Особенности менеджмента риска техногенных чрезвычайных ситуаций каскадного характера

Завершающая данный учебник глава как бы аккумулирует большинство рассмотренных выше моделей и методов в интересах прогнозирования и снижения риска наиболее тяжелых техногенных происшествий. Помимо общей методологии принятия соответствующих решений здесь имеется и конкретизирующая ее технология, работоспособность и конструктивность которой подтверждаются количественным анализом оригинальной и сложной модели.

Актуальность проблемы снижения риска каскадных аварий

Под каскадным развитием аварии, или эффектом домино, ниже подразумевается процесс воздействия поражающих факторов начального происшествия (инициирующего события) на соседнее оборудование, приводящий к появлению других разрушительных событий, последствия которых могут быть тяжелее, чем вызванные только одним инициирующим происшествием. Согласно статистике подобные аварии уже привели к большому числу серьезных техногенных катастроф на объектах тех отраслей промышленности и транспорта, которые характеризуются высокой энергоемкостью и плотностью размещения технологического оборудования.

Например, 27 января 1972 г. в Монреале (Канада) на заводе по производству сжиженного природного газа (СПГ) компании "Гэз Метрополитэн" возник крупный пожар по причине взрыва. Авария произошла вследствие противотока природного газа от компрессора в азотопровод, из-за того что его задвижки остались открытыми после завершения работ по их размораживанию. Это привело к пятикратному повышению давления внутри компрессора, в результате чего этот взрывоопасный газ попал в помещение операторной. Так как ее персоналу разрешалось курить, то взрыв топливовоздушной смеси, переросший в крупный пожар, произошел в тот момент, когда оператор попытался зажечь сигарету [19].

Другая техногенная ЧС каскадного характера произошла 14 апреля 1983 г., также на заводе СПГ в городе Бонтанге (Индонезия). Возникший там взрыв был вызван разрушением теплообменника вследствие чрезмерного там повышения давления по причине несвоевременного перекрытия продувочных коммуникаций. Межтрубное пространство теплообменника было рассчитано на давление в 156 кПа, а оно достигло 3,5 МПа, что и привело к появлению инициирующего происшествия, завершившегося крупным пожаром из-за повреждения обломками корпуса и змеевика теплообменника соседнего оборудования, расположенного в радиусе до 100 м и более.

Подобные катастрофы свойственны также эксплуатации морских платформ, предназначенных для добычи нефти и газа на океанском шельфе. Наиболее характерной из них стала трагедия с платформой "Пайпер альфа" в Норвежском море, вызванная 6 июля 1988 г. возникшим там взрывом, который затем перерос в пожар, что привело к гибели не только самого этого объекта, но и 167 человек его персонала. Другим примером может служить катастрофа каскадного характера у берегов Бразилии с платформой Р-36, в результате которой она затонула в марте 2001 г. по причине утечки и взрыва газообразных углеводородов, накопившихся в одной из ее четырех опорных колонн.

Наконец, еще одна крупная техногенная ЧС случилась 19 января 2004 г. в Скиде (Алжир) и опять же на заводе по производству СПГ, где имелись четыре компактно расположенные установки сжижения природного газа и пять изотермических хранилищ готовой продукции общей емкостью в 308 000 м3. В результате разгерметизации одной из установок сформировалось облако взрывоопасной концентрации, часть которого попала в помещение бойлерной, где произошло воспламенение, приведшее затем к быстрому сгоранию остальной ТВС. Все это завершилось крупным пожаром, при котором погибло 27 и пострадало 56 человек персонала, а также полным разрушением трех установок сжижения газа и серьезными повреждениями четвертой. При этом зона полных разрушений имела размеры 200 ´ 300 м, сильные разрушения наблюдались на удалениях до 700 м, а слабые – до 1,6 км от места взрыва.

Из проведенного анализа видно, что эффект домино служит причиной большого числа серьезных катастроф на объектах нефтедобывающей и газообрабатывающей промышленности, сопровождающихся причинением крупного социально-экономического ущерба. Данный факт указывает на необходимость жесткой регламентации мероприятий, направленных на предотвращение подобного развития событий. Однако технические стандарты и законодательство большинства стран лишь поверхностно затрагивают вопросы оценки, предотвращения и снижения риска каскадных аварий: например, лишь несколько стандартов требуют введения безопасных расстояний, теплоизоляции и орошения резервуаров с АХОВ, уменьшающих вероятность проявления подобного разрушительного каскадного эффекта.

