Методология оценки рисков в области пожарной безопасности

Методология оценки риска техногенных
чрезвычайных ситуаций
Авторы:
член-корреспондент РАН Махутов Н.А.
кандидат технических наук Земцов С.П.
доктор технических наук, профессор Овчинников В.В.
Москва, 2007
2
Методология оценки риска техногенных чрезвычайных ситуаций является
научной основой для методических указаний и рекомендаций при независимой
оценке рисков в области пожарной безопасности, гражданской обороны и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации.
3
Методология оценки риска техногенных чрезвычайных ситуаций
1. Определяющие отношения, функционалы и параметры рисков
Оценка риска – это ряд логических шагов, позволяющих обеспечить систематическим образом рассмотрение факторов опасности. Исходя из национального и международного опыта для оценки рисков R, используется функционал F, связывающий вероятность P возникновения неблагоприятного события
и математическое ожидание ущерба U от этого неблагоприятного события


R  FR U , P   FRi U i , Pi    C U PU dU   C P U P dP
(1)
i
где i – виды неблагоприятных событий,
C – весовые функции, учитывающие взаимовлияние рисков.
В общем случае для качественного и количественного анализа рисков по
выражению (1) на базе исследований сложных динамических нелинейных
опасных процессов (возникновения нарушений, отказов, повреждений, разрушений, гибели, кризисов, аварий, катастроф) ведется построение физических и
математических моделей, анализируемых опасных объектов.
В этих моделях и сценариях возникновения и развития неблагоприятных
событий используются как заданные, так и расчетные и постулированные опасные процессы, развивающиеся во времени t. При таком подходе используются
временные шкалы рисков R(t).
Общий ущерб U (или его составляющие Ui) определяется через обобщенный функционал (сумму) ущербов, наносимых населению N, объектам техносферы T и окружающей среде S.
 

U  FU U N ,U T ,U S    FUi U Ni ,U Ti ,U Si .
(2)
i
Ущербы U по (2) и соответственно риски R по (1) определяются в общем
случае большим числом показателей. На современном этапе величины U и R от
неблагоприятных событий можно оценивать по двум показателям: экономическим – в рублях (условных единицах) и человеческих потерях (летальных или
нелетальных исходах).
4
Вероятность P возникновения анализируемого по неблагоприятному событию (или его составляющих Pi) в общем случае определяется как функционал вероятностей, зависящий от источников, соответствующих поражающих
факторов и объектов поражения – человек N, объект техносферы T и окружающая среда S
 

