Методика оценки эффективности факторов защиты в целях повышения безопасности технических объектов Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

DOI: 10.2493 7/2542-2324-2019-2-S-I-53-58 УДК 629.067

А.А. Тучинский, К.В. Цыбанов

АО «ЦКБ МТ «Рубин», Санкт-Петербург, Россия

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФАКТОРОВ ЗАЩИТЫ В ЦЕЛЯХ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Для снижения тяжести возможных последствий развития аварийной ситуации проектантами предусматриваются различные системы и функции, направленные на реализацию алгоритмов приведения объекта в безопасное состояние -факторы защиты (ФЗ). Однако методика определения эффективности ФЗ отсутствует. Предложенная в работе методика оценки эффективности ФЗ может быть использована для любых технических объектов в целях снижения риска и повышения безопасности за счет улучшения недостаточно эффективных ФЗ и снижения ожидаемой тяжести возможных последствий. По данной методике возможно проводить количественную оценку эффективности вариантов ФЗ. Оценка достаточности ФЗ выполняется с использованием предельно допустимого значения суммарного риска, которое должно составлять долю от значения уровня ущерба допустимой категории тяжести последствий. Ключевые слова: оценка эффективности, сравнение эффективности, анализ безопасности, анализ рисков, факторы защиты, проектирование технических объектов, проектирование объектов морской техники. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.2493 7/2542-2324-2019-2-S-I-53-58 UDC 629.067

A. Tuchinsky, К. Tsybanov

JSC CDB МТ Rubin, St. Petersburg, Russia

EFFICIENCY ASSESSMENT PROCEDURE FOR PROTECTION FACTORS IN ORDER TO IMPROVE SAFETY OF TECHNICAL OBJECTS

To mitigate the outcomes of possible emergencies, designers envisage various systems and functions aimed at bringing the object back to its safe state. These systems and factors are called protection factors. However, no procedure for calculation of their efficiency has been developed so far. The procedure for efficiency assessment of protection factors suggested in this paper could be used for risk mitigation and safety enhancement of whatever technical object, improving the factors that are not efficient enough, thus contributing to mitigation of possible damage. This procedure can be used for quantitative efficiency assessment of different protection factors. Sufficiency assessment of protection factors is performed by means of limit acceptable value of total risk as percentage of acceptable damage.

Keywords: efficiency assessment, efficiency comparison, safety analysis, risk analysis, protection factors, design of technical objects, design of marine technology.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Введение

Introduction

Эксплуатация технических объектов, в том числе объектов морской техники (ОМТ), как сложной

системы «человек - машина» связана с большим риском появления аварийных ситуаций. Снижение риска в целях повышения безопасности является важной задачей для проектанта ОМТ.

Для цитирования: Тучинский А.А., Цыбанов К.В. Методика оценки эффективности факторов защиты в целях повышения безопасности технических объектов. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; Специальный выпуск 2: 53-58.

For citations'. Tuchinsky A.A., Tsybanov K.V. Efficiency assessment procedure for protection factors in order to improve safety of technical objects. Transactions of the Kiylov State Research Center. 2019; Special Edition 2: 53-58 {in Russian).

В целом аварийная ситуация характеризуется инициирующим событием, последовательностью развития и тяжестью возможных последствий. Инициирующим событием (исходной причиной) аварийной ситуации (например, пожара) могут послужить отдельные виды отказов оборудования ОМТ. Определение последовательности и вероятностей вариантов развития аварийных ситуаций осуществляется с использованием деревьев событий. Дерево событий представляет собой логическую древовидную схему причинно-следственных закономерностей развития аварийной ситуации от результата реализации инициирующего события до каждого из возможных вариантов конечного состояния. Конечным называют установившееся состояние ОМТ вследствие развития аварийной ситуации.

Тяжесть возможных последствий (уровень ожидаемого ущерба в конечном состоянии) может варьироваться от незначительной (отсутствие како-го-либо значимого ущерба) до катастрофической (например, угроза для жизни и здоровья людей, значительные экономические потери, радиационное загрязнение окружающей среды).

