Частота возникновения нежелательных событий или величина риска (Р) определяется как отношение количества событий с нежелательными последствиями, которые уже произошли (n), к максимально возможному их числу (N) за конкретный период времени: Р = n / N. Формула дает возможность рассчитать величину общего и группового риска. При оценке общего риска величина (N) определяет максимальное количество всех событий, а при оценке группового риска - максимальное количество событий в конкретной группе, что выбранная из общего количества по определенному признаку.
Для определения риска используют, как правило, следующие методы:
- статистический, основанный на статистических данных по аварийности и надежности технологической системы;
- модельный, основанный на построении имитационных моделей воздействия опасностей, а также на анализе «деревьев событий» или «деревьев отказов».
- экспертный, по которому вероятность различных событий определяется путем опроса опытных специалистов-экспертов.
Для статистического метода необходимо значительное число экспериментальных данных, получение которых связано с большими техническими, финансовыми и социальными затратами. Экспертный метод в связи с ограниченным числом экспертов не свободен от субъективности. Поэтому предпочтение следует отдать модельному методу. Например, рассчитать вероятность возникновения аварии по всем возможным маршрутам дерева событий. Для этого чаще всего выбирают метод метод статистических испытаний или метод Монте-Карло.
Математическое моделирование ДС методом Монте-Карло состоит из следующих этапов:
− определение значений интервальных оценок вероятностей первичных отказов;
− задание на ПК структуры ДС, входных параметров и ограничений;
− выделение отказов, ведущих к ВНС и идентификация минимальных траекторий, приводящих к реализации ВНС с наибольшей вероятностью;
− оценка вероятности ВНС, т.е. построение функции распределения вероятностей ВНС и анализ полеченных результатов.
С помощью метода Монте-Карло можно проводить количественный анализ сложного технологического процесса с любыми законами распределения первичных отказов, при этом вероятность ВНС находится в определенном доверительном интервале.
Оценка последствий
Оценка последствий производится по всем поражающим факторам.
Оценка поражающего действия пожара сводится к определению интенсивности теплового потока на разных расстояниях от центра пожара. Зная зоны различных степеней поражения» можно оценить число пострадавших, а также экономический и материальный ущерб.
Поражающими факторами взрыва являются избыточное давление во фронте ударной волны (фугасное действие УВ) и осколки, возникающие при разрушении оборудования и зданий. Оценка поражающего действия УВ основана на определении значений избыточного давления на различных расстояниях от места взрыва и сравнении их значений с критическими значениями для различных степеней поражения человека, а также на определении размера зоны, в которой существует опасность поражения осколками. Принято считать, что наибольшую опасность представляет воздушная УВ, так как в зоне своего действия она поражает в любой точке.
Известные критерии поражения можно условно разделить на детерминированные и вероятностные. Первые приближенно показывают те значения параметров УВ, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения, вторые − какова вероятность того или иного уровня поражения при заданном значении поражающего фактора. Некоторые значения критических параметров воздушной УВ для тех ил и иных степеней разрушения зданий и их элементов, а также поражения людей приведены в табл. 6.
Детерминированные критерии поражения воздушной ударной волной Таблица 6.
| Состояние зданий или сооружений после аварии, травмирование людей | Давление во фронте ударной волны. кПа |
| Полное расстекление зданий и сооружений на максимальном расстоянии от центра взрыва | 0,5…0,8 |
| Разрушение оконных переплетов, дверей, легких перегородок | 1...1,5 |
| Полное разрушение кирпичной кладки, легких бетонных сопряжений | 2…2,5 |
| Контузия человека | 30…70 |
| Летальный исход | >300 |
Каждая авария характеризуется неповторимыми условиями, с присущим только ей расположением зданий, холмов, деревьев и т.п. «элементов», которые могут поглощать энергию взрывной волны (например, заглубление заряда, наличие обваловки, густого леса и т.п. снижает безопасное расстояние почти в два раза) или отражать ее, усиливая воздействие.
В общем случае одна и та же мера воздействия (импульс давления, а также доза термической радиации или количество поглощенного вещества) приводит к последствиям различной степени тяжести, т. е. эффект поражения носит вероятностный характер. В качестве вероятностного критерия поражения людей используется понятие пробит-функции, отражающей связь между вероятностью поражения и мерой воздействия. Пробит-функцию можно вычислить с помощью следующего уравнения:
Pr= a+bˑlnD.
Здесь а и b — константы для каждого вещества или процесса, характеризующие специфику и меру опасности его воздействия; D — мера воздействия. Параметры пробит-функции лоя различных факторов приведены в таб. 7.
Для случая поражения людей ударной волной пробит-функция имеет следующий вид;
Рг = 5,0 – 5,74 ∙ln S,
где S = (4,2/ p) – (1,3/ i), p = p и/ р о, i = р −1/2 ∙ m −1|3.
m − масса тела человека, кг;
р и− избыточное давление, Па;
р о − атмосферное давление, Па.
i − импульс ударной волны, Па∙с.
По найденному значению Рг в таблице 8 находим вероятность поражения человека при заданных факторах ударной волны, например, характерных для определенного расстояния от эпицентра взрыва.
Таблица 7
Соотношение между величиной Рг и условной вероятностью поражения человека приведено в табл. 8.
