О предупреждении аварий на сложном объекте
Дата: 20/02/2020
Тема: Безопасность и чрезвычайные ситуации



Н.Я. Щербина, д.т.н., с.н.с. ПНИЛ ВМПИ ВУНЦ ВМФ «ВМА»


М.В. Костына, капитан 1 ранга, нач. кафедры ВМПИ ВУНЦ ВМФ «ВМА»

От поколения к поколению совершенствуется: надёжность технических средств, системы осмотров и ремонтов, диагностики состояния технических средств, подготовки специалистов, однако повседневная практика эксплуатации сложных технических систем вносит свои поправки авариями  и катастрофами.



Современный  промышленный объект, корабль, самолет со значительным числом функциональных комплексов, систем автоматического управления, информационной поддержки и обслуживающим их персоналом представляют собой сложную организационно-техническую систему (СОТС).        

В общем случае развитие любого аварийного события во многом связано с техническим и эргатическим фактором, с фактором воздействия внешней среды и временем, что может быть представлено выражением вида (1):

АС = f (Фч, Фт, Фс, t)                                    (1),

где:

АС – аварийное событие (авария, отказ, поломка и пр.);

Фч - параметр, характеризующий воздействие человеческого фактора;

Фт - параметр, характеризующий воздействие технического фактора;

Фс - параметр, характеризующий воздействие среды;

t – параметр, характеризующий время.

В основе факторов (Фч,… Фт …Фс) – разнообразие  причин, встречающихся в практике эксплуатации.

Фi = f (Пj ),  где j = 1, N

Человек может выступать и как фактор борьбы с аварией, и как ее причина (Пч). Фактор, вызываемый причинами технического характера (Пт), обусловлен показателями и параметрами безопасности, надёжности, живучести и пр. Фактор, связанный с воздействием внешней среды, обусловлен множеством причин (Пс), начиная с воздействия сил природы и пр. Таким образом, аварийное событие, развивающееся во времени, можно представить выражением вида (2):

АС = [Фч Пч Фт Пт Фс Пс] t                                     (2)

Если рассматривать аварийное событие как функцию одних причин (Пч, Пт, Пс) и времени t, то выражение (2) принимает вид:

АС = [Пч1 Пч2 ...Пчк,  Пт1 Пт2... Пс1 Пс2...Псn] t    (3),

где к, n - число причин, связанных с деятельностью обслуживающего персонала, техникой, воздействием среды и временем.

Гарантировать вероятность исключения аварийного события СОТС практически невозможно при вероятностных показателях надёжности, безопасности и живучести объекта меньше единицы. Резерв в возможности исключения аварийного события заключается в заблаговременном определении и оценке отклонений в состоянии систем, функциональных комплексов (любого объекта) на стадии их перехода в аномальное состояние. Под  аномальным состоянием любого объекта следует  понимать устойчивые отклонения значений одного или нескольких технологических параметров от установленных, определяющих его нормальный режим работы, в результате чего может произойти аварийное событие.

Аномальное состояние любого объекта управления соответствует латентному периоду развития аварийной ситуации, такому, когда аварийная ситуация развивается с той или иной интенсивностью, но еще не зафиксирована средствами традиционного допускового контроля: сигнализация отклонения («предупредительная» и «аварийная») еще не сработала, человеком или средствами автоматики не включен в действие противоаварийный защитный алгоритм.

В латентном периоде состояние объекта такое, что даже если что-то и происходит, то, как показывает практика эксплуатации, лицо принимающее решение (ЛПР) не всегда на это реагирует, вполне обоснованно считая состояние его управления нормальным. Как показал анализ продолжительности  времени  латентного периода развития аномального состояния на примере резонансных аварий СОТС, оно может длиться от минимального значения в несколько минут до нескольких часов. Недооценка аномального состояния  и  непринятие превентивных мер ЛПР на борьбу за живучесть по локализации аварийной ситуации до достижения ею порогового значения, приводила к самым тяжелым последствиям вплоть до  катастроф и гибели людей.

Например, согласно ряду исследований, частота морских происшествий подводных лодок зарубежных ВМС и отечественных ПЛ одного порядка, и составляет значение 3х10-3/кор. год, а частота происшествий с кораблями ВМФ, ВМС и зарубежными кораблями с ЯЭУ на порядок выше (4-6)х10-2/кор. год.

Объединяющей особенностью многих катастроф и других резонансных тяжелых аварий являлось принятие решения о борьбе за живучесть после наступления критического состояния функциональных комплексов и систем, несмотря на то, часть из них длительное время находились в работоспособном состоянии, позволяющем заблаговременно принимать превентивное решение на борьбу за живучесть, прогнозируя возможное развитие события.

Анализ практики эксплуатации СОТС свидетельствует о том, что реакция ЛПР на борьбу за живучесть при изменении  контрольных параметров систем во многих случаях наступает по «классическим канонам»,  вследствие срабатывания «предупредительной» и «аварийной» сигнализации, введенных в те времена,  когда это было единственным «спасением» при отсутствии должных средств диагностики, автоматизации процессов управления. Главным компьютером оставался человеческий мозг с его достоинствами и недостатками.  А это, как правило, потеря  драгоценного времени для принятия превентивных мер и решения по восстановлению заданного значения параметров системы до достижения ими порогового критического значения.