Сочетание вероятности реализации конечного состояния и сопутствующего ему уровня ожидаемого ущерба называется риском. Суммарным риском предлагается называть сумму рисков всех возможных конечных состояний ОМТ, что является математическим ожиданием случайной величины уровня ущерба рассматриваемой аварийной ситуации.

Под факторами защиты (ФЗ) понимают системы и функции, направленные на реализацию алгоритмов приведения объекта в безопасное состояние. Срабатывания (не срабатывания) ФЗ являются событиями, которые определяют вероятности реализации вариантов развития аварийной ситуации и в конечном итоге риски.

Для оценки эффективности (достаточности) предусмотренных ФЗ необходимо проведение работы по определению меры их влияния на суммарный риск. Такой мерой предлагается определять эффективность одного или нескольких факторов защиты. На текущий момент методика определения ее численного значения отсутствует.

Разработка методики определения показателей эффективности ФЗ необходима для своевременного обнаружения и улучшения недостаточно эффективных ФЗ в обеспечение решения актуальной задачи повышения безопасности технических объектов. Ниже предложена методика оценки и сравнения эффективности различных вариантов ФЗ для любых технических объектов.

Основные положения

Main provisions

Оценка эффективности ФЗ по данной методике осуществляется для каждой аварийной ситуации в два этапа: построение дерева событий и расчет показателей эффективности.

Принципы построения деревьев событий, которые давно используются для анализа возможных вариантов развития аварийных ситуаций с учетом систем предотвращения и локализации источников опасности (факторов защиты), описаны в [2-5]. Анализ дерева событий является процедурой, предназначенной для моделирования возможных последствий развития исходного события и состояний ФЗ. Ветви дерева событий представляю! собой все варианты развития рассматриваемого исходного события и ведут к конечным состояниям.

Каждое конечное состояние имеет свою тяжесть ущерба, причиненного рассматриваемому техническому объекту в результате развития аварийной ситуации. Все конечные состояния с одинаковыми (близкими) последствиями относятся к одной категории тяжести последствий. Ожидаемое значение уровня тяжести ущерба в каждой категории может быть выражено в баллах или в реальном эквиваленте - например, затратами на восстановление поврежденного оборудования или количеством жертв. Пример типового дерева событий приведен на рис. 1.

Расчет показателя эффективности фактора (факторов) защиты /'' ; для рассматриваемого дерева событий предлагается выполнять по следующей формуле:

/•Г; %(/', 1) %•(/'; ). (1)

где Ry(Рфз = 1) - суммарный риск при условии достоверного отказа ФЗ (вероятности отказов рассматриваемых ФЗ Рф3 равны 1); Я^(Рф3) - суммарный риск при заданных (исходных - расчетных, фактических или других) вероятностях отказов ФЗ.

Предложенный показатель Еф3 измеряется в интервале от значения уровня минимального ущерба до значения уровня максимального ущерба, что позволяет наглядно показать величину снижения суммарного риска в принятой для расчета единице измерения.

Для выводов о достаточности (недостаточности) эффективности ФЗ (групп ФЗ) должны быть определены предельные значения. На данный момент, ввиду малого опыта применения данной методики, нормирование значений эффективности ФЗ невозможно.

События или состояния

Вероятность, Р

Дерево событий

Ф ИС: Инициирующее событие

1

О ФЗ 1: Фактор защиты № 1

Ф ФЗ 2: Фактор защиты № 2

0,07

0,08

Ъ fr

о-

|

CL

Ф4>4><4>

Рис. 1. Типовое дерево событий Fig. 1. Typical event tree

Поэтому предлагается для величины суммарного риска устанавливать предельно допустимое значение. Оно должно составлять долю от значения уровня ущерба допустимой категории тяжести (допустимой категорией может быть, например, повреждение единичного оборудования с последующим восстановлением на месте эксплуатации). Для категорий тяжести с последствиями катастрофического характера могут быть установлены отдельные предельные значения вероятности и риска [4].

