Причины и источники техногенных аварий

Для современного мира характерным является возрастание масштабов последствий техногенных аварий и катастроф (будь то авиационная, железнодорожная или морская) при уменьшении ве­роятности их реализации.

Многие современные потенциально опасные производства спроектированы таким образом, что вероятность крупной аварии на них оценивается величиной порядка 10^-4. Это означает, что из-за неблагоприятного стечения обстоятельств с учетом реальной надежности механизмов, приборов, мате­риалов и человека возможно одно разрушение объекта за 10000 объектолет. Если объект единственен, то с очень высокой вероятностью за это время на нем не произойдет крупной аварии. Если таких объектов 1000, то каждое десятилетие можно ждать разрушения одного из них. И, наконец, если число подобных объектов близко к 10000, то ежегодно один из них статистически может быть источником аварии. В этом обстоятельстве кроется одна из причин обсуждаемых проблем. Спроектированный по техническим средствам и регламентным требованиям объект, достаточно надежный в условиях малого тиражирования, теряет статистически надежность при массовом воспро­изводстве.

Увеличение масштабности последствий происходящих техногенных аварий и катастроф - результат особенностей научно-технического прогресса на современном этапе. Непрерывно продолжает расти энерговооруженность человеческого общества. Энергонасыщенные и использующие опасные вещества объекты все более концентрируются, Во имя экономических показателей повышается их единичная мощность. Возрастает давление в разнообразных промышленных аппаратах и транспортных коммуникациях, сеть которых становится все более разветвленной. Только в сфере энергетики ежегодно в мире добывается, транспортируется, хранится и используется около 10 миллиардов тонн условного топлива. По энергетическому эквиваленту эта масса топлива, способная гореть и взрываться, стала соизмеримой с арсеналом ядерного оружия, накопленного в мире за всю историю его существования.

Рост масштабов и концентрации производства ведет к накоплению потенциальных опасностей. Об этом можно судить по удельным (либо на душу населения, либо на единицу площади) величинам летальных для человека доз, содержащихся в различных производствах Западной Европы. Так, по мышьяку эта величина составляет около 0,5 миллиарда доз, по барию - порядка 5 миллиардов, а по хлору - 10 триллионов доз. Эти цифры делают понятной повсеместно выражаемую заботу об обеспечении безопасности в первую очередь химических предприятий.

При выяснении причин и источников техногенных аварий, включая химические, прежде всего нужно оценить технологическое содержание, количественные и качественные характеристики поврежденных мощностей или транспортных средств. Одновременно необходимо определить конструктивные эргономические отклонения, послужившие причиной аварий из-за несоответствия конструкций промышленных (или транспортных) систем управления анатомическим и физиологическим возможностям человека, В таких ситуациях люди, непосредственно управляющие техническими средствами, вместе с другими участниками производства становятся жертвами заранее спланированных обстоятельств.

Вероятность аварии (риск) как количественная мера реализации опасности целиком определяется надежностью и наблюдаемостью (блокируемостью) производства.

Первичной причиной аварийной ситуации является появление отказа, причем большинство единичных отказов являются событиями марковскими, то есть не зависят от предыстории системы и легко локализуются таким распространенным в химической промышленности способом как блокировка. На практике это означает, что единичный отказ просто приводит к остановке производства. К аварии же ведет накопление единичных отказов.

Вот как описывает этот процесс В.А. Легасов в своей работе "Проблемы безопасного развития техносферы":

"Обычно аварии предшествует фаза накопления каких-либо дефектов в оборудовании или отклонений от нормальных процедур ведения процесса. Длительность этой фазы может измеряться минутами или сутками. Сами по себе дефекты или отклонения еще не представляют угрозы, но в критический момент они сыграют роковую роль. Во время бхопальской (в г. Бхопале, Индия, ред.), например, аварии на этой фазе были отключены холодильные устройства на емкости с метилизоцианатом, разгерметизирована коммуникация, связывающая эту емкость с поглотителем ядовитых газов, отключен факел, предназначенный для их сжигания в аварийных ситуациях. Перед аварией в Чернобыле также было отключено несколько аварийных защит, а активная зона реактора лишена обязательного минимума стержней, поглощающих нейтроны. Накопление на этой фазе подобных отклонений от нормы связано либо с не наблюдаемостью работы элементов конструкций и материалов из-за отсутствия необходимых средств диагностики, либо, что бывает гораздо чаще, с тем, что персонал привыкает к такого рода отклонениям - ведь они довольно часты и в подавляющем большинстве случаев не приводят к авариям. Поэтому ощущение опасности притупляется, восстановление нормального состояния приборов и оборудования откладывается, процесс продолжается в опасных условиях.

