CC BY
21МЕТОДИКА ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЕКТА РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
Н. А. Мороз;
А. Н. Иванов, кандидат технических наук, доцент;
А. С. Поляков, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
Проанализированы действующая нормативная база и опыт практической работы экспертов по оценке техногенной безопасности проектов резервуаров. Разработана оригинальная методика расчета. Использованы современный математический аппарат и физический метод аналогии.
Ключевые слова: резервуары, техногенная безопасность проекта, нефтепродукты
Экспертные методы широко применяются в работе специалистов различных сфер деятельности [1] и, в частности, при экспертизе проектов резервуаров для нефти и нефтепродуктов на соответствие их нормам безопасности [2-4].
Известный опыт работы экспертных организаций свидетельствует, что подготовкой заключения экспертизы проекта резервуара занимается, как правило, один человек, и только на заключительной стадии (к рассмотрению результатов экспертизы) к участию привлекаются должностные лица (руководство экспертной организации, инспекторы и руководители региональных или федеральных органов надзора в области промышленной и пожарной безопасности). Следовательно, для проведения экспертизы проектов резервуаров для нефти и нефтепродуктов необходимы не любые экспертные методы, а методы, рассчитанные на эксперта-одиночку.
Трудность задачи, возлагаемой на эксперта-одиночку, состоит в количественной оценке результатов сравнения проектных решений с нормами, поскольку процедура выполнения ее в действующих документах детально не прописана [2,3]. Таким образом, качество будущего резервуара в части техногенной (пожарной и промышленной) безопасности напрямую зависит от качества проекта, оцениваемого экспертом-одиночкой.
Анализ показал, что применительно к резервуару типа РВС, правила [4] содержат требования трех уровней ответственности: обязательные (ОТ), рекомендуемые (РТ) и допускаемые отклонения (ДО). Каждый из этих уровней, в свою очередь, распространяется на пять разных, неоднородных по содержанию и значимости видов требований, относящихся к материалам, конструкции резервуаров, монтажу металлоконструкций и оборудованию для безопасной эксплуатации резервуаров. Каждый отдельный вид требований является соответствующим показателем качества проекта резервуара. Распределение этих требований характеризуется данными табл.1.
Использование данных табл.1 для комплексной количественной оценки техногенной безопасности резервуаров является трудной научной задачей ввиду ранее отмеченной неоднородности требований и их большого количества. Для решения таких задач, с целью уменьшения количества показателей оценки, обычно применяют способы аддитивной и мультипликативной сверток единичных показателей качества в комплексные (рейтинговые) показатели с соблюдением ряда правил [5], в том числе:
- в аддитивной свертке комплексный показатель качества образуется из суммы частных показателей с учетом веса слагаемых, при этом сумма последних должна быть равна единице;
- в мультипликативной свертке обобщенный комплексный показатель качества образуется из произведения частных показателей, возведенных в некоторые степени;
- слагаемые аддитивной свертки и сомножители мультипликативной свертки должны иметь одинаковую размерность.
Соблюдение перечисленных правил при наличии 174 разнородных и разной размерности требований (табл.1) практически невозможно. Необходимы упрощения для решения поставленной задачи, которые нами проведены на основе использования метода аналогий и исходя из следующих соображений (допущений):
- все элементы конструкции резервуара, с гидравлической точки зрения по отношению к хранимому в нем продукту, соединены параллельно, то есть подвергаются воздействию одновременно и в одинаковой степени;
- с позиций теории надежности технических устройств, относительно друг друга соединены последовательно, то есть выход любого из них приводит к потере техногенной безопасности всего резервуара.