При превышении предельных значений риска необходимо в отчетных документах (выводах) привести предложения по повышению надежности ФЗ. После проведения мероприятий по повышению надежности (безотказности) ФЗ расчет должен быть повторен.

Оценку эффективности проведенных мероприятий по улучшению (повышению надежности) ФЗ предлагается проводить путем определения величины изменения суммарного риска ЕАтм по формуле

Еаизм = (РФЗ) ~ С^ФЗизмХ (2)

где Я1изм СРфЗизм) - суммарный риск конечных состояний при новых заданных (улучшенных исходных - расчетных, фактических или других) вероятностях.

Пример анализа эффективности факторов защиты

Example of protection factor efficiency analysis

Аварийные ситуации на OMT могут послужить исходной причиной невыполнения режимов ОМТ.

В примере таким режимом является расхолаживание главной энергетической установки (ГЭУ). В качестве исходного события принято событие «Возгорание» (любое, вне зависимости от объекта горения) с вероятностью 0,011456.

Тяжесть возможных последствий исходного события классифицировалась по двум основным признакам: выполнение/невыполнение режима расхолаживания ГЭУ ОМТ и объем последующих восстановительных работ (необходимость длительного восстановления ОМТ в условиях базы или завода). Возможные последствия, связанные с выходом радиоактивности, гибелью ОМТ и/или личного состава, не рассматривались.

В качестве предельного значения суммарного риска принята величина, равная 10 % от значения уровня ущерба категории «Выполнение режима, восстановление в условиях базы». Вопрос отдельных предельных значений вероятностей и риска для конечных состояний с последствиями катастрофического характера (с невыполнением режима) не рассматривался.

В качестве ФЗ приняты:

■ система пожаротушения тонкораспыленной водой (ТРВ) с вероятностью отказа 0,000373;

■ функция блокировки поступления воздуха в помещение с вероятностью отказа 0,140120;

■ система азотного пожаротушения (САП) с вероятностью отказа 0,000027.

Для формирования дерева неисправностей нужно учитывать параметры среды (температура, избыточное давление и другие) в помещении во время пожара. Сравнивая полученные в расчетах данные о параметрах среды с показателями стойкости находящегося в помещении оборудования возможно определить состав отказавших из-за недостаточной стойкости элементов. Для определения

вероятностей выполнения режима расхолаживания ГЭУ ОМТ в различных конечных состояниях необходимо формирование и расчет структурно-функциональной схемы надежности этого режима с учетом отказавших элементов.

При возникновении возгорания и срабатывания системы ТРВ параметры среды в помещении не изменяются и возгорание тушится без значительных последствий. Вероятность выполнения режима расхолаживания, рассчитанная на основании структурно-функциональной схемы надежности режима, равна 0,999997.

В случае отказа системы ТРВ оператор включает САП и перекрывает возможность поступления воздуха в помещение. Принято, что к моменту включения САП температура в помещении повышается до 75 °С. При включении САП повышение температуры прекращается, возгорание тушится, вероятность расхолаживания снижается до 0,999838, последствия необходимо ликвидировать в базе.

Далее в настоящем примере принято, что при отказе САП среднеобъемная температура в помещении повысится до близкого к максимальному

значению. В случае же дополнительного поступления воздуха температура достигнет максимального значения. Вероятность расхолаживания при таких температурах снижается до 0,990993.

Сформированное дерево событий приведено на рис. 2.

Классификация категорий тяжести последствий отказов, значения уровней ущерба и рассчитанные риски последствий возгорания приведены в табл. 1. Суммарный риск равняется 1,408е+00, что составляет 14 % от уровня ущерба категории «Выполнение режима, восстановление в условиях базы» и является недопустимым значением (принятый предел - не более 10 %).

