Об области применения и ограничениях современных

Об области применения и
ограничениях современных
инструментов
количественной оценке риска
аварий
Сумской Сергей Иванович
«АНО «Агенство исследований промышленных
рисков»
www.riskprom.ru
www.safety.ru
risk@safety.ru
(495) 620-4750
Актуальность вопроса
• Методология анализа риска находит все
большее
применение,
в
т.ч.
на
законодательном уровне в техническом
регулировании, промышленной, пожарной
безопасности и других видах безопасности;
• При этом предлагаются «нетрадиционные» подходы,
пытающиеся решить организационные и технические
проблемы безопасности исключительно на основе
количественного анализа/оценки риска (КОР), в т.ч.
как альтернативы нормам и правилам.
2
Актуальность вопроса:
особенность
Предложения ОАО «Газпром нефть», ОАО
«Лукойл», ОАО «Сибур» и др.:
•
Проект федеральных норм и правил в области промышленной
безопасности «Общие правила обеспечения промышленной
безопасности нефтеперерабатывающих,
нефтегазохимических и газоперерабатывающих комплексов»,
включающий приложение 4 «Методика расчета
индивидуального риска для работников производства и
населения»
Апробация:
• Отчет ФГБУН «Межведомственный центр аналитических
исследований в области физики, химии и биологии при Президиуме
Российской академии наук» (МЦАИ РАН) от 25 мая 2012 г. по
проведению пилотной количественной оценки риска
установки АТ-ВБ на ОАО «Газпромнефть-МНПЗ». Модель
безопасности установки АТ-ВБ МНПЗ.
3
Актуальность вопроса:
два момента
Чтобы понять лучше ситуацию с КОР
сначала следует прояснить
два момента
• Историческую ретроспективу КОР
• Объект дискуссии - КОР
– не всегда четко понимается
«управление рисками», «допустимый
риск», …..
4
Объект дискуссии
• С одной стороны существует анализ
статистических данных (фактический
анализ риска)
– можно определить реальные частоты
событий (разрушений, гибели
количество погибших, распределение по
числу погибших… - показатели)
– можно смотреть как изменяются эти
показатели во времени, в т.ч. после
каких-то мероприятий
– можно говорить о приемлемости тех или
иных показателей
5
Объект дискуссии
• С другой стороны существует КОР (расчетная
процедура, шире математическая модель)
– математические модели – важная часть
современности
– может существовать множество моделей для одного и
того же явления
– точность и ценность и значимость рассчитанных
показателей будет зависеть от модели
– принципиальный момент – как модель отвечает на
вопрос «что будет если изменить …. ?» (качество
предсказания)
• История вопроса
6
Объект дискуссии
• Модель КОР и реальность
(фактический анализ риска)
– во многих отраслях применяется
математическое моделирование
(строительство, авиация,
энергетические установки…), часто
результаты (в т.ч. количественные) мат.
моделирования используются при
принятии решений
– но должны быть правильные модели
7
Объект дискуссии
• Модель КОР и реальность
(фактический анализ риска)
– правильные модели
– Ответ на вопрос «что будет если
изменить…?» (качество прогноза)
- в модели и в реальности –
должен быть один ответ
- пример – изменить материал
(сопромат, теплофизика и КОР)
8
Объект дискуссии
• Модель (КОР) и реальность
(фактический анализ риска) – особая
сложность
– в КОР сочетаются физико-химические
процессы, поведенческая составляющая
человека,
9
От объекта дискуссии к
истории вопроса
• В АР соотношение модели и
реальности можно проследить и в
исторической перспективе
10
История вопроса
Методы анализа риска
• Качественные (на базе лингвистических
оценок)
• Индексные (на базе относительных
бально-лингвистических оценок)
• Количественные (на основе строгих
математических методов)
11
История вопроса
Методы анализа риска
• Математическая
точность
количественных методов придает им
привлекательность
как весомого
достоверного аргумента
12
История вопроса
Методы анализа риска
• Все хорошо … , но аргументация
базируется
на
определенных
допущениях (соотношении модели и
реальности),
поэтому
сфера
действия
аргументов
и
самих
количественных
методов
имеет
четкую границу.
