Энергоэнтропийная концепция опасностей

Обобщенные данные по результатам анализа происшествий в техносфере при осуществлении хозяйственной деятельности положены в основу при формулировании представлений о природе объективно существующих опасностей. Такой подход позволил обеспечить истинность исходных предпосылок и плодотворность основанных на них последующих построений, позволяя верно обосновать выбор объекта, предмета и соответствующих им методов исследования и совершенствования безопасности (5,8).

Современные источники техногенных опасностей должны обладать минимальным набором и уровнем вредного воздействия на работающих, селитебные зоны техносферы и природную среду, а также минимальным техногенным риском, обеспечивая минимизацию рисков в зонах своего влияния.

Опасности в техносфере, как и в природной сфере, носят потенциальный, т. е. скрытый характер, и идентификация опасностей представляет собой процесс обнаружения и установления количественных, временных, пространственных и иных характеристик, необходимых и достаточных для разработки профилактических и оперативных мероприятий, направленных на обеспечение нормального функционирования технических систем и качества жизни.

В процессе идентификации выявляются:

номенклатура опасностей;

вероятность их проявления;

пространственная локализация (координаты);

возможный ущерб и др. параметры, необходимые для решения конкретной задачи.

Методы обнаружения опасностей:

инженерный. Определяют опасности, которые имеют вероятностную природу происхождения;

экспертный. Он направлен на поиск отказов и их причин. При этом создается специальная экспертная группа, в состав которой входят разные специалисты, дающие заключение;

социологический метод. Применяется при определении опасностей путем исследования мнения населения (социальной группы). Формируется путем опросов;

регистрационный. Заключается в использовании информации о подсчете конкретных событий, затрат каких-либо ресурсов, количестве жертв;

органолептический. При органолептическом методе используют информацию, получаемую органами чувств человека (зрением, осязанием, обонянием, вкусом и др.).

Результатом идентификации опасностей является выявление рисков реализации этих опасностей, степень их воздействия на человека и технологическое оборудование и на основании выявленных рисков разработка мероприятий по обеспечению безопасности и защиты от них. На завершающем этапе идентификации производится декларирование промышленной безопасности опасных производственных объектов.

Обязательному декларированию промышленной безопасности подлежат проектируемые и действующие:

промышленные объекты, имеющие в составе особоопасные производства;

гидротехнические сооружения, хвостохранилища и шламонакопители I, II, III классов, на которых возможны гидродинамические аварии.

Отнесение к особоопасным производствам, входящим в подлежащие декларированию промышленной безопасности производственные объекты, основывается на:

величине пороговых количеств потенциально опасных веществ, определенных для конкретных веществ или различных категорий веществ;

количестве потенциально опасного вещества, обращающегося на производственном объекте.

К опасным производственным объектам в соответствии с Федеральным законом Российской Федерации «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» относятся предприятия или их цехи, участки, площадки, а также иные производственные объекты, указанные в приложении 1 к этому Федеральному закону.

Основная задача этапа идентификации опасностей — выявление (на основе информации о безопасности данного объекта, данных экспертизы и опыта работы подобных систем) и четкое описание всех присущих системе опасностей. Это ответственный этап анализа, так как не выявленные на этом этапе опасности не подвергаются дальнейшему рассмотрению и исчезают из поля зрения.

На начальном этапе идентификации проводится предварительный анализ опасностей с целью выявления опасных подсистем (блоков) технологической системы промышленного объекта. Критерий опасности подсистем на данном этапе — распределение в технологической системе опасных веществ и (или) их смесей с учетом возможности их неконтролируемого истечения (выброса), наличие источников их воспламенения (взрыва) и внешних (техногенных, природных) опасностей.

Результаты предварительного анализа и применения методов идентификации опасностей дают возможность определить, какие элементы, блоки или процессы в технологической системе требуют более серьезного анализа и какие представляют меньший интерес с точки зрения безопасности.

Результат идентификации опасностей — перечень нежелательных событий, приводящих к аварии. Идентификация опасностей завершается также выбором дальнейшего направления деятельности.

Это может быть:

решение прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опасностей;

решение о проведении более детального анализа риска;

выработка рекомендаций по уменьшению опасностей.

Эксплуатация технических систем потенциально опасна, так как связана с различными технологическими процессами, а последние — с использованием (выработкой, транспортировкой, хранением и преобразованием) химической, электрической и других видов энергии, накопленной в оборудовании и материалах, непосредственно в человеке и окружающей среде, где опасность проявляется в результате неконтролируемого выхода энергии, что приводит к выходу из строя или разрушению технологических систем, причинению вреда и ущерба материальным средствам, потерям и увечьям обслуживающего их персонала.

В определенных условиях неконтролируемый выход энергии сопровождается чрезвычайными ситуациями.

Количественная оценка (квантификация) опасностей основывается на воздействии потоков опасности на окружающую среду и человека и определяется, исходя из критериев допустимого вредного воздействия потоков (веществ, энергии, информации) и критериев допустимой травмоопасности потоков.

