Промышленная безопасность

№ 2538

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»



Кафедра техносферной безопасности











                Промышленная безопасность






    Учебно-методическое пособие




Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2015

УДК 669.504 П81

Рецензент
д-р техн. наук, проф. Л.С. Стрижко




     Авторы: Б.С. Мастрюков, О.М. Зиновьева, А.М. Меркулова,
     Н.А. Смирнова

     Промышленная безопасность : учеб. метод. пособие / П81 Б.С. Мастрюков [и др.]. - М. :Изд. Дом МИСиС, 2015. - 148 с.
       ISBN 978-5-87623-943-3




          Пособие относится к основной учебной литературе по курсу «Промышленная безопасность» и дополнительной по курсу «Безопасность жизнедеятельности», а также может быть использовано при выполнении выпускных квалификационных работ. Содержит разделы: оценка вероятности возникновения аварийной ситуации; сценарии развития аварий; аварии, сопровождающиеся взрывами, пожарами, выбросом опасных химических веществ; гидротехнические аварии. В разделы входят десять практических занятий, содержащих основные понятия и определения, принципиальные теоретические положения, примеры решения задач.
          Соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Промышленная безопасность» по профилю подготовки бакалавров «Безопасность технологических процессов и производств» и направлению «Техносферная безопасность».
          Предназначено для студентов всех направлений подготовки НИТУ «МИСиС».




УДК 669.504







ISBN 978-5-87623-943-3

                       © Коллектив авторов, 2015
                       © НИТУ МИСиС, 2015

    ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие ................................................... 4
I. Оценка вероятности возникновения аварийной ситуации ........ 5
  Практическое занятие 1. Оценка потенциальной опасности объектов и определение вероятности возникновения источника аварийной ситуации .......................................... 5
  Практическое занятие 2. Оценка вероятности аварийного разлива
  топлива при заправке транспортного средства методом «дерево отказов»............................................ 23
II. Сценарии развития аварий ................................. 29
  Практическое занятие 3. Моделирование процесса развития аварии, вызванной разгерметизацией резервуара (трубопровода), методом «дерево событий»............................................ 29
III. Аварии, сопровождающиеся взрывами ....................... 39
  Практическое занятие 4. Взрыв конденсированных взрывчатых систем 43
  Практическое занятие 5. Взрыв парогазовоздушного облака .... 50
  Практическое занятие 6. Взрыв технологического оборудования под давлением............................................... 68
IV. Аварии, сопровождаемые пожарами .......................... 77
  Практическое занятие 7. Пожар разлития ..................... 80
V.  Аварии, сопровождающиеся выбросом опасных химических веществ .. 88
  Практическое занятие 8. Прогнозирование последствий химических аварий с использованием методики РД 52.04.253-90.............88
  Практическое занятие 9. Моделирование процесса распространения парогазовоздушного облака в приземном слое атмосферы........ 99
VI. Гидротехнические аварии................................... 124
  Практическое занятие 10. Прогнозирование последствий гидродинамических аварий................................... 124
Библиографический список...................................... 131
Приложение.................................................... 132

3

    ПРЕДИСЛОВИЕ

   Целью изучения учебной дисциплины «Промышленная безопасность» является формирование знаний о неразрывном единстве эффективной профессиональной деятельности с требованиями к защищенности жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий указанных аварий.
   Реализация этих требований гарантирует сохранение работоспособности и здоровья человека, готовит его к действиям в экстремальных условиях.
   В результате изучения дисциплины бакалавр должен знать методы анализа взаимодействия человека и результатов его деятельности с производственной средой обитания. Уметь идентифицировать основные опасности производственной среды обитания человека; оценивать риск их реализации; прогнозировать вероятность возникновения и последствия аварий и катастроф. Владеть методами математического моделирования надежности и безопасности работы отдельных звеньев реальных технических систем и технических объектов в целом.
   Для этого в программу дисциплины включены практические занятия, состоящие из следующих разделов:
   I. Оценка вероятности возникновения аварийной ситуации.
   II. Сценарии развития аварий.
   III. Аварии, сопровождающиеся взрывами.
   IV. Аварии, сопровождаемые пожарами.
   V.   Аварии, сопровождающиеся выбросом опасных химических веществ.
   VI. Гидротехнические аварии.
   Практические занятия содержат основные понятия и определения, принципиальные теоретические положения, примеры решения ряда задач.