13
История вопроса
Каковы были задачи количественных
методов и качество моделей
(ретроспектива)
• 50-е годы появление (ракеты)
повышение надежности
• 60-е и 70-е годы (атомные, военные
технологии)
• повышение надежности + информирование общественности
14
История вопроса
Каковы были задачи
количественных методов и
качество моделей (ретроспектива)
• 80-е … годы (промышленность)
повышение надежности + информирование общественности +
нормирование (единичные факты)
15
История вопроса
Каковы были задачи
количественных методов и
качество моделей (ретроспектива)
• 2000-е годы (промышленность)
повышение надежности + информирование общественности + принятие
решение только по нормированию
(только РФ)
16
История вопроса
Важный вывод
• Впервые в истории в 2011-2012 (Россия)
п. 1.1.1. Мерой успеха совокупности всех
решений/мероприятий по предотвращению
аварий и смягчению последствий аварии в
случае, если она все же произошла,
является индивидуальный риск
смертельного травмирования людей, как вид
необратимых (невосполнимых) потерь от
аварий.
17
История вопроса
Важный вывод
• Впервые в истории
в 2011-2012
(Россия)
п. 4.4.7. В случае не превышения
рассчитанных величин индивидуального
риска установленных критериев
приемлемости риска, пределы
безопасной эксплуатации считаются
подтвержденными.
18
История вопроса
Важный вывод
• Впервые в истории
в 2011-2012
(Россия)
Уровень допустимого индивидуального
риска 5*10-6 1/год
+
Методика
19
Выводы по
«альтернативному» подходу
• Решение в общем «революционное» и
нуждается в пристальном изучении
• При этом изучении нужно учесть
соотношения используемых моделей и
реальности
20
Предварительная оценка
(по практике и истории)
• Наилучшее качество КОР (модели
отражают реальность)
•
«деревья отказов» при известных
частотах (ВАБ, лог-вер-методы);
•
МН, МГ (особенно в части утечек)
•
резервуарные парки
•
только выбросы токсичных ОВ
•
? платформы (Норвегия)?
21
Предварительная
оценка (по практике и
истории)
• Наилучшее качество КОР (модели
отражают реальность)
•
простые ситуации
•
известные частоты
•
достоверные расчетные модели
•
•
22
•
•
•
•
•
•
•
Предварительная
оценка (по практике и
истории)
Наихудшее качество КОР
сложные
химические/
нефтехимические/нефтеперерабатывающие
объекты
заводы СПГ
нетиповое оборудование
сложные цепочки
происходящих
процессов
плохо известные частоты
простые модели расчетов
23
Как оценить ту или иную
процедуру КОР
В любом анализе риска присутствуют 2
уровня ограничений:
• 1. концептуальные
• 2. технические
•
•
•
•
- частоты событий
- сценарии
- зоны поражения
- расчеты риска
24
Концептуальные
ограничения и ошибки
Ограничения по применению методов КОР
(принципы анализа риска, общая
логики
используемых
подходов,
критерии точности и достоверности;).
Не все задачи могут быть решены с
помощью КОР.
Не все решения принятые на основе КОР
можно считать верными.
25
Концептуальные
ограничения и ошибки
Ограничения не всегда осознаются.
Ограничения явно могут не приводится
в описаниях процедуры КОР
Ограничения проявляются либо по
косвенным признакам, либо в ходе
практической
реализации,
когда
начинают
возникать
различные
вопросы, относительно получаемых
результатов
26
«Технические»
ограничения и типовые
ошибки
Ошибки в
- методиках и алгоритмах,
- численных методах решения,
конкретных
значениях
используемых
численных
параметров,
- просто ошибки в расчетах.
27
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
Математика – это хорошо. Но должны
быть выполнены требования:
•
1. Достоверное знание начальных
данных и всех численных параметров
расчета.
• В КОР неопределенность частот,
условий развития процесса
(атмосфера, рельеф, поведение
людей…), свойств веществ.
