Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

Вероятность ЧП Е

при условии Е

обозначают Р{Е

\Е

}. Справед-

ливы следующие соотношения (Р{Д} ф О, Р{Е

} ф 0):

Р{Е

) = Р{Е

)\ • Р{Е

\Е

) = Р{Е

} • Р{Е

\Е

}. (11.15)

Вычислим условную вероятность несчастного случая ТУпри усло-

вии, что произошла авария А. Общее число случаев, в которых насту-

пает авария А, равно п

= п

- + n

. Тогда вероятность

P{N\A} = n

. (11.16)

Если ЧП Е\ и Е

независимые, т. е. если Р{Е

|Е

} = Р{Е

} и

Р{Е

|Е,} = Р{Е

}, ТО

Р{Е

) = Р{Е

}Р{Е

}. (11.17)

Распространяя эту формулу на п взаимно независимых ЧП Е

, Е

..., Е

, получим

p\lLE

\ = np{E

}. (11.18)

[i=l,n J '=1

Если события нельзя считать независимыми, то справедливо бо-

лее сложное выражение

(11.19)

Условные вероятности, входящие в выражение (11.19), эмпириче-

ски определить трудно или невозможно. Поэтому всегда стараются

поставить задачу так, чтобы воспользоваться более простой форму-

лой (11.18).

11.1.2. Качественный анализ опасностей

Общий подход к анализу опасностей. Анализ опасностей позволяет

определить источники опасностей, потенциальные н-ЧП, ЧП-ини-

циаторы, последовательности развития событий, вероятности ЧП,

величину риска, величину последствий, пути предотвращения ЧП и

смягчения последствий.

На практике анализ опасностей начинают с грубого исследова-

ния, позволяющего идентифицировать в основном источники опас-

ностей. Затем при необходимости исследования могут быть углубле-

ны и может быть проведен детальный качественный анализ. Выбор

того или иного качественного метода анализа зависит от преследуе-

341

мой цели, предназначения объекта и его сложности. Установление

логических связей необходимо для расчета вероятностей ЧП. Методы

расчета вероятностей и статистический анализ являются составными

частями количественного анализа опасностей. Когда удается оценить

ущерб, то можно провести численный анализ риск. При анализе

опасностей всегда принимают во внимание используемые материа-

лы, рабочие параметры системы, наличие и состояние контроль-

но-измерительных средств. Исследование заканчивают предложе-

ниями по минимизации или предотвращению опасностей. Главные

этапы анализа опасностей показаны на рис. 11.6.

Качественные методы анализа опасностей включают: предвари-

тельный анализ опасностей, анализ последствий отказов, анализ

опасностей с помощью дерева причин, анализ опасностей с помощью

дерева последствий, анализ опасностей методом потенциальных от-

клонений, анализ ошибок персонала, причинно-следственный ана-

лиз.

Предварительный анализ опасностей (ПАО) обычно осуществляют

в следующем порядке:

— изучают технические характеристики объекта, системы, про-

цесса, а также используемые энергетические источники, рабочие сре-

ды, материалы; устанавливают их повреждающие свойства;

— устанавливают законы, стандарты, правила, действия которых

распространяются на данный технический объект, систему, процесс;

— проверяют техническую документацию на ее соответствие за-

конам, правилам, принципам и нормам стандартов безопасности;

— составляют перечень опасностей, в котором указывают иден-

тифицированные источники опасностей (системы, подсистемы,

компоненты), повреждающие факторы, потенциальные ЧП, выяв-

ленные недостатки.

При проведении ПАО особое внимание уделяют наличию взры-

вопожароопасных и токсичных веществ, выявлению компонентов

объекта, в которых возможно их присутствие, потенциальным ЧП от

неконтролируемых реакций и при превышении давления. После того

как выявлены крупные системы технического объекта, которые явля-

ются источниками опасности, их можно рассмотреть отдельно и бо-

лее детально исследовать с помощью других методов анализа, опи-

санных ниже.

Анализ последствий отказов (АПО) — преимущественно качест-

венный метод идентификации опасностей, основанный на систем-

ном подходе и имеющий характер прогноза. Этим методом можно

оценить опасный потенциал любого технического объекта. АПО

обычно осуществляют в следующем порядке:

342

Рис. 11.6. Процедура анализа опасностей

Рис. 11.8. Схема управления

пуском машины (пример)

— техническую систему (объект)

подразделяют на компоненты;

— для каждого компонента вы-

являют возможные отказы, исполь-

зуя, например, алгоритм, представ-

ленный на рис. 11.7;

— изучают потенциальные ЧП,

которые может вызвать тот или иной

отказ на исследуемом техническом

объекте;

— результаты записывают в виде

таблицы;

— отказы ранжируют по опасно-

стям и разрабатывают предупреди-

тельные меры, включая конструкци-

онные изменения.