При компьютеризации систем управления СОТС  за счет, созданных систем автоматического управления и систем информационной поддержки, обладающих информацией от разветвлённой сети контрольно-измерительных приборов,  созданы предпосылки для более точной оценки развития аварийной ситуации  до достижения ею критического состояния, используя для этой цели  компьютерные технологии, математику, физику, математические и имитационные модели с учетом организационных, эргатических и др. процессов.

На взгляд авторов, задачей системы информационной поддержки является акцентировать внимание ЛПР (например, оператора управления техническими средствами) на то, что аномалия активно развивается, что пошел отсчет времени на своевременное (упреждающее) распознание аномального состояния системы и принятие соответствующего решения. Объем, содержание и форма представления информации должны позволить ЛПР,  не ожидая срабатывания «предупредительной» и/или «аварийной» сигнализации, быть готовым парировать событие до перехода системы в критическое состояние.

Несмотря на внедрение современных систем информационной поддержки в различных областях, в их структуре не всегда предусмотрен «предупреждающий мониторинг, направленный на ликвидацию внезапности возникновения аварийных ситуаций с помощью требующих разработки и внедрения на объектах систем автоматизированного контроля за скоростью (ускорением) изменений параметров, определяющих обстановку, выдающих заблаговременно соответствующие рекомендации, а также систем контроля состояния технических средств, позволяющий выявлять предаварийное состояние технических средств и обнаруживать их на ранних стадиях».

 

Авторская методика экспресс-оценки «докритического времени» развития аварийной ситуации

Авторская методика экспресс-оценки «докритического времени» развития аварийной ситуации предполагает следующие определения:

- коэффициента угрозы развития аварийной ситуации - ку  в численном виде с целью включения в работу программно-аппаратного комплекса и формирования на его основе соответствующей предикторной информации по локализации и ликвидации аварийной ситуации;

- численного значения «докритического времени» - Ткр  развития аварийной ситуации по изменению контролируемого параметра (параметров) от его/их нормального  значения - хн   до угрожаемого значения  - ху  по скорости и ускорению ее развития  с целью принятия превентивного решения на борьбу за живучесть до перехода  аварийной ситуации в аварию в результате срабатывания аварийной защиты (по сигналам «предупредительной» и «аварийной»  сигнализации).

Коэффициент угрозы – ку для любого (обобщенного) параметра в численном виде представляет собой  предел отношения нормального значения параметра  - хн  к параметру предельного его значения - ху при условии, когда хн стремится к значению ху.  При этом значение параметра хн  соответствует отсутствию угрозы (что = 0), а  значение параметра хн  =  ху соответствует угрозе (= 1).

Таким образом, методика экспресс-оценки «докритического времени» наступления аварийной ситуации (с возможностью формирования «подсказки» для ЛПР, используя предикторную информацию от аппаратных средств функциональных комплексов) позволяет оперировать значениями:

- коэффициента угрозы – ку;

- численного значения «докритического времени» - Ткр

Экспресс-оценка свершившейся аварии может быть получена при выполнении условия

хн  ≥ ху,

где: хн – нормальное значение контролируемого параметра; ху – угрожающее значение параметра.

Обобщенный алгоритм определения и оценки аномального состояния по одному из формализованных параметров может быть представлен в следующем виде (рис. 1).

Выполнение алгоритма предполагает наличие:

- датчиков и показывающих приборов из состава аппаратных средств, обеспечивающих ЛПР предикторной информацией;

- блока преобразователей, модулей, программ, проводящих обнаружение аварийной ситуации, измеряющих скорость изменения контролируемых параметров, ее изменение (ускорение), определяющих время до достижения критического значения контролируемого параметра и выдачу рекомендаций ЛПР на локализацию и ликвидацию аварийного события.

Рис. 1. Обобщенный алгоритм определения и оценки аномального состояния по одному формализованному параметру

Система информационной поддержки, обладающая такими свойствами и возможностями, – это новый уровень организации борьбы за живучесть и работы по предупреждению аварийности.


Заключение

1. Обнаружение и своевременное предотвращение процессов развития аварийной ситуации в зоне устойчивого развития аномального состояния объекта позволит решать основную, наиболее актуальную для современных СОТС, функциональных комплексов  задачу – предупреждение аварий.

2. Выполнение предлагаемых доработок систем информационной поддержки, по мнению авторов, может позволить существенно снизить потенциальную опасность аварийных ситуаций и риск для техники и обслуживающего персонала, и, тем самым, обеспечит  эксплуатационную безопасность на подконтрольном уровне.

 

Список источников

1. Бубнов Е.А. Системы информационной поддержки корабельного оператора технических средств СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014.

2. Лисин С.А. Хронология аварий и катастроф отечественных подводных лодок. – СПб: «Галея Принт». 2011.

3. Петров, С.А. Обеспечение ядерной безопасности корабельного ядерного реакторного оборудования ВМС зарубежных государств. /Учебное пособие/ С.А. Петров. – СПб. ВМИИ, 2002. -323 с.

4. Pоманов, Д.А. Тpагедия подводной лодки "Комсомолец": Аpгументы констpуктоpа/ Д.А. Романов.- СПб.: НИКА, 2009.- 432 с.

5. Чеpнов, Е.Д.  Тайны подводных катастроф. К-429, К-219, К-278, К-141. – СПб.: NIKA, 2008. – 643 с.

6. Щербина Н.Я. К оценке безопасности эксплуатации транспортных ядерных энергетических установок. //Морской вестник. - 2013. № 2 (46 ). – СПб.: 55-57 с.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9030