Сугак Е.В., Кучкин А.Г., Окладникова Е.Н. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 1. Техногенная безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева

Е. В. Сугак, А. Г. Кучкин, Е. Н. Окладникова

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК

В 3 частях

Часть 1

ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия для всех технических

специальностей всех форм обучения

Красноярск 2011

УДК 62-192:504.1(075)

ББК 30.14я7

С89

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор В. В. МОСКВИЧЕВ

(СКТБ «Наука» СО РАН);

доктор технических наук, профессор Н. А. СМИРНОВ

(Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева)

Сугак, Е. В.

С89 Надежность технических систем и техногенный риск : учеб.

пособие : в 3 ч. Ч. 1. Техногенная безопасность / Е. В. Сугак,

А. Г. Кучкин, Е. Н. Окладникова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. –

Красноярск, 2011. – 260 с.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с Государственными обра-

зовательными стандартами высшего профессионального образования по направ-

лениям подготовки 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машино-

строительных производств» (магистерской программы 552916 «Инженерная эко-

логия и безопасность машиностроительных производств»), 280700 «Техно-

сферная безопасность», 033300 «Безопасность жизнедеятельности» и др.

Рассмотрены характеристики опасностей, проблемы риска технологий,

причины отказов технических систем, инженерные методы исследования

надежности технических систем и обеспечения их безопасности, правовые

и экономические аспекты управления безопасностью и риском.

УДК 62-192:504.1(075)

ББК 30.14я7

университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ..................................................................................................5

1. Техногенная безопасность.............................................................11

1.1. Национальная безопасность России ..........................................12

1.2. Техногенные аварии и катастрофы ............................................17

1.3. Классификация аварий и катастроф ..........................................23

1.4. Характеристики чрезвычайных ситуаций ..................................27

1.5. Характеристики опасности объектов техносферы ....................29

1.6. Угрозы технологической безопасности......................................38

2. Ущерб и риск....................................................................................40

2.1. Техногенный риск .......................................................................40

2.2. Ущерб и методы его оценки .......................................................45

2.3. Взаимосвязь ущерба с риском....................................................58

2.4. Медико-биологический ущерб и социальный риск ...................60

2.5. Социальные потери и риски .......................................................63

2.6. Социально-экономические

последствия аварий и катастроф................................................68

2.7. Социально-политические

последствия аварий и катастроф................................................72

2.8. Экологический ущерб .................................................................73

3. Методы анализа безопасности и риска .....................................76

3.1. Основные принципы анализа безопасности и риска.................76

3.2. Система оценки техногенного риска..........................................79

3.3. Научные основы анализа рисков ...............................................84

3.4. Методы анализа риска................................................................86

3.5. Вероятностный анализ безопасности.........................................92

3.6. Концепции социальной приемлемости рисков...........................96

3.7. Оптимизация риска...................................................................101

4. Моделирование аварий и катастроф........................................104

4.1. Методы и модели оценки опасности объектов........................104

4.2. Основные принципы моделирования аварий ...........................106

4.3. Оценка вероятности аварии .....................................................107

4.4. Моделирование аварий .............................................................108

4.5. Методы прогноза риска ............................................................110

5. Методы и механизмы управления

безопасностью и риском ..................................................................117

5.1. Задачи управления промышленной безопасностью.................118

5.2. Современная концепция обеспечения безопасности...............120

5.3. Концепция национальной безопасности

Российской Федерации .............................................................123

5.4. Единая государственная система

предупреждения и ликвидации ЧС ..........................................130

5.5. Научные основы управления безопасностью...........................138

5.6. Экономические методы и механизмы

управления безопасностью .......................................................139

5.7. Государственный контроль и надзор........................................143

5.8. Декларирование промышленной безопасности .......................155

5.9. Лицензирование видов деятельности

в области техногенной безопасности.......................................160

5.10. Система технического регулирования ...................................162

6. Научные проблемы техногенной безопасности .....................172

6.1. Проблемы обеспечения техногенной безопасности ................172

6.2. Научная поддержка технологической безопасности ...............176

6.3. Основные направления научных разработок

по проблемам безопасности......................................................179

