Методический аппарат оценки техногенного риска при взрывах и пожарах на объектах топливно-энергетического комплекса
На правах рукописи
Бызов Антон Прокопьевич МЕТОДИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОЦЕНКИ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА ПРИ ВЗРЫВАХ И ПОЖАРАХ НА ОБЪЕКТАХ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (энергетика)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2011
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Санкт Петербургский государственный политехнический университет» на кафедре «Безопас ность жизнедеятельности» Научный руководитель Ефремов Сергей Владимирович – канд. техн. наук, доцент
Официальные оппоненты:
Яковлев Вячеслав Владимирович – доктор техн. наук, профессор Степанов Илья Владимирович – канд. техн. наук, доцент Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет Госу дарственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий».
Защита диссертации состоится «07» февраля 2012 г. в 18-00 на заседании диссер тационного совета Д 212.229.04 в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государствен ный политехнический университет» по адресу:
195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, в ауд. 411 ПГК.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».
Автореферат разослан «29» декабря 2011 г.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, про сим направить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационно го совета.
Факс: (812) 545-42- E-mail: [email protected]
Ученый секретарь К.А. Григорьев диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Последние десятилетия развитие вопросов обеспе чения безопасного ведения производства получает существенную поддержку со стороны не только представителей власти, но и хозяйствующих субъектов. Для формирования целостной картины состояния безопасности на опасных объек тах наиболее эффективными являются методы, основанные на анализе риска.
В России с 90-х годов ХХ века активизировалась деятельность по форми рованию нормативно-методической базы в этой области. На законодательном уровне в Федеральных законах «Технический регламент о требованиях пожар ной безопасности» и «Об обязательном страховании гражданской ответствен ности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте» установлена необходимость обоснования уровня безопасно сти опасных объектов с позиции риск-анализа.
Проведенный анализ показал, что одним из перспективных подходов к оценке техногенных рисков является подход, основанный на моделировании полей потенциального риска. Однако, существующий в настоящее время мето дический аппарат, основанный на этом подходе, не учитывает динамику разви тия чрезвычайной ситуации и реакцию рабочего персонала в условиях сложных объектов топливно-энергетического комплекса.
Оценка техногенного риска проводится на различных этапах жизненного цикла опасного объекта и фиксируется в таких документах как декларация промышленной безопасности, паспорт безопасности, декларация пожарной безопасности, независимая оценка рисков. Исполнение этих документов кон тролируется различными ведомствами: Главгосэкспертизой, МЧС России, Ро стехнадзором. Отсутствие единого методического аппарата приводит к возник новению различия в оценке идентичных показателей в перечисленных доку ментах.
Наиболее реальная и достоверная оценка риска на объектах топливно энергетического комплекса может быть получена только путем совместного учета пространственных особенностей объекта, динамики развития чрезвычай ной ситуации и поведенческой реакции обслуживающего персонала.
Приведенные выше аргументы свидетельствуют о том, что диссертаци онная работа, посвященная развитию методического аппарата оценки техно генного риска на объектах топливно-энергетического комплекса, является акту альной.
Целью диссертационной работы является развитие методического аппа рата оценки техногенного риска в направлении учета особенностей объектов топливно-энергетического комплекса, динамики развития чрезвычайной ситуа ции и поведенческой реакции персонала.
Основными задачами
исследования являются:
анализ теории рисков как инструмента оценки техногенной опасности на объектах топливно-энергетического комплекса;
развитие методического аппарата оценки техногенного риска на объ ектах топливно-энергетического комплекса;
разработка комплекта алгоритмов для реализации предлагаемых ме тодов в виде программных модулей;
апробация предлагаемого методического аппарата на примере оценки техногенного риска на типовых площадочных объектах топливно энергетического комплекса.
Объект исследования: Техногенный риск на объектах топливно энергетического комплекса.
Предмет: Методический аппарат оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач ис пользовались: теория системного подхода, методы формальной логики, теория вероятностей, методы аппроксимации, графоаналитический метод математиче ского моделирования показателей риска.