Результаты расчета показателей эффективности ФЗ и групп ФЗ по формуле (1) приведены в табл. 2. Согласно данным таблицы, ФЗ № 1 эффективнее, чем ФЗ № 2 и ФЗ № 3 вместе взятые. При этом наименьшая эффективность у ФЗ № 2, что объясняется высокой вероятностью его отказа.

Так как эффективность данного ФЗ недостаточна, для повышения безопасности (снижения суммарного риска) предложено повысить его безотказ-

События или состояния

Вероятность, Р

Дерево событий

Ф ИС: Возгорание

0,011456

Ф ФЗ-1: Отказ системы ТРВ

0,000373

ФЗ-2: Отказ блокировки поступления воздуха в помещении

0,140120

Ф ФЗ-З: Отказ системы САП

0,000027

Ф Режим ОМТ

fr-

is о 00

<L>

с; X

3S О

а»

>н о оэ

QJ

<=;

~fr

а fr

-fr

fr fr

fr fr-

fr

fr fr

Рис. 2. Дерево событий «Возгорание» Fig. 2. Fire event tree

ность. В приведенном примере ФЗ № 2 представляет собой блокировочный клапан на трубопроводе системы воздуха высокого давления. Предлагается применить однократное резервирование данного клапана, что приведет к снижению вероятности отказа ФЗ № 2 до значения 0Д4012 = 0,0196.

Результаты расчета риска для дерева событий «Возгорание» с учетом повышения безотказности ФЗ № 2 приведены в табл. 3.

Таблица 1. Риски последствий возгорания Table 1. Risks of fire damage

Повышение безотказности ФЗ № 2 позволило снизить суммарный риск с 14 до 2 % от уровня ущерба категории «Выполнение режима, восстановление в условиях базы». Дальнейшее улучшение безотказности этого и других ФЗ при заданных предельных значениях суммарного риска (не более 10 % от уровня ущерба категории «Выполнение режима, восстановление в условиях базы») не требуется.

Наименование категории тяжести Значение уровня ущерба Вероятность Риск

Невыполнение режима, восстановление в условиях завода 1000000 8,487е-07 8,487е-01

Невыполнение режима, восстановление в условиях базы 10000 5,196е-07 5,196е-03

Выполнение режима, восстановление в условиях завода 1000 5,219е-04 5,219е-01

Выполнение режима, восстановление в условиях базы 10 3,207е-03 3,207е-02

Выполнение режима, ущерб незначителен 0 9,996е-01 0

Суммарный риск 1,408е+00

Таблица 2. Эффективность ФЗ в дереве событий «Возгорание» Table 2. Efficiency of protection factors in Fire event tree

Факторы защиты ЕФЗ

ФЗ № 1, ФЗ № 2 и ФЗ № 3 90979

ФЗ № 1 и ФЗ № 3 21344

ФЗ № 1 и ФЗ № 2 2619

ФЗ № 1 376

ФЗ № 2 и ФЗ № 3 338

ФЗ № 3 78

ФЗ № 2 8

Таблица 3. Риски последствий возгорания с учетом повышения безотказности ФЗ № 2 Table 3. Damage risks after improvement of Protection Factor No. 2

Наименование категории тяжести Значение уровня ущерба Вероятность Риск

Невыполнение режима, восстановление в условиях завода 1000000 1,195е-07 1,195е-01

Невыполнение режима, восстановление в условиях базы 10000 5,924е-07 5,924е-03

Выполнение режима, восстановление в условиях завода 1000 7,310е-05 7,310е-02

Выполнение режима, восстановление в условиях базы 10 3,656е-03 3,656е-02

Выполнение режима, ущерб незначителен 0 9,996е-01 0

Суммарный риск с учетом повышения безотказности ФЗ № 2 2,351е-01

Заключение

Conclusion

Рассмотренная в работе методика для оценки эффективности ФЗ разработана с использованием предложенных показателей «суммарный риск» и «эффективность одного/нескольких ФЗ».

