Выполнила ст. гр. ЭПГ-00в.Черепня Елена Николаевна

Научный руководитель: проф., д.т.н. Ковалев Александр Петрович.

Экономическое преобразование в Украине и других странах бывшего СССР, привели к серьезным проблемам в области обеспечения безопасности технологических объектов, опасных в отношении взрыва и пожара. В 90-е годы разрыв экономических связей между поставщиками комплектующих и изготовителями оборудования, а также предприятиями, которые его эксплуатируют, отток квалифицированных специалистов с промышленных предприятий, ухудшение производственной дисциплины привели к росту числа промышленных аварий и катастроф. В среднем по странам СНГ за год в результате аварий и катастроф погибает более 330 тыс. чел., что в 4,7 раза больше, чем это было в бывшем СССР[1]. В настоящее время на многих промышленных предприятиях страны износ оборудования и основных фондов колеблется в пределах 60%. Эта цифра является точкой, после которой число аварий и катастроф может возрасти лавинообразно.

Под безопасностью понимается свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды[2]. Безопасность на промышленных предприятиях обеспечивается надежной работой автоматических средств защиты, которые реагируют на недопустимое изменение контролируемых параметров (отклонения напряжения, величину электрического тока, частоту вращения электродвигателей, давление в аппаратах и трубопроводах, температуру, концентрацию взрывоопасного газа и т. д.).

За надежную и безотказную работу автоматических средств защиты в течении заданного времени отвечают фирмы, изготавливающие и поставляющие их на предприятие, а также персонал, который обслуживает это оборудование. Следовательно, под обеспечением безопасности промышленного объекта понимается техническая возможность автоматических средств защиты и обслуживающего их персонала не допускать ситуаций, приводящих к авариям.

Опасное состояние средства защиты – это такое состояние, когда при случайном выходе контролируемых параметров за допустимый уровень, происходит их отказ в срабатывании. Опасные состояния средств защиты обнаруживаются либо с помощью автоматической системы диагностики, либо в результате профилактического осмотра.

Технологический объект – это промышленное предприятие, на котором при его эксплуатации возможен взрыв, пожар, выброс вредных и опасных для человека и окружающей среды веществ: шахты, газопроводы, атомные электростанции, склады боеприпасов и т.д.

Под ситуацией понимается совпадение в пространстве и времени ряда случайных независимых событий, имеющих различную частоту появления и длительность существования. Определенная ситуация на объекте может привести к: взрыву, пожару, выбросу радиоактивных веществ в атмосферу и т.д.

Под аварией на объекте понимается случайное появление взрывов, пожаров, выбросов радиоактивных веществ в атмосферу и т.д., сопровождающихся материальными убытками за счет порчи оборудования, загрязнения окружающей среды и прекращения технологического цикла. Под катастрофой понимается авария, в которой гибнут люди.

Риск – это мера опасности при эксплуатации технологического объекта. Риск может быть измерен числом аварий или катастроф в единицу времени. Индивидуальный риск – мера опасности для человека, измеряемая числом погибших в единицу времени от данного вида деятельности.

В СССР существовали нормативные документы [4] и [5], регламентирующие вероятность взрывов и пожаров на технологических объектах. Производственные процессы должны были разрабатываться так, чтобы вероятность возникновения взрывов на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала величину 1*10^-6. Вероятность возникновения пожаров в электротехническом и другом единичном изделии не должна превышать 1*10^-6 в течение года.

Специалисты США, Японии принимают интенсивность появления аварий (катастроф) H=1*10^-6 год^-1 как тот уровень риска, к которому следует стремиться на промышленных предприятиях. Объясняется это тем, что частота аварий (катастроф) на конкретном промышленном объекте, равная 1*10^-6 год^-1, настолько мала, что ради выгоды, получаемой от эксплуатации объекта, общество готово пойти на такой риск [6].

Проведенный на кафедре электроснабжения промышленных предприятий и городов анализ показал, что интервалы времени между смежными авариями в различных отраслях промышленности и по различным причинам не противоречат экспоненциальным функциям распределения вероятностей по критерию согласия Барлетта.

Физический смысл величины H=1*10^-6 год^-1 объясняется следующим образом: если под наблюдением в течение времени Т=1 год будет находиться N=1000000 однотипных технологических объектов, то статистически допускается одна авария (катастрофа) п=1 в течение года на одном из этих объектов [7]:

Вероятность появления аварий (катастроф) в течение времени t может быть определена следующим образом:

В том случае, если При t=1 год

Статистический анализ данных об авариях, произошедших за пять лет по различным отраслям промышленности России и Украины показал, что степень риска появления аварий (катастроф) в этих странах равна , т.е. на три порядка больше нормируемой величины [8].

Борьба с авариями и катастрофами на технологических объектах может вестись по двум направлениям:

а) прогнозирование катастроф, разработка технических и организационных мероприятий, позволяющих их не допускать;

б) использование существующих способов и средств и разработка новых, позволяющих ликвидировать последствия катастрофы в кратчайшие сроки с минимальными затратами.

