Оценка частоты исходных событий (аварийной ситуации)

Частота исходной аварийной ситуации (отказ, неполадка оборудования) необходима для расчета частоты реализации каждого сценария аварийной ситуации с учетом вероятности по каждому событию.

Оценка частот исходных событий производится двумя методами:

а) метод анализа «деревьев отказов»;

б) метод анализа статистических данных частот отказов оборудования, трубопроводов и др.

При анализе «деревьев отказов» выявляются комбинации отказов (неполадок) оборудования, ошибок персонала и иных воздействий, приводящих к основному событию (аварийной ситуации). Метод используется для анализа возможных причин возникновения аварии и расчета ее частоты (на основе частот исходных событий).

Пример построения и анализа «деревьев событий», приводящих к разгерметизации емкостного оборудования и технологического трубопровода приведены на рис. 9 и 10.

Второй метод применяется в случае использования соответствующих данных для определения частоты рассматриваемых событий в прошлом и прогнозирования частоты событий в будущем. В этом случае используемые данные должны соответствовать типу анализируемого производства, оборудования объекта.

Рекомендуемые обобщенные данные по оценке частоты отказов оборудования представлены в таблице 8. [2].

или

или

1- воздействие осколков, УВВ от взрыва соседнего резервуара; 2 - отказ болтовых соединений, фланцевых прокладок, запорной арматуры, сварных соединений; 3 - ошибка оператора; 4 - отказ дыхательного клапана; 5 - наличие внутренних дефектов; 6 - возникновение источника зажигания; 7- отсутствие азота; 8 - нагрев корпуса при пожаре в соседней емкости; 9 - нарушение защитного покрытия; 10 - высокая температура окружающей среды; 11 - отказ предохранительного клапана

Рисунок 9 - «Дерево отказов», приводящих к разгерметизации емкостного оборудования (цистерны, резервуары) и аварии вне оборудования

Или

1 – отказ запорной арматуры; 2 – отказ сварных швов; 3 – отказ прокладок фланцевых соединений; 4 – отказ болтовых соединений фланцев; 5 – коррозионный или усталостный отказ

Рисунок 10 - «Дерево отказов», приводящих к разгерметизации трубопроводов

Таблица 8 - Обобщенные статистические данные по оценке частоты отказов оборудования

Тип отказа оборудования	Частота отказа (инцидента)	Масштабы выброса опасных веществ
Разгерметизация технологических трубопроводов протяженностью не более 30м
– частичная разгерметизация	5·10-2 на 1 км трубопровода в год	Объем выброса, равный объему поступления из трубопровода через отверстие диаметром 25мм за время перекрытия потока
– полная разгерметизация	5·10-3 на 1 км трубопровода в год	Объем выброса, равный объему трубопровода, ограниченного арматурой, с учетом поступления из соседних блоков за время перекрытия потока
Разгерметизация магистральных трубопроводов

Продолжение таблицы 8
Тип отказа оборудования	Частота отказа (инцидента)	Масштабы выброса опасных веществ
– частичная разгерметизация   – полная разгерметизация	(1÷3)·10-3 на 1 км трубопровода в год	Объем выброса, равный объему поступления из магистрального трубопровода через отверстие диаметром 25мм за время перекрытия потока
(1÷3)·10-4 на 1 км трубопровода в год	Объем выброса, равный объему магистрального трубопровода, ограниченного арматурой, с учетом профиля трассы и поступления веществ из соседних участков за время остановки и перекрытия потока.
Отказ машинного оборудования (насосы, компрессоры)
– частичный	5·10-2 единицы оборудования в год	Объем, вытекающий через торцевые уплотнения (отверстие диаметром 25мм) за время перекрытия потока
– полный	5·10-3 единицы оборудования в год	Объем, вытекающий через разрушенный узел за время перекрытия потока
Разгерметизация резервуаров хранения (включая разрыв сварных швов и фланцев трубопроводов обвязки)
– полное разрушение	10-5 в год	Полное содержимое резервуара
– частичное разрушение	10-4 в год	Объем, вытекающий через отверстие диаметром 25мм за время перекрытия потока

Продолжение таблицы 8
Тип отказа оборудования	Частота отказа (инцидента)	Масштабы выброса опасных веществ
Разрыв соединительных рукавов при сливе/наливе железнодорожных или автомобильных цистерн	10-3 на 1 заправку   10-2 на 1 шланг (рукав) в год	Объем, вытекающий через сливное отверстие за время перекрытия потока
Разгерметизация резервуаров (изотермические) с двойной оболочкой
– полное разрушение	1·10-6 в год	Полное содержимое резервуара
– частичное разрушение	1·10-5 в год	Объем, вытекающий через отверстие диаметром 25мм за время перекрытия потока
Частота аварийности автомобильных грузовых перевозок опасных материалов (вероятность условного пролива)	2·10-6 аварий на 1 милю (1 миля = 1,609км)
– для 10% потери груза	0,6·2·10-6 аварий на 1,6 км
– для 100% потери груза	0,2·2·10-6 аварий на 1,6 км
Аварии на главном железнодорожном пути	6·10-7/вагон-милю (1,6 км)
Степень аварийности на маневренных путях	3·10-6/вагон-милю (1,6 км)
Продолжение таблицы 8
Тип отказа оборудования	Частота отказа (инцидента)	Масштабы выброса опасных веществ
Распределение (относительная доля) размеров пролива
– для 10% потери груза	0,5·3·10-6 вагон-милю
– для 100% потери груза	0,3·3·10-6 вагон-милю

