Анализ техногенной безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 504.4.054.001.5

АНАЛИЗ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Павлов Ю.А. адъюнкт Военно-технический университет

Научный руководитель - с.н.с., к.т.н., доцент Агеев С.М.

Интерес к техногенной безопасности как к предмету аналитического исследования резко возрос во второй половине прошлого века. Этот интерес вызван ростом числа и объемов потенциально опасных производств химической индустрии, атомной энергетики, средств массового поражения, ракетно-космической техники, влияния экологических катастроф и повышением социально-экономической напряженности в мире. Важным фактором в развитии научных исследований проблем безопасности следует отметить большое к ним внимание правительств и международных организаций. [1]

Основным признаком классификации видов безопасности выступает вид источника опасности (угрозы). По этому признаку выделяются такие опасности, как бытовые, природные, социальные, экономические, военные, информационные, техногенные и др.

Рассмотрим исходные понятия, определяющие техногенную безопасность.

Достаточно устоявшимися в литературе можно считать два основополагающих понятия: опасность и ущерб. Однако трактовки этих понятий в разных источниках существенно отличаются.

В этой статье под опасностью будем понимать все то, что несет в себе возможность ущерба здоровью и жизни человека, а также природе из-за возникновения поражающих факторов, т.е. всего того, что прямо или косвенно, быстро или замедленно ухудшает здоровье и сокращает жизнь человека, непоправимо нарушает равновесие в природе в сравнении с естественными условиями их существования.

Техногенную безопасность, как правило, определяют через ущербы, вызываемые нарушениями номинальных режимов функционирования объектов техники. К категории «ущерб» при этом относят любые потери, в основном материальные, экономические, человеческие жертвы. Существует также понятие «промышленная безопасность» и в качестве объекта управления промышленной безопасностью - имущество, материалы, персонал предприятия, а целевой функции - внеплановые потери. Между тем, известно, что потери материального свойство учитываются через показатели экономической эффективности.

Считаем, что понятие «техногенная безопасность» введено в дополнение к понятиям эффективность, надежность, живучесть для оценки возможных состояний субъектов (производственного персонала и населения), в силу тех или иных обстоятельств попадающих в зону воздействия поражающих факторов, возникающих при переходах объектов в неноминальные режимы функционирования. При такой трактовке техногенная безопасность может быть определена двойственно: применительно как к субъекту, так и объекту.

- Применительно к субъекту: техногенная безопасность - состояние защищенности здоровья и жизни человека.

- Применительно к объекту: техногенная безопасность - свойство объекта, заключающееся в его способности не допускать таких изменений своих состояния и свойств, а также не вызывать изменений состояний и свойств других, связанных с ним объектов, которые сопровождались бы выходом поражающих факторов.

Второе определение позволяет количественно оценивать уровень безопасности объектов техники и, следовательно, оценивать степень влияния на него принимаемых технических решений при проектировании объекта. Для этого необходимо выбрать показатель оцениваемого свойства и расчетную модель, что и является предметом настоящей статьи. [3]

Любая расчетная модель - отражение оцениваемого процесса, поэтому, прежде всего, раскроем структуру взаимодействия аварийных процессов в объекта и противоаварийной защиты. Практический интерес представляет именно такое взаимодействие, так как на современном этапе развития техники автоматизации опасные объекты обеспечиваются системами противоаварийной защиты. В качестве признака структуризации (разбиения на стадии) аварийных процессов используем вид информации о развитии аварийного процесса, которую было бы можно использовать для организации защиты. Дело в том, что хотя динамика аварийных процессов, их энергетическая насыщенность, физико-химические характеристики в объектах техники существенно различаются, стадии их развития и сопутствующие этим стадиям виды информации достаточно типичны.

1-я стадия - распознавание исходных событий аварии в объекте. Информация о начале аварийного процесса формируется по аномальным изменениям отдельных параметров или соотношений параметров рабочих процессов в объекте. Такая информация добывается методами параметрической идентификации и может быть использована для организации первого, назовем его параметрическим, канала защиты. Организация параметрического канала защиты сопряжена с рядом трудностей:

- обеспечения полноты перебора исходных событий аварий;

- отождествления исходных событий в параметрическом поле объекта;

- применения дорогостоящих методов и технических средств распознавания и измерения аномальных изменений параметров объекта.

