Удк 658. 382. 3 Комплексная многоступенчатая система безопасности критически важных, потенциально опасных объектов

Вид материала

Автореферат диссертации

Содержание Содержание работы Первая глава Вторая глава R определяется произведением H*U R менее 5,0·10 - область малых рисков; мер по их снижению не требуется; R H - частота возникновения природной опасности; Ф - интенсивность поражающего фактора для рассматриваемой ЧС; F

Подобный материал:

• Методические рекомендации руководителям предприятий и учреждений по антитеррористической, 905.24kb.
• Гост р 12 006-2002  , 261.92kb.
• Комплексная программа обеспечения безопасности населения на транспорте I. Общие положения, 1307.74kb.
• Постановлением Госстандарта России от 25 октября 2002 г. №394-ст 3 введен впервые, 91.09kb.
• Ю. Д. Гончаров, Рыжов А. С., Сафронов, 21.11kb.
• Постановлением Госстандарта России от 9 ноября 1999 г. №400-ст 3 введен впервые 4 Настоящий, 161.52kb.
• Закон от 21. 07. 1997 n 116-фз "О промышленной безопасности опасных производственных, 274.93kb.
• Нормы фз «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» распространяются, 446.46kb.
• Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 134.1kb.
• О государственной регистрации потенциально опасных химических и биологических веществ, 360.85kb.

Содержание работы


Введение

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определена новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу проблемы обеспечения комплексной безопасности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз техногенного, природного характера и террористических актов.

В главе проведен системный анализ аварийных ситуаций на критически важных, потенциально опасных объектах с учетом возникновения аварийных ситуаций:

1) связанных с «ошибкой операторов» 1∙10^-4∙год^-1;

2) «отказом технологического оборудования» 5∙10^-4∙год^-1 которые отнесены к внутренним факторам возникновения ЧС в повседневной деятельности.

Из внешних факторов возникновения ЧС рассмотрены:

1. ураганы, смерчи с вероятностью возникновения 5∙10^-6∙год^-1;
   
2. землетрясения с вероятность возникновения 10^-11-10^-12∙год^-1;
   
3. падение метеорита с частотой события 1,84∙10^-10∙год^-1;
   
4. противоправные действия с вероятностью события, как обстрел территории 5,1∙10^-6∙год^-1 и вооруженное нападение с вероятностью 5∙10^-2∙год^-1, что вызовет возникновение таких аварийных ситуаций как пожары, разрушения объектов, зданий, систем, подвижных и других объектов жизнеобеспечения, которые будут в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.05.2007 г. будут представлять по типу как локальные, муниципальные, межмуниципальные, региональные, межрегиональные и федеральные.
   

Система сбора и обработки информации включает силы и средства более чем 25 контрольных мониторинговых систем различных министерств и ведомств, которые обеспечивают комплексные наблюдения за уровнем загрязнения воздуха, воды, почвы и биоты, другие осуществляют контроль гидрометеорологической и геофизической обстановки в интересах выявления предвестников природных катастроф, признаков техногенных аварий – прогноза таких явлений, как ядерные взрывы и их последствия, промышленные взрывы, землетрясения, извержения вулканов, аномальные градиенты температур имеющие место при пожарах, засухах и морозах, крупномасштабные атмосферные вихри, возмущения в водной среде, магнитные бури, лидарное зондирование выбросов АХОВ и их перемещения в атмосфере. Включение в единую систему сил и средств большого количества ведомств обуславливает наличие широких возможностей по решению задач комплексного мониторинга с иерархической структурой сбора, обработки и выдачи информации (Рис. 1) по уровням объектовый, муниципальный, межмуниципальный, региональный, межрегиональный и федеральный с единой базой данных по всем элементам, планами действий на всех уровнях для принятия решений по организации действий по защите от ЧС, позволяющей создать систему немедленного реагирования на угрозу и возникновение ЧС на опасных объектах (Рис. 2).