P  Fp PN , PT , PS    FPi PNi , PTi , PSi .
(3)
i
2. Методология оценки рисков и управления рисками
2.1. Исходные положения
К опасным объектам, владельцы которых обязаны осуществлять обязательное страхование, относятся расположенные на территории Российской Федерации и подлежащие регистрации в государственном реестре в соответствии
с законодательством о промышленной безопасности опасных производственных объектов или внесению в Российский регистр гидротехнических сооружений в соответствии с законодательством о безопасности гидротехнических сооружений:
1) опасные производственные объекты, на которых:
а) получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся,
транспортируются, уничтожаются опасные вещества (воспламеняющиеся,
окисляющие, горючие, взрывчатые, токсичные, высокотоксичные, а также
представляющие опасность для окружающей природной среды), включая автозаправочные станции с заправкой сжиженными углеводородными газами и
(или) жидким моторным топливом;
б) используется оборудование, работающее под давлением более 0,07 мегапаскаля или при температуре нагрева воды более 115 градусов Цельсия;
в) используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы,
эскалаторы (включая лифты и эскалаторы в жилых домах, а также на объектах
торговли, общественного питания в административных учреждениях, и на иных
объектах, связанных с обеспечением жизнедеятельности граждан), канатные
дороги, фуникулеры;
5
г) получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе
этих расплавов;
д) ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а
также работы в подземных условиях;
2) гидротехнические сооружения: плотины, здания гидроэлектростанций,
водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы,
насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъемники, сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушений берегов водохранилищ,
берегов и дна русел рек, сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, устройства
от размывов на каналах и другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод и жидких
отходов.
Для заданного опасного объекта устанавливаются структура и ранжирование основных видов опасностей, угроз и вызовов безопасности.
В качестве основных источников опасностей для всех анализируемых видов безопасности при реализации рисков принимаются:
- опасное контролируемое или неконтролируемое высвобождение энергии
E (кинетической, взрывной, тепловой, световой, электрической, электромагнитной), накопленной в опасных объектах на различных стадиях жизненного
цикла;
- опасный контролируемый или неконтролируемый выброс веществ W (радиационно, химически и биологически опасных).
Для каждого из источников опасностей должны быть проанализированы
основные группы поражающих факторов:
- объемы выделяемой энергии E, концентрации dE/dF энергии, скорость
(или импульс) выделения энергии dE/dt;
- массы W, концентрации dW/dF и дозы воздействия (dW/dF)dt опасных
веществ;
где F – площадь воздействия фактора.
6
Для каждой из указанных групп поражающих факторов должны быть
проанализированы критические (Ec, Wc) и предельно допустимые характеристики ([E], [W]) сопротивления человека, объектов техносферы и окружающей
среды действию этих факторов (с назначением, как правило. предельно допустимых концентраций [dE/dF], [dW/dF] и доз [(dE/dF)dt], [(dW/dF)dt], уровней
уязвимости и повреждения).
Для каждого из сочетаний действующих на опасных объектах поражающих факторов и их предельно допустимых значений осуществляется вероятностное моделирование и интегрирование (или суммирование) с учетом функций распределения по площади F и времени t для определения рисков R, повреждения (D) или уязвимости V человека N, объектов техносферы T и окружающей среды S через отношения текущих значений к критическим для опасных энергий, веществ и потоков информации (или их концентраций и доз)
D
T ,t
,VF ,t F ,t  FD,V E Ec , W Wc , I I c    [( E / EC ), (W / WC )( I / I C )]dFdt . (4)
Ft
По установленным величинам повреждений DF,t и уязвимости VF,t для заданных вероятностей PF,t оцениваются величины ущербов UF,t..
Полученные значения PF,t и UF,t для человека N, объектов техносферы T и
окружающей среды (в соответствии с формулами 1, 2, 3) дают основание и возможность определить значения для заданной точки F и времени t рисков RF,t и
построить карты рисков.
Если будут заданы или научно обоснованы предельно допускаемые уровни
рисков [R] или [RF,t], то условие безопасности может быть записано в форме
R, RF ,t  R, RF ,t .
(5)
При решении прямой задачи об обеспечении безопасности по условию (5)
допускаемые величины [R] или [RF,t] устанавливаются с использованием допускаемых величин [E] и [W].
При решении обратной задачи по заданным величинам рисков [R] или
[RF,t] могут быть установлены предельно допускаемые величины опасных энергии, веществ и потоков информации или их концентраций и доз.
Управление рисками с учетом выражения (5) сводится к тому, чтобы выполнить комплекс трех основных мероприятий:
7
- научно с применением расчетно-экспериментальных методов оценить