В любой точке жизненного пространства с координатами x, y, z массовые, энергетические и информационные потоки могут оказывать воздействие П на объект (человека, природу), которое определяется его интенсивностью I и длительностью экспозиции ф:

П (x, y, z) = ѓ(I, ф). (4.1)

Интенсивность потока определяется по формулам:

для вещества, г/(м²· с), Iв = G/(Fф);

для энергии, Дж/(м²· с) или В/м², I_э = Q/(F ф);

для информации, бит/с, I_и = И/ ф;

где:

G — масса вещества, г;

F — площадь поперечного сечения потока, м²;

Q — количество информации в двоичных знаках, бит.

Основное условие допустимости воздействия потоков в зоне пребывания человека:

П? ПДП, (4.2).

где:

П — реальный показатель пока;

ПДП — предельно допустимое значение потока.

Потоки энергии и информации воздействуют на объект защиты непосредственно, их влияние оценивается величинами I_э и I_и.

При воздействии потоков энергии условие допустимости воздействия принимает вид:

Ii ?ПДУ_i, (4.3).

где:

Ii — интенсивность i-го потока энергии в жизненном пространстве;

ПДУ_i — предельно допустимый уровень интенсивности i-го потока энергии.

Потоки веществ практически всегда воздействуют на человека через изменение концентрации этих веществ в жизненном пространстве.

В этом случае допустимое количество i-го вещества G_i, которое можно ввести в объем V помещения при условии отсутствия в нем недопустимого загрязнения i-м веществом:

G_i? (ПДК_i — С_фi)V, (4.4).

где:

ПДК_i — предельно допустимая концентрация i-го вещества в помещении;

С_фi — фоновое (начальное) загрязнение помещения i-м веществом.

Зоны пребывания человека в рабочей и бытовой средах считаются допустимыми, если в них соблюдены нормативные требования по параметрам микроклимата, по освещению, по ПДК загрязняющих веществ и по предельно допустимым интенсивностям энергетического облучения.

Организмы и растения способны без вреда для себя переносить воздействие опасностей в определенных количествах, например, загрязняющих веществ, теплового излучения, вибрации.

Их уровень, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называют пороговым уровнем.

При больших количествах проявляются отрицательные воздействия. Они зависят от величины опасной дозы (P), так и от длительности воздействия (экспозиции) опасности (t).

Для исключения необратимых биологических эффектов устанавливают нормируемые безопасные и предельно допустимые уровни или концентрации энергетического или биологического воздействия.

При определении предельно допустимых значений приходится делать выбор между вероятностью нанести ущерб здоровью человека и экономической выгодой обеспечения более жестких нормативов.

Пороговый уровень воздействия для технических систем — это способность сопротивляться до определенного предела и в течение определенного времени негативным (разрушающим) воздействиям или полезным (рабочим) нагрузкам, сохраняя при этом свои заданные функции.

Этот уровень оценивается качественными и количественными характеристиками (показателями надежности) материала элементов или систем в целом.

При короткой экспозиции (малой длительности) переносимы более высокие уровни, т. е. пороговые значения для них могут быть выше и понижаться при более длительной экспозиции (рис. 4.1):

величина опасной дозы — P;

длительность воздействия (экспозиция) — t.

Рис. 4.1 Пороговые значения негативного воздействия при короткой экспозиции (кратковременном воздействии).

При определении природы аварийности и травматизма исходят из обусловленности данного явления такими противоречивыми факторами, как:

объективное стремление энергетических потенциалов к выравниванию;

противодействие разного рода защитных механизмов его возможным разрушительным последствиям.

Данные определения позволяют сформулировать энергоэнтропийную концепцию аварийности и травматизма, сущность которой сводится к следующему (П.Г. Белов, 1999) (2,3):

• 1. Производственная деятельность потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние — с энергопотреблением (выработкой, хранением, преобразованием механической, электрической, химической, ядерной и другой энергии).
• 2. Опасность проявляется в результате несанкционированного либо неуправляемого выхода энергии, накопленной в оборудовании и/или вредных веществах, непосредственно в самих работающих, во внешней относительно людей и техники среде.
• 3. Такой внезапный выход энергии может сопровождаться происшествиями с гибелью или травмированием людей, повреждениями оборудования или объектов окружающей их природной среды.
• 4. Происшествиям предшествуют цепи предпосылок, приводящие к потере управления технологическим процессом, нежелательному выбросу используемых в нем энергии или вредных веществ, их воздействию на людей, оборудование и окружающую среду.
• 5. Звеньями причинной цепи происшествия являются ошибочные и несанкционированные действия персонала, неисправности и отказы техники, а также нерасчетные воздействия на них извне.

Правомерность данной концепции обусловлена ее эмпирическим характером и непротиворечивостью фундаментальным законам энтропии, в частности — объективному стремлению последней к росту. Согласно второму началу термодинамики, производственная деятельность, связанная, как правило, с противодействием такому росту, приводит соответствующие системы в неустойчивое, а стало быть — потенциально опасное состояние. Это же справедливо и для интеллектуальной работы человека, требующей усилий по уменьшению энтропии (на сей раз — в информационном, а не термодинамическом смысле), которая способна причинять вред его здоровью.