Вот почему столь значительный риск аварий с эффектом домино указывает на необходимость рекомендаций, направленных на предотвращение каскадного развития техногенных происшествий. Известные ныне методы предварительного (качественного) анализа подобного риска не способны ранжировать их источники и потенциально опасные последствия. В частности, подтверждение тому следует из рассмотренного выше (см. гл. 8) иллюстративного примера предварительного анализа риска аварийного пролива СПГ из-за переполнения заправляемой судовой изотермической цистерны.

В отличие от качественных, количественные методы оценки риска каскадных аварий являются более перспективными. Поэтому представляется ценным материал, расширяющий применение уже известного опыта прогнозирования и регулирования техногенного риска с учетом особенностей, присущих техногенным ЧС каскадного характера. Начнем с рассмотрения основных принципов априорной количественной оценки частных показателей данного риска и прогнозирования важных для этого параметров, а затем сформулируем соответствующую обобщенную процедуру и проиллюстрируем ее работоспособность на конкретных примерах.

Базовые принципы прогнозирования показателей риска каскадных чрезвычайных ситуаций

Продемонстрируем конструктивность системного анализа и моделирования применительно к формулированию общих принципов априорной оценки вероятности и ущерба от аварийных выбросов большого количества тех АХОВ, которые способны образовывать топливовоздушные смеси, склонные к последующему взрыву или воспламенению. Как и прежде, при этом будут использоваться уже известные диаграммы причинно-следственных связей типа "дерево происшествия" и "дерево событий", а в качестве АХОВ – компримированный и сжиженный природный газ (далее – КПГ и СПГ). Актуальность подобного выбора логично вытекает из приведенного выше эмпирического материала.

Предлагаемый подход базируется на закономерностях образования и развития последовательности событий, приводящих к возникновению и развитию аварий, завершающихся разрушительным каскадным эффектом. При дефиците эмпирических данных эти закономерности можно выявлять моделированием соответствующего случайного процесса, представляя его двумя диаграммами причинно-следственных связей, а затем эквивалентными им соотношениями алгебры событий и вероятностными многочленами, позволяющими количественно оценить вклад различных факторов и выявить наиболее значимые из них. Процедура подобного (трехэтапного) моделирования показана на рис. 21.1, который является дальнейшим развитием уже известного рис. 8.1.

В верхней части этой иллюстрации расположена упрощенная сдвоенная диаграмма, левая половина которой воспроизводит условия, способные привести к возникновению моделируемого выброса (X) вследствие появления двух предпосылок верхнего (А, В) уровня и не менее трех из пяти исходных событий, соединенных линиями с узлами логического перемножения и сложения. Ее правая половина уже интерпретирует сценарии наиболее вероятного поведения продуктов выброса, учитывающие два промежуточных (С, D) и пять конечных исходов моделируемой каскадной аварии. Текст вокруг диаграммы поясняет методы и порядок ее построения, а также учтенные события: как и прежде, предпосылками там служат отказы, ошибки и неблагоприятные внешние воздействия; исходами – формы возможного физико-химического превращения образовавшейся ТВС (взрыв, пожар) и виды ущерба, причиняемого объектам из состава людских, материальных и природных ресурсов.

Нижняя часть рис. 21.1 включает:

  • а) структурную функцию X дерева происшествия (аварийного выброса АХОВ);
  • б) общее выражение для оценки вероятности Р(Х) его наступления с помощью вероятностей Рi исходных предпосылок;
  • в) формулу для расчета математического ожидания М(Y) возможного при этом ущерба через условные вероятности Qci всех конечных несовместных исходов дерева событий и размеры сопутствующего каждому из них ущерба Yci.

