Оценка вероятностей инициирующих событий

О методическом обеспечении оценки риска пожаровзрывоопасных объектов

 

Е.Ю. Колесников, Марийский государственный технический университет, Российское научное общество анализа риска

Аннотация

В работе рассмотрены проблемы методического плана, возникающие в процессе оценки риска пожаровзрывоопасных объектов. Показано, что рекомендуемые методы оценки индивидуального риска малопригодны для целей паспортизации опасных объектов, методология оценки социального риска противоречива и требует корректировки. Предложен метод расчёта социального риска. Рассмотрена проблема оценки гуманитарного ущерба, возникающего при чрезвычайных ситуациях. Показано, что требования оценки неопределённостей риск-анализа совершенно декларативны и не проработаны методически. Сделан вывод, что существующая нормативно-методическая база риск-анализа требует серьёзного усовершенствования.

Ключевые слова: оценка риска, пожаровзрывоопасные объекты, методическая база, индивидуальный риск, социальный риск, коллективный риск, гуманитарный ущерб, оценка неопределённости результатов анализа риска.

Содержание

Введение

1. Индивидуальный риск

2. Социальный риск

3. Коллективный риск

4. Оценка вероятности инициирующих событий

5. Уровень приемлемого риска

6. Оценка величины ущерба

7. Оценка неопределённости в риск-анализа

Заключение

Литература

Приложение. Пример расчёта индивидуального и социального риска при аварии на топливозаправочном пункте

Введение

Как известно, основной задачей паспортизации опасных (в т.ч. пожаровзрывоопасных) объектов является оценка риска, создаваемого ими в результате техногенных чрезвычайных ситуаций для персонала и населения, сравнение полученных значений с величиной предельно допустимого риска и разработка при необходимости мероприятий, позволяющих этот риск снизить.

В свою очередь, риск для людей (персонала и населения, находящегося вблизи опасного объекта) получить поражение определённой степени зависит от следующих обстоятельств:

1) вероятности возникновения ЧС на опасном объекте;

2) закономерности убывания с расстоянием интенсивности поражающих факторов ЧС;

3) вероятности нахождения людей в той или иной области прилегающей к опасному объекту территории (акватории).

В настоящее время действует несколько основных нормативно-технических документов, регламентирующих решение задач, связанных с оценкой риска пожаровзрывоопасных объектов [3-9]. Однако анализ этих документов, практика выполнения оценок риска с их использованием позволяет заключить, что имеющаяся нормативно-методическая база нуждается в серьёзной доработке. Вообще говоря, нормативные документы следует подразделить на регламентирующие (НТД) и нормативно-методические (НМД). Регламентирующие документы содержат обязательные требования в части величины важнейших параметров, конструкции технических устройств, выполнения тех или иных технологических операций. Согласно Федеральному закону «О техническом регулировании» [2] эту роль призваны выполнить разрабатываемые ныне технические регламенты.

Не менее важны НМД, которые должны содержать описание моделей, методов, вычислительных процедур, используемых при выполнении необходимых расчётов. Совершенно очевидно, что без надлежащего методического обеспечения любая методология, в том числе методология анализа риска, не более чем пустая декларация. В настоящее время обе задачи зачастую выполняет один и тот же документ, например
ГОСТ Р 12.3.047-98 [5].

Рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкивается разработчик паспорта безопасности пожаровзрывоопасного объекта.

Индивидуальный риск

Индивидуальный риск – одно из ключевых понятий в анализе риска – в различных нормативных документах в настоящее время трактуется совершенно по-разному:

1) РД 03-418-01 [7] индивидуальным риском называет частоту поражения отдельного индивидуума (человека) в результате воздействия исследуемых факторов опасности. В общем случае согласно РД 03-418-01 индивидуальный риск количественно выражается отношением числа пострадавших людей к общему числу рискующих за определённый период времени. Вообще говоря, существует различие между так называемым реальным (полученным по статистическим данным) и потенциальным (прогнозируемым с помощью некой математической модели) риском. Очевидно, что оценка реального риска любого конкретного объекта: а) малоинформативна, б) малопродуктивна, ведь при величине риска порядка 10^-4 год^-1 для получения достаточной статистической информации об авариях на какой-нибудь АЗС с персоналом 10 человек необходимы данные за
1000 лет наблюдений. Возможно, в XXXI веке эта информация будет очень востребована. Если же обобщить информацию по 1000 АЗС за 10 лет, то полученный результат для любой конкретной автозаправочной станции будет иметь смысл, только если: а) индивидуальные различия между АЗС не слишком велики, б) в течение периода наблюдения ситуация изменяется не слишком радикально. Следовательно, трактовка индивидуального риска как риска реального имеет смысл только для сравнительных оценок (как, впрочем, и всякая иная оценка риска), т.е. только для событий с большой статистикой – например, для выявления перекрёстков с наибольшей концентрацией ДТП;