Научная новизна работы. В диссертационной работе на основе изуче ния закономерностей проявления и развития чрезвычайных ситуаций техноген ного характера на объектах топливно-энергетического комплекса усовершен ствован методический аппарат оценки техногенного риска, применение которо го позволяет:
учитывать влияние уменьшения интенсивности теплового излучения в зависимости от перемещения человека при пожарах проливов и горе нии высокоскоростных газовых струй;
моделировать поля потенциального риска для аварий, связанных с взрывом дрейфующих парогазовых облаков;
моделировать поля потенциального риска для линейных объектов;
рассчитывать индивидуальный риск с учетом нестационарности ра бочих мест.
Научные результаты, выносимые на защиту:
усовершенствованный метод оценки вероятности поражения людей тепловым излучением с учетом уменьшения интенсивности теплового излучения в процессе перемещения человека в безопасную зону;
методика построения полей потенциального риска для линейных ис точников опасности;
методика построения полей потенциального риска с учетом дрейфа облаков топливовоздушной смеси;
подход к оценке интегральных показателей риска с учетом нестацио нарности рабочих мест.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследова ний, разработке новых и усовершенствовании имеющихся математических мо делей методического аппарата оценки техногенного риска, алгоритмизации разработанных математических моделей и апробации их работоспособности при оценке риска на типовых объектах топливно-энергетического комплекса.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что ее результаты позволяют:
осуществлять оценку риска на объектах топливно-энергетического комплекса;
учитывать совместное влияние потенциальной опасности линейных и точечных объектов при проведении анализа техногенного риска;
обеспечить снижение риска гибели персонала объекта за счет учета в архитектурно-планировочных решениях полей потенциального риска.
Практическое применение предлагаемого методического аппарата пока зало, что он является корректным, удобным и эффективным инструментом оценки техногенных рисков на объектах топливно-энергетического комплекса.
Реализация результатов работы. На основе результатов диссертацион ного исследования разработан комплект программных модулей с использова нием инструментария математических и прикладных программ Mathcad, Mi crosoft Excell (OpenOffice), применение которых позволяет проводить оценку риска.
Результаты работы были использованы при проведении расчетов риска в рамках декларирования и паспортизации опасных объектов, а также проведе нии расчета пожарного риска для деклараций пожарной безопасности в ряде проектных организаций (ООО «ТЭК», ООО «Промтехдиагностика»). Результа ты исследований внедрены при разработке документации в области промыш ленной безопасности на объектах ООО «Киришиавтосервис», филиала «Сур гутская ГРЭС-2» ОАО «Э.ОН Россия».
Результаты работы были использованы при разработке учебно методических материалов для дисциплин: опасные технологии и производства и декларирование опасных производств.
Реализация результатов работы подтверждена актами внедрения.
Достоверность и обоснованность положений и выводов обеспечивается корректностью постановки задач, использованием апробированных методов исследований, адекватностью используемого математического аппарата и под тверждена многочисленными расчетами с применением современных методов программирования, результаты которых не противоречат данным литературных источников.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на сле дующих международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: семи нар «Проблемы риска в техногенной и социальной сферах», Санкт-Петербург (2007), XXXVII Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург (2008), конференция, посвященная 70-летию кафедры БЖД СПбГПУ (2008), XXXVIII Неделя науки СПбГПУ, Санкт-Петербург (2009), научно-практический семинар «Актуальные проблемы в области охраны труда и промышленной безопасности в строитель стве», Санкт-Петербург (2010), XV Всероссийская научно-методическая кон ференция «Фундаментальные исследования и инновации в технических уни верситетах», Санкт-Петербург (2011), XIV Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности», секция Ленин градского областного регионального отделения Общероссийской общественной организации «Российское научное общество анализа риска», Санкт-Петербург (2011).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, три из них в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа включает 154 страницы текста, 64 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 115 наименований и 2 приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна, сформулированы цели и задачи исследования, определены объект и предмет исследования, а также обоснована практическая значимость результатов работы.
В первой главе проведен анализ основных положений теории рисков с использованием:
ретроспективного обзора развития теории рисков;
субъектно-объектного подхода к исследованию процессов взаимодей ствия структурных элементов в теории риска;
классификации рисков по различным признакам.
Теория рисков рассмотрена с позиции инструмента анализа техногенной опасности, основанного на построении прогностических моделей будущих негативных явлений с учетом вероятности их реализации и оценке интеграль ных показателей с последующим сравнением с приемлемыми уровнями.