При прогнозировании частоты отказов оборудования для конкретного производства студент обязательно должен учитывать также наличие количества аналогичного оборудования, частоты и время эксплуатации оборудования (резервуаров, железнодорожных цистерн) при их сливе/наливе, а также продолжительность функционирования продуктоводов. Для этой цели рекомендуется оформить в виде таблиц, так называемые «рабочие листы».

Примеры оформления «рабочих листов» представлены в таблицах 9, 10, 11 и 12.

Таблица 9 - Оценка частот выбросов из трубопроводов

Рабочий лист №1
Опасное вещество	Нефть
Длина технологического трубопровода, км	Lтр = 50м
Время работы (перекачки вещества), часов/год	τ = 500 ч
Степень аварийности	Частичное Вч=5·10-2 км/год; Полное Вп=5·10-3 км/год
Количество часов в год	Т = 8760 ч
Частота пролива (частичная разгерметизация трубопровода)	Через отверстие диаметром 25 мм
Рчаст = Вч·Lтр·τ/Т = 5·10-2·50·500/8760 = 1,43·10-3, 1/год
Частота пролива (полная разгерметизация трубопровода)	Повреждение на полное сечение
Рполн = Вп·Lтр·τ/Т = 5·10-3·50·500/8760 = 1,4·10-4, 1/год

Таблица 10 - Оценка частот выбросов стационарных объектов (резервуаров хранения)

Рабочий лист №2
Опасное вещество	Бензол
Количество аппаратов	n = 15
Время работы аппарата, часов/год	τ = 8000 ч
Степень аварийности, 1/год	Частичное Вч=10-4 1/год; Полное Вп=10-5 1/год
Количество часов в год	Т = 8760 ч
Частота выброса (частичная разгерметизация)	Через отверстие диаметром 25 мм
Рчаст = n·Вч·τ/Т = 15·10-4·8000/8760 = 1,37·10-5, 1/год
Частота выброса (полная разгерметизация)	Повреждение на полное сечение
Рчаст = n·Вп·τ/Т = 15·10-5·8000/8760 = 1,37·10-6, 1/год

Таблица 11 - Оценка частоты выбросов при автомобильных перевозках опасных грузов

Рабочий лист №3
Опасный груз	Бензин
Общее число грузовых перевозок	n = 1500
	(только загруженный транспорт)
Длина рассматриваемого маршрута	l = 1,5 км
	(км вблизи административных образований)
Общее число км в год	L = n·l = 1500·1,5 = 2250 км
Проливы по размерам:
– для 10% потери груза	А = 1,2·10-6 аварий на 1,6 км
– для 100% потери груза	Б = 0,2·10-6 аварий на 1,6 км
Частота аварий в год	Рав = L·2·10-6 = 2250·2·10-6/1,6 = 2,8·10-3, 1/год
Частота пролива:
– для 10% потери груза	Рчаст = Рав·А = 2,8·10-3·1,2·10-6/1,6 = 2,1·10-9 проливов/год
– для 100% потери груза	Рполн = Рав·Б = 2,8·10-3·0,4·10-6/1,6 = 0,7·10-9 проливов/год

Таблица 12 - Оценка частоты выбросов при перевозках железнодорожным транспортом

Рабочий лист №4
Опасный материал	Нефть
Количество вагонов в год	n = 20000
	(только загруженные вагоны)
Количество вагонов-км на участках маневрирования (длина рассматриваемого маршрута)	l = 3,0 км
	(км на поездку вблизи административных образований)
Общее число км в год на участках маневрирования	L = n·l = 20000·3 = 60000 км
Проливы по размерам:
– для 10% потери груза (50 мм отверстие)	А = 1,5·10-6 аварий на 1,6 км
– для 100% потери груза	Б = 0,9·10-6 аварий на 1,6 км
Частота аварий в год (на участках маневрирования)	Рав = L·3·10-6/1,6 = 60000·3·10-6/1,6 = 1,0·10-1, 1/год
Частота пролива:
– для 10% потери груза	Рчаст = Рав·А = 1,0·10-1·1,5·10-6/1,6 =9,3·10-8 проливов/год
– для 100% потери груза	Рполн = Рав·Б = 1,0·10-1·0,9·10-6/1,6 = 5,6·10-8 проливов/год

Для объектов, связанных с обращение взрывчатых материалов промышленного назначения определение частоты возникновения аварии предлагается производить по статистическим данным их эксплуатации. При этом могут быть использованы два подхода.

