Причины и источники техногенных аварий и катастроф

Для современного мира характерным является возрастание масштабов последствий техноген-ных аварий и катастроф (будь то авиационная, железнодорожная или морская) при уменьшении ве­роятности их реализации. Например, если в 40-х годах нашего столетия в десятках авиационных катастроф погибали десятки людей, то ныне единичная катастрофа уносит жизни сотен людей. Дей­ствительно, опасности техногенного происхождения уже стали в категориях ущерба соизмеримыми с негативными для человека природными явлениями. Тому есть множество примеров. Так, атмосфер­ные воздействия - смерчи происходят до 700 раз в год. Около 2% из них приносят ущерб, связанный с гибелью в среднем 120 человек и потерей порядка 70 миллионов долларов. В то же время только в нефтепереработке, по оценкам специалистов, ежегодно случается около 1500 аварий и катастроф, 4% которых сопровождаются потерей 100 -150 человеческих жизней и материальным ущербом до 100 миллионов долларов.

Многие современные потенциально опасные производства спроектированы таким образом, что вероятность крупной аварии на них оценивается величиной порядка 10"⁴. Это означает, что из-за не­благоприятного стечения обстоятельств с учетом реальной надежности механизмов, приборов, мате­риалов и человека возможно одно разрушение объекта за 10000 объекто-лет. Если объект единственен, то с очень высокой вероятностью за это время на нем не произойдет крупной аварии. Если таких объектов 1000, то каждое десятилетие можно ждать разрушения одного из них. И, нако­нец, если число подобных объектов близко к 10000, то ежегодно один из них статистически может быть источником аварии. В этом обстоятельстве кроется одна из причин обсуждаемых проблем. Спроектированный по техническим средствам и регламентным требованиям объект, достаточно на­дежный в условиях малого тиражирования, теряет статистически надежность при массовом воспро­изводстве.

Увеличение масштабности последствий происходящих техногенных аварий и катастроф - ре­зультат особенностей научно-технического прогресса на современном этапе. Непрерывно продолжа­ет расти энерговооруженность человеческого общества. Энергонасыщенные и использующие опасные вещества объекты все более концентрируются, Во имя экономических показателей повы­шается их единичная мощность. Возрастает давление в разнообразных промышленных аппаратах и транспортных коммуникациях, сеть которых становится все более разветвленной. Только в сфере энергетики ежегодно в мире добывается, транспортируется, хранится и используется около 10 мил­лиардов тонн условного топлива. По энергетическому эквиваленту эта масса топлива, способная го­реть и взрываться, стала соизмеримой с арсеналом ядерного оружия, накопленного в мире за всю историю его существования.

Рост масштабов и концентрации производства ведет к накоплению потенциальных опасностей. Об этом можно судить по удельным (либо на душу населения, либо на единицу площади) величинам летальных для человека доз, содержащихся в различных производствах Западной Европы. Так, по мышьяку эта величина составляет около 0,5 миллиарда доз, по барию - порядка 5 миллиардов, а по хлору - 10 триллионов доз. Эти цифры делают понятной повсеместно выражаемую заботу об обеспе­чении безопасности в первую очередь химических предприятий.

При выяснении причин и источников техногенных аварий, включая химические, прежде всего нужно оценить технологическое содержание, количественные и качественные характеристики по­врежденных мощностей или транспортных средств. Одновременно необходимо определить конструктивные эргономические отклонения, послужившие причиной аварий из-за несоответствия конструкций промышленных (или транспортных) систем управления анатомическим и физиологиче­ским возможностям человека, В таких ситуациях люди, непосредственно управляющие технически­ми средствами, вместе с другими участниками производства становятся жертвами заранее спланированных обстоятельств.

Вероятность аварии (риск) как количественная мера реализации опасности целиком определя­ется надежностью и наблюдаемостью (блокируемостью) производства.

Первичной причиной аварийной ситуации является появление отказа, причем большинство единичных отказов являются событиями марковскими, то есть не зависят от предыстории системы и легко локализуются таким распространенным в химической промышленности способом как блоки­ровка. На практике это означает, что единичный отказ просто приводит к остановке производства. К аварии же ведет накопление единичных отказов.

Вот как описывает этот процесс В.А. Легасов в своей работе "Проблемы безопасного развития техносферы":

"Обычно аварии предшествует фаза накопления каких-либо дефектов в оборудовании или от­клонений от нормальных процедур ведения процесса. Длительность этой фазы может измеряться минутами или сутками. Сами по себе дефекты или отклонения еще не представляют угрозы, но в критический момент они сыграют роковую роль. Во время бхопальской (в г, Бхопале, Индия, ред.), например, аварии на этой фазе были отключены холодильные устройства на емкости с метилизоциа-натом, разгерметизирована коммуникация, связывающая эту емкость с поглотителем ядовитых газов, отключен факел, предназначенный для их сжигания в аварийных ситуациях. Перед аварией в Черно­быле также было отключено несколько аварийных защит, а активная зона реактора лишена обяза­тельного минимума стержней, поглощающих нейтроны. Накопление на этой фазе подобных отклонений от нормы связано либо с не наблюдаемостью работы элементов конструкций и материа­лов из-за отсутствия необходимых средств диагностики, либо, что бывает гораздо чаще, с тем, что персонал привыкает к такого рода отклонениям - ведь они довольно часты и в подавляющем боль­шинстве случаев не приводят к авариям. Поэтому ощущение опасности притупляется, восстановле­ние нормального состояния приборов и оборудования откладывается, процесс продолжается в опасных условиях.