28
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
…требования:
•
2. Однозначность вычислительных
процедур, исключающая получение
разных конечных результатов при
одинаковых начальных данных;
• В КОР это тоже уязвимое место.
Например…
29
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
…требования:
•
2. …
• В п. 3.2.19 /Проект/ «Поправочный
мультипликативный коэффициент для
каждого типа оборудования (либо
конкретной единицы оборудования)
может быть установлен в диапазоне 0.1
до 10 к рекомендуемой частоте».
30
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
…требования:
•
2. …
• Для одного и того же объекта
показатели риска могут отличаться на
2-3 порядка, если рассчитывают разные
группы.
31
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
…требования:
•
3. Приемлемая точность и
достоверность используемых
моделей и расчетных методов.
• В КОР сходимость вообще не
обсуждается, а какова точность
полученных решений практически
никогда не сообщается. Иногда нет и
понятия точности. Например…
32
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
…требования:
•
3. …
• В /Проекте/ цель методов анализа
достоверности и точности в заявлена
так - «снизить избыточный
консерватизм, связанный с
использованием «перестраховочных»
методик и нормативных требований».
33
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
… требования:
•
4. Отсутствие сильной
зависимости конечных результатов
от начальных данных
• В КОР строгих исследований нет,
есть лишь интуитивное понимание
34
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
При невыполнении требований 1-4
ценность расчета нулевая.
• ПРИМЕР.
• Прогноз погоды.
– Требования вроде бы выполняются.
– Но прогноза на 200-300 дней не имеет
ценности.
35
Ограниченность
применения расчетных
методов (в принципе)
Промежуточный вывод
Методы КОР, несмотря на свои достоинства,
имеют
существенные
ограничения
и
результаты расчетов, как правило, не могут
быть использованы в качестве единственного
инструмента для оценки соответствии и
объективного обоснования безопасности
(подробнее см. п В.12 ИСО 17776 и п. 5.1. РД
03-418-01).
36
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• «Индивидуальный риск» и «средний
инд. риск»
• Случай постоянного пребывания в
одной точке с постоянным пот.
риском.
• Изменения параметров → процедура
осреднение → разные результаты
Инд риск = доля времени * потенц.
37
риск
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• Пример 1. Зона поражения – ночь.
Люди – день. (время)
• Пример 2. Операция слива-налива.
(Сокращая
время
пребывания
расчетный риск падает. Реальный
риск – нет). (опасности)
• Пример 3. Проход с местом
повышенной опасности (модельный
случай). (пространство)
38
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• Таким
образом,
осреднения по:
присутствуют
– времени;
– пространству;
– характеру опасности;
– по группам;
– нелинейность индивидуального риска от
времени экспозиции);
– по шагу сетки;
39
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• ВЫВОДЫ
осреднение:
Таким
образом
– вычеркивает
часть
информации
(проблема известна и в других
областях);
– эта информация может быть важной
(часто нужно знать максимум нагрузок);
– использование
осредненного
показателя
не
дает
объективной
картины (сглаживаются максимумы). 40
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• ВЫВОДЫ
осреднение:
Таким
образом
– для полноты представлений нужна доп.
информация (2 пути – моменты,
корелляции… или традиционный…) ;
– само использование концепции КОР (как
средней) повышает роль традиционных
методов, а не ведет к отказу от них.
41
Концептуальные ограничения – 1(осреднения)
• ВЫВОДЫ
осреднение:
Таким
образом
– только использование КОР (в обычном
виде) неграмотно, поскольку будет в
принципе неполным; и это является
существенным внутренним конфликтом
подхода, базирующимся только на КОР.
42
Концептуальные ограничения – 2(интеграл)
• В /Проекте/ индивидуальный риск
является
«Мерой
успеха
совокупности
всех решений/
мероприятий по предотвращению
аварий и смягчению последствий».
• Опасностей много – показатель один
(интегральный)
43
Концептуальные ограничения – 2(интеграл)
• Структура таких показателей не
позволяет
увидеть
детальной
картины,
выявить
весь
спектр
опасности
• Нормирование такого показателя
сразу же позволяет не «замечать»
некоторые
опасности
и,
следовательно, не устранять их
(«средняя
температура
по
44
больнице»).