4

I. ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ
Практическое занятие 1
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИСТОЧНИКА АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ
  Опасность - объективно существующая возможность негативного воздействия на объект или процесс, в результате которого может быть причинен какой-либо ущерб, вред, ухудшающий состояние, придающий развитию нежелательную динамику или параметры (характер, темпы, формы и т.п.).
  Мерой опасности является риск - сочетание частоты (или вероятности) опасного события и его последствий заданного уровня.
  В зависимости от субъекта опасности различают следующие виды риска:
  Технический риск - вероятность отказа технических устройств с последствиями определенного уровня (класса) за некоторый период функционирования опасного производственного объекта (ОПО).
  Потенциальный риск - ожидаемая частота поражения определенной тяжести реципиента в результате воздействия совокупности поражающих факторов всех возможных аварий при условии постоянного нахождения реципиента в этой точке.
  Индивидуальный риск - частота поражения определенной тяжести представителя выделяемой категории реципиентов в данной точке в результате воздействия совокупности поражающих факторов аварий с учетом доли времени нахождения в рассматриваемой точке территории за выбранный период, особенностей физиологического восприятия негативного воздействия, адекватности действий в аварийной ситуации, наличия и эффективности систем защиты от соответствующего поражающего фактора.
  Коллективный риск - сумма произведений индивидуальных рисков на число реципиентов, подвергшихся этому риску.
  Социальный риск - зависимость частоты событий, в которых пострадало на том или ином уровне число людей, больше определенного, от этого определенного числа людей (кривая Фармера).

5

   Приемлемый риск - риск, уровень которого допустим и обоснован исходя из экономических и социальных соображений.
   Для контроля и управления риском проводят процедуру анализа риска.
   Анализ риска - процесс идентификации опасностей и оценки риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды.
   Идентификация опасности - процесс выявления и признания, что опасность существует и определение ее характеристик.
   Оценка риска - процесс, используемый для определения степени риска анализируемой опасности для здоровья человека, имущества или окружающей среды. Оценка риска включает анализ частоты появления события, анализ последствий его появления и их сочетание.
   Различают следующие методы анализа риска:
   - детерминированные;
   - вероятностно-статистические (статистические,  теоретиковероятностные и вероятностно-эвристические);
   -    комбинированные, включающие различные комбинации перечисленных выше методов (детерминированных и вероятностных; детерминированных и статистических и т.д.).
   Детерминированные методы предусматривают анализ последовательности этапов развития аварий, начиная от исходного события через последовательность предполагаемых отказов до установившегося конечного состояния. Недостатками метода являются: возможность упустить редко реализующиеся, но важные цепочки развития аварий; сложность построения адекватных математических моделей; необходимость проведения дорогостоящих экспериментальных исследований.
   Вероятностно-статистические методы анализа риска предполагают как оценку вероятности возникновения аварии, так и расчет относительных вероятностей того или иного пути развития процессов. При этом анализируются разветвленные цепочки событий и отказов, выбирается подходящий математический аппарат и оценивается полная вероятность аварии. Расчетные математические модели при этом можно существенно упростить по сравнению с детерминированными методами. Основные ограничения метода связаны с недостаточной статистикой по отказам оборудования. Кроме того, применение упрощенных расчетных схем снижает достоверность получаемых оценок риска для тяжелых аварий. Тем не менее вероятностно-статистический метод в настоящее время считается одним из наиболее перспективных.

6

   Все перечисленные выше методы анализа риска подразделяются по характеру исходной и результирующей информации на качественные и количественные методы (табл. 1.1).


Таблица 1.1

Методы анализа и оценки техногенного риска

Группа методов        Качественные методы     Количественные методы      
                       Детерминированные методы                           
Детерминированные Проверочного листа (Check-  Методы, основанные на      
                  list)                       распознавании образов      
                  «Что будет, если?» (What -  (кластерный анализ)        
                  If)                         Ранжирование               
                  Анализ вида и последствий   (экспертные оценки)        
                  отказов - АВПО (Failure     Методика определения и     
                  Mode and Effects Analysis - ранжирования риска         
                  FMEA)                       (Hazard Identification and 
                  Анализ ошибочных действий   Ranking Analysis -         
                  (Action Errors Analysis -   HIRA)                      
                  AEA)                        Анализ вида, последст-     
                  Концептуальный анализ риска вий и критичности отка-    
                  (Concept Hazard Analysis -  за - АВПКО (Failure        
                  СНА)                        Mode, Effects and Critical 
                  Концептуальный обзор безо-  Analysis - FMECA)          
                  пасности (Concept Safety    Методика анализа эф-       
                  Review - CSR)               фекта домино (Methodol-    
                  Анализ человеческих оши-    ogy of domino effects      
                  бок (Human Hazard and Oper- analysis)                  
                  ability - Human - HAZOP)    Методика определения и     
                  Логического анализа         оценки потенциального      
                                              риска (Methods of poten-   
                                              tial risk determination and
                                              evaluation)                
                  Вероятностно-статистические методы                      
Теоретико-        Причины последовательно-    Анализ дерева собы-        
вероятностные     сти несчастных случаев      тий - АДС (Event Tree      
                  (Accident Sequences         Analysis - ETA)            
                  Precursor - ASP)            Анализ дерева отказов -    
                                              АДО (Fault Tree            
                                              Analysis - FTA)            
                                              Оценка риска минималь-     
                                              ных путей от иниции-       
                                              рующего до основного       
                                              события (Short Cut Risk    
                                              Assessment - SCRA)         

