ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ПЕРЕРАСТАНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В АВАРИЮ

Для оценки возможности перерастания инициирующих событий (ава­рийных ситуаций) в аварии объектов с различными нежелательными исхода­ми используются методы и модели вероятностного анализа безопасности. Наиболее часто используются два вида моделей:

рассмотренные выше модели «нагрузка - прочность», применяемые для оценки вероятности аварий сравнительно простых объектов, состоящих в разрушении некоторых критически важных элементов конструкции объекта, что приводит к проливу (выбросу) вредных веществ, инициированию взрыв­чатых превращений в ВВ и т.д.;.

модели, основанные на рассмотрении аварийных последовательно­стей, анализируемых с помощью аппарата теории графов (деревья событий, отказов). Применяются для потенциально опасных объектов, оснащенных специальными системами безопасности. При этом вероятности событий, со­ставляющих аварийные последовательности, вычисляются с помощью моде­лей 1 -го вида, моделей надежности, включая вероятности ошибочных дейст­вий персонала и т.д.

Рассмотрим в качестве примера модели первого вида расчет вероятно­сти аварии с опасным грузом при его.перевозке железнодорожным транспор­том. Для оценки частоты аварий с опасными фузами было бы естественно использовать их статистику- Однако аварии с транспортными средствами представляю собой лишь аварийные ситуации для опасных грузов, которые могут и не перерасти в аварию.

Частота аварий с конкретным опасным грузом зависит кроме интен­сивности _ас транспортных аварий от особенностей конструкции опасного груза (перевозимого потенциально опасного объекта) и его упаковки. Поэто­му для ее оценки воспользуемся статистикой транспортных аварий обычных поездов (аварийных ситуаций для опасных грузов) и моделью перерастания транспортных аварий в аварии с перевозимыми опасными грузами.

Пусть перевозка опасного груза осуществляется по железной дороге. Объем перевозок составляет S₀ поездо-км в год. Интенсивность аварий на же­лезных дорогах, сопровождающихся действием аварийных нагрузок на пере­возимые грузы (столкновения с другим поездом, сход подвижного состава и т.п.), составляет _ас, поездо-км^-1. Так, в ФРГ в 1989-1993 гг, столкновения и сходы подвижных составов (всех типов) с рельсов происходили _:с интенсив­ностью около поездо-км^-1. Получим соотношения для вычисления ин­тенсивности аварий с опасными грузами, перевозимыми специальными эшелонами.

Авария с опасным грузом наступает в случае реализации двух собы­тий:

1) транспортной аварии железнодорожного состава, создающей ава­рийные нагрузки па упаковки с опасными грузами, уровни которых зависят от скорости движения в момент аварии;

2)разрушения упаковки в результате действия реализовавшихся ава­рийных нагрузок, что связано с выходом опасных веществ за установленные барьеры.

Математическое ожидание числа транспортных аварий в год (что яв­ляется частотой во времени) железнодорожного состава, создающими пред­посылки для аварий с опасными грузами, вычисляется по формуле

.

Пусть условием разрушения упаковки и выхода опасных веществ за установленные барьеры является [77]

где V_д - скорость поезда в момент аварии, характеризующая уровни дейс­твующей па упаковку аварийной нагрузки, V_п - предельная скорость столкно­вения, при которой еще не наступает разрушение упаковки. Величины V_д и V_п являются случайными и характеризуются своими функциями распределения.

Предельная скорость характеризует свойство конструкции упаковки - его устойчивость по отношению к ударным механическим нагрузкам, созда­ваемым в транспортных авариях. Предельная скорость зависит от прочности упаковки, способа крепления опасного груза, вида транспортной аварии, рас­положения вагона в составе и других факторов. Для взрывоопасных грузов V_п зависит также от чувствительности перевозимых взрывчатых веществ.

Предельная скорость устанавливается расчетно-экспериментальными методами. Виды (например, ударные механические нагрузки, перегрузки на узлах крепления, проникающие воздействия острых деталей соседних грузов) и параметры аварийных воздействий на упаковки в зависимости от скорости движения поезда, расположения вагона с опасным грузом в составе и других факторов устанавливаются с помощью моделей аварий транспортных средств. Несущая способность конструкции упаковки по отношению к реали­зующимся в транспортной аварии воздействиям определяется экспе­риментально. С этой целью проводятся испытания упаковки на действие ме­ханической аварийной нагрузки (на сбрасывание, пробивание и др.).