6.4. Научное обеспечение безопасности регионов .........................184

Заключение.........................................................................................186

Глоссарий ............................................................................................188

Библиографические ссылки............................................................226

Библиографический список ............................................................238

Нормативно-правовые акты .............................................................247

Нормативно-техническая документация..........................................255

ВВЕДЕНИЕ

Научно-технический прогресс, направленный на повышение качест-

ва жизни и защиту человека, связан с вовлечением в хозяйственный обо-

рот все большего количества природных ресурсов, использованием все бо-

лее сложных технических систем и ростом объемов потребляемой энер-

гии. За XX в. промышленное производство возросло более чем в 100 раз.

Обратной стороной этих процессов является загрязнение окружаю-

щей среды и рост числа техногенных аварий и катастроф. Изменяется

и соотношение между природными и техногенными опасностями  доля

техногенных опасностей в структуре риска для жизнедеятельности чело-

века постоянно возрастает. Путь экстенсивного развития человечества

исчерпал себя. Стал проявляться системный кризис цивилизации [1].

Человечество вступило в новую эру своего существования, когда потен-

циальная мощь создаваемых им средств воздействия на среду обитания

стала соизмеримой с силами природы планеты и может привести к унич-

тожению цивилизации и даже всего живого на Земле [2].

Проблема обеспечения техногенной безопасности занимает особое

место среди глобальных проблем современного общества [3]. За прошед-

шее столетие более половины крупных аварий произошли в последние

десятилетия. Одновременно увеличился их разрушительный эффект 

на последнее десятилетие приходится почти половина погибших и 40 %

раненых [4]. Крупнейшие аварии и катастрофы унесли десятки тысяч

человеческих жизней, причинили большой и часто невосполнимый урон

окружающей среде. По данным ООН за последние 20 лет в результате

катастроф и стихийных бедствий погибло более 50 млн чел. [5]. Инте-

гральные мировые потери вследствие техногенных аварий и катастроф

достигают 1,5–3 % от совокупного валового продукта, а косвенные

потери, как правило, в 34 раза больше [6]. В России ежегодно проис-

ходит до 1500 чрезвычайных ситуаций, из них 7075 % носят техно-

генный характер [3]. Если учитывать жертвы террористических актов,

военных конфликтов, пожаров и дорожно-транспортных происшествий,

то в среднем Россия ежегодно теряет свыше 50000 человеческих жиз-

ней, более 250000 человек получают увечья [7].

В конце XX в. при разработке концепции устойчивого развития ци-

вилизации отмечались основные противоречия развития общества [8]:

 неспособность природной среды в полной степени удовлетво-

рять растущие потребности общества;

 чрезмерная эксплуатация природных ресурсов на фоне ограни-

ченных возможностей для их восстановления;

 обострение дилеммы научно-технического прогресса: с одной

стороны, высокие темпы развития техносферы и выдающиеся дости-

жения во многих отраслях науки и техники, а с другой  возникнове-

ние и нарастание потенциальных и реальных угроз человеку, общест-

ву, среде обитания со стороны объектов техносферы.

Возникающие глобальные проблемы привели к тому, что челове-

честву, чтобы выжить, необходимо совершить и пережить очень важ-

ный поворот в своей истории, сравнимый по значению с промышленной

и научно-технической революциями. Чтобы решить возникшие проблемы

в течение ближайших десятилетий должны измениться цели и источ-

ники развития, смысл и критерии прогресса, ценности культуры, об-

щественные структуры. Необходимо добиться гармоничного развития

техносферы и биосферы, кардинально изменить потребительскую пси-

хологию, осуществить переход к устойчивому развитию. При этом

предстоящий поворот, в отличие от промышленной и научно-техничес-

кой революций, представляющих собой во многом самопроизвольные

процессы, должен совершиться целенаправленно и осознанно, направ-

ляться достаточно точным предвидением, базирующимся на научно

обоснованном социально-экономическом прогнозе [1].