риски {R,RF,t};
- с учетом международного, национального, отраслевого и локального
опыта научно обосновать предельно допускаемые уровни рисков {[R], [RF,t]};
- разработать мероприятия с необходимыми затратами Z и их эффективностью (коэффициентам mZ эффективности) для обеспечения заданного уровня
безопасности опасного объекта.
Тогда общая задача оценки и управления рисками для технического регулирования записывается в форме
R, RF ,t  R, RF ,t  FZ mZ  Z 
(6).
2.2. Методические основы оценки рисков
2.2.1. Статистическая оценка характеристик рисков
Подготовка исходной информации
Для оценки рисков R с учетом выражения (1) по его составляющим –
ущербам U и вероятностям P возникновения неблагоприятных событий на любой из стадий жизненного цикла данного опасного объекта (или его прототипа)
производится подборка, обобщение и анализ статистических данных о возникновении и развитии этих событий за предшествующий период t (принимаемый равным 1 предшествующему году или последовательности лет – 2, 3, 4, ...
n; обычно n10).
В число основных видов ущербов U от неблагоприятных событий следует
включить: для населения N: UN1 – гибель людей (летальный исход); UN2 – поражение, нанесение увечий людям (нелетальный исход); для объектов техносферы T: UT1 – уничтожение опасного объекта; UT2 – частичное поражение, повреждение ОПО; для окружающей среды S: US1 – уничтожение объекта природной
среды; US2 – повреждение, поражение объекта окружающей среды.
Эти данные представлены в виде таблицы для трех компонентов сложной
системы «человек N - объект техносферы T - окружающая среда S».
8
Таблица 1
№
п/п
Компонента системы
Вариант
события,
j
Вид ущерба U
Число пострадавших,
UN
Ущерб
UT
Гибель человека (ле+
N
тальный исход)
2
2
Нанесение вреда чело+
веку (нелетальный исход)
3
1
Потеря (уничтожение)
+
T
опасного объекта
4
2
Повреждение опасного
+
объекта
5
1
Потеря (уничтожение)
S
объекта окружающей
среды
6
2
Повреждение объекта
окружающей среды
Примечание: знак «+» означает необходимость заполнения ячейки таблицы.
1
1
Число событий, n
US
-
+
-
+
-
+
-
+
+
+
+
+
Для вариантов событий j=1 учитываются безвозвратные потери человеческих жизней, объектов технического регулирования и объектов окружающей
среды. Для вариантов событий j=2 могут быть введены промежуточные варианты (например, для человека N группы инвалидности или потери работоспособности; для техносферы T – группы повреждений, требующих проведения частичных ремонтно-восстановительных работ или капитального ремонта опасного объекта; для окружающей среды S – частичные повреждения, восстанавливаемые естественным путем или требующие проведения реабилитационных
работ).
Учет ущербов от потери человеческих жизней или здоровья.
При первичной предварительной оценке ущербов UN для населения N по
табл. 1 при одном неблагоприятном событии с учетом условия (2) наряду с числом летальных N1 и нелетальных N2 исходов в расчет могут быть введены экономические ущербы UN от потери UN1 человеческих жизней N1 и здоровья UN2
для числа пострадавших N2.
U N  U N 1 N1  U N 2 N 2
(7).
9
Величина UN2 и N2 можно разбить на три основные группы, соответствующие группам инвалидности или потери трудоспособности.
Число погибших N1 и пострадавших N2 может быть отнесено к следующим
группам людей, участвующих в техническом регулировании: операторам, персоналу и населению за пределами опасного объекта.
Величина ущерба UN1 от потери человеческой жизни определяется специальными расчетами с учетом большого числа факторов (возраста, состояния
здоровья, уровня квалификации и образования, сферы занятости, места проживания). В первом приближении для расчётов технического регулирования можно принять осредненное значение UN1, равное (1-3)106 руб. (1-3)104 МРОТ.
Величины UN2 можно увязать с UN1
U N 2  K NU N1 ,
(8)
где - KN –коэффициент снижения ущербов ( 0  K N  1 ).
Коэффициенты снижения ущербов для трех указанных выше групп инвалидности (или потери трудоспособности) можно принять равными 0.5; 0.3 и
0.1.
Учет ущербов от потери или повреждения опасного объекта
Для техногенной сферы T потеря или повреждение опасного объекта при
одном неблагоприятном событии в соответствии с табл. 1 определяются по
аналогии с условием (7)
U T  U T 1 NT 1  U T 2 NT 2 ,
где
(9)
UT1, UT2 – первичные ущербы от потери или повреждения одного опасно-
го объекта;
NT1, NT2 – количество потерянных или поврежденных опасных объектов
(единиц, массы, объема).
Величины UT1 и UT2 зависят от исходной стоимости CT ОПО, группы ГО
его потенциальной опасности, вида аварийной ситуации АС и сценария С ее
возникновения, стадии жизненного цикла СЦ и вида повреждений П
U T 1  K CT CT 1  t tTC  ,
где
(10)
KCT – коэффициент увеличения ущерба при потере опасного объекта в результате возникновения неблагоприятного события ( 1  K CT  2 );
10
t – время возникновения неблагоприятного события;
tTC – время (срок) службы опасного объекта.
Величины UT2 зависят от степени повреждения (уязвимости) опасного объекта при возникновении неблагоприятного события
U T 2  KVT, DU T 1 ,
(11)