При одном из подходов допускается, что время безаварийной работы склада ВМ (до взрыва) подчиняется экспоненциальному закону.

При этом определяется верхняя доверительная граница для параметра экспоненциального закона λ [16]:

, (2)

где d – случайная величина (число взрывов), имеющая пуассоновское распределение с параметром Δ = λ·N·T;

∆_1-α (d) – верхняя доверительная граница с доверительной вероятностью α=0,8 параметра пуассоновского распределения (1,60944);

N – количество объектов, за которыми ведется наблюдение (1018 в соответствии с [17]);

n – среднее количество хранилищ на складе ВМ (n=4).

Т – время наблюдения (40 лет в соответствии с [17]).

Для этих условий значение λ для одного хранилища составит 1·10⁵, 1/ год.

Вероятность взрыва за время t определяется по формуле:

(3)

Тогда верхняя граница вероятности взрыва в хранилище ВМ за 1 год при доверительной вероятности α= 0,8 будет равна:

При другом подходе на основании статистических данных предварительно определяется вероятность аварии по формуле (4):

, (4)

где n_ав – количество аварий за время наблюдения Т;

N_набл- общее количество наблюдаемых единиц объектов.

По данным Ростехнадзора [17] в 2005 году функционировало 1018 различных складов ВМ промышленного назначения. По тем же данным за последние 40 лет ни одной аварии (пожаров и взрывов масс, хранящихся ВМ промышленного назначения) на складах ВМ не случалось. Имели место несколько несчастных случаев, связанных с обращением с СИ, не повлекших за собой масштабных последствий. Таким образом, так как n_ав =0, то в соответствии с формулой (4) Р_ав=0.

Так как авария на складе ВМ, относящемся к особо опасным производственным объектам, недопустима, но в принципе возможна, предлагается ввести термин «ожидаемая вероятность» - вероятность события, ожидаемого в любое время.

В этом случае вероятность возникновения аварии на одном отдельно взятом хранилище склада ВМ составит:

Анализ «дерева событий»

Анализ «дерева событий» – алгоритм построения последовательности событий, исходящих из основного события (аварийной ситуации) – используется для анализа условий аварийной ситуации (сценариев ситуации) в том числе оценки вероятности реализации поражающих фактов.

Типовые схемы построения сценариев развития аварийных ситуаций для веществ в различных агрегатных состояний приведены на рисунках 11-13.

Рисунок 11 – Типовая схема построения сценариев аварийных ситуаций (газ)

Рисунок 12 – Типовая схема построения сценариев аварийных ситуаций (твердое)

Рисунок 13 – Типовая схема построения аварийных ситуаций (жидкость)

Пример использования метода «деревьев событий» для оценки вероятности реализации сценариев аварий приведен на рис.А.1-А.7. Приложения А. Цифрами указаны значения относительной вероятности возникновения события.

Расчетные значения частот реализации сценариев для блоков (составляющих) исследуемого объекта, кроме сценариев, заканчивающихся без опасных последствий, необходимо представить в виде таблицы. Пример составления частот реализации сценариев аварий на исследуемом объекте приведен в таблице 13.

В результате анализа данных таблицы по частотам реализации аварий по каждому блоку исследуемого объекта, устанавливается наиболее вероятный сценарий развития аварии с наиболее тяжелыми последствиями и указывается в текстовом виде после таблицы.

Таблица 13 - Частота реализации сценариев аварий на установке КК 43/102-2

Наименование блока	Наименование оборудования	Сценарий	Вероятность реализации сценария, в год
Блок №1	Трубопровод к Н-1а на открытом пространстве	С3	6,3·10-5
С3п	6,3·10-6
Трубопровод к Н-1а внутри насосной	С3	2,5·10-5
С3п	2,5·10-6
Теплообменник Т-3аIII	С5	8,0·10-4
С3п	8,0·10-5
Трубопровод от теплообменника Т-3аIII к П-2	С2	1,0·10-4
С2п	1,0·10-5
С3	6,8·10-5
С3п	6,8·10-6
Продолжение таблицы 13
Наименование блока	Наименование оборудования	Сценарий	Вероятность реализации сценария, в год
	Ретурбент П-2 с сырьем в жидком состоянии	С2	1,4·10-4
С2п	1,4·10-5
С3	8,2·10-5
С3п	8,2·10-6
С5	1,5·10-4
С5п	1,5·10-5
	Ретурбент П-2 с сырьем в газообразном состоянии	С1	1,5·10-4
С1п	1,5·10-5
С2	9,0·10-5
С2п	9,0·10-6
	Трубопровод от П-2 к Р-1	С1	1,5·10-3
С1п	1,5·10-4
…
№-ная составляющая

Примечание – Индекс «п» относится к полной разгерметизации оборудования.