Анализ последствий отказов может

выявить необходимость применения

других, более емких методов иденти-

Рис. 11.7. Алгоритм исследования фикации опасностей. Кроме того, в

отказов результате анализа отказов могут быть

собраны и документально оформлены

данные о частоте отказов, необходимые для количественной оценки

уровня опасностей рассматриваемого технического объекта.

Рассмотрим пример. На рис. 11.8 представлена схема управления с двумя кнопка-

ми Д и Л

, которые при нажатии на них замыкают контакты B

и В

, при этом включает-

ся катушка реле Я и производится пуск машины (не показана).

Результаты выполненного АПО представлены в табл. 11.5. Отметим только, что

опасность возникает, если происходит ЧП — случайный пуск машины. Обозначим:

L — короткое замыкание между точками 1 и /Д — замыкание /-го контакта вследст-

вие нажатия кнопки; B

— замыкание /-го контакта вследствие механического повреж-

дения. Тогда для ЧП М — случайный пуск машины при исправном реле — имеем сле-

дующую логическую формулу: М= L + (В, + Д) * (В

+ Д).

Анализ опасностей с помощью дерева причин потенциального ЧП

(АОДП) обычно выполняют в следующем порядке. Сначала выбира-

344

ют потенциальное ЧП (например, н-ЧП или какой-либо отказ, кото-

рый может привести к н-ЧП). Затем выявляют все факторы, кото-

рые могут привести к заданному ЧП (системы, подсистемы, собы-

тия, связи и т. д.). По результатам этого анализа строят ориентиро-

ванный граф. Вершина (корень) этого графа занумерована

потенциальным ЧП. Поэтому граф является деревом. В нашем случае

дерево состоит из всех тех причин-событий, которые делают возмож-

ным заданное ЧП. При построении дерева можно использовать сим-

волы, представленные в табл. 11.6.

Таблица 11.5. Представление результатов АПО для схемы управления

с двумя кнопками

Компонент

Наименование

отказа, инци-

дент

Генерируемые

последствия

Потенциальное

ЧП

Предупредитель-

ные меры

Участок

цепи — линия

11'

Короткое за-

мыкание между

точками 11'

Включение

катушки реле,

случайный

пуск машины "

Несчастный

случай

Инструктаж

персонала

Кнопка толь-

ко А

или толь-

ко А

Случайное

нажатие (инци-

дент)

Без немед-

ленных послед-

ствий

Без немед-

ленных послед-

ствий; снижа-

ется уровень

безопасности

Определить

частоту инци-

дента

Контакты

только 2?, или

только В

Случайное

замыкание

вследствие ме-

ханического

повреждения

То же То же

Определить

частоту отказа

Участок

цепи — линия

22'

Обрыв про-

вода

Нельзя вклю-

чить машину

Без немед-

ленных послед-

ствий

Не требуется

Проведение АОДП возможно только после детального изучения

рабочих функций всех компонентов рассматриваемой технической

системы. На работу системы оказывает влияние человеческий фак-

тор, например возможность совершения оператором ошибки. Поэто-

му желательно все потенциальные инциденты — «отказы операто-

ров» — вводить в содержание дерева причин. Дерево отражает стати-

ческий характер событий. Построением нескольких деревьев можно

отразить их динамику, т. е. развитие событий во времени.

345

Таблица 11.6. Элементы и символы, используемые для построения дерева

причин потенциального ЧП

№ п/п Элемент и его символ

Комментарий

Вход I

Элементы «Вход» обозначают соот-

ветствующие ЧП

Элемент НЕ представляет отрицание.

Если на входе / = 0, то выход R = 1, и на-

оборот

0 1

Элемент ИЛИ

I Е=Е

+Е

Элемент ИЛИ может иметь любое

число входов. Здесь показано два: Е

и Е

\ЕХ

№

1 1

0 1 1 1

Элемент И

Е=Е

*Е

Элемент И может иметь любое число

входов. Здесь показано два: Е

{

и Е

\Ех

\Ег

0 0 0

Ремарка

Элемент служит для описания входа,

выхода, логических связей

Перенос входа а,б

Элемент говорит о том, что построе-

ние графа будет продолжено в другом

месте

346

Рис. 11.9. Примерная схема — вариант аварийного охлаждения зоны ядерной

энергетической установки

Рассмотрим пример. Допустим, что ядерная энергетическая установка (ЯЭУ)

включает первый контур (рис. 11.9), состоящий из реактора 7, парогенератора 2, глав-

ного циркуляционного насоса (ГЦН) 3 и главных циркуляционных трубопроводов 4,

заполненных теплоносителем — водой (в процессе работы реактора вода получает вы-

сокую наведенную радиоактивность). В парогенераторе вода охлаждается и, отдав теп-

лоту теплоносителю второго контура, возвращается ГЦН в реактор для охлаждения

твэлов. Перегрев оболочек твэлов и их разрушение можно рассматривать как катастро-

фу. Поэтому все ЯЭУ снабжены системами аварийного охлаждения активной зоны ре-

актора — САОЗ, которые обеспечивают отвод теплоты из активной зоны в случае раз-

герметизации циркуляционного контура и потери теплоносителя. САОЗ включает на-

сосы низкого (ННД) 17и 18и высокого (НВД) 9и /^давления, гидроаккумулятор (ГА)