2-я стадия - выход значений координат поражающих факторов или их косвенных признаков на уровень чувствительности измерительных средств. Информация такого рода позволяет организовать второй канал защиты, назовем его координатным. Отметим два основных достоинства защиты этого вида. Во-первых, появляется дополнительная возможность локализации аварий, не выявленных на первой стадии. Такая возможность обусловлена тем, что, как правило, число аварий, сопровождаемых выходом поражающих факторов, значительно меньше числа инициирующих из исходных событий, а также тем, что во втором канале защиты могут использоваться прямые измерения координат поражающих факторов. Во-вторых, открывается возможность для организации защиты использовать дополнительные (к первому каналу) управляющие воздействия на очаги аварийных процессов (элементы защищаемого объекта или других инициирующих аварию объектов).

Главная трудность в организации второго канала - в обеспечении его более высокого быстродействия в сравнении с быстродействием аварийных процессов в объекте.

3-я стадия - развитие аварийного процесса до уровня предельно возможных значений поражающих факторов. Выход на такой уровень происходит в случаях несрабатывания или недостатка ресурсов параметрического и координатного каналов защиты. На этой стадии можно организовать защиту лишь посредством пассивных средств защиты - «барьеров», которые непосредственно контактируют с поражающими факторами. Их защитные возможности направлены, как правило, на уменьшение «мощности», изменение направления и длительности воздействия поражающих факторов. В организации пассивной защиты 3-й стадии разработчики систем защиты сталкиваются с двумя существенными трудностями: с необходимостью постановки и решения задач типа «снаряд-броня» при значительных проблемах неопределенности и выбора эффективных конструктивных решений и материалов, способных влиять на совокупность возможных поражающих факторов.

4-я стадия - выход некомпенсированных остатков поражающих факторов во внешнюю, по отношению к объекту и системам активной (1-, 2-я стадии) и пассивной (3-я стадия) защит, среду. Именно эти «остатки» представляют прямую угрозу здоровью и жизни персонала и населения. Для организации защиты на этой стадии привлекаются в основном специфические, соответствующие ожидаемому виду поражающих факторов, методы и средства. Например, максимально безопасные конфигурации зон размещению персонала и технологического оборудования, индивидуальные средства защиты, планы действия административных органов реагирования в чрезвычайных ситуациях. Представленная модель развития аварийных процессов и организации защиты отражает широкий спектр аварийных процессов. В зависимости от характера аварийного процесса и возможностей разработчика управляющей системы могут создаваться менее полные подсистемы противоаварийной защиты. Так для аварийных процессов типа взрыва, как правило, невозможна организация защиты на 2-й стадии, так как скорость развития поражающих факторов выше быстродействия реальных средств защиты.

Количественная оценка безопасности необходима по меньшей мере в двух случаях. Во-первых, для сопоставления конкурирующих вариантов проектируемой системы защиты. Во-вторых, для подтверждения достаточности средств защиты в рамках концепции приемлемого риска.

Количественный анализ техногенной безопасности включает выбор показателей оцениваемого свойства «техногенная безопасность» вероятностные показатели. Это обусловлено случайной природой факторов, влияющих на уровень безопасности, а именно отказами элементов структуры объекта, опасными нарушениями координации процессов в объекте, ошибками человека-оператора. Ущербы случайного характера, вызванные аномальными процессами, принято называть рисками. Техногенную безопасность будем характеризовать показателем «техногенный риск». Техногенный риск - это вероятность выхода на заданном интервале времени в область расположения персонала и населения поражающих факторов. Расчетная схема техногенного риска должна отражать связь событий в системе «объект-защита», поэтому ее будем строить на основе модели развития аварийных процессов и организации противоаварийной защиты. При этом примем ряд исходных условий.

1. Объект предназначается для эксплуатации на некотором заданном интервале времени и включается в работу в исправном состоянии и номинальном режиме функционирования.

2. Каналы защиты обладают ресурсами для того, чтобы в случае их срабатывания осуществить перевод объекта в одно из предусмотренных безопасных состояний.