Вместе с тем, сегодня не существует реальной концепции, кото-

рая предлагала бы человечеству в качестве способа его существования

что-либо кроме непрерывного развития, а в качестве формы развития 

что-либо кроме технического прогресса. Возможно, что другой способ

существования земной цивилизации, кроме существующего, принци-

пиален и невозможен. Поэтому, несмотря на все опасности, порож-

даемые техническим прогрессом,  совершенствование оружия, угрозы

катастроф, самоотравление, истощение возобновляемых ресурсов, де-

градация основных систем жизнеобеспечения, сокращение генетиче-

ского разнообразия жизни на Земле и многие другие, человечеству

придется все же в целом идти по этому пути. Но тогда необходимо

найти способы и принять энергичные меры для радикального смягче-

ния негативных последствий этого процесса [1].

Научно-техническая революция, начавшаяся во второй полови-

не XX в. и связанная с вовлечением в хозяйственный оборот все боль-

шего количества природных ресурсов, ростом производственной базы,

использованием все более сложных технологических систем и их кон-

центрацией, увеличением количества потребляемой энергии, обусловила

рост риска возникновения техногенных аварий и катастроф. Опасность

созданной в результате этого человечеством техногенной сферы связа-

на, прежде всего, с наличием в промышленности, энергетике и комму-

нальном хозяйстве большого количества радиационно, химически,

биологически, пожаро- и взрывоопасных производств и технологий, ко-

торых только в России насчитывается около 45000 [1]. Угрозу представ-

ляют потенциальные возможности возникновения аварий и катастроф

на атомных электростанциях, нефте-, газо- и химических предприятиях,

крупных трубопроводных системах, гидротехнических сооружениях,

объектах ракетно-космического комплекса и производствах, исполь-

зующих в технологических процессах опасные вещества и рисковые

технологии.

За последние десятилетия во всем мире наблюдался существенный рост ко-

личества возникающих чрезвычайных ситуаций, обусловленных авариями и ката-

строфами. В России он был наиболее заметен в связи длительным системным кри-

зисом, в ходе которого ослаб контроль за производством со стороны государствен-

ных контрольных органов, ухудшилась профессиональная подготовка специалистов

и технологическая дисциплина, имел место значительный износ основных фондов,

несвоевременный и некачественный ремонт оборудования и т. п. Так за период

с 1996 по 2001 гг. доля производственных фондов на железнодорожном транспор-

те, выработавших свой ресурс, возросла с 22 до 62,5 %, на трубопроводном транс-

порте количество объектов, срок службы которых выше нормативного, увеличи-

лось с 44 до 72 %, в жилищно-коммунальном хозяйстве количество объектов, дос-

тигших критической величины срока службы, увеличилось с 43 до 75 % [1]. Про-

гнозные оценки с учетом современного социально-экономического состояния на-

шей страны, прогрессирующего износа основных производственных фондов на фо-

не некоторого роста промышленного производства показывают, что в ближайшее

время среднегодовое суммарное количество крупных аварий и катастроф может

существенно увеличиться: на атомных реакторах  до 110



год



, на ракетно-

космических системах  до 510



год



, на турбогенераторах  до 310



год



на летательных аппаратах  до 510



год



, на трубопроводах  до 0,510



год



на 1000 км [1]. Аварии и катастрофы в России уже стали заметно сказываться на

безопасности не только населения, но и государства, привели к возникновению

ряда серьезных проблем в политике и экономике.

Проблему техногенной безопасности в наши дни правильно рассмат-

ривать не только как научно-техническую, но и как социально-эконо-

мическую и социально-психологическую, поскольку они напрямую связа-

ны и с качеством жизни людей, формируя уровень безопасности жиз-

недеятельности. Обеспечение безопасности пользуется приоритетом

в вопросах сохранения жизни и здоровья личности, нормального функ-

ционирования и развития общества, среды обитания и жизнедеятель-

ности перед любыми другими интересами и целями в сфере личной

и общественной деятельности и общечеловеческих ценностей [1].

Это придает особую актуальность исследованиям в области рис-

ка, методах его оценки и снижения негативных последствий техноген-

ных аварий и катастроф [3].