Проведенный анализ показал, что теория рисков является удобным и ра ботоспособным инструментом, позволяющим проводить анализ техногенной опасности, строить прогностические модели возможных негативных явлений и разрабатывать мероприятия, направленные на повышение уровня безопасности.
В работах Акимова В.А., Белова П.Г., Быкова А. А., Елохина Н.А., Козл тина А.М., Котляревского В.А., Лисанова М.В., Маршалла В., Мастрюкова Б.С., Махутова Н.А., Меньшикова В.В., Одишария Г.Э., Сафонова В.С., Хусниярова М.Х., Швыряева А.А., Шебеко Ю.Н., Яковлева В.В. и других исследователей обоснованы методы оценки техногенного риска на опасных объектах.
Последние десятилетия исследования по совершенствованию методоло гии анализа риска были направлены на конкретизацию математических моде лей путем учета разнообразных факторов, влияющих на результаты расчета риска, которые ранее принимались в упрощенном виде в качестве допущений моделей, а также разработку новых математических моделей. В числе таких допущений выступают: поведение человека в условиях опасности, особенности режима работы персонала, распределение людей на площадке, эффект экрани рования термического излучения объектами и т.д.
Проведен анализ структуры принятой методологии анализа риска и опре делено место проведенного исследования в общей системе. Показано, что для таких этапов оценки риска как оценка частот возникновения аварий, определе ние количества, продолжительности и особенностей выбросов в атмосферу опасных веществ, расчет полей поражающих параметров, определение количе ства пострадавших, оценка ущерба накоплена достаточная методическая база, позволяющая решать поставленные задачи.
Расчет таких показателей как потенциальный, индивидуальный, коллек тивный риски не имеет достаточной методической базы. Для расчета указанных показателей в практике применяются два подхода:
1. Методика определения расчетных величин пожарного риска.
2. Используемый в практике подход, основанный на расчете коллективно го риска как математического ожидания количества погибших людей.
Схемы проводимых расчетов приведены на рисунках 1 и 2.
Результаты анализа двух изложенных подходов и пути улучшения приве дены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты анализа двух предложенных подходов и пути улучшения комплекса методик Подход 1 Подход 2 Направления улучшения При определении вероятности поражения человека тепловым Требуется совершенствова излучением предполагается одинаковый уровень теплового ние метода оценки вероятно излучения при перемещении человека из исходной позиции в сти поражения с учетом пе безопасную зону. ремещения человека в без опасную зону.
При построении полей потенциального риска не учитывается Требуется разработка мето вклад от линейных источников опасности. дики построения полей по тенциального риска для ли нейных объектов.
Не учитывается перенос об- При оценке количества по- Необходимо разработать ме лака ТВС под воздействием гибших проводится оценка тодику построения полей по ветра. количества погибших для тенциального риска для ава случая взрыва в точке выбро- рий и ЧС, связанных с дрей са и случая переноса облака фом облака ТВС.
на фиксированное расстоя ние.
Показатели индивидуального Показатели потенциального Необходимо разработать ме риска связаны с результатами и индивидуального риска не тодику, позволяющую осу расчета потенциального рис- связаны. Индивидуальный ществлять оценку индивиду ка, но для ограниченного риск оценивается как осред- ального риска на основе по числа областей, что ведет к ненный показатель для всего лей потенциального риска с чрезмерному завышению персонала объекта, без раз- учетом вероятности пребы результатов расчетов биения на группы. вания человека на террито рии объекта.
Проведенный анализ показал необходимость совершенствования суще ствующих подходов к оценке техногенного риска в части расчета показателей потенциального, индивидуального и коллективного рисков. Структура предла гаемого методического подхода к оценке техногенного риска в части расчета показателей потенциального, индивидуального и коллективного рисков будет иметь вид, представленный на рисунке 3.
P N Rк i i i Rк Rи Nр Рисунок 1 – Структура проводимых расчетов с Рисунок 2 – Структура проводимых расче использованием первого подхода тов с использованием второго подхода Изложенный порядок расчета по казателей риска поз воляет производить оценку интегральных показателей техно генного риска с уче том предложенных улучшений.