Оценка этих двух направлений показала, что экономические затраты по первому направлению для крупных технологических объектов в 1000 раз меньше, чем по второму. Это соотношение означает, что затраты на то, чтобы не допустить катастрофу в 1000 и более раз меньше, чем затраты на ее ликвидацию и восстановление технологического цикла. Поэтому, в дальнейшее как перспективное будем рассматривать первое направление обеспечения безопасности технологического объекта.

Основную задачу по обеспечению безопасности топливно-энергетического комплекса Украины можно сформулировать следующим образом: разработать организационные и технические рекомендации с минимальными экономическими затратами для осуществления перехода от реального уровня безопасности (1*10^-3 год^-1) к нормируемому (1*10^-6 год^-1) , т.е. почти полностью исключить появление аварий и катастроф на промышленных предприятиях при эксплуатации энергетических установок.

На сегодняшний день в топливно-энергетической отрасли Украины не существует приемлемых для практического применения методик, которые позволили бы для конкретного предприятия оценить уровень его безопасности, обосновать с экономической точки зрения рекомендации, которые позволили бы осуществить переход от реального (чаще всего низкого) уровня безопасности к нормируемому.

В первую очередь необходимо определить, на каком же уровне безопасности находится каждое конкретное предприятие Украины, опасное в отношении взрыва и пожара. Используя существующие нормы по допустимому риску, задачу по обеспечению безопасности любого объекта, опасного в отношении взрыва и пожара, можно сформулировать следующим образом.

Определить, какую статическую информацию о технологическом объекте необходимо получить в течение времени Т, чтобы оценить уровень его безопасности и если он окажется больше допустимого , то какие организационные и технические мероприятия необходимо использовать, чтобы вывести его на допустимый уровень риска [7,8].

Для решения поставленной задачи на кафедре ЭПГ разработана на основе Марковских случайных процессов математическая модель процесса формирования возможных аварий (катастроф) при эксплуатации оборудования технологических объектов, опасных в отношении взрывов и пожаров, что позволило получить следующие зависимости:
     - среднее время до первой аварии;
     - вероятность появления аварии в течение года от состояния оборудования, окружающей среды, надежности средств защиты и сроков их профилактики;
     - дисперсию времени до аварии;
     - экономическую оценку от нахождения системы обеспечения безопасности в каждом из возможных состояний.

Используя полученные зависимости предоставляется возможным разрабатывать организационные и технические мероприятия, которые позволяют выводить «опасные» технологические объекты на допустимый уровень с минимальными экономическими затратами.

Из всего топливно-энергетического комплекса Украины людей нашей страны и стран ближнего зарубежья больше всего волнует вопрос о степени опасности эксплуатации атомных электростанций (АЭС).

В Украине в настоящее время эксплуатируется 13 энергоблоков с реакторами типа ВВЭР установленной мощностью 11,8 ГВт. Большинство блоков находятся в эксплуатации более 15 лет (проектный срок службы 30 лет). Значительная часть электротехнического и теплотехнического оборудования АЭС (2000-5000 единиц) требует замены вследствие того, что истек срок их эксплуатации [9].

Четвертый блок Чернобыльской АЭС был введен в строй в 1983 г., а катастрофа на ней произошла в 1986 г., т.е. практически на новой станции.

Возникает закономерный вопрос, а возможен ли аналогичный взрыв и на других АЭС Украины, проработавших более половины своего проектного срока? Какова вероятность появления крупных аварий (плавление активной зоны реактора) в течение года на действующих АЭС? Какова вероятность того, что произойдет авария на АЭС и радиоактивное облако пройдет, например, над Европой? На все эти вопросы пока нет ответов. Известные в настоящее время методики [10-12] не позволяют с достаточной для практических целей степенью точности оценивать вероятность появления катастроф на АЭС. Это, в свою очередь, не дает возможности обосновано использовать существующие и разрабатывать новые технические и организационные мероприятия, позволяющие снижать частоту появления аварий до нормируемого уровня.

Известно, что безопасность АЭС должна обеспечиваться за счет последовательной реализации принципа глубоко эшелонированной защиты, основанного на применении системы барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую среду, системе технических и организационных мер по защите барьеров и сохранению их эффективности и непосредственно по защите населения [12,13].

При эксплуатации ядерного энергоблока выделяют 8 «барьеров» защиты. Если ни один из первых трех «барьеров» безопасности (рис.1) не нарушен, то режим работы энергоблока контролируется управляющими системами [14]. Основная задача управляющих систем – это поддержание заданного режима работы ядерного энергоблока или переход его на другой режим работы. При нарушении целостности одного их первых трех «барьеров» безопасности, срабатывает система останова ядерного реактора и включается система аварийного расхолаживания.

В случае прорыва ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в реакторный зал, в действие вступает локализирующая система безопасности (спринклерная). Основная задача локализирующей системы безопасности – удержать внутри защитной оболочки большую часть радиоактивных веществ, вышедших из реактора. При повреждении герметической оболочки четвертого контура (реакторный зал) ионизирующие излучения и радиоактивные вещества вырвутся в окружающую среду.

1. Топливная матрица.
2. Оболочка топливного элемента.
3. Стенки первого контура.
4. Защитная герметичная оболочка.
5. Система аварийной остановки ядерного реактора.
6. Система аварийного расхолаживания.
7. Спринклерная орошающая система.
8. Персонал, участвующий в обеспечении безопасности.
9. Выброс ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую атмосферу.

Анимированный рисунок 1 – Схема барьеров безопасности ядерного реактора.

Роль человека в обеспечении безопасности АЭС заключается в следующем [14,15]:
     - контроль за состоянием всех систем обеспечения безопасности;
     - своевременное выявление и устранение повреждений в системах, отвечающих за безопасность АЭС;
     - точное выполнение персоналом АЭС должностных инструкций;
     - в случае отклонения режима работы АЭС от заданного не дать возможности аварийной ситуации перерасти в катастрофу;
     - участие персонала АЭС в ликвидации последствий аварии.

Основную роль в обеспечении безопасности АЭС играет четыре «барьера» безопасности – топливная матрица; оболочка топливного элемента; стенки первого контура; защитная герметическая оболочка, стоящая на пути возможного распространения ионизирующих излучений и потока радиоактивных веществ. Что же касается «барьеров» с 5-го по 7-й (рис.1), то они не предотвращают аварию, а лишь ограничивают возможный выброс ионизирующих веществ в атмосферу до минимально возможного значения.

Одной из основных задач по обеспечению безопасности АЭС является задание и обеспечение научно обоснованных норм надежности на каждую из семи систем защиты и на сроки их профилактических осмотров, при которых вероятность появления запроектной аварии (катастрофы) в течение года будет .

Разработанная на кафедре ЭПГ математическая модель позволяет определить при какой надежности средств защиты и сроков их профилактики вероятность запроектной аварии на АЭС будет событие маловероятное ( ).

Затем от норм надежности на каждый вид защиты известными методами представляется возможным перейти к заданию норм надежности на каждый элемент, из которого она состоит, а это, в свою очередь позволит требовать от проектировщиков изделий, а также заводов изготовителей поставлять на АЭС продукцию требуемого качества и надежности.

Обеспечение с минимальными затратами разработанных научно обоснованных норм надежности на каждый вид защиты и сроки их контроля, а также надежное обеспечение выполнения персоналом АЭС своих должностных обязанностей позволит обеспечить необходимый уровень безопасности или доказать, что такой уровень ( ) уже достигнут на АЭС Украины и, тем самым, успокоить общественность Украины, стран СНГ и Европы.

ЛИТЕРАТУРА

     1. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Муха В.П. Прогнозирование безопасности предприятий// Безопасность труда в промышленности.- 1995 - № 10 – с. 53-55.

     2. Надежность систем энергетики. Терминология: Сборник рекомендованных терминов/ АНССР, комитет научно-технической терминологии. Научный совет по комплексной проблеме энергетики. – М., 1980. – Вып.95. – 44 с.

     3. Ковалев А.П., Шевченко О.А. О вероятности возникновения аварий на промышленных предприятиях при эксплуатации электрооборудования. Материалы международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Феодосия, сентябрь 2002 г.), с.89-94.

     4. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования. – М.: Издательство стандартов, 1976.

     5. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Издательство стандартов, 1976.

     6. Хеили Дж., Куматто Х. Надежность технических систем и оценка риска. Пер. с англ. – М:. Машиностроение, 1984. – 528 с.

     7. Ковалев А.П. О проблемах оценки безопасности электротехнических объектов.// Электричество. – 1991 - №7. – с. 50-55.

     8. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Спиваковский А.В. Безопасность, степень риска и инвестиции в промышленность.// Безопасность труда в промышленности. - №7. – 1999. – с. 37-38.

     9. Концепція державної енергетичної політики України на період до 2020 року. Центр Разумкова. Національна безпека і оборона, 2001. - №2, с. 2-23.

     10. Швыряев Ю.В. и др.. Вероятностный анализ безопасности атомных станций. Методика выполнения. – М.: ИАЭ им. Курчатова, 1992.

     11. МАГАТЭ. Руководство по проведению вероятностного анализа безопасности атомных станций: Отчет. – М.,1990.

     12. Вероятностный анализ безопасности атомных станций: Учебное пособие/ В.В. Бегун, О.В.Горбунов, И.Н. Каденко и др. – К.,2000. – 568 с.

     13. Справочник по ядерной энергетике: Пер. с англ./ Ф. Ран, А. Адамаитиадес, Дж. Кентон, Ч.Браун/ Под ред. В.А. Легасова – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 752 с.

     14. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88). ПНАЭГ-1-01 1089, 1989.

     15. Рагожин Ю.А. Измерить аварию. Безопасность труда в промышленности, 1993. - №6, с. 41-48.