где KVT , D - коэффициент повреждения D (уязвимости V) по П ( 0  KVT, D  1).
В первом приближении для опасного объекта в качестве расчетных можно
принять три группы повреждения с величинами KVT , D , равными 0.75; 0.5 и 0.25.
Учет ущербов от повреждений окружающей среды.
Для окружающей среды S ущербы от потери объектов животного, растительного мира и неживой природы (почвы, воды, воздуха) при одном неблагоприятном событии в соответствии с табл. 1 определяются по аналогии с условиями (7) и (9).
U S  U S1 N S1  U S 2 N S 2 ,
где
(12)
US1, US2 – первичные и вторичные ущербы от потери или повреждения
объекта окружающей среды;
NS1, NS2 – количество потерянных или поврежденных объектов (единиц,
массы, объемов).
Величины US1 и US2 зависят от исходной стоимости CS объекта окружаю-
щей среды, категории K и вида неблагоприятного события, группы ГО потенциально опасных объектов, сценариев C возникновения события АС и стадии
жизненного цикла СЦ объекта окружающей среды.
U S1  K CS C S 1  t SC  ,
где
(13)
KCS – коэффициент увеличения ущерба за счет вторичных поражающих
факторов при потере объекта окружающей среды ( 1  K CS  5 );
t SC – относительное время существования объекта окружающей среды к
моменту возникновения неблагоприятного события 0  t SC  1 .
Величины US2 устанавливаются с учетом повреждения D (уязвимости V)
объектов окружающей среды аналогично условию (11)
U S 2  KVS, DU S1 .
(14)
11
Коэффициент K
S
V ,D
повреждения (уязвимости) изменяется в пределах от 0
до 1 и в расчетах можно использовать три группы его значений – 0.75; 0.5 и
0.25.
Учет числа неблагоприятных событий
Для оценки рисков R в соответствии с табл. 1 каждой из расчетных величин по выражениям (5)-(12) должны быть поставлены в соответствие числа событий ni со своими вариантами j. Это означает, что для каждого i-события следует в качестве исходной заполнить табл. 1.
При этом рассмотренные группы повреждений людей, опасных объектов и
окружающей среды, характеризуемые коэффициентами KN, K VT , D , K VS, D , формируются в сторону их повышения от значения, равного 0.05 для KN и 0.1 для K VT , D
и K VS, D .
Определение частоты неблагоприятных событий (вероятностей).
Частота (вероятность) Pn неблагоприятного i–события, возникшего для
данного опасного объекта, находившегося в функциональном состоянии в течение времени tф в рассматриваемый период t (лет) при опасном объекте, равном NОО, определяется по соотношению
Pni 
где
ni
N ОО t
K tф ,
(15)
Ktф – временной коэффициент функционирования опасного объекта
( K tф  t ф t ; 0  K tф  1 ).
Если в качестве NОО используется не число объектов технического регулирования, а другие показатели их количества (масса m1, объем V1 одного объекта), то
N ОО  m1 m или N ОО  V1 V ,
где
(16)
m, V – общие масса или объем используемых во время t опасных объек-
тов.
Если t=1 год и величины ni и Ktф определены для одного рассматриваемого года, то Pn имеет размерность 1/год и относится к данному году. Если величины ni и Ktф определены для последовательности t (лет), то величины Pn от-
12
носятся к этой последовательности. В этом случае получается временная зависимость Pn.
Если неблагоприятные события для опасного объекта в течение данного
года или данной последовательности лет не возникали (n=0), то в рассмотрение
вводится такой отрезок времени t (лет), в течение которого имело место хотя
бы одно (n=1) неблагоприятное событие. По данным о величинах Pni для ряда
лет t может быть построена временная зависимость Pni(t), используемая для
прогнозирования рисков R(t).
Определение величин рисков
Определяются два основных показателя рисков R:
- в человеческих потерях (летальные или нелетальные исходы);
- в экономических потерях (в рублях или условных единицах).
В первом случае речь идет об индивидуальных (коллективных, социальных) рисках, во втором – об экономических рисках. Второй вид рисков является более общим и может включать и экономические потери от потери человеческих жизней или здоровья.
С учетом условий (7) и (15) для оценки индивидуальных рисков летальных
исходов при i–неблагоприятном событии
RN 1i  Pni
где
N1i
N T 1i ,
Ni
(17)
N1i – число летальных исходов при i–неблагоприятном событии,
Ni – число людей, для которых ведется определение рисков (операторов,
персонала или населения) для числа NT1i анализируемых видов опасных объектов, вызывающих потерю человеческих жизней, или территории административно-хозяйственного образования.
Для нелетальных исходов (инвалидность или потеря трудоспособности)
RN 2i  Pni
N 2i
N T 2i ,
Ni
(18)
где NT2i – число анализируемых видов опасных объектов, вызывающих потерю
здоровья и трудоспособности.
Тогда для общего числа неблагоприятных событий n при t=1 год суммарные риски будут равны
13
n
n
i 1
i 1
R N 1   R N 1i ; R N 2   R N 2i .
(19)
В тех случаях, когда оцениваются экономические риски от потери человеческих жизней или здоровья в i–неблагоприятном событии
RN1i  Pni
N1i
N
U N1i  N1i ; RN 2i  Pni 2i U N 2i  N 2i ,
Ni
Ni
(20)
Тогда общий риск при n неблагоприятных событиях в 1 год определяется
по выражению (19)
n
N