Рисунок 3 – Структура предлагаемого методического подхода Проведенный анализ показал, что существует множество моделей и методик оценки техно генного риска или их комбинаций. Формирование комплекса методик осу ществляется исходя из видов опасностей, которые могут реализоваться на дан ном опасном объекте.
Во второй главе на основе выявленных недостатков существующих под ходов к оценке техногенного риска разработаны методики, позволяющие учи тывать соответствующие факторы.
На основе выбора методов моделирования поражающих параметров осу ществлено уточнение существующего метода расчета вероятностей поражения людей тепловым излучением. Получены аналитические зависимости, позволя ющие учесть уменьшение теплового излучения при перемещении человека в безопасную зону для различных точечных и линейных источников опасности.
Существующий подход полагал, что интенсивность теплового излучения принимается постоянной и равной уровню, который достигается в начальной точке.
Идея необходимости оценки уменьшения интенсивности теплового излу чения по мере движения человека при оценке вероятности поражения принад лежит Яковлеву В.В. В соответствии с предложенной моделью оцениваются вероятности поражения человека (ожоги 1-ой, 2-ой и 3-ей степени) с использо ванием показателя дозы накопленного тепла телом человека и инструментария вычисления параметров нормального закона распределения накопленной теп ловой энергии человеком.
Предложенный метод разработан на основе подхода основанного на про бит-анализе. В качестве показателя характеризующего дозу полученного тепло вого излучения принято выражение, входящее в логарифм в пробит-функции в классической постановке задачи.
Выражения для определения вероятности поражения человека при горе нии круглой плоской лужи, полученные с использованием подхода, основанно го на теории пробит-анализа имеют вид:
без ( )= () + ( `) `, (1) реак ( ) = 12,8 + 2,56 (), (2) где Pr(r) – составляющая верхнего предела интегрирования интеграла Гаусса, принятого в пробит-анализе;
rбез – расстояние от центра пролива, соответству ющее интенсивности теплового излучения меньше 4 кВт/м2;
r – текущее место расположение человека, м;
q(r) – зависимость интенсивности теплового излу чения от расстояния от геометрического центра пролива до точки наблюдения (определяется по существующим методикам) кВт/м2;
tреак – время, затрачивае мое человеком на принятие решения о перемещении в безопасную зону;
V – скорость движения человека в безопасную зону, м/с.
Основываясь на полученных результатах для одномерного случая пожара пролива круглой плоской лужи, результаты были обобщены для более сложных случаев источников теплового излучения, имеющих нетривиальные геометри ческие характеристики, такие как факельное горение струи пламени на точеч ном источнике опасности с учетом вероятности реализации горизонтально и вертикально ориентированного факела, а также на линейные объекты с учетом возможности появления двух разнонаправленных факелов.
Предложен комплексный подход к построению полей потенциального риска, учитывающий различные подходы к определению вероятности пораже ния людей, располагающихся в зданиях и на открытой площадке.
Для оценки потенциального риска территория делится на конечное число зон, в пределах которых потенциальный риск принимается постоянным. Для зонирования территории применен метод наложения сетки (см. рисунок 4).
Определяется область оценки риска (xmin, xmax, ymin, ymax), точность проведения расчетов x, y – шаг расчетов и рассчитывается некоторое множество значе ний потенциального риска Rп.т.ij для координатного поля (xi,yj).
Некоторые виды поражения, такие как термическое поражение человека от пожара разлива, факельного горения струи, пожара вспышки с источниками опасности на открытой площадке не имеет прямого воздействия на людей, рас положенных внутри зданий, т.о. в точках расположения зданий на территории потенциальный территориальный риск стремится к нулю.
Для воздушной ударной волны взрыва топливовоздушной смеси (ТВС) структура пораженных характеризуется степенью разрушения зданий, т.о. рас чет условной вероятности поражения должен проводиться по зависимостям, отражающим вероятность поражения человека в зависимости от степени раз рушения здания.
Предложена методика расчета индивидуального риска, учитывающая нестационарность рабочих мест персонала. Мето дика предусматривает модели рование поля распределения ве роятности пребывания персона ла в различных зонах террито рии объекта на основе сведений о режиме работы персонала с Рисунок 4 – Наложение расчетной сетки на объект и учетом:
графическое отражение способа определение обла 1. Времени пребыва стей, в пределах которых возможно появление пер ния работника в различных точ сонала (1 – административно-бытовой корпус, 2 – резервуарный парк, 3 – емкости аварийного слива, 4 ках территории в течение рабо – насосная, 5 – ж/д эстакада, 6 – емкости противо чего дня.