Таблица 1. Состав требований к конструкции резервуаров типа РВС
Элементы конструкции резервуаров и их оборудования Всего требований к РВС Виды требований
ОТ РТ ДО
Общие положения 3 2 1 0
Материалы 9 8 1 0
Конструкция резервуаров 109 89 12 8
Монтаж металлоконструкций 34 13 0 21
Оборудование для безопасной эксплуатации резервуаров 19 16 2 1
Всего требований N =174 Not =128 ^т=16 Nac=30
Всего требований, в долях 1,00 0,73 0,09 0,18
Такой подход позволяет считать все элементы конструкции резервуара равнозначными в пределах предъявляемой группы требований (ОТ, РТ, ДО) и свести всю процедуру оценки техногенной безопасности к простому счету количества соблюдаемых или не соблюдаемых требований в пределах каждой группы.
В качестве аналога резервуара принят парк транспортных средств. При этом виды транспортных средств являются аналогами отдельных элементов конструкции резервуара (основания, днища, корпуса, крыши и оборудования безопасной эксплуатации). Этот прием позволяет решить поставленную задачу, поскольку для оценки технического состояния транспортных парков давно применяют широко известный количественный показатель -коэффициент технической готовности (КТГ). По аналогии с КТГ, для резервуара введен
N
коэффициент техногенной безопасности КТБ = ——, где в числителе проставляется сумма
N общ
баллов соответствия (полного и частичного соблюдения требований), в знаменателе -максимально возможная сумма баллов конструкции резервуара, полностью (по всем позициям) отвечающего требованиям документа [4]. Для удобства выполнения расчетов применена следующая зависимость, содержащая одновременно признаки аддитивной и мультипликативной сверток:
i =n
КТБ = Г]. ^ ( N от — х) + Ук. ^ ( N ртк - у) + Y Ш- ^ ( N до1 -z) / (уj. ^ N от! + Yk . 2 N ртк
i =1 i=1 i =1 i =1 i =1
i=n
+ Ym. 2 N до! X
Ш
i=1
где у^ ,ук,ут - веса значимости соответственно обязательных и рекомендуемых требований, допускаемых отклонений к техническому состоянию резервуара; N оть N ртк, N до; -
соответственно количество обязательных и рекомендуемых требований, допускаемых отклонений от требований в i- том документе;х, у, z - количество невыполненных соответственно обязательных и рекомендуемых требований, допускаемых отклонений к техническому состоянию резервуара.
В нашем случае коэффициенты веса, придаваемые каждой группе показателей (ОТ, РТ, ДО), должен назначать сам эксперт-одиночка, решая задачу из области нечетких множеств [1]. Для этого рекомендуется использовать девятибальную шкалу Саати с присвоением показателя веса сравнения от 1 до 9 (с возможным применением и промежуточных значений: 2,4,6,8). Исходной информацией для построения функций принадлежности являются экспертные парные сравнения. Для каждой пары элементов универсального множества эксперт оценивает преимущество одного элемента над другим по отношению к свойству нечеткого множества.
Учитывая приведенные рекомендации и четкое разделение требований на три группы (ОТ, РТ, ДО), нами для каждой из них приняты следующие численные значения коэффициентов веса: у 1= 1,00; у2= 0,75; у2= 0,50. При назначении коэффициентов веса исходили из физической сущности требований. Коэффициент веса у 1= 1,00 означает безусловное выполнение требований, коэффициент веса для допускаемых отклонений у 1= 0,50 (или 50% вероятность выполнения), поскольку их влияние - равновероятно. Для рекомендуемых требований принят коэффициент у2= 0,75 из тех соображений, что его величина не может быть более значимости обязательного требования (в лучшем случае -равна ему) и менее значимости допускаемого отклонения.
Справедливость этого решения подтверждается результатами численного имитационного моделирования величины коэффициента техногенной безопасности (табл.2). В этой таблице: величины Pi(t), Pk (t), Рm(t) - точечные статистические оценки вероятности соблюдения соответствующих видов требований к техническому состоянию резервуара; ^ Pi (t) - суммарное значение статистических оценок; 1(М), 2(Р1), 3(Р2) - условное
обозначение ряда коэффициентов веса требований. Из данных таблицы видно, что результат оценки не зависит от численных значений коэффициентов веса. Объяснение этому факту кроется в том, что доля обязательных требований к резервуару (73%) существенно превалирует над остальными требованиями.