Значения пробит−функции Таблица 8.
| Условная вероятность поражения % | Величина Рг | |||||||||
| − | 2,67 | 2.95 | 3.12 | 3.25 | 3,36 | 3.45 | 3.52 | 3,59 | 3,66 | |
| 3.72 | 3.77 | 3.82 | 3.87 | 3.92 | 3.% | 4,01 | 4,05 | 4.08 | 4.12 | |
| 4,16 | 4.19 | 4.23 | 4.26 | 4.29 | 4,33 | 4.36 | 4.39 | 4.42 | 4.45 | |
| 4.48 | 4.50 | 4.53 | 4.56 | 4.59 | 4.61 | 4.64 | 4.67 | 4.69 | 4.72 | |
| 4.75 | 4.77 | 4.80 | 4.82 | 4.85 | 4.87 | 4.90 | 4.92 | 4.95 | 4.97 | |
| 5.00 | 5.03 | 5.05 | 5.08 | 5.10 | 5.13 | 5.15 | 5.18 | 5.20 | 5.23 | |
| 5.25 | 5.28 | 5.31 | 5.33 | 5.36 | 5,39 | 5.41 | 5.44 | 5.47 | 5.50 | |
| 5,52 | 5.55 | 5.58 | 5.61 | 5.64 | 5.67 | 5.71 | 5.74 | 5.77 | 5.81 | |
| 5.84 | 5.88 | 5.92 | 5.95 | 5.99 | 6.04 | 6.08 | 6.13 | 6.18 | 6.23 | |
| 6.28 | 6.34 | 6.4! | 6.48 | 6.55 | 6.64 | 6.75 | 6.88 | 7.05 | 7.33 | |
| 7.33 | 7.37 | 7.41 | 7.46 | 7.51 | 7.58 | 7.65 | 7.75 | 7.88 | 8.09 |
В отличие от воздействия воздушной УВ, которое всегда носит импульсный характер, при тепловом воздействии следует различать случаи импульсного и длительного воздействия. В первом случае следует говорить о дозе излучения, во втором − о критической интенсивности теплового излучения. Второй случай наиболее характерен при горении больших количеств ЭКМ (например, порохов или ТРТ). Интенсивность теплового излучения при этом столь велика, что ожоги получают люди, находящиеся на значительном, до нескольких десятков и даже сотен метров от места пожара, расстоянии. Для персонала, попавшего под непосредственное воздействие продуктов горения, очень большую опасность представляют ожоги дыхательных путей и легких. Так же как и для ударной волны, в случае определения степени тяжести теплового воздействия на человека могут быть использованы детерминированные и вероятностные критерии поражения.
Величины интенсивностей теплового потока для различных степеней поражения человека (детерминированные критерии) приведены в табл. 9.
Предельные значения интенсивности теплового излучения
для различных степеней поражения
Таблица 9.
| Степень поражения | Интенсивность излучения. кВт |
| Без негативных последствий в течение неограниченного времени | 1,4 |
| Безопасно для человека в брезентовой одежде | 4.2 |
| Непереносимая боль через 20...30 с | |
| Ожог 1−й степени через 15...20 с | |
| Ожог 2−й степени через 30… 40 с | |
| Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин | 10.5 |
| Непереносимая боль через 3… 5 с | 10.5 |
| Ожог 1−й степени через 6...8 с | 10.5 |
| Ожог 2−й степени через 12… 16 с | 10.5 |
| Воспламенение древесины с шероховатой поверхно− стью (влажность 12%) через 15 мин | 12.9 |
| Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской по струганой поверхности; воспламенение фанеры | |
| Летальный исход с вероятностью 50% при длительности воздействия около 10 с. | 44.5 |
В качестве вероятностного критерия оценки поражения тепловым излучением также используется понятие пробит-функции. Соответствующие формулы для этого имеют следующий вид:
для ожога 1−й степени Рг = −39,83 + 3,0186 ∙ ln(tq 4/3);
для ожога 2−й степени Рг = −43,14 + 3,0188 ∙ ln(tq 4/3);
летальный исход (в отсутствие защиты) Рг = − 36,38 + 2,56∙ ln(tq4/3);
летальный исход (при наличии защиты) Рг = −37,23 +2,56∙ ln(tq4/3),
где t − эффективное время экспозиции, с;
q − интенсивность теплового излучения, Вт/м2.
Также, как в случае с ударной волной по вычисленному значению Рг находим вероятность поражения тепловым излучением.
К сожалению, пока не выработаны критерии и методы оценки комбинированного воздействия различных факторов.
В утвержденных надзорными органами методиках расчеты поражающих факторов крайне упрощены и позволяют получить только приближенные оценки. Однако современное развитие компьютерной техники позволяет создавать и использовать сложные в математическом отношении методики не только для оценки последствий возможных аварий при проектировании предприятий, но и для оценки развития аварийной ситуации во время самой аварии. Последняя возможность может быть весьма полезной при авариях с выбросами токсичных веществ.
Обобщенная оценка риска
Обобщенная оценка риска (или степень риска) аварий должна отражать состояние промышленной безопасности с учетом показателей риска от всех нежелательных событий, которые могут произойти на опасном производственном объекте, и основываться на результатах:
- интегрирования показателей рисков всех нежелательных событий (сценариев аварий) с учетом их взаимного влияния;
- анализа неопределенности и точности полученных результатов;
- анализа соответствия условий эксплуатации требованиям промышленной безопасности и критериям приемлемого риска.
При обобщении оценок риска следует, по возможности, проанализировать неопределенность и точность полученных результатов. Имеется много неопределенностей, связанных с оценкой риска. Как правило, основными источниками неопределенностей являются неполнота информации по надежности оборудования и человеческим ошибкам, принимаемые предположения и допущения используемых моделей аварийного процесса. Чтобы правильно интерпретировать результаты оценки риска, необходимо понимать характер неопределенностей и их причины.