пожарного запаса воды) 2. Характера рабочего места (стационарное рабочее место, нестационарное).
3. Особенностей режима работы (пятидневная рабочая неделя, работа посменно, отпуск и т.д.).
Три варианта пребывания персонала на рабочих местах и способы моде лирования плотности распределения вероятности пребывания персонала:
1. Стационарные рабочие места. Как правило, стационарные рабочие места располагаются в зданиях, т.о. моделирование плотности распределения вероятности пребывания персонала не требуется. Для осреднения достаточно соотнести полученную вероятность пребывания персонала центру здания, в ко тором расположено рабочее место.
2. Нестационарные рабочие места. Определяется область, в которой возможно пребывания персонала. Полагается равномерность распре деления времени пребывания персонала в различных точках про странства внутри этой области (см. рисунок 4 – квадраты, выделенные серым цветом). Если имеется достаточно исходных данных, террито рия может быть разбита на области, в которых определено среднее время пребывания персонала в течение дня, и данный расчет может быть осуществлен отдельно по каждой области.
3. Комбинированные рабочие места. Рабочие места только 1 или 2 типа встречаются достаточно редко, имеют место комбинированные вари анты. В данном случае условная вероятность поражения делится про порционально времени пребывания персонала на стационарных и не стационарных рабочих местах.
Вероятность пребывания человека – представителя группы m в пределах каждого квадрата (квадраты, выделенные серым цветом на рисунке 4) составля ет:
=, (3) где qm – вероятность пребывания персонала группы m в пределах выбранной области;
Nm – количество площадок территории объекта, в пределах которых наиболее вероятно появление персонала группы m.
Вероятность пребывания работника на территории объекта в течение года при работе по фиксированному графику составляет:
д г =, (4) 24 где nmд/24 – поправка, характеризующая вероятность пребывания человека на территории в течение дня, при nmд часовом рабочем дне;
nmг/365 – поправка, ха рактеризующая вероятность нахождения сотрудника на территории объекта в течении года c учетом ежегодного отпуска, nmг – число рабочих дней в течение года.
Для реального объекта сетка разбиения может быть выбрана произволь но, при этом будет составлять около 1 метра. Для площадки размером 400х400 метров с учетом шага 1 метр и при рассмотрении 50 сценариев опас ных событий суммарное количество расчетов потенциального территориально го риска составляет 8 000 000 итераций. Выполнение подобного количества расчетов без применения компьютерных технологий невозможно.
При применении разработанного подхода расчет индивидуального риска осуществляется по формуле (5), при этом в качестве зон используется всё мно жество площадок, полученных в результате разбиения территории путем нало жения сетки:
=, и п.т. (5) Rп.т.ij – расчетная величина потенциального риска, соответствующая центру площадки ij;
Fijm – вероятность пребывания персонала группы m в пределах площадки ij.
Еще одной интегральной мерой опасности объекта для людей является коллективный риск, определяющий ожидаемое количество пострадавших в ре зультате аварий на объекте за определенный период времени.
Коллективный риск определяется на основе индивидуального риска с учетом числа рискующих:
=, (6) кол и где Rиm – индивидуальный риск персонала группы m;
Nm - число рискующих m ой группы людей.
Разработана методика построения полей потенциального риска для ава рий с образованием топливовоздушных смесей в открытом пространстве, со провождающихся взрывами и сгоранием облака по модели «пожар-вспышка» с учетом их дрейфа.
Величина потенциального риска в точке с полярными координатами (r,) при учете дрейфа облака будет иметь вид:
п.т. (, )= пор (,,, ) вет ( ) во ( ), (7) взр где Pвзр – вероятность реализации сценария, связанного с образованием облака и его последующим взрывом;
Pпор(r,,L,) – вероятность поражения человека в точке с полярными координатами (r,) при воспламенении смеси на расстоянии L от источника выброса и реализации ветра направления ;
вет() – плотность распределения вероятности повторяемости направлений ветра в зависимости от направления, получается с использованием линейной аппроксимации обобщен ных данных по розе ветров, характерной для данной географической зоны (8);
во(L) – плотность распределения вероятности воспламенения облака на пути миграции в зависимости от расстояния от источника выброса облака ТВС.