Опасность техногенного характера можно рассматривать как состояние,

внутренне присущее любой технической системе, реализуемое в виде поражающих

воздействий источника техногенной чрезвычайной ситуации на человека и окружаю-

щую среду при его возникновении, либо в виде прямого или косвенного ущерба

для самой технической системы в процессе ее нормальной эксплуатации или ис-

пользования по назначению [9].

Большинство опасностей на промышленных объектах возникает в результа-

те быстротечного выделения большого количества энергии или плановых и ава-

рийных выбросов в окружающую среду вредных или взрывопожароопасных ве-

ществ [10]. Исключительно высокие темпы развития техносферы за последние де-

сятилетия обеспечивались в большинстве случаев увеличением объемов перера-

ботки и потребления материальных ресурсов и энергии. Это привело к двум диа-

метрально противоположным последствиям  с одной стороны, были достигнуты

выдающиеся результаты в электронной, атомной, космической, авиационной, энер-

гетической и химической технике, в биологии, генной инженерии, продвинувшие

человечество на принципиально новые рубежи во всех сферах жизнедеятельности,

с другой стороны, были созданы невиданные ранее потенциальные и реальные угро-

зы человеку, созданным им объектам и среде обитания. К нача-лу XXI в. стало

очевидным, что многие достижения цивилизации, которые создавались во имя и во

благо человека (атомная энергия, ракетно-космическая техника, реактивная авиа-

ция, атомный флот, трансплантация органов, глобальная коммуникационная сис-

тема и др.), в целом ряде случаев оборачивались своей противоположностью

и спектр потенциальных угроз человечеству существенно расширился [11–14].

В последние десятилетия эти угрозы были осознаны под влиянием крупнейших

техногенных катастроф на объектах различного назначения: ядерных (в СССР

и США), химических (в Индии, Италии, США, Мексике и СССР), космических

и авиационных (в США, России и других странах), надводных и подводных (в СССР,

США, Эстонии и Англии).

По степени потенциальной опасности, приводящей к подобным

катастрофам в техногенной сфере, можно выделить объекты ядерной,

химической, металлургической и горнодобывающей промышленности,

уникальные инженерные сооружения (плотины, эстакады, нефте- и га-

зохранилища), транспортные системы (аэрокосмические, наземные, над-

водные и подводные), перевозящие опасные грузы или большие массы

людей, магистральные газо- и нефтепродуктопроводы, метрополитен,

объекты оборонного комплекса (ракетно-космические и самолетные

системы с ядерными и обычными зарядами, атомные подводные лодки

и надводные суда, крупные склады обычных и химических вооружений).

Аварии и катастрофы на этих объектах могут инициироваться опасны-

ми природными явлениями (землетрясениями, ураганами, штормами и др.)

и сопровождаться радиационными и химическими повреждениями и за-

ражениями, взрывами, пожарами, обрушениями. В техногенной сфере

в мире насчитывается до 1000

объектов ядерной техники мирного и во-

енного назначения, более 50000 ядерных боеприпасов, до 80000 тонн

химических вооружений массового поражения, сотни тысяч тонн взры-

вопожароопасных, сильнодействующих ядовитых веществ, десятки тысяч

объектов с высокими запасами потенциальной и кинетической энер-

гии, энергии газов и жидкостей [12].

Вероятности возникновения наиболее тяжелых катастроф в мир-

ное время составляют от (23)10



до (0,51,0)10



1/год, а средний

ущерб  от 10

до 10

долл., при этом их риски варьируются в преде-

лах от 10

до 10

долл. в год [12].

При анализе безопасности техногенной сферы следует учитывать

как возможные ущербы, так и серийность соответствующих потенци-

ально опасных объектов. Наиболее тяжелые аварийные ситуации воз-

никают на уникальных объектах  единичных и малосерийных. Число

однотипных атомных энергетических реакторов составляет от 1 до 10

(при их общем числе в эксплуатации в мире 450–500), число однотип-

ных ракетно-космических систем обычно составляет от 35 до 5080.

Среднесерийные потенциально опасные объекты исчисляются сотнями