Качественные методы анализа риска

Обьектом анализа опасностей от источника техногенного риска является система «человек — машина — окружающая среда (ЧМС)». В этой системе объединены технические объекты, люди (персонал) и окружающая среда, непрерывно взаимодействующие друг с другом.

Анализ опасностей и риска позволяет выявить возможные источники опасностей, предвидеть и предотвратить потенциально возможные аварии и катастрофы, последовательности развития нежелательных событий, рассчитать вероятности возможных аварий, величину риска, определить возможные последствия аварий и подсчитать величину ущерба от этих последствий, определить пути и наметить мероприятия, необходимые для предотвращения аварий и смягчения их последствий.

Методы определения потенциального риска можно классифицировать следующим образом:

• • инженерные методы, основанные на использовании статистики, при их применении проводится расчет частот, вероятностный анализ безопасности, построение деревьев опасности;
• • модельные методы, базирующиеся на разработке и построении моделей воздействия опасных и вредных факторов на отдельного человека, на коллективы — профессиональные и социальные группы населения;
• • экспертные методы, при их применении проводится опрос опытных специалистов-экспертов, определение вероятностей различных событий на основе этого опроса;
• • социологические методы, которые целиком основаны на опросе населения и обработке сто результатов.

Методы разных видов лучше всего применять в комплексе для отражения различных аспектов (свойств) потенциальных опасностей. Анализ риска выявляет опасности, описывает их качественно и количественно и заканчивается планированием предупредительных мероприятий. Он базируется на знании алгебры логики и событий, теории вероятностей, статистическом анализе, требует инженерных знаний и системного подхода.

Качественные методы анализа риска позволяют определить источники опасностей, потенциальные аварии и несчастные случаи, возможные последовательности развития событий, пути предотвращения аварий (несчастных случаев) и смягчения их последствий. Выбор качественного метода анализа риска зависит от цели анализа, назначения объекта и его сложности.

Качественные методы анализа опасностей включают:

• • предварительный анализ опасностей;
• • анализ (прогноз) последствий отказов;
• • анализ опасностей методом потенциальных отклонений;
• • анализ ошибок персонала;
• • причинно-следственный анализ потенциальных опасностей;
• • составление дерева причин и анализ опасностей с его помощью;
• • составление дерева последствий и анализ опасностей с помощью.

Предварительный анализ опасностей (ПЛО) заключается в выявлении источников опасностей, определении системы или событий, которые могут вызывать опасные состояния, характеристике опасностей в соответствии с вызываемыми ими последствиями. Предварительный анализ опасностей осуществляют в следующем порядке:

• • изучают технические характеристики объекта (системы, процесса), используемые источники энергии, рабочие материалы и среды, устанавливают их агрессивные, повреждающие свойства;
• • выявляют нормативно-техническую документацию, действие которой распространяется на данный технический объект (систему, процесс);
• • проверяют существующую техническую документацию, действующую на предприятии (в организации), на ее соответствие нормам и правилам техники безопасности;
• • составляют перечень опасностей, в котором указывают идентифицированные источники опасностей, повреждающие факторы от них, выявленные недостатки, потенциальные аварии.

В целом ПАО представляет собой первую попытку выявить оборудование объекта исследования (технической системы) в его начальном варианте и определить отдельные события, которые могут привести к возникновению опасностей. Этот анализ выполняется на начальном этапе разработки системы. Более детальный анализ возможных событий обычно проводится с помощью дерева отказов, после того как система полностью определена и изучена.

Анализ последствий отказов (АПО) — качественный метод определения опасностей, базирующийся на системном подходе и имеющий характер прогноза. АПО представляет собой анализ индуктивного типа, с его помощью систематически, на основе последовательного рассмотрения одного элемента объекта изучения за другим анализируют все возможные виды отказов, аварийные ситуации, выявляя при этом их результирующие воздействия на систему. Отдельные аварийные ситуации и некоторые виды отказов элементов системы позволяют определить их воздействие на другие, близлежащие элементы и на систему в целом. АПО осуществляют в следующем порядке:

• • техническую систему (объект) разбивают на отдельные компоненты;
• • для каждого выделенного компонента выявляют возможные виды отказов;
• • изучают потенциальные возможности возникновения аварии, которые могут быть вызваны отказами на исследуемом объекте;
• • ранжируют отказы по видам опасности и разрабатывают предупредительные меры для предотвращения из появления.

Результаты анализа последствий отказа представляют в виде таблиц с перечнем оборудования, причин и видов возможных отказов с частотой их появления, последствиями, критичностью, средствами обнаружения неисправностей (сигнализаторами, приборами контроля и т. п.) и рекомендациями по уменьшению каждого вида опасности.

В табл. 8.1 в качестве примера представлены показатели (индексы) уровня и критерии критичности по вероятности возникновения и тяжести последствий отказов. Для анализа были использованы четыре выделенные группы, которым может быть нанесен ущерб от отказа, — это персонал, население, имущество (оборудование, сооружения, здания, продукция и т.и.), окружающая среда.