2) совершенно по-другому трактует индивидуальный риск
 ГОСТ Р 12.3.047-98 [5]. Индивидуальным риском названа вероятность (частота) возникновения опасных факторов пожара и взрыва, возникающая при аварии в определённой точке пространства. При этом данное определение противоречит методу расчёта индивидуального риска, изложенному в Приложении Э этого стандарта. Согласно формуле (Э.26) индивидуальный риск R , год^-1:

где  – условная вероятность поражения человека при реализации 2-й ветви логической схемы;

 – вероятность реализации в течение года i-й ветви логической схемы, год^-1;

n– число ветвей логической схемы, это совсем другая величина, учитывающая всё-таки вероятность поражения человека в результате того или иного сценария развития аварии (ЧС). Указанный методический дефект был осознан разработчиками стандарта и исправлен в более новом документе –«Руководстве по оценке пожарного риска...» [6], в котором индивидуальным риском названа частота поражения отдельного человека в результате воздействия исследуемых факторов пожара (отчего-то только пожара, без учёта взрыва).

Отметим, что из определения аварии, данного в Федеральном законе «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», разработчики «Руководства...» [6] зачем-то изъяли упоминание взрыва, после чего определение стало дефектным, не соответствующим теме документа, поскольку под него подпадают аварии, никак не связанные с пожарами (например, разгерметизация резервуара с соляной кислотой). Среди прочих изъянов следует отметить то, что в глоссарии «Руководства...» отсутствует определение взрыва.

В «Руководстве...» исправлены ошибки и недочёты Приложения Э ГОСТ Р 12.3.047-98:

1) формула, предложенная в Приложении Э для расчёта индивидуального риска, справедлива только для событий, образующих полную группу, т. е. для исходов аварии на какой-то одной технологической установке. Если же человек может получить поражение в результате аварии на разных технологических установках рассматриваемого объекта, её использовать нельзя;

2) метод расчёта индивидуального риска ГОСТ Р 12.3.047-98 учитывает вероятность нахождения человека в области поражающих факторов аварии слишком неявно, введением понятия «условная вероятность поражения». В «Руководстве...» это сделано более чётко.

Социальный риск

Это понятие в различных действующих нормативных документах также трактуется по-разному: в РД 03-418-01 [7] социальный риск определён как функция распределения потерь (ущерба) в виде F/N-диаграммы, где F– вероятность нанесения ущерба N(число погибших либо пострадавших на определённом уровне человек, составляющее не менее N человек).

ГОСТ Р 12.3.047-98 [5] социальным риском называет «зависимость вероятности (частоты) возникновения событий, состоящих в поражении определённого числа людей, подвергшихся поражающим воздействиям пожара и взрыва, от числа этих людей». Кажущееся на первый взгляд незначительным различие, заключающееся в выражении «не менее», на самом деле очень важно, т. к. вид F/N-диаграмм, построенных по методу РД 03-418-01 и ГОСТ Р 12.3.047-98, будет разительно различаться: в первом случае диаграмма будет монотонной не-возрастающей функцией, состоящей из отрезков горизонтальных прямых, во втором – ломаной кривой совершенно произвольного вида.

Согласно п. 6.2 [5] «эксплуатация технологических процессов является недопустимой, если индивидуальный риск больше 10^-6 или социальный риск больше 10^-5».