( ) при + для = 1.. 1;
вет ( )= (8) ( ) при + 2, 7,6 10 при 0 30;
0, при 30 1200;
во ( )= (9) 1,667 10 при 1200 1405;
0 при 1405.
Полученные аппроксимации плотности распределения вероятности по вторяемости направления ветра и плотности распределения условной вероятно сти воспламенения облака на пути миграции корректно описывают процессы миграции облака и не противоречат теореме о полной группе событий.
Разработана методика построения полей потенциального риска для ли нейных объектов малой протяженности.
Риск в точке О (см. рису нок 5) определяется суммой мультипликаций вероятностей реализации опасных явлений на участке dt и условных вероят ностей поражения человека при реализации опасностей на участке dt. Вероятность возник новения аварии на участке тру Рисунок 5 – Схема трубопровода бопровода в общем случае бу дет являться плотностью распределения вероятностей P0(t). Как правило, веро ятность реализации опасных явлений на выбранном участке трубопровода яв ляется постоянной.
Риск в точке О определяется выражением:
(, ) = ( ) +( ), (10) где L – длина участка трубопровода;
P0(t) – плотность распределения вероятно сти реализации опасных событий в точке t;
( (,, )) = +( ) – одномерная функция зависимости вероятности поражения человека от рас стояния от источника опасности до места наблюдения, рассчитанная по суще ствующим методам.
На рисунке приведены изолинии потенциального риска 1,00E- для участка трубопро 1,00E- вода, имеющего не 1,00E- 4 большую длину. На Трубопровод 2 рисунке отчетливо 0 видна степень влияния -5 0 5 краевых эффектов на Рисунок 6 – Вид изолиний потенциального риска картину потенциально го риска для непротяженного участка трубопровода.
Предложенная математическая модель позволяет учитывать краевые эф фекты и строить поля потенциального риска для произвольно ориентированных трубопроводов, имеющих сложную разветвленную структуру и оценивать вклад в суммарный потенциальный территориальный риск для площадочных объектов, которые имеют в своем составе не только точечные, но и линейные объекты.
Для построения полей потенциального территориального риска для пло щадочных объектов, включающих как точечные, так и линейные объекты опас ности необходимо перейти от фиксированной системы отсчета (Lx,h) к произ вольной системе отсчета (x,y). Трубопровод длинной L будет иметь координаты начала – (x1, y1) и конца – (x2, y2). Выражения (11) действительны при располо жении всего участка трубопровода внутри первого квадранта координатной сетки, а также выбора начальной и конечной точки трубопровода исходя из условия x1x2.
=, =, (11) ( ), = + ( ), = + (, )= +, (, ) = +, при x1, x2, y1, y20, x1x2.
Потенциальный территориальный риск в точке О от аварий на линейном объекте:
(, )= (, )+( (, ) ) ( ). (12) Таким образом, поле потенциального риска на площадочном объекте бу дет формироваться как суперпозиция полей потенциального риска от точечных и линейных объектов:
п.т. (, )= п.т._точ (, )+ п.т.лин (, ). (13) Рисунок 7 – Расположение трубопровода в произвольной системе координат С точки зрения риск-менеджмента предложенные математические модели позволяют обосновывать безопасное расположение оборудования, зданий и со оружений, а также управлять режимом работы персонала опасных объектов на основе анализа полей потенциального риска и показателей индивидуального и коллективного рисков.
В третьей главе приведены результаты алгоритмизации процесса оценки техногенного риска на объектах топливно-энергетического комплекса.
Общий алгоритм оценки риска представлен на рисунке 8.
В рамках исследования алгоритмизированы два наиболее сложных эле мента общего алгоритма:
1. Расчет последствий опасных явлений.
2. Оценка интегральных показателей риска.
Каждая стадия, входящая в об щий алгоритм анализа риска, может быть также представлена в виде алго ритма. В свою очередь полученные ал горитмы могут быть детализированы несколькими уровнями алгоритмов.
Проведенный анализ показал, что алгоритм оценки рисков представ ляет собой сложную разветвленную структуру, включающую вспомога тельные алгоритмы, позволяющие строить поля вероятностей смертель ного поражения людей и вероятностей полной утраты стоимости основных фондов.