На следующей фазе происходит какое-либо инициирующее событие, как правило, неожиданное и редкое. В Бхопале - это попавшее через пропускающую задвижку в емкость с метилизоциатаном небольшое количество воды, вызвавшее экзотермическую реакцию, которая сопровождалась стреми­тельным подъемом температуры и давления метализоцианата. В Чернобыле - это введение положи­тельной реактивности в активную зону реактора: последовал мгновенный перегрев тепловыделяющих элементов и теплоносителя. В подобных ситуациях у оператора не оказывается ни времени, ни средств для эффективных действий.

Собственно авария происходит на третьей фазе как результат быстрого развития событий. В Бхопале - это открытие обратного клапана и выброс ядовитого газа в атмосферу. В Чернобыле - раз­рушение конструкций и здания паровым взрывом, усиленным побочными химическими процессами, и вынос накопившихся радиоактивных газов и части диспергированного топлива за пределы четвер­того блока. Эта последняя фаза была бы невозможной без накопления ошибок на первой стадии".

По-видимому, справедливо утверждение, что в любой сложной системе всегда найдется хотя бы один немарковский отказ, вызывающий множество последующих. Лавинообразный процесс на­растания отказов есть развитие аварийной ситуации в аварию с потерей контроля над системой и переходом ее в пораженное состояние. На этой стадии система уже не управляема и не может быть восстановлена собственными силами. Причиной возникновения такого положения является ограни­ченность наблюдаемости за системой. Увеличение наблюдаемости, то есть количество контролируе­мых параметров и методов их обработки приводит к исключению выявленного немарковского отказа. Однако всегда можно утверждать, что в этой новой системе будет содержаться и новый по­тенциально ненаблюдаемый отказ.

Известно, что химическое предприятие как источник повышенной опасности может находить­ся в двух устойчивых состояниях - нормальном и пораженном. Переход из одного устойчивого со­стояние в другое происходит через неустойчивое состояние, которое обычно называется аварийной ситуацией.

Состояние предприятия, как и любой сложной системой, можно описать n-мерным вектором в фазовом пространстве. Координатами такого вектора являются параметры технологических процес­сов Обычно удается указать нижнюю и верхнюю границы параметров, внутри которых процесс про­текает устойчиво. Выход параметров за границы является признаком аварийной ситуации, то есть лотерей устойчивости. Вернуть процесс в прежние границы теперь может только специальная систе­ма аварийной защиты. Если это произошло, то аварийная ситуация считается локализованной. В про­тивном случае объект переходит в новое устойчивое состояние - пораженное, которое характеризуется полной потерей контроля и управления. С этого момента объект сам становится источником поражающих факторов для окружающей среды. То есть возникает новый n-мерный вектор состояния объекта, координатами которого являются поражающие факторы: ударная волна, тепловое излучение, химическое заражение и т.п. Возможности управления этим вектором, как правило, огра­ничены и требуют привлечения значительных региональных сил и средств. Собственно этот вектор и является источником ущерба, особенностью которого является практически полная неконтролируемость в реальном масштабе времени, причем с возрастанием времени от момента возникновения аварийной ситуации до перехода в пораженное состояние неопределенность увеличивается не ли­нейно. В целом же, максимальный размер ущерба определяется количеством энергии и вещества, за­пасенных в технологических процессах к моменту аварии.

Обширная статистика аварий и катастроф и исследование процессов, связанных с этими явле­ниями, позволяют достаточно надежно прогнозировать "сценарий" и максимально возможные по­следствия аварий.

Состояние и рабочая эффективность технических средств (систем предупреждения аварийных ситуаций), структурные недостатки материалов и степень их соответствия требованиям, износ, кор­розия и старение конструкций - все это является предметом исследования при выяснении возможных причин аварий и катастроф. Однако не меньшее значение имеет человеческий фактор. Анализ стати­стических данных показывает, что свыше 60% аварий происходит из-за ошибок персонала. В на­стоящее время в мире заметно вырос удельный вес аварий, происходящих вследствие неправильных действий обслуживающего персонала. Чаще всего это происходит из-за недостатка профессионализ­ма, а также неумения принимать оптимальные решения в сложной обстановке, в условиях дефицита времени. При психологических перегрузках некоторые специалисты допускают неправильные дейст­вия, приводящие к непоправимым последствиям.

Мировой опыт показывает, что для предупреждения аварийных ситуаций необходим комплекс законодательных, экономических и технических мероприятий, который по существу представлял бы неформальную систему управления риском. Основой такой системы является законодательная ини­циатива но установлению приемлемого на сегодня уровня риска. Механизм реализации - эффектив­ная налоговая и страховая политика, обеспечивающая экономическое стимулирование снижения уровня риска конкретного предприятия. Средствами, обеспечивающими требуемый уровень безопас­ности, являются технические устройства и мероприятия.

Необходимым элементом такой системы является институт государственной сертификации опасных производств по уровню безопасности, причем сертификат является основным документом для определения размера взноса предприятия в страховой фонд. Чем больше величина риска,. Тем больше и взнос в страховой фонд. Возмещение убытков из-за аварий ведется только через этотфонд. Он мог являться и источником финансирования крупных отраслевых программ по снижению уровня риска.