23, в котором вода находится под давлением азота 24, и баки запаса воды и раствора

борной кислоты 13 и 16. Условно примем следующий порядок работы САОЗ при боль-

шой разгерметизации циркуляционного контура: сначала работает САОЗ высокого

давления (ВД), состоящая из НВД и необходимой арматуры, затем работает САОЗ низ-

кого давления (НД) — ГА и ННД. В процессе эксплуатации ЯЭУ при возникновении

«малых» течей допускается временная работа без аварийной остановки; при этом про-

исходит автоматическая компенсация теплоносителя (работают компенсаторы, барбо-

|тер) или принимаются другие срочные меры к локализации течи и устранению загряз-

нений помещения радиоактивностью.

347

ЧП:

отказ САОЗ

Отказ САОЗ ВД

5=1

X»

Отказ системы

нвд

id [=1

5=1

Отказ левой

ветви

Отказ правой

ветви

2П

Отказ САОЗ НД

Отказ системы ГА

Отказ системы

ННД

5=1

Отказ ННД

Рис. 11.10. Дерево причин потенциального ЧП — отказа САОЗ ЯЭУ

Задаем потенциально возможное ЧП, ведущее к катастрофе,— отказ САОЗ. Нахо-

димы все компоненты системы, которые могут привести к отказу САОЗ. Перечень

компонентов X

дан в табл. 11.7. Используя материал § 11.1.1, устанавливаем логиче-

ские связи и строим дерево причин (рис. 11.10). Общая формула ЧП «отказ САОЗ» име-

ет вид:

K=X

+ (X

+ X

)*(X, + X

+ XJ + X

+ X

+ XN + X

+ X+ X., + X.

+ Х

1П

+ Х

. + Х„ + + X,..

В этом выражении Х

(

одновременно являются наименованиями отказов и их инди-

каторами, которые принимают значение: 1 — ЧП произошло и 0 — отсутствие ЧП.

Дерево причин показывает, что критическими компонентами являются 5, 6, 13,

14, 15, 16, 19, 20, 21, 22, 23, 24, так как отказ одного из них достаточен для того, чтобы

вызвать катастрофу.

348

Таблица 11.7. Перечень компонентов САОЗ ЯЭУ

Номер компонента

и индекса

Компонент

Наименование отказа Х

]

САОЗ ВД

Задвижка

Закрыта

Обратный клапан

Закрыт

Задвижка Закрыта

Насос высокого давления Не работает

Задвижка Закрыта

Емкость

Нет воды

Задвижка

Закрыта

САОЗ НД

Азот гидроаккумулятора Нет давления

Емкость гидроаккумулятора Нет воды

Обратный клапан

Закрыт

Обратный клапан

Закрыт

Обратный клапан

Закрыт

Задвижка Закрыта

Насос низкого давления с запорной Не работает

арматурой

Насос низкого давления с запорной Не работает

арматурой

Емкость

Нет воды

Задвижка Закрыта

После завершения АОДП можно от качественных характеристик

приступить к количественному анализу.

Во многих случаях представление о состоянии систем, альтерна-

тивных путях протекания и результатах какого-либо процесса можно

создать с помощью более простого графа. Рассмотрим его построение

на примере трех параллельно работающих компонентов А

и А

(рис. 11.11). Исходным пунктом является кружок, который представ-

ляет в общем виде рассматриваемое состояние. Из этого узла ветви

ведут к узлам, представляющим состояние первого компонента (в со-

ответствии с заданными вероятностями), и таким же образом дальше

от каждого из этих узлов к следующим, в которых указаны состояния

второго и третьего компонентов, пока на выходе не получаются все

возможные комбинации событий. В результате получается дерево со-

бытий, в котором каждый путь от исходной точки до конечного узла

349

10-

, 0,999)

,0,999J

10-

^0,999 j

10-з>

Ю-

,0,999V

10-

,0,9997

10-

v 0,9997

10-

Рис. 11.11. Дерево событий при аварии трех параллельно работающих

компонентов

описывает одну из эволюций системы. В прямоугольниках справа от

конечных узлов на рис. 11.11 еще раз указан результат события, со-

ответствующий пути к этому конечному узлу. В рассматриваемом

примере с тремя параллельно работающими компонентами в пря-

моугольниках указаны результирующие вероятности для состояния

системы, которые при независимости выхода из строя отдельных

компонентов получаются простым перемножением отдельных ве-

роятностей (вероятность ЧП в рассматриваемый отрезок времени

принята одинаковой для каждого из трех компонентов: q

= 10~

;

/= 1, 2, 3).

Анализ опасностей с помощью дерева последствий потенциального

¥77(АОДПО) отличается от АОДП тем, что в случае АОДПО задается

потенциальное ЧП — инициатор и исследуют всю группу собы

тий — последствий, к которым оно может привести. Таким образом,

350