Пример простой технологической карты

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)…. S_m(t) – функции безопасности каждого из элементов.

Если элементы системы одинаковы, т.е. S₁(t)=S_m(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)=S_n(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.