Таблица 8.1

Матрица «вероятность — тяжесть последствий».

В табл. 8.1 использованы следующие варианты критериев отказов:

• а) по тяжести последствий:
  • • катастрофический отказ — приводит к смерти людей, существенному ущербу имуществу, наносит невосполнимый ущерб экологии и окружающей среде;
  • • критический (некритический) отказ — угрожает (или не угрожает) жизни людей, приводит (или не приводит) к существенному ущербу имущества, окружающей среды;
  • • отказ с пренебрежимо малыми последствиями — вид отказа, не относящийся по своим последствиям ни к одной из первых трех категорий;
• б) но категории (критичности) отказов:

Л — обязательным является количественный анализ риска или же требуются особые меры по обеспечению безопасности объекта;

В — желателен количественный анализ риска или потребуется принятие определенных мер безопасности объекта;

С — достаточно проведение только качественного анализа опасностей или принятие некоторых (еденичных) мер безопасности;

D — в анализе и принятии дополнительных мер безопасности нет необходимости.

Этим методом можно оценить потенциал опасности любого технического объекта. По результатам анализа отказов на объекте исследования могут быть собраны данные о частоте отказов — среднем числе отказов в единицу времени, — необходимые для выполнения количественной оценки уровня опасности рассматриваемого объекта.

Анализ опасностей методом потенциальных отклонений (ЛОМПО) включает в алгоритм своего исполнения процедуру искусственного формулирования отклонений с помощью ключевых слов. Для этой цели разбивают технологический процесс или техническую систему на некоторые составные части и, формируя с помощью ключевых слов отклонения, изучают их потенциальные причины и последствия, к которым они могут привести на практике.

В процессе такого анализа для каждой составляющей опасного производственного объекта (ТС) или технологического процесса определяют возможные отклонения, причины отклонений и дают указания по их недопущению. При характеристике отклонения используются ключевые слова: «нет», «больше», «меньше», «так же, как», «другой», «иначе, чем», «обратный» и т. п. Использование ключевых слов позволяет исполнителям выявить все возможные отклонения. Конкретное сочетание этих слов с технологическими маршрутами и параметрами выполняемых операций определяется спецификой процессов и производства в целом.

Наиболее часто используемое примерное содержание ключевых слов такое:

• • «нет» — отсутствие (прекращение) прямой подачи вещества, когда эта подача должна производиться;
• • «больше {меньше)» — увеличение (уменьшение) значений параметров, определяющих режимы выполняемых операций по сравнению с заданными параметрами (температуры, давления, расхода), определяемыми технологической документацией;
• • «так же, как» — появление дополнительных количеств составляющих компонентов (воздух, вода, примеси);
• • «другой» — состояние, резко отличающееся от обычной работы, чаще всего — противоположное состоянию обычной работы (пуск — остановка, повышение — понижение производительности и т. д.);
• • «иначе, чем» — полное изменение выполняемого процесса, появление непредвиденного события, разрушение, разгерметизация оборудования и т. п.;
• • «обратный» — логически противоположный замыслу шаг, действие, например появление обратного потока вещества.

Выявленные отклонения с повышенными значениями критичности далее рассматриваются более подробно, в том числе они используются при построении сценариев аварийных ситуаций и при количественной оценки риска. Степень опасности отклонений может быть определена количественно путем оценки вероятности и тяжести последствий в рассматриваемых ситуациях по критериям критичности аналогично методу АП О (см. табл. 8.1).

Анализ ошибок персонала (АОП) относится к важнейшим элементам методологии оценки опасностей с учетом человеческого фактора Он позволяет охарактеризовать ошибки работников, инициирующие или усугубляющие аварийную ситуацию, выявить способности отдельных персоналий совершать корректирующие действия по управлению аварией.

АОП состоит из следующих этапов:

• • выбор системы, затем выбор вида работы;
• • определение цели работы;
• • идентификацию видов потенциальных ошибок;
• • определение возможных последствий ошибок;
• • установление возможности исправления ошибок;
• • изучение причин ошибок;
• • выбор методов предотвращения ошибок;
• • оценку вероятности совершения каждой ошибки;
• • расчет вероятности исправления каждой ошибки;
• • расчет риска;
• • выбор и обоснование путей снижения риска.

Причинно-следственный анализ (ПСА) заключается в выявлении причины происшедшей аварии или катастрофы. Он является важной составной частью общего анализа опасностей. Его выполнение завершается прогнозом возможности появления новых аварий и составлением плана мероприятий по их предупреждению. ПСА включает следующие этапы:

• • сбор информации о деталях аварии с точным и объективным се описанием;
• • составление подробного перечня событий, предшествовавших аварии, в их реальной последовательности;
• • построение ориентированного графа — дерева причин, начинается это построение с последней стадии развития событий, т. е. с аварии;
• • выявление логических связей дерева причин;
• • составление и формулирование предупредительных мер для исключения повторения аварии данного типа и (или) для избежания аналогичных (похожих) аварий.