N
RN   Pni  1i U N 1i  N1i  2i U N 2i  N 2i  ,
Ni
i 1
 Ni

(21)
n
RN   Pni
i 1


N1i
2
U N1i 1  K NN
 K NU .
Ni
Если для заданных (рассматриваемых) видов неблагоприятных событий
известно или заданы отношения K NN  N 2 N1 и K NU  U N 2 U N1 , то может быть
оценен суммарный риск от потери человеческих жизней и здоровья.
Экономические риски в техносфере T от потери или повреждения опасного
объекта RT1i, RT2i, RT1, RT2, RT; RN1i, RN2i, RN1, RN2, RN по выражениям (17)-(21).
Величина рисков от потери опасного объекта при i–неблагоприятном событии с учетом условий (3) и (17) будет
RT 1i  Pni  U T 1i 
где
N T 1i
N T 1i ,
N Ti
(22)
NT1i – количество (единицы, масса, объем) потерянных опасных объектов
в i–неблагоприятном событии;
UT1i – ущерб от потери одного опасного объекта при i–неблагоприятном
событии для данных видов опасных объектов или территории;
NTi – число опасных объектов, для которых ведется определение рисков.
Величина
рисков
от
повреждений
опасного
объекта
неблагоприятном событии с учетом условия (15) будет равна
RT 2i  Pni  U T 2i 
N T 2i
N T 2i ,
N Ti
(23)
при
i–
14
Тогда общий риск в техносфере T при числе n неблагоприятных событий
составит
n


N
N
RT   Pni U T 1i T 1i  N T 1i  U T 2i T 2i  N T 2i 
N Ti
N Ti
i 1


(24)
Если на базе анализа статистической информации для данного опасного
объекта известны отношения K TN  N 2T N1T и K TU  U T 2 N T 1 , то
2
RT   Pni N T 1iU N 1i 1  K TN
 K TU  .
n
(25)
i 1
Экономические риски от потери или повреждений объектов окружающей
среды S определяются по аналогии с определением рисков для населения N и
объектов техносферы T по выражениям (17)-(25).
Риски от потери объектов окружающей среды при i–неблагоприятном событии будут
RS1i  Pni  U S1i 
где
N S1i
N S1i ,
N Si
(26)
NS1i – количество (единицы, масса, объем) потерянных объектов;
US1i – ущерб от потери одного объекта окружающей среды;
NSi – число объектов окружающей среды, для которых ведется определение рисков.
Риски
от
повреждений
объектов
окружающей
среды
при
i–
неблагоприятном событии будут
RS 2i  Pni  U S 2i 
где
N S 2i
N S1i ,
N Si
(27)
NS2i – количество (единицы, масса, объем) поврежденных объектов;
US2i – ущерб от повреждения одного объекта окружающей среды.
Тогда суммарный риск для объектов окружающей среды
n


N
N
RS   Pni U S1i S1i  N S1i  U S 2i S 2i  N S 2i 
N Si
N Si
i 1


(28)
Если известны отношения K SN  N 2 S N1S и K SU  U S 2 N S1 , то суммарный
риск можно определить по выражению, аналогичному (23) и (27)
n
RS   Pni  U S1i 
i 1


N S1i
2
1  K SN
 K SU .
N Si
(29)
15
Общий экономический риск для людей, опасных объектов и окружающей среды в соответствии с выражениями (17)-(29) будет
R  RN  RT  RS .
(30)
Изложенная выше методология статистической оценки рисков по выражениям (1)-(30) может учитываться для формирования законодательных критериев и вычислений риска.