Выбор необходимого набора вспомогательных алгоритмов осу ществляется исходя из результатов Рисунок 8 – Общий алгоритм анализа риска проведенной идентификации опасно стей и построения сценариев реализа ции опасных явлений.
Разработанный комплект алгоритмов может быть дополнен иными вспо могательными алгоритмами, описывающими другие опасные процессы, такие как выброс химически опасных веществ, радиоактивно опасных веществ. При этом общие алгоритмы не претерпят изменения.
Разработанные алгоритмы реализованы в виде комплекта программных модулей с использованием существующих математических программ и про грамм работы с таблицами.
Проведенный анализ показал, что предложенный подход более предпо чтителен по сравнению с используемыми на практике. Разработка автоматизи рованной методики на основе предложенных алгоритмов в виде конечного про граммного продукта позволит проводить расчеты по оценке риска в автомати ческом режиме, тем самым время разработки значительно сократится, а вероят ность ошибки значительно снизится.
В четвертой главе приведены результаты оценки риска на типовых пло щадочных объектах топливно-энергетического комплекса – нефтеперекачива ющей станции (НПС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Проведен анализ возможных опасностей, оценка частот реализации опас ных явлений и определено количество, продолжительность и особенности вы бросов в атмосферу опасных веществ.
Определена форма представления исходных данных, удобная для реали зации подалгоритмов «Расчет последствий опасных явлений» и «Оценка инте гральных показателей риска».
На рисунках 9 – 10 приведены поля потенциального риска для типовых объектов топливно-энергетического комплекса.
Приведены результаты расчета интегральных показателей риска (таблицы 2-3).
Таблица 2 – Сведения об индивидуальном риске для персонала объекта нефтеперекачиваю щей станции № Наименование должностей Численность Индивидуальный Индивидуальный и профессий группы риск риск п/п (по разраб. ком- (по сущ. методи плекс. методике) ке) 1 Административно управленческий персонал и 7 3,53E-06 6,66E- ИТР 2 Бухгалтерия, секретарь 4 3,97E-07 6,66E- 3 Персонал, обслуживающий 2 7,04E-06 1,19E- электрооборудование 4 Ремонтный персонал 5 1,34E-05 1,19E- 5 Вспомогательный персонал 2 3,97E-06 1,19E- 6 АРС 12 1,57E-06 1,53E- 7 Операторы НПС 8 7,34E-07 1,45E- 8 Дежурный ремонтный пер- 8 9,90E-06 1,53E- Наименование должностей Численность Индивидуальный Индивидуальный № и профессий группы риск риск п/п (по разраб. ком- (по сущ. методи плекс. методике) ке) сонал 9 Водители 4 9,94E-08 3,33E- 10 Водитель автопогрузчика 1 2,23E-05 1,19E- 11 Начальник охраны 1 3,53E-06 6,66E- 12 Персонал охраны 12 9,19E-06 1,25E- 13 Лаборант-химик 1 1,63E-06 2,16E- Расчетное значение коллективного риска составляет 3,57·10-4 и 2,76·10- соответственно.
Таблица 3 – Сведения об индивидуальном риске для персонала теплоэлектроцентрали № Наименование должно- Численность Индивидуальный Индивидуальный п/п стей и профессий группы риск риск (по разраб. ком- (по сущ. методи плекс. методике) ке) 1 Административно управленческий персо- 32 2,30E-07 2,16E- нал и ИТР 2 Бухгалтерия, 31 1,39E-07 2,16E- 3 Персонал главного кор 108 1,46E-07 2,16E- пуса 4 Персонал химцеха 56 1,79E-08 1,07E- 5 Персонал, обслуживаю щий электрооборудова- 17 2,61E-07 2,16E- ние 6 Ремонтный персонал 12 4,44E-07 2,27E- 7 Вспомогательный пер 9 1,68E-07 8,97E- сонал 8 АРС 32 2,36E-08 8,97E- 9 Дежурный персонал 16 3,15E-07 3,74E- топливного хозяйства 10 Водители 32 3,47E-08 2,16E- 11 Начальник охраны 1 2,30E-07 2,16E- 12 Персонал охраны 36 4,00E-07 2,27E- Расчетные значения коллективного риска составляет 6,13·10-5 и 6,5·10- соответственно.