7

Окончание табл. 1.1

Вероятностно-     Экспертного оценивания     «Дерево решений»        
эвристические     Метод аналогий для опреде- Вероятностная оценка    
                  ления сценариев развития   риска опасных объектов  
                  аварий                     Балльные оценки         
                                             Субъективные вероятно-  
                                             стные оценки опасных    
                                             состояний               
                                             Согласование групповых  
                                             решений на основе коэф- 
                                             фициентов конкордации,  
                                             построение обобщенных   
                                             ранжировок              
                                             Методы попарных срав-   
                                             нений                   
                      Комбинированные методы                          
Детерминированные Анализ максимального воз-  Полный анализ риска -   
и вероятностные   можного несчастного случая методика оптимального   
                  (Maximum Credible Accident анализа риска (Optimum  
                  Analysis - MCAA)           Risk Analysis - ORA)    
Детерминированные Логико-графические методы  Количественная оценка   
и статистические  анализа риска опасных объ- риска (Quantitative Risk
                  ектов                      Assessment - QRA)       

   Примечание. В таблице выделены методы, которые будут рассмотрены в пособии.

   Рекомендации по выбору методов анализа риска для различных видов деятельности и этапов функционирования ОПО представлены в табл. 1.2.
Таблица 1.2

Рекомендации по выбору методов анализа риска

                                                               Вид деятельности                               
               Метод                   Размещение   Проектирование Ввод или вывод  Эксплуатация Реконструкция
                                     (предпроектные                из эксплуатации                           
                                        работы)                                                              
Анализ «Что будет, если ..?»               0              +              ++             ++            +      
Метод проверочного листа                   0              +               +             ++            +      
Анализ опасности и работоспособности       0        ++                    +        +            ++           
Анализ видов и последствий отказов         0        ++                    +        +            ++           
Анализ «деревьев отказов и событий»        0        ++                    +        +            ++           
Количественный анализ риска                ++       ++                    0        +            ++           

  Примечание. Следующие обозначения: 0 - наименее подходящий метод анализа; «+» - рекомендуемый метод; «++» - наиболее подходящий метод.

8

   Методы могут применяться изолированно или в дополнение друг к другу, причем методы качественного анализа могут включать количественные критерии риска (в основном, по экспертным оценкам с использованием, например, матрицы «вероятность-тяжесть последствий» ранжирования опасности). По возможности полный количественный анализ риска должен использовать результаты качественного анализа опасностей.
   Метод ранжирования (экспертных оценок) используется для оценки уровня потенциальной опасности производств, цехов, участков, оборудования. При этом учитывается наличие в них следующих опасностей:
   -   высокой температуры;
   -   расплавленного материала;
   -   (использование) кислорода (20.. .100 %);
   -   (использование) природного газа высокого давления;
   -   (использование) горючего газа;
   -   (использование) инертного газа;
   -   внутреннего давления;
   -   выделения отработанных газов (в том числе с пылью);
   -   (использование) щелочей и кислот в технологии;
   -   щелочей и кислот на складе;
   -   системы охлаждения (с возможностью контакта охлаждающей жидкости с расплавленным металлом);
   -   горючих жидкостей в технологии;
   -   горючих жидкостей на складе;
   -   высоких механических скоростей;
   -   механических степеней свободы;
   -   взрывчатых материалов.
   Суммарный уровень опасности j- го структурного подразделения (производства, цеха, участка) определяется по соотношению

n
                         L Lj= z Li,                      (1.1)
i =1

где n - количество оцениваемых объектов, входящих в j-е структурное подразделение;
    Li - параметр потенциальной опасности i-го объекта, определяемый по формуле

9

Li = X,- Ni,


(1.2)

здесь Ni - количество однотипных i-х объектов;
    Xi - балльная оценка опасности, учитывающая наличие в цехе, на участке или в оборудовании опасных факторов, представленных в табл. 1.3.


Таблица 1.3

Балльные оценки опасных факторов

Наименование опасного фактора        Номинальное количе-  Количество
                                    ство опасного фактора баллов Xt 
Наличие высокой температуры            Не менее 500 °С        10    
Наличие расплавленного материала       Не менее 100 т         10    
Наличие кислорода                           100 %             8     
Наличие природного газа высокого        Не менее 1 т          5     
давления                                                            
Наличие горючего газа                   Не менее 1 т          10    
Наличие инертного газа                  Не менее 1 т          5     
Наличие горючих жидкостей в техно-      Не менее 1 т          10    
логии                                                               
Наличие горючих жидкостей на складе    Не менее 250 т         10    
Наличие кислот и щелочей в техноло-     Не менее 1 т          10    
гии                                                                 
Наличие кислот и щелочей на складе     Не менее 250 т         10    
Наличие отработанных газов (в том       Не менее 1 т          10    
числе с пылью)                                                      
Наличие системы охлаждения (с воз-  На каждые 100 т рас-      10    
можностью контакта охлаждающей       плавленного металла            
жидкости с расплавленным металлом)                                  
Наличие внутреннего давления          Не менее 20 атм.        10    
Наличие высоких механических           Не менее 5 м/с         5     
скоростей                                                           
Наличие механических степеней           Одна степень          2     
свободы                                  Две степени          4     
                                         Три степени          6     
                                       Четыре степени         8     
                                          Вращение            2     
Наличие взрывчатых материалов           Не менее 5 т          10    

   Для удобства расчетов результаты балльных оценок представлены в табл. 1.4.


10