3. Быстродействие каналов защиты достаточно для успешной нейтрализации аварийных процессов. Принятие 2-го и 3-го условий означает, что из трех основных факторов неопределенности, а именно, готовности каналов защиты, достаточности ресурсов каналов и достаточности их быстродействия, в расчетной схеме риска будет учтен только первый фактор. [4] Из сказанного следует, что оценка риска сводится к получению оценок вероятностей развития аварийного процесса после каждой стадии защиты вплоть до выхода «остатков» поражающих факторов на 3-й стадии.

Введем обозначения:

xi - событие появления (с вероятностью Р ) в объекте i-го исходного события аварии;

zi - событие несрабатывания (с вероятностью Р ) параметрического канала защиты по i-му исходному событию;

y1 - событие пропуска (с вероятностью Р ) параметрическим каналом хотя бы одного исходного события, т.е. перехода аварии в открытую форму;

y2 - событие пропуска (с вероятностью Р ) координатным каналом защиты развивающейся аварии;

y3 - событие появления (с вероятностью Р ) на выходе пассивной защиты «остатков» поражающих факторов аварии;

- событие несрабатывания (с вероятностью Р ) параметрического канала по i-му исходному событию;

- событие несрабатывания (с вероятностью Р ) координатного канала;

- событие преодоления ( с вероятностью Р ), хотя бы частичное, поражающими факторами средств пассивной защиты;

x, y, z, - бинарные логические переменные, представляющие соответствующие события.

Полагая, что исходные события аварий - независимые события, событие Y определим как логическую функцию типа «узел» событий Zi :

 Y1 = Z1 V Z2 V ... V Zn,

где n - число учитываемых исходных событий аварий;

Zi = Xi /\ i

(1) Pzi = PxiP i

(2) qzi = 1 - Pzi

применив процедуру ортогонализации и перейдя к форме замещения, получим:

техногенный безопасность аварийный ущерб

(3) Py1 = Pz1 + Pz2qz1 + Pz3qz1qz2 +…

(4) Py2 = Py1P

(5) Py3 = Py2P - оценка техногенного риска.

Проведение полного количественного анализа техногенной безопасности сопряжено с существенными проблемами методического и технического характера. К их числу следует отнести следующее.

1. Отсутствуют методы оценки полноты возможных исходных событий аварий в объектах сложной структуры. Известные методы деревьев отказов и событий всего лишь упорядочивают поиск исходных событий аварий. Заметим, что такое положение - одна из причин ограничения анализа числом так называемых проектных исходных событий аварий. Значительные трудности, особенно для уникальных объектов, связаны с получение оценок вероятности Ру1 этих событий.

2. Формирование модели развития аварийных процессов в объекте и определение технически осуществимых каналов защиты требуют оценки и сопоставления быстродействия каналов и скорости развития аварийных процессов, т.е. анализа их динамики. Отдельная и весьма сложная проблема - оценка влияния пассивной защиты (на 3-й стадии) на «мощность» и форму поражающих факторов, а также вероятности выхода Р «остатков» поражающих факторов.

3. Отсутствует общий подход в выборе уровня приемлемого техногенного риска. Известно несколько предложений. Первое - административное (экспертное), когда уровень приемлемого риска задается в виде допустимого максимального значения коэффициента неготовности системы защиты, обычно активной защиты. Второе - посредством принятия уровня бытового риска в качестве максимального допустимого уровня. Третье - на основе анализа экономического эффекта от вложения средств на создание системы защиты. Выбор приемлемого уровня риска желательно проводить, комбинируя результаты трех названных подходов, так как первый подход связан с возможностями реальных технических средств систем защиты, третий - с экономическими возможностями собственника объекта, второй - с моральными нормами общества.

Литература

1. Котенков К.Е., Котляровский В.А., Забеснев А.В. Аварии и катастрофы. Ч 1, 2. Изд. Ассоциация строительных вузов, Москва 1996г.

2. Ильин Н.А. Техническая экспертиза зданий поврежденных пожаром, изд. Стройиздат, Москва 1983г.

3. Войчик Б.Г., Кузнецов И.А. Автоматика и киномеханика (научный журнал) статья изд. Наука, Москва 2002г.

4. Неразрушающий контроль объектов наземной космической инфраструктуры, Труды научно-технического семинара в рамках программы выставки «Дефентоскопы 2004 ВКА им. Можайского в сентябре 2004г.», изд.ЗАО Свеи, Санкт-Петербург 2004 г.

Размещено на Allbest.ru