Вместе с тем КТБ приобретает физическую и вероятностную сущность (указывает величину вероятности, с которой обеспечена техногенная безопасность проекта резервуара). Несмотря на то, что доля (73%) обязательных требований к резервуару существенно превалирует над остальными, доля последних тоже - существенна (27%) и значимость их -велика. Допустим, что в проекте выполнены все обязательные требования, но не выполнено ни одной рекомендации и наличествуют все допускаемые отклонения. В этой ситуации КТБ будет определяться только количеством обязательных требований и может оказаться очень низким (73%). Из этого следует, что доля обязательных требований в составе нормативного документа должна быть не менее 0,95.
Дальнейшая работа эксперта-одиночки строится в соответствии с алгоритмом, представленном на рисунке.
Таким образом, сущность методики оценки техногенной безопасности проекта резервуара (либо другого аналогичного технического устройства) сводится к совокупности следующих действий:
формирование базы знаний (на основе баз данных нормативных документов и расчетной аналитической зависимости коэффициента техногенной безопасности) с четким разделением требований нормативных документов, относящихся к рассматриваемому проекту, на три группы (обязательные, рекомендуемые и допускаемые отклонения от обязательных требований);
проведение сравнительного анализа выполнения требований нормативных документов в рассматриваемом проекте резервуара (либо другого аналогичного технического устройства) и регистрации результатов этого анализа;
расчет коэффициента техногенной безопасности и принятие решения о соответствии или несоответствии рассматриваемого проекта требованиям нормативных документов
Таблица 2. Влияние коэффициентов веса видов требований на результат оценки техногенной безопасности резервуара
Условное обозначени Коэффициенты веса требований Количество невыполненных требований Статистические вероятности X ^ о
е метода 71 У 2 Гэ х у ъ Р® Ркф Р т(0
1(М) 1 0,75 0,50 0 0 0 0,83 0,07 0,10 1,00
2(Р1) 7 5 3 0 0 0 0,84 0,08 0,08 1,00
3(Р2) 6 4 2 0 0 0 0,86 0,07 0,07 1,00
1(М) 1 0,75 0,50 0 0 0,819 0,077 0,097 0,994
2(Р1) 7 5 3 0 0 0,833 0,075 0,084 0,993
3(Р2) 6 4 2 0 0 0,854 0,071 0,067 0,993
1(М) 1 0,75 0,50 0 0,819 0,073 0,097 0,989
2(Р1) 7 5 3 0 0,833 0,07 0,084 0,989
3(Р2) 6 4 2 0 0,854 0,067 0,067 0,989
1(М) 1 0,75 0,50 1 0,819 0,073 0,094 0,985
2(Р1) 7 5 3 1 0,833 0,07 0,082 0,986
3(Р2) 6 4 2 1 0,854 0,067 0,065 0,987
1(М) 1 0,75 0,50 2 0 0,813 0,077 0,097 0,987
2(Р1) 7 5 3 2 0 0,827 0,075 0,084 0,987
3(Р2) 6 4 2 2 0 0,848 0,071 0,067 0,987
1(М) 1 0,75 0,50 2 1 1 0,813 0,073 0,094 0,979
2(Р1) 7 5 3 2 1 1 0,827 0,07 0,082 0,979
3(Р2) 6 4 2 2 1 1 0,848 0,067 0,065 0,979
Структура блока сравнения характеристик объекта оценки и требований к нему
Литература
1. Машиностроение. Энциклопедия /Под ред. К. В.Фролова. - Том Ш-7. - М., 1996.
2. ПБ 03-246-98 (с изменениями на 01.08. 2002 года). Правила проведения экспертизы промышленной безопасности.
3. ПБ 03-517-02. Общие правила промышленной безопасности для организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности опасных производственных объектов.
4. ПБ 03-605-03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.
5. Орлов А. И. Менеджмент: Учебник. - М., 2003.
