О применении экспертно= статистического метода при оценке риска морских работ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

О применении экспертно-статистического метода при оценке риска морских работ

Н. А. ВАЛЬДМАН, начальник сектора, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник ФГУП «ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова»

Метод экспертно-статистического анализа основан на использовании статистических данных по авариям, учете конкретных условий в районе расположения морских объектов, маршрутов выполнения операций и экспертных оценок факторов, приводящих к авариям.

В последние годы в отечественной практике при анализе рисков проектов морских сооружений и морских операций широко применяются эксперт-но-статистические оценки [1]. При этом используются базы данных, содержащие информацию о случаях аварий и повреждений морских объектов, произошедших в тех или иных конкретных условиях и районах. Наиболее полная информация такого рода содержится во Всемирной базе данных по авариям на шельфе — WOAD [2]. Lloyd's Register хранит сведения об авариях, вызванных повреждениями судов и шельфовых сооружений. База данных норвежского регистра (DNV) содержит информацию о механических повреждениях, связанных с процессом эксплуатации морских сооружений и судов, и служит основой для проведения детального количественного анализа риска [2; 3].

Для корректной оценки риска также необходим учет конкретных условий в районе расположения объектов на шельфе и маршрутов выполнения морских операций (каналы, узкости и фарватеры и т. д.).

При оценке безопасности морских работ также необходим учет ледовых условий, возможных столкновений судов с ледоколами, опасности разлива жидких углеводородов, что особенно важно для уязвимой арктической среды. Кроме того, следует учитывать вероятные угрозы экипажам судов и персоналу морских объектов. Типичными факторами, приводящими к опасным авариям [3], являются:

• разливы нефти и нефтепродуктов при погрузке/разгрузке, разрушения или неисправности в системе хранения груза;

• столкновения, навалы и посадки на мель;

• разрушение конструкции;

• затопление отсеков, перевертывание и затопление судна/установки;

• пожары и взрывы;

• травмы, ранения или смерть членов экипажа (независимо от повреждения установки или судна); этот тип аварии должен рассматриваться как первичныИ — когда объект не поврежден.

Для оценки перечисленных факторов, влияющих на эксплуатацию морских сооружении и проведение морских работ и операции в арктических условиях, используются экспертные данные.

Рассмотрим применение метода экс-пертно-статистического анализа на нескольких примерах.

Оценка вероятности аварийного разлива из танкера

Вероятность аварии танкера с последующим разливом нефти на различных участках маршрута плавания (на трассе, в порту, в акватории расположения платформы и т. д.) зависит от ряда факторов, таких как гидрометеорологические условия, навигационная обстановка, интенсивность судоходства, условия плавания, размеры фарватера и т. д.

Для оценки вероятности зоны г на маршруте плавания выбираются так, чтобы влияние перечисленных факторов на вероятность возникновения аварии танкера было наименьшим.

Рассмотрим алгоритм определения численных значении вероятности Рг (г = 1, 2, ..., 7) конкретного вида аварии танкера с последующим разливом Кгп (п = 1, 2, ..., N п — номер вида аварии, N — общее количество рассматриваемых аварий) в каждой зоне г с последующим определением:

Таблица 1. Результаты определения вероятностей

Зона, z Вероятность разлива нефти в каждой зоне, Pz Вид аварии, Kzn Вероятность аварии вида Кш в зоне z, Р (К2п) Вероятность события с разливом нефти Т по причине аварии танкера, Р(Т/К,^

район платформы 0,70 к„ 0,16 0,10

Kf2 0,19 0,20

к13 0,20 0,06

К-14 0,15 0,40

ъ = 2 участок трассы до выхода на генеральный маршрут 0,30 К21 0,07 0,10

К22 0,08 0,20

К2З 0,08 0,06

К24 0,06 0,40

К21 — посадка на мель; Кг2 — столкновение; Кг3 — пожар/взрыв; Кг4 — разрушение конструкции корпуса

Таблица 2. Результаты классификации сценариев, полученные экспертами

Рассматриваемые сценарии

Зона Эксперт Szl Sz2 Sz3 S24 Sz5 Sz6 Sz7 SzS W

I 1 2 3 5 4 6 8 7

1 II 2 1 4 3 5 6 8 0,95

III 1 2 4 3 5 6 8

IV 2 1 3 4 5 6 8

I 5 - 2 4 1 3 6

2 II 4 - 1 5 2 3 6 0,90

III 5 - 3 4 1 2 6 7

IV 5 - 1 4 3 2 6 7

Проверка согласованности оценок экспертов, выполненная с применением коэффициента согласованности (конкордации) Цгио формуле (1)

• сценария возникновения аварийных ситуаций: Зт (т=1, ..., М, т — номер рассматриваемого сценария, М — общее число сценариев) [4];

• вероятности аварий танкера вида Кгп в зоне г и вероятности Р(Кгп);

• вероятности события разлива нефти (Т) в случае аварии танкера —

Рф/КЛ.