Концептуальные ограничения – 2(интеграл)
• Нормирование такого показателя
сразу же позволяет не «замечать»
некоторые
опасности
и,
следовательно, не устранять их
(«средняя
температура
по
больнице»).
• .
45
Концептуальные ограничения – 2(интеграл)
Манипулирование.
• Если важна только цифра в целом, то
можно
ее
изменить
разными
способами, например, снижая те ее
составляющие,
которые
несут
меньшую опасность и оставляя
нетронутыми более опасные.
• Могут
даже
возникать
новые
опасности
46
Концептуальные ограничения – 3(тяжесть)
• Не учитывается степень тяжести
последствий: при одном и том же
индивидуальном
риске
может
погибнуть и 1, и 10, и 100, и 1000, и
10000, и 100000, и 1000000 человек
(F/N кривая).
47
Концептуальные ограничения – 4(частота)
• Более
важна
частота,
а
не
индивидуальный риск.
• Важно, чтобы не только была низка
вероятность
гибели
отдельного
человека, но и чтобы частота
возникновения гибели человека из
группы людей так же была низка.
48
Концептуальные ограничения – 4(частота)
• ПРИМЕР, ротация.
• Вместо жилья можно разместить,
например санаторий, или лагерь
отдыха для детей
49
Концептуальные ограничения – 5, 6, 7…()
• Неверна трактовка необратимых
(невосполнимых) потерь как только
смертельные травмы
• При рассмотрении смертельного
травмирования
не
учитываются
отдаленные последствий аварии
• Не учитывается индивидуальный риск
гибели, от нескольких объектов
• Необоснованность числовых величин 50
Концептуальные
ограничения (выводы)
• Использование только КОР не
приемлемо и возможно только в
связке с иными подходами
51
Технические недостатки 1 (частоты)
• Не адаптированы технические риски
• Частоты
воспламенений
противоречивы
(например
в
помещениях при больших выбросах
вероятность меньше; самовосп.) и не
учитывают
реальные
источники
воспламенения (их вер. может = 1)
52
Технические недостатки 1 (частоты)
• Вероятность взрыва не учитывает
реальность обстоятельств
• Иногда при больших выбросах
вероятность меньше, и не учитывают
реальные источники воспламенения
(их вер. может = 1)
53
Технические недостатки1 (частоты)
• Вероятности
для
неучтенных
элементов (фланцы, задвижки и т.д.)
• Не разделяются виды оборудования в
пределах одного типа (например,
насосы бывают разные, а частота
одна)
54
Технические недостатки 1 (частоты)
• Неопределенность
в множителях
«Поправочный мультипликативный
коэффициент для каждого типа
оборудования
(либо
конкретной
единицы оборудования) может быть
установлен в диапазоне 0.1 до 10 к
рекомендуемой частоте»
55
Технические недостатки –
1 (частоты - вывод)
• В большую сторону
• – 10 – частота на неучтеных элементах
(фланцы и т.д.)
• - 10 - на количестве неучтенных элементов
• - 10 – «поправочный» коэффициент
• - до 10 - на воспламенении … и т.д.
• Итого до 10000 «в плюс»
56
Технические недостатки 1 (частоты - вывод)
• В меньшую сторону
• – до 100 – на системах защиты
• - 10 – «поправочный» коэффициент
• - до 10 - на воспламенении и взрыве … и т.д.
• Итого до 10000 «в минус»
57
Технические недостатки –
1 (частоты - вывод)
• Таким образом, неверное проведение
КОР может дать существенный
разброс ошибок.