Анализ опасностей, выполняемый с помощью дерева причин потенциальной аварии (АОДП) или же идентичного ему дерева отказов, проводится для выявления возможных комбинаций отказов, неполадок оборудования, ошибок персонала и внешних воздействий, приводящих к аварийной ситуации.

Метод используется для анализа возникновения аварийной ситуации, расчета ее вероятности. Вероятность ситуации рассчитывают, задаваясь вероятностями исходных событий.

Анализ опасных ситуаций с помощью деревьев проводят в гаком порядке:

• • на основе анализа имеющихся данных об объекте делают выбор потенциально возможной чрезвычайной ситуации, аварии или отказа, способного привести к аварии;
• • выявляют и анализируют все возможные факторы влияния, которые потенциально могут способствовать развитию ситуации, приводящей к выбранному виду аварии, включая в число анализируемых факторов все потенциально возможные прецеденты;
• • на основе результов анализа выбранных факторов проводят построение ориентированного графа — дерева с вершиной — потенциально возможной аварией выбранного типа.

Ясно, что выполнение достоверного анализа может быть осуществлено лишь после окончания обстоятельного изучения всех особенностей и функций компонентов рассматриваемой ТС. На функционирование системы существенное влияние оказывает человеческий фактор, поскольку возможности совершения ошибок различного характера, неправильных действий работниками (операторами) совершенно не исключены. Следует вводить в состав дерева отказов, по возможности, все потенциально возможные события, связанные с так называемыми отказами операторов.

Задачей качественного анализа дерева отказов является определение возможных аварийных сочетаний анализируемых факторов влияния.

Аварийное сочетание представляет собой определенный набор исходных событий, и если этот набор образуется, т. е. все эти исходные события сочетаются (случаются), то с большой вероятностью конечное событие происходит. Сложные ТС, системы, имеющие в своем составе большое число компонентов, составных частей, характеризуются и значительным числом возможных видов отказов в них. Для проведения анализа можно несколько упростить исходные данные, рассматривать только основные, наиболее характерные виды отказов. Из этих соображений вводится важное понятие — минимальное аварийное сочетание.

Минимальное аварийное сочетание является таким сочетанием исходных событий, что если удалить любое одно исходное событие, то оставшиеся события вместе больше нс представляют из себя аварийного сочетания. Аварийное сочетание, к которому добавлены еще и другие исходные события, перестает быть минимальным аварийным сочетанием.

Дерево отказов отражает в своей структуре ход развития событий. Если построить несколько деревьев, можно отразить их динамику, т. е. проиллюстрировать возможное развитие событий во времени. Дерево событий используется для определения последовательности событий при аварии, включающей сложные взаимодействия между компонентами и составными частями ТС, между техническими системами, служащими для обеспечения безопасности, Анализ опасностей с помощью дерева событий или равноценного ему дерева последствий потенциальной аварии (АОДПо) отличается от АОДП. В случае АОДПо задается потенциально возможное событие-инициатор и исследуется вся группа событий-следствий, к которым может привести появление инициатора. Анализ дерева событий выполняется посредством построения алгоритма последовательно происходящих событий, исходящих из основного события (аварийная ситуация), имеющих его как исходный пункт для анализа развития аварийной ситуации.

Рассчитывается частота каждого сценария развития аварийной ситуации. Она определяется умножением частоты основного события (аварии) на вероятность конечного события (т.е. ее же). Дерево решений является разновидностью дерева событий Если в дереве событий рабочие состояния системы не рассматриваются, так что сумма вероятностей всех событий не равна единице, то в дереве решений все возможные состояния системы выражаются через состояния ее компонентов и составляющих частей. Дерево решений может быть использовано в следующих случаях: когда отказы всех элементов независимы или если имеются элементы с несколькими возможными состояниями; если есть односторонние зависимости. Наоборот, их нельзя использовать при наличии двусторонних зависимостей и если не обеспечивается проведение логического анализа после выбора начальных событий, исходных для развития аварии.

С выбора критического события начинается анализ дерева причин — последствий. Эти события выбираются так, чтобы они могли служили удобными отправными пунктами для анализа. Известно, что большинство аварийных ситуаций развивается вслед за критическим событием в виде цепочки из отдельных событий. Характерными критическими событиями, приводящими к аварийным ситуациям, являются отклонения параметров технологических процессов, расширение диапазона давления, повышение температуры или степени загрязнения и др. Вероятность появления критических событий повышается при начале процесса выпуска партии продукции, начале процедуры пуска оборудования или его остановки, событиях, которые приводит в действие систему обеспечения безопасности.

Процедура построения диаграммы последствий проводится в определенной последовательности. Исходят из выбора начального инициирующего события, за ним следуют другие события, характерные для данного этапа работы. Комбинированные методы дерева отказов для выявления причин и дерева событий для показа последствий используются при анализе дерева причин — последствий. Все явления рассматриваются в последовательности их появления.