Содержащийся в Приложении Ю ГОСТ Р 12.3.047-98 метод оценки социального риска предполагает следующее:

1) на первом этапе следует построить логическую схему, в которой «учитываются различные инициирующие события и возможные варианты их развития»;

2) на втором – «рассчитывают вероятности  реализации каждой из рассматриваемых ветвей логической схемы. Если статистические данные, необходимые для расчёта вероятностных параметров ... отсутствуют, то вероятность реализации различных сценариев аварии ... рассчитывают по формуле

где – вероятность аварийного выброса горючего вещества (разгерметизация установки, резервуара, трубопровода);

 – статистическая вероятность развития аварии по i-йветви логической схемы»;

3) далее – «для каждой ветви логической схемы проводят расчёты значений поражающих факторов (интенсивность теплового излучения, длительность его воздействия, избыточное давление и импульс волны давления) с помощью методов, приведенных в приложениях В, Д, Е
ГОСТ Р 12.3-047-98. Вычисления проводят для заданных расстояний от места инициирования аварии. Количество вещества, принимающего участие в создании поражающих факторов, оценивают в соответствии с расчетным вариантом аварии»;

4) на четвёртом этапе «определяют условные вероятности  поражения человека на различных расстояниях r_iот наружной установки при реализации i-й ветви логической схемы. Строят графические зависимости »;

5) пятый этап предполагает построение на генеральном плане предприятия вокруг наружной установки зон поражения, для каждой из этих зон определяют:

• средние (по зоне) условные вероятности , поражения человека (j – номер зоны);

• среднее число n людей, постоянно находящихся в j-й зоне.

6) далее «вычисляют ожидаемое число N погибших людей при реализации i-й ветви логической схемы по формуле

где к– число рассматриваемых зон поражения, выбираемое исходя из того, что вне к-йзоны все значения £10^-2год^-1, а в k-йзоне хотя бы одно из значений > 10^-2год^-1»;

7) наконец, социальный риск Sрассчитывают по формуле

где m – число ветвей логической схемы, для которых N_i ³ N₀ (N₀ –ожидаемое число погибших людей, для которого оценивается социальный риск. Допускается принимать N₀ =10. Если для всех ветвей логической схемы выполняется условие N_i < N₀, то рассматривают попарные сочетания ветвей логической схемы (реализация в течение года двух ветвей логической схемы), для которых выполняется условие: ».

Анализ изложенного метода позволяет заключить, что он:

1) рассчитан для аварии только на одной технологической установке;

2) не содержит указаний на то, как рассчитать социальный риск, если технологических установок несколько;

3) игнорирует вероятность нахождения человека в заданной точке местности (она постулируется равной 1,0);

4) вводит непонятное ограничение на вероятность  =10^-2 год^-1 при разбиении территории вокруг объекта на условные зоны поражения;

5) не содержит сведений (или указаний на источник информации) о величине  при аварии с выбросом иных веществ (не СУГ), например ЛВЖ;

6) содержит невнятное предложение попарного суммирования вероятностей различных сценариев при аварии на одной технологической установке;

7) социальный риск, заявленный в п. 3.1.14 данного стандарта как функция, предложено оценивать числом, которое надлежит сравнивать с предельной величиной 10^-5 год^-1.

В «Руководстве...» [6] указанные ошибки и нелогичности
ГОСТ Р 12.3.047-98 отчасти исправлены, кроме последнего, указанного в п. 7): согласно п. 5.3 «Руководства...» социальный риск задаётся с помощью функции, хотя из формулы (5.4)

где L – число ветвей логической схемы, для которых N_i ³ N₀, следует, что это всё-таки число, которое и предлагается сравнивать с предельно допустимой величиной социального риска, которая для населения в «Руководстве...» приведена и равна 10^-5 (верхняя граница безусловно неприемлемого риска), а для персонала – нет.

Между тем международный подход к представлению социального риска в виде F/N-диаграммы (функции вероятность/число пострадавших) намного логичнее, поскольку очевидно, что предельно допустимая вероятность аварии должна быть тем меньше, чем больше она повлечёт за собой жертв. Не может быть предельно допустимого социального риска в виде числа, только в виде зависимости F_lim/N, где F_lim – верхняя граница приемлемого риска при N и более пострадавших (погибших), как это и отмечено в Декларации Российского научного общества анализа риска [10].

Кроме того, непонятны основания ограничения, содержащегося в [5,6], согласно которому социальный риск следует оценивать, только если прогнозируемое количество жертв превысит 10 человек.

На наш взгляд, алгоритм для оценки социального риска на опасном объекте должен быть следующим:

1. Предположим, на рассматриваемом опасном объекте – складе ГСМ – имеется три потенциальных источника ЧС: это резервуары № 1, № 2 и автоцистерна. Тогда для каждого i-го потенциального источника ЧС I –1, 2 и 3 (например, резервуара № 1 с ЛВЖ) всю окружающую территорию (акваторию) S следует разбить на кобластей S, в пределах которых расчётная интенсивность поражающих факторов ЧС усредняется.