С учетом условной вероятности q=P(V_д >V_n) аварии с опасным грузом при условии реализации транспортной аварии с поездом, движуишмся со скоростью V_д, запишем выражение для частоты аварий с опасными грузами:

. (6.4)

а математическое ожидание числа аварий в год - , что одновременно является частотой аварий во времени.

При вычислении вероятности второго события следует иметь в виду, что случайные величины V_n и V₀ стохастически независимы. Случайную ве­личину предельной скорости можно считать распределенной по нормальному закону со средней скоростью v_д и средним квадратическим от­клонением .

Анализ распределения скоростей в момент происшествия на железных дорогах ФРГ в 1989-1993 гг. показывает, что большая их часть происходит не на перегонах, а в пределах станций при маневровых работах, т.е. при малых скоростях. Поэтому распределение скоростей аппроксимируется законом Всйбулла с параметрами масштаба а = 25,7 и формы b = 0,75. Можно предположить, что распределения происшествий по скоростям для железных дорог разных стран отличаются лишь масштабом. Для Российских железных дорог параметр масштаба подобного распределения существенно меньше, 'так как отсутствуют скоростные магистрали. Параметры же формы распределения близки. Лналогичное предположение может быть сделано и относительно других количественных соотношений между аварийными про­исшествиями. Указанные предположения позволяют воспользоваться при по­строении математических моделей детальной статистикой аварий, имеющей­ся в ряде стран: ФРГ, Швейцарии, Австрии и др.

Выражение для вычисления вероятности P(V_n<V_д) для композиции нормального закона и распределения Всйбулла имеется в специальной лите­ратуре. Если случайным разбросом предельной скорости пренебречь ( - среднему значению предельной скорости), то

, (6.5)

где - коэффициент запаса упаковки опасного груза по безопасности, v_d=K_b a - математическое ожидание скорости поезда в момент аварии, К_ь -табулированный коэффициент (для статистики ФРГ равный 1,2).

Расчеты показываю!', что с ростом коэффициента запаса интенсив­ность аварий с опасными грузами снижается по отношению к интенсивности транспортных аварий (при = 0,05 на 10 %, при =2,5 - на порядок). Сниже­ние Ло проходит значительнее при меньших разбросах действующей и пре­дельной скоростей. Таким образом, достичь снижения интенсивности аварий опасных грузов можно двумя путями: уменьшением средней скорости движе­ния поезда (что возможно в ограниченных пределах) й повышением устойчи­вости конструкции упаковки (величины предельной скорости для упаковок), что имеет свои экономические и технические пределы).

Определение вероятностей аварий с различными исходами для слож­ных потенциально опасных объектов, имеющих специальные системы безо­пасности для воспрепятствованию перерастанию аварийных ситуаций в ава­рию, проводят с использованием причинно-следственных закономерностей (логики) развития аварий из аварийных ситуаций через совокупность проме­жуточных событий, т.е. на базе разработки соответствующих сценариев, по­строенных по физически обоснованному принципу: "А что будет, если...". Поскольку число таких сценариев может быть весьма значительным, а их реализация - взаимозависимой, для интегрального определения вероятности аварии потенциально опасного объекта обычно используются методики по­строения деревьев событий или деревьев отказов, а также методы теории гра­фов. В логику возникновения итогового отказа включаются и показатели «че­ловеческого фактора». Такая методика получила название вероятностного анализа безопасности (ВАБ). Цели ВАБ [42]: выбор и оптимизация прин­ципиальных технических решений по обеспечению безопасности; сравни­тельный анализ аварийных цепочек по выявлению слабых мест и определяю­щих безопасность событий; сравнительный анализ безопасности вариантов; сравнение при единых предпосылках с прототипами и аналогами; выявление принципиальной достижимости требуемой безопасности; консервативная (для наихудшего случая) оценка риска при всех рассматриваемых исходных событиях.

Методика ВАБ применительно к ядерным реакторам включает: выбор исходных событий аварий и оценка их частоты; создание базы данных по на­дежности элементов; оценка надежности систем безопасности на основе структурно-логических схем и дерева отказов; анализ путей развития аварий от каждого исходного события на основе детерминистского исследования тс-плофизических процессов в реакторе с использованием системного или функционального дерева событий; расчет вероятностей реализации аварий­ных цепочек; оценка вероятности неблагоприятных (конечных) состояний, отличающихся тяжестью последствий.

Аварийные последовательности являются откликом потенциально опасного объекта на исходные события. При ВАБ могут использоваться веро­ятностные модели, основанные на рассмотрении дерева отказов и дерева со­бытий, что также может быть представлено в виде последовательно-параллельной логической схемы. На основе логической взаимосвязи событий в дереве отказов или схеме выделяются критические группы элементов (ми­нимальные сечения). В качестве показателя безопасности может рассматри­ваться вероятность несрабатывания на требование или (для системы зашиты в объектах одноразового использования) вероятность преждевременного сра­батывания.

Развитие аварии наглядно анализируется с помощью системного дере­ва событий. Пути к авариям лежат через многократные наложения независи­мых и зависимых отказов, включая ошибки персонала. Методика ВАБ преду­сматривает при анализе дерева для каждого исходного события такое нало­жение отказов и ошибок, что отдельные ветви (аварийные цепочки) обяза­тельно доводятся до неблагоприятных состояний.

Вероятностное моделирование аварий включает следующие этапы: характеристику исходного события; определение функций безопасности, вы­полнение которых необходимо для приведения потенциально опасного объ­екта в безопасное состояние, а также набора и структуры систем, влияющих на выполнение функций безопасности; критерии выполнения отдельных функций; разработку функционального дерева событий для определения множества состояний или аварийных последовательностей с повреждением активной зоны; анализ причин реализации и отбор аварийных последова­тельностей для анализа (отбираются те, которые представляют собой так на­зываемые функциональные минимальные сечения функционального дерева событий, реализуемые при минимальном по сравнению с другими числе не­выполненных функций или отказавших систем (элементов); разработку для каждой из аварийных последовательностей вероятностных моделей в форме структурно-функциональных схем и/или элементного дерева отказов. В каче­стве элементов дерева отказов используются отказы технических средств и ошибочные действия персонала; расчет условных вероятностей реализации аварийных последовательностей.

Функциональное дерево событий представляет собой логическую диа­грамму, устанавливающую множество конечных состояний потенциально опасного объекта и условия их реализации при аварии в зависимости от про­межуточных событий - выполнения или невыполнения функций безопасно­сти. Графически дерево событий изображается в виде таблицы состояний и собственно логической диаграммы событий в форме разомкнутого графа или дерева. В заголовках колонок таблицы состояний слева направо размешаются название исходного и промежуточных событий и характеристика конечных состояний. Траектории от начала дерева (графа), т.е. от исходного события до конечного состояния, отображают пути развития аварии, или аварийные последовательности. Одна из линий, исходящая из узла ветвления графа, озна­чает выполнение, другая - невыполнение функций.

Для каждого конечного состояния на функциональном дереве собы­тий разрабатывается вероятностная модель в виде структурно-функциопалыюй схемы и/или дерева отказов.

При анализе безопасности потенциально опасного объекта, в частно­сти, АЭС следует учитывать: отказ элементов реактора, ошибки персонала, возможность повреждения или разрушения реактора в результате внешних воздействий, отказ систем аварийной защиты. Внешние воздействия могут быть обусловлены: опасными природными явлениями или техногенными факторами, связанными с деятельностью человека (взрывами, пожарами, авиационными происшествиями и т.п.). Например, вероятность падения воз­душного судна на реактор определяется уровнем безопасности полетов, их интенсивностью в районе АЭС, а также распределением авиационных происшествий по типу и характерным для них последствиям. Вероятность этого события составляет для АЭС 10'...10" 1/год, причем 99 % вклада дают происшествия с легкими самолетами и вертолетами, не приводящие к разрушению реактора.

Аналогичные расчеты следует проводить и в интересах обеспечения безопасности других потенциально опасных объектов. Общий подход к оценке безопасности состоит в расчленении ситуации (сложного события), приводящей к опасным последствиям с различающейся степенью тяжести, на элементарные события, определении вероятностей этих событий, опре­делении последовательности событий, приводящей к опасным последствиям и расчете полной вероятности сложного события для указанной последова­тельности. Степень детализации элементарных событий определяется воз­можностью определения вероятности их возникновения.

На этапе проектирования должен проводиться анализ аварий и их потенциальных причин по схемам сверху вниз (уточнение функций систем) и снизу вверх (от срабатывания, разрушения или отказа элемента и его влияния на подсистему более высокого уровня до аварии). Каждый вид отказа или способствующего события анализируется для выявления его наихудшего по­следствия.

Поиск по сайту: