Вещество А.
Вещество В.
Получаемый продукт С.
Реакция А + В = С
Предположим, что химия технологического процесса такова, что концентрация исходного материала А никогда не должна быть ниже концентрации материала В во избежание взрыва.
Проектом определено, как должен работать участок трубопровода, по которому осуществляется перемещение материала А.
Первое из появляющихся отклонений возникает при использовании ключевых слов «НЕ» или «НЕТ» применительно к проектному требованию. В данном случае получится: «НЕ ПЕРЕМЕЩАЕТСЯ А».
Затем рассматривается схема технологического процесса для установления причин, которые могли бы полностью прекратить подачу А.
Обратимся к рисунку 1. Начнем с трубопровода, идущего от всасывающего патрубка насоса, который перекачивает исходный материал А до того места, где он поступает в реактор.
Причинами прекращения подачи А могут быть следующие условия:
1. Расходный резервуар пуст.
2. Не действует насос из-за механической поломки, повреждения электросети или отключения насоса и т.д.
|
|
3. Разрыв трубопровода.
4. Закрыт запорный клапан.
Очевидно, что, по крайней мере, некоторые из этих причин являются возможными и поэтому можно заключить, что они вызывают существенное отклонение
Затем анализируются последствия. Полное прекращение доступа потока материала А скоро приведет к тому, что количество материала В в реакторе будет превышать количество материала А, что может привести к опасности взрыва. Таким образом, выявлены опасности в конструкции, и они отмечены для дальнейшего рассмотрения.
Следующее ключевое слово: «БОЛЬШЕ». Отклонения выражаются следующими словами:
«В РЕАКТИВНЫЙ СОСУД ПОСТУПИЛО БОЛЬШЕ ВЕЩЕСТВА А».
Причиной этому могут быть технические характеристики насоса, которые при определенных обстоятельствах приведут к увеличению скорости потока одного из веществ. Если это вполне объяснимая причина, то рассматривают следующие последствия:
1. В результате реакции в реактивном сосуде образуется вещество С, загрязненное избытком вещества А, переходящее в таком виде в следующую стадию процесса.
2. Избыточный поток в реактивный сосуд предполагает, что часть вещества будет удалена через сливное устройство.
Для решения вопроса о степени опасности таких обстоятельств нужна дополнительная информация.
Следующее ключевое слово «МЕНЬШЕ». Отклонение сформулировано как: «В РЕАКТИВНЫЙ СОСУД ПОСТУПИЛО МЕНЬШЕ ВЕЩЕСТВА А».
Причины этого события несколько отличаются от причин, вызвавших отклонение от режима в результате прекращения подачи А:
1. Запорный клапан открыт не полностью.
|
|
2. Частичная закупорка трубопровода.
3. Насос не справляется с подачей жидкости из-за снижения своих рабочих характеристик.
Следствие аналогично тому, которое явилось результатом полного прекращения потока, и поэтому потенциальная опасность — это возможность взрыва.
Затем оставшиеся ключевые слова по очереди применяются к проекту конструкции этой части, для того чтобы обеспечить исследование всех возможных отклонений.
После проверки трубопровода, по которому в реактор поступает материал А, он отмечается на карте технологического процесса как прошедший проверку. Затем выбирается следующая часть конструкции для исследования, и это может быть трубопровод для подачи исходного материала В в реактор. Это повторяется (рис. 2) для каждой части конструкции, каждого трубопровода, вспомогательных устройств, например мешалок, любых средств обслуживания реактора (подача тепла и холода) и самого реактора. Вот почему этот метод иногда называют методом последовательной экспертизы.
Для системного анализа безопасности и риска могут использоваться так называемые структурные модели, которые представляют в виде блок – схем или графов, а исходную информацию задают в виде известных значений вероятностей безаварийной работы элементов, интенсивностей технического риска.
Рассмотрим объект, состоящий из реактора 1, теплообменника 2 и циркулярного насоса 3 (рис.1), который может быть представлен в случае независимости отказов элементов объекта в виде блок – схемы, изображенной на рисунке 3,а. Если в объекте дополнительно установить резервный насос 4, то будет иметь место блок – схема, изображенная на рис.2,б.
Если элементы взаимодействуют таким образом (как на блок- схемах рис.2, а и 2,в), что переход в аварийное состояние любого из них приводит к аварийному отказу системы, то соединение элементов называют последовательным. Безаварийное состояние системы в этом случае может рассматриваться как случайное событие, равное пересечению (произведению) независимых событий – безаварийной работы каждого из элементов. Следовательно, функция безопасности S(t) системы, согласно теореме умножения независимых событий, равна произведению функций безопасности элементов:
(9)
где m – число элементов системы;
S1(t)…. Sm(t) – функции безопасности каждого из элементов.
Если элементы системы одинаковы, т.е. S1(t)=Sm(t) =…. =S0(t), то вместо (9) имеем
(10)
В случае экспоненциального закона вероятности выражения для функции безопасности S(t), т.е.
(11)
Эти соотношения отражают известное положение о том, что если элементы взаимодействуют по схеме последовательного соединения, то показатели безопасной работы системы, ниже соответствующих показателей любого из ее элементов. При этом с увеличением числа элементов показатели системы быстро падают. Если число m велико, то практически невозможно создать систему, обладающую высокой безопасностью.
Один из способов повышения безопасности систем – метод резервирования, заключающийся во введении в систему дополнительных элементов или подсистем сверх количества, минимально необходимого для выполнения заданных функций (как это сделано с резервным насосом рис. 2,б).
Блок- схема простейшего способа резервирования показана на рис.2,г. Вместо одного элемента, достаточного для выполнения определенных функций, система состоит из n элементов. Предполагается, что аварийные отказы элементов – независимые события, а отказ системы происходит лишь в том случае, если откажут все n элементов. Такое соединение называют параллельным. Вероятность перехода системы в аварийное состояние равна произведению вероятностей отказов элементов. Следовательно, функция безопасности S(t) системы:
(12)
|
|
Если элементы системы одинаковы, т.е. S1(t)=Sn(t) =…. =S0(t), получаем:
(13)
В случае экспоненциального закона вероятности безаварийной работы элементов:
(14)
При высказанных предположениях о независимости отказов элементов безопасность системы с параллельным соединением элементов возрастает с увеличением кратности резервирования.
На рис. 2,д представлена блок-схема, в которой каждая подсистема резервирована (n-1) раз. Функция безопасности системы
(15)
На блок- схеме, изображенной на рис.2,е, показан способ раздельного резервирования. На этой схеме каждый элемент резервируется (n-1) раз, после чего подсистемы соединяют последовательно. В этом случае
(16)
Функция риска является обратной функции безопасности системы и определяется по формуле
(17)
Блок - схемы рис.2 в-е соответствуют случаям, когда все резервные элементы находятся в рабочем состоянии. Наряду с этим можно строить схемы, в которых резервные элементы включаются в работу только в случае отказа очередного элемента или резервные элементы работают в облегченном дежурном режиме.
Рисунок 2. Технический объект, структурные схемы и блок – схемы простейших систем при расчете технического риска
Соединения элементов: а, в – последовательное; г- параллельное; б, д, е – смешанное.
1 – реактор; 2- теплообменник; 3- циркулярный насос; 4 - резервный насос.