Данная методика оценки эффективности ФЗ может быть использована для любых технических объектов в целях снижения риска и повышения безопасности за счет улучшения недостаточно эффективных ФЗ и снижения ожидаемой тяжести возможных последствий.

Предложенный показатель эффективности ФЗ позволяет наглядно показать величину снижения тяжести последствий и сравнивать эффективность различных ФЗ.

Данная методика позволяет выполнять количественную оценку эффективности вариантов ФЗ. Оценка достаточности ФЗ проводится с использованием предельно допустимого значения суммарного риска, которое необходимо устанавливать как долю от значения уровня ущерба допустимой категории тяжести последствий.

В дальнейшем целесообразно нормировать предельные значения эффективности ФЗ.

Данную методику можно использовать независимо от конкретного программного комплекса. Однако она может быть автоматизирована с помощью информационно-программного комплекса анализа надежности и безопасности «Надежда», разработанного и введенного в промышленную эксплуатацию в АО «ЦКБ МТ «Рубин».

Библиографический список

Is ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016.

2. ГОСТ Р 51901.5-2005. Менеджмент риска. Руководство по применению методов анализа надежности. М.: Стандартинформ, 2005.

3. ГОСТ Р МЭК 62502-2014. Менеджмент риска. Анализ дерева событий. М.: Стандартинформ, 2015.

4. Воронцов А.В., Седаков Л.П., Шванвт А.Б. Метод сравнительной оценки безопасности судовых АЭУ

на ранних стадиях проектирования // Судостроение. 1992. №5. С. 12-16.

5. Седаков Л.П., Крайнев А.А. Типовой алгоритм построения сценария при анализе аварий в системе «ЯЭУ - судно - окружающая среда» // Судостроение. 1996. №5-6. С. 35-39.

References

1. GOST 27.002-2015. Dependability of technical objects. Terms and definitions. Moscow, Standartinfonn, 2016 (in Russian).

2. GOST R 51901.5-2005. Risk management. Guidelines on application of dependability analysis methods. Moscow, Standartinfonn, 2005 (in Russian).

3. GOST R ШС 62502-2014 Risk management. Event tree analysis. Moscow, Standartinfonn, 2015 (in Russian).

4. A. Vorontsov, L. Sedakov, A, Shvanvich. A method of comparative safety assessment of marine nuclear power plants at early design stages // Sudostroyeniye (Shipbuilding), 1992, No. 5, pp. 12-16 (in Russian).

5. Г, Sedakov, A. Krainov. Typical algorithm for scenario development dining analysis of emergencies in "nuclear power plant - ship - environment" system // Sudostroyeniye (Shipbuilding), 1996, No. 5-6, pp. 35-39 (in Russian).

Сведения об авторах

Цыбанов Кирилл Владимирович, инженер 2 категории АО «ЦКБ МТ «Рубин». Адрес: 191119, Россия, Санкт-Петербург, ул. Марата, 90. Тел.: +7 812 494-18-87. E-mail: tcybanov@gmail.com.

Тучинский Антон Алексеевич, начальник группы АО «ЦКБ МТ «Рубин». 191119, Россия, Санкт-Петербург, уй, Марата, 90. Тел.: +7 812 494-15-05. E-mail: пер-tim@ckb-rabin.ra.

About the authors

Tsybanov, Kit-ill V., 2nd category Engineer, JSC CDB MT Rubin, address: 90, Marata St., St. Petersburg, Russia, post code 191126, tel.: +7 812 494-18-87. E-mail: tcybanov®! gmail.com.

Tuchinsky, Anton A., Head of Group, JSC CDB MT Rubin, address: 90, Marata St., St. Petersburg, Russia, post code 191126, tel.: +7 812 494-15-05. E-mail: neptai@ckb-rabin.m.

Поступила / Received: 22.07.19 Принята в печать / Accepted: 30.08.19 © Цыбанов K.B., Тучинский A.A.. 2019