Рис. 1. Иерархичность информационной системы мониторинга



Рис. 2. Система немедленного реагирования на угрозу и возникновение ЧС для объекта уничтожения ХО


Рассмотрены элементы экономического анализа риска возникновения ЧС на опасном объекте по критериям «стоимость-безопасность-выгода» (Рис. 3) и возможный вариант схемы контроля КЧС и ОПБ за безопасностью при отсутствии нормативно-правовой базы по гражданской ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного объекта в результате недобросовестной оценки риска возникновения ЧС на опасном объекте, его поражающих факторов и принятия мер по предупреждению ЧС в повседневной деятельности при угрозе и возникновении ЧС.



Рис. 3. Комплексная система безопасности на опасном объекте


Реализация указанных функций будет обеспечена при условии, что единая государственная система безопасности будет строиться по иерархическому принципу с опорой на территориальную и ведомственную систему стационарных и подвижных пунктов первичной информации, основанных на использовании контактных и дистанционных методов обнаружения, идентификации и контроля вредных веществ, а также различного рода явлений и процессов, определяющих состояние окружающей природной среды, возможность возникновения и развития ЧС, созданием комплексных систем безопасности объекта, муниципального образования, региона, федерального центра в основу которой положена система комплексного, многоступенчатого мониторинга опасных объектов, сопряженных с ДДС объектов, ЕДДС-01 муниципальных образований, ЦУКС региона, Национальным центром управления в кризисных ситуациях МЧС России, локальными, территориальными сетями оповещения, системой ОКСИОН, силами и средствами реагирования РСЧС различного уровня (Рис.4).



Рис. 4. Структурная схема единой системы контроля и реагирования на ЧС

Выводы: Рассмотрены основные проблемы обеспечения комплексной безопасности опасного объекта, проведен системный анализ аварийных ситуаций на опасных объектах, предложен иерархический принцип построения комплексной системы мониторинга в сопряжении с дежурно-диспетчерскими службами, локальными системами оповещения, силами реагирования РСЧС различного уровня.

Вторая глава посвящена разработке методологических основ по оценке риска возникновения ЧС в зависимости от географического и временного факторов.

Степень угрозы для жизнедеятельности населения на рассматриваемой территории зависит от степени ее опасности, а также географического и временного факторов. Безопасность населения, различных объектов и окружающей среды при возможных техногенных авариях и природных катастрофах, - в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС), - устанавливают оценкой риска для отдельного предприятия или территории в сравнении с соответствующими нормативными параметрами.

Поражение опасностью объекта, оцениваемое различными показателями и характеризуемое тесной связью различных опасностей с объектами - реципиентами опасностей, по А.Л.Рагозину, отражает категорийное понятие риска, проиллюстрированное схемой на рис. 5.



Рис. 5. Схема формирования риска от внешней опасности:

Р(Н) - вероятность возникновения опасности H с определенными параметрами за определенное время, P(F|H) - уязвимость объекта от опасности Н, P(H)-P(F|H) -риск определенных потерь объекта за определенное время, обусловленный опасностью Н на территории D


Согласно данной схеме, оценка различных типов риска от од­номоментных и перманентных опасных природных и техногенных процессов может осуществляться по формуле

R₀(H) = P(F|H)∙D, (1)

P(F|H) = P^*(H)∙ P(S|H)∙ P(T|H)∙ P(Q|H), (2)

где R₀(H) - комбинированный риск от опасности H в любой сфере фиксации потерь; Р^*(Н) - частота возникновения этой опасности, числено равная ее статистической вероятности; P(S|H) и Р(Т|Н) -вероятности поражения объекта опасностью Н в пространстве и во времени; Р(Q|Н) - степень уязвимости (вероятность поражения, разрушения, гибели и т. п.) объекта при событии H; D - площадь, стоимость, численность населения и другие подобные общие показатели оцениваемого объекта; P(F|H) - вероятность отказа (повреждения, разрушения, гибели и т. п.) объекта при воздействии опасности; R - общая уязвимость объекта для этой опасности.

Оценке аварийного риска обычно предшествует построение логической схемы развития аварии - последовательности событий, приводящей, в конечном счете, к аварии. В качестве таких алгоритмов - графов состояния используют дерево событий и дерево неполадок (отказов), в которых учитывают возможные инициирующие события и варианты развития событий.

Значения допустимого (приемлемого) риска также устанавливают нормативными документами. Например, согласно ГОСТ Р.12.3.047-98, пожарная безопасность технологических процессов считается безусловно выполненной, если индивидуальный риск меньше 10^-8, а социальный риск меньше 10^-7.

