „дереві подій” робочі стани системи не розглядаються, тому сума усіх ймовірностей станів не дорівнює одиниці. У „дереві рішень” усі можливі стани системи виражаються через стани елементів. „Дерево рішень” може використовуватися, якщо відмови усіх елементів незалежні та якщо є елементи з деякими можливими станами, а також є односторонні залежності. Вони не можуть використовувати при наявності двосторонніх залежностей й не забезпечують проведення логічного аналізу при виборі вихідних подій.

Аналіз „дерева причин-наслідків” починається з вибору критичної події. Критичні події вибирають таким чином, щоб вони служили зручними відправними точками для аналізу, причому більшість аварійних ситуацій розвивається за критичною подією у вигляді ланцюга окремих подій. Типовими критичними подіями, що ведуть до аварійних ситуацій, можуть бути відхилення основних параметрів технологічного процесу, наприклад, у баках і контейнерах розширення діапазону тиску або ступеню забруднення; початком процесу випуску партії продукції або початок процедури пуску чи зупинки; подія, яка призводить в дію систему забезпечення безпеки.

„Виявлення наслідків”, що є частиною аналізу „дерева причин-наслідків”, починається з вибору первинної події. На різних ступенях ланцюгу можуть розгалужуватися і розвиватися по двом напрямках у залежності від різних умов. Наприклад, початок пожежі може призвести до двох ланцюгів подій: поступовому знищенню усього об’єкта або включенню пожежної сигналізації з викликом пожежних. Ланцюг подій може приймати різні взаємовиключні форми у залежності від зміни умов. Наприклад, розповсюдження пожежі може залежать від того, чи виникла вона у час пік, що може заважати своєчасному прибуттю пожежних на місце пожежі.

Процедура побудови діаграми наслідків складається з вибору першої ініціюючої події, за якою слідують інші події, що визначені на даному етапі роботи. При аналізі „дерева причин-наслідків” використовують комбіновані методи „дерева відмов” (виявити причини) і „дерева подій” (показати наслідки), причому усі явища розглядаються у природній послідовності їх появи.

Методи кількісного аналізу ризику, як правило, характеризується розрахунком кількох показників ризику й можуть включати один або декілька вищезгаданих методів (або використовувати їх результати). Проведення кількісного аналізу потребує високої кваліфікації виконавців, великого об’єму інформації з аварійності, надійності обладнання, виконання експертних робіт, врахування особливостей довкілля, метеоумов, терміну перебування людей у небезпечних зонах та інших факторів.

Кількісний аналіз ризику дозволяє оцінити і порівняти різні небезпеки за єдиними показниками, він є найбільш ефективним на стадії проектування і розміщення небезпечного об’єкту; при обґрунтуванні і оптимізації заходів безпеки; при оцінці небезпеки великих аварій на небезпечних об’єктах, які мають однотипне обладнання; при комплексній оцінці небезпечних аварій.

В табл. 7.4. подані узагальнені дані по методам аналізу і оцінці ризику, що розглядалися [25,27].

Табл. 7.4.

Порівняльні дані різних методів аналізу ризику

Метод	Характеристика	Переваги	Недоліки
1	2	3	4
1. Попередній аналіз небезпек	Визначає небезпеки для системи і виявляє елементи для проведення аналізу видів та наслідків відмов і побудови „дерева відмов”. Частково співпадає з методом аналізу критичності	Є першим необхідним кроком	Нема
2. Аналіз видів	Розглядає усі види відмов	Простий для	Розглядає безпечні
3. Аналіз видів, наслідків і критичності відмов	Визначає і класифікує елементи для удосконалення систем	Добре стандар-тизований, простий для використання і розуміння. Не потребує використання математичного аналізу	Часто не враховує ергономіку, відмови із загальною причиною і взаємодією систем
4. Аналіз за допомогою „дерева відмов”	Починається з ініціюючої події, потім знаходяться комбінації відмов, які її викликають	Широко застосовується, ефективний для опису взаємозв’язків, орієнтований на відмови: дозволяє знаходити шляхи розвитку відмов системи	Великі дерева важкі для розуміння, не співпадають із звичайними схемами протікання процесів і математично не однозначні. Вимагає використання складної логіки.
5. Аналіз за допомогою „дерева подій”	Починається з ініціюючих подій, потім розглядаються альтернативні послідовності подій	Дає можливість визначати основні послідовності і альтернативні результати відмов	Не придатний для паралельної послідовності подій і для детального вивчення
1	2	3	4
6. Аналіз типу „причина- наслідки”	Починається з критичної події і розвивається за допомогою „дерева подій” у прямій послідовності, за допомогою „дерево відмов” у зворотній послідовності	Дуже гнучкий і насичений, забезпечений документацією, добре демонструє послідовність подій	Діаграми типу „причина-наслідок” вирастають дуже великих розмірів. Має недоліки методу „дерева відмов”

Рекомендації щодо вибору методів аналізу ризику для різних видів діяльності та етапів функціонування небезпечного об’єкту наведені у табл. 7.5.

Табл. 7.5.

Рекомендації щодо вибору методів аналізу

Метод	Вид діяльності
	Розміщен-ня (перед проектні роботи)	Проект-туван-ня	Ввод або вивід з експлу-атації	Експлуа-тація	Реконст-рукція
Аналіз „Що буде якщо…?”	0	+	++	++	+
Метод перевірочного листа	0	+	+	++	+
Аналіз небезпеки працездатності	0	++	+	+	++
Аналіз видів і наслідків відмов	0	++	+	+	++
Аналіз „дерев відмов і подій”	0	++	+	+	++
Кількісний аналіз	++	++	0	+	++

У табл. 7.5. прийняті такі позначення:

0 – найменше придатний метод аналізу;

+ – рекомендуємий метод;

++ – найбільш придатний метод.

Методи можуть застосовуватися ізольовано або у додаток один одному, причому методи якісного аналізу можуть включати кількісні критерії ризику (в основному, за експертними оцінками з використанням, наприклад, матриці „ймовірність-важкість наслідків” ранжування небезпеки). По можливості повний кількісний аналіз ризику повинен використовувати результати якісного аналізу небезпек.