Значения вероятности могут быть определены экспертно-статистиче-ским методом с привлечением экспертов в данной области, знающих статистику по аварийности судов.

Каждому сценарию Зт эксперт присваивает ранг (уровень или степень риска), причем число 1 соответствует наивысшей степени риска аварии.

С целью проверки согласованности оценок экспертов для выбранных сценариев используется коэффициент согласованности (конкордации) [3; 5]

121

¡=1 ±

(1)

где ] — количество экспертов; М — количество сценариев аварий.

Коэффициент варьируется от 0 до 1. = 0 соответствует полной несогласованности экспертов, = 1 — полной согласованности оценок, = 0,5-0,7 —минимально допустимый. При неудовлетворительном уровне согласованности необходим пересмотр оценок экспертов.

Для каждой зоны г района плавания танкера выполняется соотношение

(2)

где Рг — вероятность аварийного разлива в зоне г;

Р(5гт) — вероятность реализации сценария Р(5т) в зоне г;

Р(К„) — вероятность вида аварии КП танкера в зоне г.

Распределение полной вероятности аварии танкера Кгп в зоне г с последующим разливом нефти может быть рассчитана в соответствии с теоремой Байеса по формуле (3):

Р(Кт!Т) = ^

Р{Кт)Р{Т!Ка)

%Р(К„)Р(Т/К„)

(3)

где Р(Т/Кгп) — вероятность аварийного разлива нефти вследствие аварии вида Ктанкера в зоне г; значения Р(Кгп), Р(Т/Кгп) определены на предыдущих шагах.

Распределение полной вероятности для аварий танкера с разливом нефти

Таблица 3. Расчетные значения вероятностей аварий Кв

Зона Вид аварии Обозначение Вероятности аварии с последующим разливом нефти, Р(Кт/Т)

1 Посадка на мель Кц 0,13

Столкновение Кп 0,30

Пожар/взрыв Кц 0,10

Повреждение конструкций корпуса К14 0,48

2 Посадка на мель К.21 0,14

Столкновение К22 0,31

Пожар/взрыв К23 0,09

Повреждение конструкций корпуса К23 0,46

Таблица 4. Результаты оценки риска буксировки платформы

№ п/п Сценарий Уровень вероятности, комментарии Уровень последствий, выводы экспертов

1 Нарушение герметичности, просачивание воды через сварные и фланцевые соединения 1-2 После проведения всех надлежащих проверок герметичности событие маловероятно 1 Последствия просачивания воды (разгерметизации) несущественны

2 Выход из строя элементов буксирного и швартовного устройства 2 При проведении МО в безопасных метеоусловиях и соблюдении установленной скорости буксировки событие маловероятно 3 При обрыве буксирной линии возможен неконтролируемый дрейф платформы, который в узком канале может вызвать существенное повреждение конструкций и длительную приостановку МО

3 Выход из строя судна-буксировщика 1 На судах соблюдаются надлежащие меры безопасности и работает опытный экипаж 2-3 Выход из строя буксирного судна может вызвать паузу в МО для ремонта или привлечение нового буксира

4 Повреждения, вызванные падением/смещением оборудования, конструкций, фундаментов, груза на платформе. 1 Поскольку все элементы конструкций должны быть надежно закреплены, это крайне маловероятное событие 1-2 Повреждения могут вызвать небольшую задержку в проведении МО

5 Повреждения МЛСП, вызванные падением внешних объектов (самолет, вертолет) 1 1 Последствия могут варьироваться в широких пределах

6 Повреждения, вызванные касанием грунта 2 При соблюдении режима буксировки и правил безопасности мореплавания событие не произойдет 1 Касание платформы грунта не вызовет значительных ее повреждений

7 Посадка на мель 2 При соблюдении режима буксировки и правил безопасности мореплавания событие маловероятно 3 Посадка на мель потребует привлечения судов для снятия платформы с грунта, что вызовет приостановку/задержку МО

8 Повреждения, вызванные столкновением с другим судном/опасным дрейфующим объектом 2 1-3 Возможны повреждения конструкций платформы, в том числе значительные

9 Навал буксира на платформу 2 Событие возникает при ошибке судовождения 2 При применяемых скоростях буксировки навал не вызовет значительных повреждений

по всем зонам и видам аварий определяется перемножением вероятности разлива нефти Рг в зоне г на полученное по формуле (3) значение Р(Кгп/Т).

Приведенная выше модель расчета полной вероятности может применяться как для оценки вероятности аварийных ситуаций на танкере, сопровождающихся разливами, так и для оценки других аварийных событий с распределением вероятности по зонам г и видам аварий Кгп.

В соответствии с законом распределения Пуассона [6], вероятность, по

крайней мере, единичного события разлива нефти, вызванного аварией танкера в рассматриваемом районе плавания, рассчитывается по формуле (4): н-и

к (4)

Ртт= 1-е

-пР,-

365

где п — среднее число танкеров, входящих в район плавания за год;

Р, — средняя вероятность аварии одного эксплуатируемого танкера в год, время грузовых операций — загрузка и выгрузка, а также время ремонта не включается;

— среднее время эксплуатации танкера в районе плавания (сут.);

el

О I

3 s

I

■5

о О Я С CL о

Я,

О-

0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

□ Зона 1 □ Зона 2

0,333

0,211

0,089

0,041

r~i

0,093 0,067

0,028

1 1

0,139

Посадка на мель Столкновение Пожар/взрыв

Рис. 1. Полное распределение вероятностей аварии с последующим разливом нефти

Повреждение конструкций корпуса

tk — среднее время погрузо-разгрузочных работ (сут.);

k — вероятность, определяющая, какая часть аварий танкеров вызывает аварийный разлив нефти.

Расчет вероятности аварии

челночного танкера при транспортировке нефти с морской платформы

Результаты расчета вероятностей приведены в табл. 1 и 3.

Табл. 1 заполняется исходя из следующих соображений.

Вероятность разлива нефти у платформы выше, чем в зоне 2. В районе платформы возможно столкновение танкера с судами снабжения и дежурным судном, аварии при швартовке и грузовых операциях.

Значения вероятности разлива нефти в случаях посадки на мель, столкновения, пожара/взрыва, разрушения конструкций корпуса могут быть оценены по рекомендациям ITOPF (International Tanker Owners Pollution) [7; 2].

Каждому сценарию Szm, приводящему к рассматриваемым авариям Kzn,

эксперты (4 человека) присвоили соот-ветствующии ранг — место по предполагаемой степени риска (табл. 2).

Проверка согласованности оценок экспертов, выполненная с применением коэффициента согласованности (конкордации) по формуле (1) для каждой выбранной зоны г, свидетельствует о хорошей согласованности оценок экспертов. Расчетные значения вероятности, выполненные по формуле (3), представлены в табл.3.

Распределение полной вероятности видов аварии представлено на рис. 1.

Оценки риска морских операций (МО) по выводу платформы с завода-строителя

Результаты оценки представлены в табл. 4. При проведении экспертно-статистической оценки математического ожидания вероятностей аварии воспользуемся формулой (5):

(5)

У^ — значение экспертной оценки I — эксперта для ] — значения параметра;

Таблица 5. Матрица уровней риска

Pij — вероятность значения Yj; n — число экспертов, оценивающих вероятность аварии для объекта с j-м значением параметра;

j = 1 + m; m — число значений параметра.

Другие виды аварий, например пожары при неработающем технологическом оборудовании, практически невозможны и поэтому не рассматриваются.

В соответствии с матрицей риска [3] рассматриваемые сценарии характеризуются низким уровнем риска (табл. 5).

Экспертно-статистический подход при анализе безопасности и рисков может применяться также для расчетов рисков при проектировании морских транспортно-технологических систем и их элементов, морских страховых рисков, эксплуатации элементов систем безопасности морских платформ и т. д.

Литература

1. Апполонов Е. М., Бойцов Г. В., Захаров А. А., Литонов О. Е., Нестеров А. Б. Проблемы повышения уровня безопасности судов и плавучих сооружений // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — Вып. 24 — СПб., 2001. — С. 30-47.

2. Информация по статистике морских аварий (базы данных по авариям WOAD, LR, DNV и др.), 1980-2007 гг.

3. Правила Морского регистра судоходства, Часть V. Оценка безопасности, 2010-2011 гг.

4. Chesnauskis М. Model for probabilistic assessment of oil outflow event caused by tanker accident. Transport, 2007. Vol. XXII. № 3. P. 187-194.

5. Kendall M. Rank correlation methods. London, 1970.

6. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. — М., 2006.

7. Hazid of Tanker Operations. Safedor, 2007.