Эксплуатация технологических процессов является недопустимой, если индивидуальный риск больше 10^-6 или социальный риск больше 10^-5. Эксплуатация технологических процессов при промежуточных значениях риска может быть допущена после проведения дополнительного обоснования, в котором будет показано, что предприняты все возможные и достаточные меры для умень­шения опасности.

Параметры поражающих факторов зависят от видов ЧС, то есть от типов опасных процессов, приводящих к последствиям, различающимся как масштабами, так и видом. При оценке степени поражения человека, повреждения или разрушения какого либо объекта при ЧС используют законы поражения, представляющие зависимость вероятности поражения от интенсивности поражающих факторов, воздействия, изменяющейся с расстоянием от источника опасностей, то есть в функции координат.

Вероятность случайных событий формализуют с помощью функций распределения, являющихся полными характеристиками случайных величин. Функция распределения F(Ф) случайной величины интенсивности Ф воздействия поражающего фактора, характерного для рассматриваемой ЧС, есть вероятность того, что значение Ф в точке с координатами x,у примет значение не выше заданной величины Ф₃

F( ₃(x,y))=_( ≤_{ 3}), (3)

При построении модели полагается, что функция распределения F(Ф) непрерывных случайных величин дифференцируема по всей области значений, и следовательно плотность вероятностей f(Ф) определяется производной f(Ф) = dF(Ф)/dФ, F(Ф) - функция монотонно неубывающая, F(-∞) = 0, F(+∞) = 1 и выражается через плотность вероятностей интегралом

_

Экспериментальные функции распределения и плотности вероятности представляют в дискретной форме в виде гистограмм. При преобразовании плотности вероятности в непрерывную функцию подбирают подходящую стандартную функцию.

Расчетные случаи для машинной реализации в геоинформационной системе (ГИС) можно свести к следующим моделям воздействий:

1. Фиксированы координаты центра очага опасности, интенсивность или мощность и время воздействия. Модель характерна для условий свершившейся ЧС.

2. Определена функция распределения F(Ф_i) или плотность рас­пределения f(Ф_i) случайных величин Ф_i характерных для конкретной ЧС.

3. Обобщенная модель, полученная статистической обработкой эмпирических данных, обычно в виде таблиц и карт. Например, опасности наводнений, сильных ветров, лесных пожаров.

4. Карты районирования территорий по опасностям, основанные на наблюдениях и заблаговременно проведенных расчетах.

На основе гистограммы может быть построена зависимость f[Ф_i(х,у)] i-го параметра поражающего фактора Ф_i для точки с координатами х,у. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета плотности распределения вероятности для полей опасности, зависящих от скорости и направления ветра, приведена на рис. 7.



Рис. 7. Укрупненная блок-схема определения плотности распределения вероятности полей опасности с учетом ветров


Функции f(Ф) и F(Ф) природных опасностей получают на основе статистической обработки результатов наблюдений за опасными событиями. Для примера на рис. 8 приведены функции f(I) и F(I) интенсивности I землетрясений



Рис. 8. Плотность вероятности и функция распределения интенсивности землетрясения для Алтая-Саянского и Прибайкальского регионов


При оценке последствий ЧС применяют законы разрушения, устанавливаемые на основе экспериментальных данных или прочностных расчетов и аппроксимируемые подходящими стандартными распределениями.

Применяют законы разрушения двух типов: вероятности наступления не менее определенной степени разрушения сооружения P_Ai(Ф) (рис. 9а) и вероятности наступления определенной степени разрушения сооружений P_Bi(Ф) (рис. 9б).



Рис. 9. Общий вид законов разрушения сооружений i-й степени


В основном, законы разрушения сооружений от воздействий поражающих факторов получают анализом и обобщением статистических материалов (представительных выборок).

Идентификация закона разрушения использованием статистических данных выполняется на основе некоторой гипотезы о соответствии возможному стандартному (теоретическому) распределению и вычислении вероятности ее приемлемости. При превышении этой вероятностью уровня значимости данная гипотеза считается не противоречащей эксперименту и, следовательно, принимается, причем степень соответствия устанавливается по критерию согласия, например с применением критерия χ². Иначе выдвигается и проверяется другая гипотеза.