• Ошибка на 8-9 порядков (4 «в плюс» ,
4 «в минус», 1 на неопределенность
собственной частоты)
• Это
свойство
КОНКРЕТНЫХ
«Методик»
58
Технические недостатки 2 (сценарии)
• Ошибки в «Деревьях событий» (нет
смежных
исходов,
нет
части
инициирующих
событий,
не
рассматривается
терроризм,
не
учитываются
противоаварийные
системы,
повторные
воспламененияпросто ошибки…)
• Ошибка до 1-2 порядков
59
Технические недостатки - 3
(расчеты зон поражения)
• Ошибка до 1-2 порядков (пример
СПГ)
60
Технические недостатки –
4 (расчеты рисков)
• Не
учитывается
совместная
вероятность разных событий
• Ошибка до 1-2 порядков
61
Проблемы практической
реализации КОР (идеал)
• Существует
точка
зрения
«Современные
компьютерные
методы принципиально позволяют
строить
(рассчитывать)
и
анализировать всю совокупность
возможных
сценариев
на
производствах отрасли»
62
Проблемы практической
реализации КОР (реальность)
• Каждый сценарий реализуется в
непрерывных
континуумах
пространства и времени, а также
ряда других параметров. Поэтому
«вся совокупность сценариев» это
бесконечное количество вариантов,
просчитать которое, конечно же,
невозможно.
63
Проблемы практической
реализации КОР (реальность)
• Реально на сегодня просчитать лишь
несколько миллионов вариантов и то
в течении нескольких часов или дней
(в зависимости от компьютера).
• При этом все континуальные области
изменения тех или иных параметров
дискретизируются, т.е. величины из
них выбираются с некоторым шагом.
64
Проблемы практической
реализации КОР (реальность)
На что тратятся эти миллионы
расчетов (N*106).
• N – это разные исходы;
• 10 - различные размеры отверстий
• 100-1000 – погода (Т, время года,
скорость и направление ветра,
атмосфера, осадки)
• Остаток 1000-100 - варьирование
65
места выброса.
Проблемы практической
реализации КОР (реальность)
На что тратятся эти миллионы
расчетов (N*106).
• N – это разные исходы;
• 10 - различные размеры отверстий
• 100-1000 – погода (Т, время года,
скорость и направление ветра,
атмосфера, осадки)
• Остаток 1000-100 - варьирование
66
места выброса.
Проблемы практической
реализации КОР (реальность –
невысокое качество)
На одну единицу 10-100 мест выброса.
ИТОГО. 10-100 единиц оборудования
можно обсчитать.
67
Проблемы практической
реализации КОР (реальность –
невысокое качество)
Но это лишь самое начало КОР:
• 10-100 варианты поведения;
• 10 - варианты по локализации и
ликвидации аварии
• 10 - варианты режима
функционирования объекта
• …
ИТОГО до десятков миллиардов
расчетов
68
Проблемы практической
реализации КОР (реальность
– невысокое качество)
А
еще
усложнение
физических
моделей :
• эквивалент от 1000 и более
«вариантов»
(рассеяние
загромождение, сложные формы
проливов, …).
69
Проблемы практической
реализации КОР (точность)
Чтобы проверить точность расчетов
есть один способ удвоение шага:
• размер (1), место (2), температура
(3), ветер (4-5), атмосфера (6), сетка
риска (7-8), поведение людей (9),
защиты (10), режим работы (11),
сетка газодинамики 3D (12-13-14-15)
… итого 10-20 параметров.
• Уменьшив шаг в 2 раза мы увеличим
70
количество вариантов в 210-20 раз,
Общие выводы
1. Модели, используемые в КОР, не всегда в
полной мере соответствуют реальности.
2. КОР
можно
считать
математически
корректным
только
при
выполнении
определенных требований.
3. Использование
КОР
характеризуется
«утратой» части значимой информации.
Поэтому применять КОР для обоснования
безопасности следует комплексно совместно
с другими с другими методами.
71
Общие выводы
4. Концепция КОР, базирующаяся только на
индивидуальном риске немедленной гибели:
•
не выявляет весь спектр опасности,
•
не показывает всю тяжесть последствий,
•
частоту возникновения событий,
•
не учитывается отдаленные,
несмертельные и иные последствия.
Такая концепция имеет крайне ограниченное
применение только для простейших ситуаций.
72
Общие выводы
5. Практическая реализация КОР требует
высокой квалификации, чтобы
избежать большого количества
потенциальных ошибок и получить
результат приемлемой точности.
73