2. Рассчитываются вероятности  гибели  человек (либо нанесения им поражения заданной степени) (  =1, 2, ...) в результате реализации всех возможных сценариев (исходов)  развития ЧС на i-м источнике (например, горение пролива, объёмный взрыв паров, огненный шар). Для этого сначала оценивают вероятности:

а) возникновения i-гo источника ЧС A_i (в рассматриваемом случае – разгерметизации резервуара);

б) реализации j-гo исхода  аварии на i-м источнике ЧС;

в) гибели человека (либо нанесения ему поражения заданной степени) ,находящегося в заданной области S_k, вследствие воздействия поражающего фактора расчётной интенсивности при реализации j-ro сценария развития ЧС;

г) нахождения  человек  в момент аварии в рассматриваемой области S_k.

Затем с учётом статистической независимости вышеперечисленных величин рассчитываются вероятности  для  =1, 2, 3... по соотношению

                                                                            (*)

3. Подсчитывается вероятность P( )поражения  человек в результате возникновения аварий на всех потенциальных источниках ЧС (в рассматриваемом примере – резервуарах № 1 и № 2, а также автоцистерне).

При этом следует учесть три обстоятельства:

а) вероятность поражения человека при аварии более чем на одном источнике ЧС рассматривать вряд ли целесообразно, т.к. если это спонтанное событие, то вероятность одновременной реализации двух независимых событий исчезающе мала, если же эти аварии инициированы одной общей внешней причиной, тогда все А_i равны вероятности этого внешнего воздействия;

б) необходимость учёта сочетанного действия разных поражающих факторов может возникнуть только при одновременной реализации аварий на двух и более источниках ЧС (т. к. на одном источнике это события взаимоисключающие) – это экзотический сценарий типа падения самолёта на склад ГСМ.

в) входящие в формулу (*) параметры имеют следующие порядки величины:

А_i ~10^-3 –10^-8;

 ~ 10^-1;

C_j(S_k) ~ 10^-1 – 10^-2;

D( ,S_k) ~ 10^-1.

 

Таким образом, с достаточной для поставленной задачи точностью вероятность P( ) может быть найдена по соотношению

,

т.о. Q_i ( ) рассматриваются как несовместные события.

4. Подсчитывается суммарная вероятность F(N)гибели  и более человек в результате ЧС на рассматриваемом опасном объекте:

т.е. в расчёте участвуют только те сценарии, в которых прогнозируется гибель  и более человек.

5. Полученная зависимость изображается графически в виде отрезков прямых, параллельных оси абсцисс.

6. Далее следует проанализировать, не выходит ли полученная кривая из области допустимых значений.

Предложенный алгоритм проиллюстрирован простейшим примером топливозаправочного пункта (ТЗП) с единственным наземным резервуаром с дизельным топливом (д/т), приведённым в приложении к статье.

Коллективный риск

Под коллективным риском в методологии риск-анализа понимается математическое ожидание потерь (гибели людей) при реализации всей совокупности возможных сценариев развития ЧС на рассматриваемом объекте. Для дискретной случайной величины N(число погибших) математическое ожидание

где N_i – прогнозируемое число погибших при реализации i-го сценария;

Р_i– вероятность события, заключающегося в гибели N_i человек при реализации i-го сценария;

m— число возможных сценариев.

Вообще говоря, вероятность реализации i-гo сценария не равна вероятности события, заключающегося в гибели людей при этом сценарии. Таким образом, формула (5.7) для расчёта коллективного риска

,

где N_i– прогнозируемое число погибших при реализации i-го сценария;

неверна, т.к. не учитывает вероятности попадания людей в зону поражения. Например, при обслуживании газифицированной котельной, оборудованной котлами-автоматами, оператор каждый час для визуального контроля заходит в помещение котельного зала на пять минут. Это обстоятельство следует учитывать при расчёте коллективного риска.

Оценка вероятностей инициирующих событий

В существующем методическом обеспечении оценки рисков существует и иная проблема, имеющая принципиальное значение. Имеющийся опыт разработки паспортов безопасности свидетельствует, что наибольшая трудность в процедуре оценки риска заключается именно в определении вероятностей инициирующих событий. Если в РД 03-418-01 существующие методы оценки вероятностей событий перечислены через запятую, а в приложении 2 этого документа содержание методов совершенно не раскрыто, то ГОСТ Р 12.3.047-98 данной проблемы избегает, сосредоточившись на анализе последствий возможных аварий. Лишь для аварии, связанной с выбросом сжиженных углеводородных газов, в таблице Э.1 предложено соотношение вероятностей различных исходов аварии (образования факела, огненного шара, горения пролива и др.) – т. е. вероятности  предыдущего пункта (табл. 1):

Таблица 1 Статистические вероятности различных сценариев развития аварии с выбросом СУГ

Сценарий аварии	Вероятность
Факел	0,0574
Огненный шар	0,7039
Горение пролива	0,0287
Сгорание облака	0,1689
Сгорание с развитием избыточного давления	0,0119
Без горения	0,0292
Итого	1,0

Существенно лучше эта проблема проработана в ГОСТ 12.1.004-91 [4], в котором основной упор сделан на методы теории надёжности. Однако в этом документе очень многие необходимые параметры рекомендовано получать на основании оценки реального риска, т.е. методами статистической обработки данных об авариях. Очевидно, что разработчики ГОСТ 12.1.004-91 реализовали так называемый отраслевой подход, в рамках которого могут быть получены оценки только для некоторых усреднённых по отрасли объектов (типа средней температуры по больнице), без учёта индивидуальных особенностей каждого из них для целей межотраслевого ранжирования рисков. При оценке риска конкретных опасных объектов, существенно различающихся, как показывает практика, по уровню своей безопасности, такой подход неприемлем.

И в новейшем «Руководстве...» эта линия продолжена – в Приложении 1 приведена частота реализации аварий, связанных с пожарами (и, наверное, со взрывами), слишком укрупнённо – на отдельных технологических установках и целых предприятиях отдельных отраслей (табл. 2):

Таблица 2 Частоты возникновения пожара для некоторых зданий и сооружений

Наименование объекта	Частота возникновения пожара, год-1
Электростанции	2,2·10 -5
Склады химической продукции	1,2·10 -5
Склады номенклатурной продукции	9,0·10 -5
Инструментально-механические цеха	0.6·10 -5
Цеха по обработке синтетического каучука и искусственных волокон	2,65·10 -5
Литейные и плавильные цеха	1,89·10 -5
Цеха по переработке мясных и рыбных продуктов	1,53·10 -5
Цеха горячей прокатки металлов	1,89·10 -5
Текстильные производства	1,53·10 -5

 

Таким образом, предложенный в «Руководстве...» среднестатистический подход сориентирован для сравнительного анализа техногенного риска отдельных отраслей хозяйства и совершенно непригоден для целей паспортизации опасных объектов, поскольку не позволяет оценивать риск дифференцированно, отделять «плохие» предприятия от «хороших».

В таблице 1.2 Приложения 1 «Руководства...» приведена интенсивность отказов технологических трубопроводов. В ней исправлена погрешность таблицы 9 ГОСТ 12.1.004-91, в которой интенсивность отказов для трубопроводов указана неверно, без учёта того, что эту величину следует приводить для единицы длины трубы. Однако внесена другая неточность – достаточно часто встречается ситуация, когда трубопровод эксплуатируется непостоянно (8760 ч/год). Учитывая этот факт, в формулу вероятности отказа трубопровода

где λ – интенсивность отказов, м^-1год^-1 (по таблице 1.2 Приложения 1 «Руководства...»);

L– длина участка трубопровода, м,

следует внести поправочный коэффициент

k = T/8760,

где Т– реальная продолжительность эксплуатации трубопровода, ч/год, т. о. расчёт вероятности отказа следует вести по формуле .

Существуют альтернативные методы анализа техногенного риска, перечисленные в [7], однако получаемые с их помощью оценки являются по сути полуколичественными.

Для целей оценки риска в рамках паспортизации опасных объектов, пожалуй, более всего подходит метод, основанный на теории надёжности, поскольку с его помощью удаётся учесть конструктивные особенности технологических установок, продолжительность работы оборудования, обеспеченность устройствами противоаварийной защиты и др. Разумеется, этот метод не идеален, поскольку имеющаяся информация об интенсивности отказов элементов скудна и является слишком усреднённой – не учитывает, например, срок эксплуатации устройства, т. е. его износ. Очень мало данных по учёту человеческого фактора, зачастую определяющего. В силу этих обстоятельств неопределённость получаемых оценок также достаточно велика, однако она всё же существенно меньше, нежели в рамках отраслевого подхода.