Статистические оценки теоретических распределений определяют при помощи моментов эмпирических распределений. Основные характеристики (статистики) выборки из п элементов х_i - начальный момент первого порядка (арифметическое среднее) х и второй центральный момент (дисперсия) σ² или среднее квадратическое отклонение σ:




При определении вероятности наступления определенной степени разрушения сооружений используется теорема о полной группе т событий



Учитывается, что после воздействия поражающего фактора сооружение может быть в одном из т несовместных событий: оказаться неповрежденным (событие В₀) или получить i-ю степень разрушения (В₁). Вероятности P_Bi определенной степени разрушения определяются из соотношений

P_Bm() = P_Am(),

P_Bi () = P_Ai() - P_Ai+1(), (8)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

P_B2 () = P_A2() - P_A3(),

P_B1 () = P_A1() - P_A2(),

P_B0 () = P_A0() - P_A1(),

где Р_Ai(Ф) - вероятности не менее i-й степени разрушения.

Под законом поражения понимают зависимость вероятности поражения людей от интенсивности поражающего фактора.

Для примера, на рис. 10 приведены законы поражения людей при мощном взрыве, когда поражающее действие определяется избыточным давлением на фронте воздушной ударной волны (Ф = ΔР_Ф).



Рис. 10. Общий вид параметрических законов поражения людей в зданиях:

1 - общие потери, 2 - безвозвратные потери


Примером параметрических законов поражения людей может служить обобщенная функция одного аргумента Р(Ф), основанная на нормальном распределении и являющаяся количественной мерой воздействия на человека различных поражающих факторов, например ударной волны аварийных взрывов, тепловой энергии, токсической нагрузки, радиационного облучения.

В зависимости от решаемых задач риск можно представить в виде математического ожидания ущерба определенного вида за год или частоты наступления неблагоприятного события за год.

В первом случае риск R определяется произведением H*U, в которой Н - частота наступления ЧС (число аварий, катастроф за год), U - потенциальный ущерб от конкретной ЧС. Размерность риска согласуется с характером ущерба и имеет вид [ущерб/год].

Во втором случае риск R определяется как разность H - Р, где Н - вероятность наступления ЧС за год; Р - вероятность наступления неблагоприятного события при условии, что случилась ЧС. Размерность риска в данном случае [1/год].

Наиболее приемлемым критерием оценки степени опасности для жизни персонала объектов и рядом расположенного населения может служить индивидуальный риск, определяемый как вероятность смертельного исхода на объекте за год в результате аварии или при стихийном бедствии. Этот показатель включает произведение частоты ЧС на вероятности их последствий. Коллективный риск составляет произведение индивидуального риска на число людей в опасной зоне.

В настоящее время ведутся исследования по нормированию рисков. В практике проектирования нефтепроводов в качестве критериев допустимости уровня индивидуального риска R рассматриваются три области:

R менее 5,0·10^-5 - область малых рисков; мер по их снижению не требуется;

R от 5,0·10^-5 до 10^-3 - область, требующая принятия определенных мер по снижению рисков, с учетом экономической (финансовой) целесообразности этих мер;

R более 10^-3 - область недопустимого риска, требующая обязательного выполнения мер по его снижению, невзирая на размер финансовых затрат.

Рассмотрим подробнее методологию оценки индивидуального риска, ориентированную на применение ГИС-технологий. Важными элементами этой методологии являются рассмотренные выше модели воздействия, законы разрушения и поражения.

Индивидуальный риск в пределах населенного пункта с территорией S_Z для масштабных природных опасностей типа землетрясений, наводнений, цунами может определяться по формуле



где H - частота возникновения природной опасности; Ф - интенсивность поражающего фактора для рассматриваемой ЧС; F(Ф) - плотность распределения интенсивности поражающего фактора; Р(Ф) - параметрический закон поражения людей; Ψ_L(t) - функция, учитывающая размещение людей в зданиях в зависимости от времени, Ψ(x,y) – от координат.

Индивидуальный комплексный риск с учетом возможного поражения людей при всех (п) ЧС, характерных для объекта или территории, может быть определен по формуле



Учитывая, что значения рисков по величине очень малы, комплексный риск можно определить суммированием рисков от отдельных опасностей.