Метод построения «дерева отказов» при чрезвычайных ситуациях

С помощью анализа дерева отказов фактически делается попытка количественно выразить риск дедуктивным методом. Деревья отказов идентифицируют событие или ситуацию, создающие риск, после чего ставится вопрос: как могло возникнуть такое событие?

Практическая полезность дерева отказов зависит от тщательности оценки верхнего события. Большинство непосредственных причин верхних событий могут изучаться, как будто они сами являются верхними событиями. Теоретически такой анализ может проводиться очень детально на многих уровнях. Наиболее доступные для исследования причины - это отказы компонентов, по которым имеется достаточное количество статистических данных.

В этой связи наглядным примером качестве элементов систем могут служить насосы и регулирующая аппаратура. Так, хотя отказ насоса и может служить верхним событием, вызванным такими причинами, как разрыв корпуса, разрушение подшипника и т.п., достаточное количество данных об отказах насосов может позволить рассматривать такой отказ как причину. В таком случае нет необходимости проводить дальнейший анализ для определения риска отказа.

Простейшее дерево, характеризующее возникновение пожара на объекте, показано на рис.8.2а. Более сложное дерево аварии, описывающее разрыв химического реактора, представлено на рис.8.26.

Исходные события при разрыве реактора следующие: А — закрыт или неисправен предохранительный клапан, Б — открыт клапан подачи окислителя, В — неисправна система блокировки при высокой температуре, Г — малая подача сырья, Д — клапан окислителя открыт и неисправен, Е — неисправна система регулирования расхода окислителя, Ж — увеличено открытие диафрагмы, З — отсутствует напор.

При построении дерева аварий события располагают по уровням. Главное (конечное) событие занимает верхний - 0-й уровень, ниже располагают события 1-го уровня (среди них могут быть и начальные), затем - 2-го уровня и т.д. Если на 1-м уровне содержится одно или несколько начальных событий, объединяемых логическим символом ИЛИ, то возможен непосредственный переход от начального события к аварии.

Необходимо определить минимальные аварийные сочетания (MAC) и минимальную траекторию для построения дерева. Первичные и неразлагаемые события соединены с событием 0-го уровня маршрутами (ветвями). Сложное дерево имеет различные наборы исходных событий, при которых достигается событие в вершине; они называются аварийными сочетаниями. Квалифицированные эксперты проверяют правильность построения дерева. Это позволяет исключить субъективные ошибки разработчика, повысить точность и полноту описания объекта и его действий.

Для дерева рис.8.26 сочетание событий А, Б, Г, Д аварийное. При одновременном возникновении этих событий произойдет разрыв реактора. MAC - наименьший набор исходных событий, при котором возникает событие в вершине. MAC являются события А, Б, Г. Полная совокупность MAC дерева представляет собой все варианты сочетаний событий, при которых может возникнуть авария. Минимальная траектория - наименьшая группа событий. Качественно и количественно исследуют дерево аварий с помощью выделенных минимальных аварийных сочетаний и траекторий. Качественный анализ заключается в сопоставлении различных маршрутов от начальных событий к конечному и с определения критических (наиболее опасных) путей, приводящих к аварии.

Разработан метод оценки вероятности возникновения ЧС па химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях па основе марковских случайных процессов с использованием дерева отказов. Применение такой модели позволяет имитировать различные условия возникновения ЧС (различные начальные условия, интенсивности перехода из одного состояния в другое). Точность результата в значительной степени определяется точностью исходной информации, т.е. возникают специальные требования к этой информации.

Опыт показывает, что эта информация должна быть достаточно разнообразна, включать в себя механические, физические, технологические, химические параметры процесса. Сбор и обработка соответствующей информации, оценка уровня ее надежности становятся специальной задачей. Важность моделирования состоит в том, что оно позволяет, имитируя различные ситуации, выделить совокупности наиболее значимых условий и параметров, которые определяют возникновение и развитие ЧС.

Однако не всегда метод «дерево отказов» находит приверженцев. Известные и рекомендуемые к применению в нормативных документах методы количественной оценки техногенного риска (например, «потоковые графы», «деревья происшествий») имеют существенные недостатки. Во-первых, они чрезвычайно трудоемки и требуют высокой квалификации исполнителей. Во-вторых, для их реализации необходимы многочисленные количественные исходные данные. Указанные недостатки являются непосредственной причиной того, что эти методы не находят широкого практического применения.

Сложившуюся ситуацию разрешит создание экспертной системы оценки техногенного риска опасных производственных объектов (ОПО), вычислительным ядром которой является имитационная модель процесса возникновения происшествий в человеко-машинных системах (ЧМС). Такое моделирование, менее чувствительное к неточности и нечеткости исходных данных, дает возможность одновременно учитывать десятки разрозненных входных параметров. В свою очередь сама экспертная система позволяет снизить квалификационный уровень пользователя, а также уменьшить трудоемкость выполняемых оценочных работ.

В настоящее время концепция описанной выше экспертной системы реализована в виде программного комплекса technoHAZARD 2.0, который разработан в рамках федеральной целевой научно-технической подпрограммы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». Программа работает под управлением операционной системы Windows 9х и имеет доступный интерфейс.

Типичный уровень пользователя соответствует примерно уровню инженера по технике безопасности. Экспертный программный комплекс technoHAZARD 2.0 прошел апробацию при выработке и оценке мер безопасности при оценке возможности возникновения аварийной ситуации на складе хлора на проектируемом заводе по производству йода в Краснодарском крае, при сравнительном анализе реконструктивных мероприятий на изотермическом хранилище жидкого аммиака в Ставропольском крае.