При построении модели каскадных ЧС целесообразно также опираться на следующие постулаты:

Идея графо-аналитического моделирования аварии с АХОВ

Рис. 21.1. Идея графо-аналитического моделирования аварии с АХОВ

  • 1) под инициирующим происшествием следует понимать начало аварийного выброса АХОВ вследствие разгерметизации соответствующей емкости;
  • 2) в число его предпосылок следует включать наиболее вероятные отказы техники, ошибки людей и неблагоприятные для них воздействия извне, а порождающих факторов – низкое качество конкретных компонентов системы "человек – машина – среда" и (или) их постепенную естественную деградацию;
  • 3) при идентификации сценариев развития инициирующего происшествия нужно учитывать лишь самые возможные исходы:
    • а) аварийного истечения АХОВ в окружающую емкость среду;
    • б) его неконтролируемого распространения в ней с образованием ТВС и заполнением части этой среды;
    • в) вероятного физико-химического превращения с появлением опасных факторов взрыва и (или) пожара;
    • в) разрушительного воздействия этих поражающих факторов на близлежащие объекты с причинением крупного ущерба вследствие их повреждения и нежелательного проявления вторичных опасных факторов.

Кроме того, при моделировании рассматриваемого здесь случайного процесса особое внимание следует уделять выявлению и учету влияния тех всевозможных конструктивно-технологических решений и эксплуатационно-технических мероприятий, которые могут применяться, например, для предупреждения и снижения тяжести возможных аварий на объектах производства, хранения и транспортировки КПГ/СПГ. Роль таких заблаговременно предусмотренных мер может быть уподоблена упомянутым выше (см. параграф 8.1) барьерам, обычно выполняющим следующие основные функции:

  • а) исключение тех отказов, ошибок и нерасчетных внешних воздействий, возникновение каждого из которых способно привести к аварийному выбросу большого количества рассматриваемых здесь АХОВ;
  • б) недопущение образования причинной цепи подобной аварии из нескольких предпосылок этих трех типов;
  • в) перераспределение условных вероятностей учтенных сценариев развития аварии в направлении от менее благоприятных к более;
  • г) смягчение тяжести ее самых разрушительных исходов с помощью мер, направленных на ослабление возможного каскадного эффекта и повышение результативности предполагаемых аварийно-спасательных работ.

Изложенная выше идея проиллюстрирована с помощью рис. 21.2, сходного с рис. 8.2, но уже конкретизирующего барьеры-препятствия на пути прохождения соответствующего сигнала от исходных предпосылок дерева происшествия к моделируемому аварийному выбросу АХОВ (верхний затемненный треугольник), а от него – к конечным исходам дерева событий (такой же нижний). Боковыми стрелками и цифрами в прямоугольниках с текстом указан порядок выявления и учета барьеров при построении этой модели.

Что касается учета выявленных барьеров при модельном представлении исследуемой аварии в виде комбинированной причинно-следственной диаграммы, то, как и ранее, их можно интерпретировать совокупностью тех препятствий, которые будут затруднять прохождение сигнала от каких-либо исходных предпосылок дерева происшествия к центральному событию этой модели, а от него – к конечным исходам дерева событий. Количественная и качественная оценка эффекта подобного влияния на показатели риска каскадной аварии может быть осуществлена путем либо уменьшения меры возможности появления соответствующих предпосылок и исходов, либо введения дополнительных условных вероятностей, характеризующих возможность преодоления каждого из таких барьеров.

Естественно, что начальный этап подобного прогнозирования риска каскадных ЧС должен выполняться вручную с учетом известных закономерностей их появления/развития и применением дедуктивно-индуктивных методов идентификации соответствующих причинно-следственных связей. А последующий количественный анализ построенной графической модели целесообразно осуществлять с привлечением компьютерных программных комплексов типа "АРБИТР" после ее преобразования в соответствующую СФЦ.

Логика учета барьеров появлению и развитию каскадной аварии

Рис. 21.2. Логика учета барьеров появлению и развитию каскадной аварии

Привлечение подобных автоматизированных средств вызвано необходимостью учета большого числа реальных факторов техногенных ЧС каскадного характера и колоссальной трудоемкостью логических и вычислительных операций с их событиями и параметрами.

Завершая параграф, отметим, что опора на изложенные выше принципы позволяет систематизировать априорную оценку вероятности Р(Х) и среднего ущерба М(Y) от аварийного выброса АХОВ, завершившегося каскадным эффектом. Проиллюстрируем это конкретизацией данных принципов и упорядочением процесса прогнозирования и снижения соответствующего риска.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >