Частотный анализ является одним из основных этапов анализа аварийного риска. ЧА – необходимое условие для прогнозирования аварийного риска. Если исследователь не располагает необходимыми данными, позволяющими определять интенсивности (вероятности) аварий, то рассчитать аварийный риск, порождаемый объектом, невозможно. В лучшем случае можно прогнозировать лишь потери, ущерб от аварий, принимая, что они произойдут с вероятностью, равной единице.
Частотный анализ включает в себя в следующие этапы:
1) нахождение интенсивностей (вероятностей) аварий;
2) выявление событий, наиболее сильно влияющих на интенсивности (вероятности) аварий;
3) разработка рекомендаций по снижению интенсивностей (вероятностей) наиболее опасных событий.
Частотный анализ опирается на использование теоретических положений теории вероятности и математической статистики, теории надежности, алгебры логики.
Интенсивности (вероятности) аварий могут быть определены тремя путями: непосредственно, с помощью деревьев отказов (ДО) и деревьев событий (ДС) и с помощью моделей Маркова.
Первый путь связан с использованием ретроспективных («исторических») данных, со статистической обработкой эмпирических (экспериментальных) данных и с применением метода экспертных оценок.
Подобные процедуры, во-первых, пригодны для определения интенсивностей (вероятностей) инициирующих, базовых событий. Во-вторых, они могут быть использованы для нахождения интенсивностей (вероятностей) инцидентов, которые нередко фигурируют в деревьях отказов в виде верхнего нежелательного события (ВНС). И, наконец, их используют при непосредственном определении интенсивностей (вероятностей) самих аварий.
Второй путь состоит в использовании графических представлений совокупности различных случайных событий, приводящих к авариям. Это сочетания событий, предшествующих инциденту, и сочетания событий от инцидента до аварии. Первые графически изображаются с помощью деревьев отказов, вторые – с помощью деревьев событий.
Второй путь базируется на формировании и качественном и количественном анализе сопряженных (по инцидентам) деревьев отказов и деревьев событий. При количественном анализе деревьев отказов используют следующие методы: метод характеристик надёжности; т.н. метод логических переключателей, специально приспособленный для анализа ДО; метод минимальных аварийных сочетаний; метод функций алгебры логики (ФАЛ), а также метод статистических испытаний Монте-Карло.
Третий путь связан с использованием моделей состояния исследуемой системы (моделей марковских процессов), выражаемых дифференциальными уравнениями Колмогорова-Чепмена. С помощью моделей Маркова может быть определена вероятность аварийного состояния рассматриваемых объектов.
Наибольшее распространение получил второй подход, опирающийся на анализ совмещенных ДО и ДС.
Интенсивности (вероятностей) наиболее опасных событий могут быть, например, вычленены из сочетаний аварийных событий с использованием специальной процедуры анализа значимости аварийных событий, отраженных в дереве отказов.
23.11. Вероятностный анализ безопасности
Важное место в анализе и оценке рисков занимает процедура вероятностного анализа безопасности (ВАБ). В зависимости от содержания, целей и предназначения результатов различают 4 уровня ВАБ.
ВАБ-0 содержит качественный и количественный анализы надежности систем и оборудования АЭС, важных для ее безопасности. Он предусматривает анализ и оценку надежности персонала, внешних и внутренних воздействий, отказов по общей причине, перечни исходных событий аварии (ИСА) и др.
ВАБ-1 предполагает разработку вероятностных моделей (ВМ) для определения состояний с повреждением источников, содержащих ядерное топливо и радиоактивные материалы. По этим моделям производится оценка количества выделяющихся при авариях радиационных веществ (РВ), определяются причины таких событий, рассчитываются вероятности или частоты проявления аварий. ВАБ-1 должен производиться для всех эксплуатационных состояний станции (ЭСС) – работа на полной, частичной или малой мощности, плановое техническое обслуживание, перегрузка топлива, ремонт, переходные режимы.
ВАБ-2 предусматривает анализ состояний с повреждением станции, моделирование системы локализации, определение состава и количества выбрасываемых в окружающую среду РВ, оценку вероятностей или частот таких событий.
ВАБ-3 подразумевает анализ распространения выбрасываемых за пределы герметичной оболочки РВ, оценку создаваемых при этом на местности доз облучения, расчет комплексных показателей безопасности, включая оценку риска от АЭС.
Как следует из вышеизложенного, выполнение ВАБ высших уровней связано с моделированием и расчетом ряда физических показателей, зависящих от конструкции ядерного реактора (ЯР), состава активной зоны, параметров системы локализации, района и условий протекания аварии.
Как отмечалось выше, наиболее известными способами графического моделирования надежности и безопасности сложных организационно-технических систем являются последовательно-параллельные схемы, блок-схемы, графы связности, деревья событий и/или деревья отказов (ДС/ДО), арковских графы состояний и переходов, GO-схемы, релейно-контактные схемы, схемы функциональной целостности (СФЦ). При выполнении ВАБ наибольшее применение нашли ДО/ДС. Менее известны GO-схемы и СФЦ. Руководства МАГАТЭ не исключают использования последовательно-параллельных схем и арковских графов состояний и переходов. Графы связности и релейно-контактные схемы в практике ВАБ почти не применяются.
23.12. Построение полей поражающих факторов, возникающих при различных сценариях развития аварии
В результате реализации опасности на промышленном объекте образуются поражающие факторы (ПФ) для персонала, населения, окружающей среды и самого объекта. Анализ последствий реальных аварий в промышленности позволяет определить наиболее характерные ПФ [2,9,10,11,13]. К ним относятся:
• воздушная ударная волна (УВ) взрывов облаков топливовоздушных смесей (ТВС) и конденсированных взрывчатых веществ (ВВ);
• тепловое излучение огневых (огненных) шаров и горящих разлитии;
• токсические нагрузки;
• фрагменты, образующиеся при разрушении зданий, сооружений, технологического оборудования;
• осколки остекления.
Построение полей ПФ — сложная и трудоемкая научно-техническая задача. Ее решению посвящено значительное число научных работ, существует также ряд утвержденных различными ведомствами методик.
Особенности возникновения и развития аварий на складах нефти и нефтепродуктов показали, что при моделировании физических процессов, протекающих при авариях, должны учитываться следующие явления:
• истечение из отверстия в резервуаре;
• растекание жидкости при квазимгновенном разрушении резервуара;
• испарение жидкости из пролива;
• образование топливовоздушного облака;
• взрыв топливовоздушной смеси в резервуаре или производственном помещении;
• факельное горение струи жидкости;
• вскипание и выброс горящей жидкости при пожаре (boilover). Кроме того, при моделировании развития аварий на складах нефти и нефтепродуктов необходимо оценивать:
• массу горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения аварийных ситуаций;
• максимальные размеры взрывоопасных зон;
• избыточное давление в ударной волне при взрыве паровоздушного облака;
• избыточное давление в ударной волне при взрыве резервуара с перегретой ЛВЖ (ГЖ) в очаге пожара;
• интенсивности теплового излучения;
• разлет осколков при взрывном разрушении технологического оборудования.
23.13. Анализ разрушений и их последствий
Анализ разрушений и их последствий является индуктивным методом, главной задачей которого является оценка частоты и последствий разрушений компонентов. Когда существенное значение имеют процессы управления или ошибки оператора, другие методы могут оказаться более подходящими. Этот метод может потребовать больше времени, чем, например, анализ дерева неисправностей, т. К. должен рассматриваться каждый случай выхода из строя каждого компонента. Все случаи выхода из строя с малой вероятностью разрушения могут подробно не детализироваться, но это решение должно быть документировано закреплено.
23.14. Моделирование неисправности в системах управления
В этом индуктивном методе методики испытаний основаны на двух критериях: технология и сложность системы управления. Главным образом, применяются следующие методы:
— практические испытания реальной схемы и моделирование неисправности на реальных компонентах, особенно в сомнительных местах, с учетом характеристик, определенных при теоретической проверке и анализе;
— моделирование режима управления (например, с помощью аппаратных и или программных моделей).
Всякий раз, когда проверяются сложные части систем управления, связанные с безопасностью, обычно необходимо разделить систему на несколько функциональных подсистем, и подвергать испытаниям на моделирование неисправности исключительно интерфейс.
23.15. Характеристика, проведенных выше методов, позволяет сделать следующие выводы:
23.15.1. В общем случае выбор методов оценки рисков определяется следующими основными факторами:
- потенциальной опасностью объекта анализа риска (отдельный человек или социальная группа определенной численности, элемент или система техносферы, природный объект или территория заданных размеров);
- потенциальной опасностью и ущербами при переходе от нормальных (штатных) условий функционирования сложной системы «человек – объект экономики – среда жизнедеятельности» к аварийным и катастрофическим (нештатным);