На следующей фазе происходит какое-либо инициирующее событие, как правило, неожиданное и редкое. В Бхопале - это попавшее через пропускающую задвижку в емкость с метилизоциатаном небольшое количество воды, вызвавшее экзотермическую реакцию, которая сопровождалась стремительным подъемом температуры и давления метализоцианата. В Чернобыле - это введение положительной реактивности в активную зону реактора: последовал мгновенный перегрев тепловыделяющих элементов и теплоносителя. В подобных ситуациях у оператора не оказывается ни времени, ни средств для эффективных действий.

Собственно авария происходит на третьей фазе как результат быстрого развития событий. В Бхопале - это открытие обратного клапана и выброс ядовитого газа в атмосферу. В Чернобыле - разрушение конструкций и здания паровым взрывом, усиленным побочными химическими процессами, и вынос накопившихся радиоактивных газов и части диспергированного топлива за пределы четвертого блока. Эта последняя фаза была бы невозможной без накопления ошибок на первой стадии".

По-видимому, справедливо утверждение, что в любой сложной системе всегда найдется хотя бы один немарковский отказ, вызывающий множество последующих. Лавинообразный процесс нарастания отказов есть развитие аварийной ситуации в аварию с потерей контроля над системой и переходом ее в пораженное состояние. На этой стадии система уже не управляема и не может быть восстановлена собственными силами. Причиной возникновения такого положения является ограниченность наблюдаемости за системой. Увеличение наблюдаемости, то есть количество контролируемых параметров и методов их обработки приводит к исключению выявленного немарковского отказа. Однако всегда можно утверждать, что в этой новой системе будет содержаться и новый по­тенциально ненаблюдаемый отказ.

Известно, что химически опасный обект, как источник повышенной опасности может находиться в двух устойчивых состояниях - нормальном и пораженном. Переход из одного устойчивого со­стояние в другое происходит через неустойчивое состояние, которое обычно называется аварийной ситуацией.

Состояние предприятия, как и любой сложной системой, можно описать n-мерным вектором в фазовом пространстве. Координатами такого вектора являются параметры технологических процессов Обычно удается указать нижнюю и верхнюю границы параметров, внутри которых процесс про­текает устойчиво. Выход параметров за границы является признаком аварийной ситуации, то есть лотерей устойчивости. Вернуть процесс в прежние границы теперь может только специальная система аварийной защиты. Если это произошло, то аварийная ситуация считается локализованной. В противном случае объект переходит в новое устойчивое состояние - пораженное, которое характеризуется полной потерей контроля и управления. С этого момента объект сам становится источником поражающих факторов для окружающей среды. То есть возникает новый n-мерный вектор состояния объекта, координатами которого являются поражающие факторы: ударная волна, тепловое излучение, химическое заражение и т.п. Возможности управления этим вектором, как правило, ограничены и требуют привлечения значительных региональных сил и средств. Собственно этот вектор и является источником ущерба, особенностью которого является практически полная неконтролируемость в реальном масштабе времени, причем с возрастанием времени от момента возникновения аварийной ситуации до перехода в пораженное состояние неопределенность увеличивается не линейно. В целом же, максимальный размер ущерба определяется количеством энергии и вещества, запасенных в технологических процессах к моменту аварии.

Обширная статистика аварий и катастроф и исследование процессов, связанных с этими явлениями, позволяют достаточно надежно прогнозировать "сценарий" и максимально возможные последствия аварий.

Состояние и рабочая эффективность технических средств (систем предупреждения аварийных ситуаций), структурные недостатки материалов и степень их соответствия требованиям, износ, коррозия и старение конструкций - все это является предметом исследования при выяснении возможных причин аварий и катастроф. Однако не меньшее значение имеет человеческий фактор. Анализ статистических данных показывает, что свыше 60% аварий происходит из-за ошибок персонала. В настоящее время в мире заметно вырос удельный вес аварий, происходящих вследствие неправильных действий обслуживающего персонала. Чаще всего это происходит из-за недостатка профессионализма, а также неумения принимать оптимальные решения в сложной обстановке, в условиях дефицита времени. При психологических перегрузках некоторые специалисты допускают неправильные действия, приводящие к непоправимым последствиям.

Мировой опыт показывает, что для предупреждения аварийных ситуаций необходим комплекс законодательных, экономических и технических мероприятий, который по существу представлял бы неформальную систему управления риском. Основой такой системы является законодательная инициатива но установлению приемлемого на сегодня уровня риска. Механизм реализации - эффективная налоговая и страховая политика, обеспечивающая экономическое стимулирование снижения уровня риска конкретного предприятия. Средствами, обеспечивающими требуемый уровень безопасности, являются технические устройства и мероприятия.

Необходимым элементом такой системы является институт государственной сертификации опасных производств по уровню безопасности, причем сертификат является основным документом для определения размера взноса предприятия в страховой фонд. Чем больше величина риска,. Тем больше и взнос в страховой фонд. Возмещение убытков из-за аварий ведется только через этотфонд. Он мог являться и источником финансирования крупных отраслевых программ по снижению уровня риска.