Тематика курсовой работы

Проблема обеспечения надежности и безопасности технических устройств на современном этапе индустриализации Российской Федерации, внедрения новых форм хозяйствования и формирования рыночных отношений, приобрела огромное значение. Научно-технический прогресс приводит к появлению все более сложных конструктивно и чрезвычайно опасных для обслуживающего персонала, населения и окружающей среды уникальных систем. Тяжелая авария на II блоке АЭС TMJ (США) в марте 1979 г., утечка ядовитых газов на химическом комбинате в Бхопале (Индия, 1984), взрыв многоразовых космических аппаратов «Челленджер» (1986) и «Колумбия» (2003), разрушение 4-го блока на Чернобыльской АЭС (1986), гибель атомной подводной лодки «Курск» (2001), авария на Саяно-Шушенской ГЭС (2009), взрыв на шахте «Распадская» (2010), авария на АЭС Фукусима (2011), показали, что проблема обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации сложных систем еще далека от своего решения. Человеческие жертвы, радиоактивное заражение больших участков местности, огромные экономические потери – вот характерные результаты отказов таких систем.

В массовом производстве, степень интенсификации технологических процессов, производительность труда, объем промышленной продукции и безопасность работ в значительной степени также определяются надежностью составляющих элементов, оборудования, систем.

В процессе подготовки специалистов по безопасности жизнедеятельности в техносфере необходимо сформировать навыки самостоятельного исследования проблем безопасности технических объектов, углубленного изучения имеющегося справочного и нормативного материала. При выполнении курсовой работы по дисциплине «Надежность технических систем и техногенный риск» большое значение придается умению студента применить полученные ранее теоретические знания по системному анализу, теории риска.

Курсовая работа включает в себя аналитическую и расчетную части. Аналитическая часть представляет собой характеристику различных технических объектов с точки зрения надежности и безаварийности их работы, сложности решения этих задач, рассмотрения теоретических и практических вопросов техногенной безопасности. Расчетная часть заключается в решении типовых примеров и задач по теории надежности и безопасности.

Образец титульного листа и бланка задания на курсовую работу и примерный перечень тем курсовой работы приведены в приложениях 1 и 2.

2. Техногенный риск
и надежность технических систем

Риск или степень риска – это сочетание частоты (или вероятности) и последствий определенного опасного события. При этом опасность может быть связана с определенным источником потенциального ущерба, вреда или с ситуацией, которая характеризуется возможностью нанесения ущерба [1].

Объект, производство, на котором используют, производят, перерабатывают, хранят, или транспортируют пожароопасные и (или) опасные химические вещества, создающие реальную угрозу возникновения аварии, называют опасным производственным объектом – ОПО [2]. Аварии на таких промышленных объектах могут привести к чрезвычайным техногенным ситуациям – т. е. состоянию, при котором на объекте, определенной территории, акватории нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей природной среде. Кроме ОПО, многие технические системы и объекты (энергообеспечения, транспортировки и перемещения грузов, работающие под повышенным или пониженным давлением), также характеризуются значительной опасностью для персонала.

При оценке техногенного риска на технических объектах (опасных производственных объектах – ОПО) рассматривают события [3]:

А – авария на техническом объекте;

С _i – реализация аварии по i -му сценарию;

B _i – причинение ущерба у_i при реализации i -го сценария.

На рис. 2.1 проиллюстрирована последовательность событий, которые могут быть связаны с возникновением аварии на оборудовании предприятия по хранению нефтепродуктов и возможными сценариями развития аварии.

В соответствии с определением риска, техногенный риск R эксплуатации технического объекта, можно представить как математическое ожидание причиняемого ущерба Y:

_(2.1)

где Р (В_i) – вероятность причинения ущерба у_i техническому объекту и (или) сторонним объектам.

Разрушение аппаратуры, сооружений, травмирование людей

Пожароопасного

Разгерметизация оборудования

Терроризм, стихийные бедствия, соседние ОПО

Интоксикация людей

Взрывоопасного

Токсичного

Эффект «Домино»

Пожар

Взрыв

Локализация разлива, ликвидация последствий

Перелив

Рис. 2.1. Возможные причины возникновения и сценарии развития аварийной ситуации
на технологическом оборудовании нефтебазы

Формулу (2.1) можно разбить на два слагаемых – риск аварии R_A и штатный риск R_Ш, т. е.

(2.2)

где y_nj – размер средних ущербов, причиняемых техническому объекту и сторонним объектам при штатном функционировании технического объекта. К основным из них относят убытки технического объекта от деятельности других субъектов y _тэо и платы за загрязнение окружающей среды y _oc.

Риск аварии , как при проектировании, так и при эксплуатации технического объекта оценивается в рамках декларирования промышленной безопасности технического объекта, если он относится к категории ОПО или иных процедур, требующих проведения анализа риска. Члены произведения первого слагаемого формулы (2.2) отличаются от аналогичных членов второго слагаемого тем, что величины вероятностей, как правило, очень малы, а величины ущербов наоборот могут быть очень высокими.

Для оценки риска аварии технического объекта R_A определим событие В_i через события А и С_i, воспользовавшись логической операцией умножения событий:

(2.3)

Поскольку события А и С_i являются совместными и зависимыми, искомая вероятность события B_i, связанного с причинением ущерба у_i, определяется как:

, (2.4)

где P (C_i / A) – условная вероятность реализации сценария C_i при возникновении аварии(события А).

Подставляя выражение (2.4) в формулу (2.2), получаем:

. (2.5)

В более сжатом виде для риска аварии R_A:

. (2.6)

Первый член [ Р (А)] произведения в выражении (2.6) определяется инициирующими событиями аварии (причинами), а второй – , – последствиями возможной аварии в соответствии со сценарием её развития.

Анализ безопасности, т. е. оценка последствий возможных аварий на техническом объекте (нахождение в выражении (2.6) второго члена) – в настоящее время достаточно изученный вопрос. Существуют разнообразные методики оценок последствий, которые хорошо зарекомендовали себя в практике декларирования промышленной безопасности [4, 5, 6, 7, 8, 9 и др.].

Эти методики позволяют при анализе безопасности оценить последствия возможных аварий применительно к конкретному объекту, учесть его индивидуальную специфику (место расположения, энергетические запасы, особенности технологии и т. д.) и вычислить условные вероятности реализации каждого из возможных сценариев развития аварии.

Сложнее определить вероятность возникновения самой аварии – Р (А). Существующие методики оценки Р (А) сложны, громоздки и трудоемки в основном из-за отсутствия, неточности и неопределенности исходных данных. Поэтому на практике, обычно Р (А) принимают, как среднестатистическую по отрасли для данного типа технического объекта (ОПО), что, к сожалению, не отражает специфики объекта. К тому же из рассмотрения зачастую выпадают некоторые причины возникновения аварий, и соответственно становится затруднительным рекомендовать индивидуальные меры безопасности, направленные на предупреждение аварии на конкретном объекте, хотя, как показывает практика, меры по снижению вероятности аварии на два-три порядка эффективнее мер, направленных на снижение возможных ущербов по критерию «затраты–результаты» [11]. Одним из направлений определения величины Р (А) является применение методов теории надежности для оценки безопасности технического объекта.

3. Основные показатели надежности
и безопасности техники, их оценка