Рисунок 9 – Поле потенциального риска для нефтеперекачивающей станции (1. Административно-бытовой корпус;
2. Нефтенасосная;
3. Операторная;
4. Котельная;
5. Лаборато рия;
6. Ремонтно-механическая мастерская;
7. РВСП-10000 м3 х5 шт.) Рисунок 10 – Поле потенциального риска для теплоэлектроцентрали (1. Железнодорожная эстакада;
2. Приемная емкость;
3. Насосная;
4. Резервуарный парк;
5. Склад ма сел;
6. Склад химреагентов;
7. Химркорпус;
8. Объединенный вспомогательный корпус;
9. Главный корпус.) Разница в полученных результатах обусловлена учетом вклада в форми рование полей потенциального риска линейных объектов и дрейфа облака топ ливовоздушной смеси. Линейные объекты нефтеперекачивающей станции об ладают повышенным потенциалом опасности в силу значительных объемов нефти, содержащихся в нефтепроводах и высокой производительности пере качки нефти. Учет дрейфа облаков топливовоздушной смеси изменяет вид по лей потенциального риска по сравнению со стационарной постановкой задачи:
на небольшом удалении от источников опасности наблюдается снижение уров ней потенциального риска, на значительном удалении – повышение.
Принятые на объектах архитектурно-строительные решения по плани ровке территории являются достаточно удачными с точки зрения риск-анализа.
Это обусловлено удаленностью постоянных рабочих мест от источников опас ности (резервуаров, трубопроводных систем).
Апробация предложенных методов и алгоритмов показала их работоспо собность при проведении риск-анализа опасных производственных объектов.
Выявлены основные закономерности и наиболее значимые факторы, вли яющие на показатели риска, а также направления выбора мероприятий по сни жению уровня риска.
В заключении сформулированы основные результаты исследований:
1. Предложен усовершенствованный метод, позволяющий учесть умень шение теплового излучения при перемещении человека в безопасную зону. Снято ранее наложенное допущение о расчете вероятности пора жения для пикового значения интенсивности теплового излучения и его постоянстве при перемещении в безопасную зону.
2. Предложен подход к расчету индивидуального риска, учитывающий нестационарность рабочих мест персонала.
3. Разработана методика построения полей потенциального риска для аварий с образованием топливовоздушных смесей в открытом про странстве, сопровождающихся взрывами и сгоранием облака по модели «пожар-вспышка» с учетом их дрейфа.
4. Разработана методика построения полей потенциального риска для ли нейных объектов малой протяженности, позволяющая учитывать сов местное влияние линейных и точечных объектов на формирование по ля потенциального риска.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Бызов А.П. Моделирование процесса формирования полей потенциального риска при авариях на опасных производственных объектах с учетом дрейфа облака топ ливовоздушной смеси / А.П. Бызов, С.В. Ефремов // Безопасность Жизнедеятельно сти. 2011. № 8. – С. 43–46.
2. Бызов А.П. Оценка вероятности поражения человека тепловым излучением с уче том перемещения в безопасную зону / А.П. Бызов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2011. № 3 (130).– С. 247–252.
3. Бызов А.П. Моделирование полей потенциального риска для линейных объектов / А.П. Бызов, С.В. Ефремов // Безопасность в техносфере. 2011. № 6.– С. 7–10.
4. Бызов А.П. Определение вероятности поражения с использованием пробит-функции / А.П. Бызов // Проблема риска в техногенной и социальных сферах. Тезисы семинара.
Выпуск 6. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – С. 17–19.
5. Бызов А.П. Исследование показателей и методик оценки риска / А.П. Бызов // XXXVII Неделя науки СПбГПУ: материалы Всероссийской межвузовской научной конференции студентов и аспирантов. Ч.XIII. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – С. 80–81.
6. Бызов А.П. Оценка потенциального территориального риска для линейных объектов / А.П. Бызов // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно практической конференции. Ч. XII. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. – С. 23–27.
7. Бызов А.П. Расчет показателей техногенного риска / А.П. Бызов // Фундаментальные ис следования и инновации в национальных исследовательских университетах: материалы XV Всероссийской конференции. Том 4.– СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.– С. 90–91.