Инновационные исследования ИИММ КНЦ РАН в сфере промышленно-экологической безопасности

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 004. 9
ИННОВАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИИММ КНЦ РАН В СФЕРЕ ПРОМЫШЛЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
С. Ю. Яковлев, А. А. Рыженко, Н.В. Исакевич
Институт информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН
Аннотация
Рассматриваются информационные технологии и методы оценки техногенно-природного риска промышленных объектов и комплексов. Особое внимание уделено вопросам внедрения разработок в практику управления безопасностью предприятий и регионов. Ключевые слова:
информационные технологии, промышленно-экологическая безопасность, оценка риска, опасный объект, градообразующее предприятие.
Введение
Проблемы снижения риска и уменьшения последствий техногенных и природных катастроф входят в число критических технологий федерального уровня. Одним из актуальных подходов к решению этих проблем является рациональное использование информационных ресурсов, в частности, современных информационных технологий. Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра Российской академии наук (ИИММ КНЦ РАН) вопросами промышленно-экологической безопасности, управления рисками занимается с момента основания (1989 г.). В статье представлены основные инновационные направления и результаты за последние годы. Разделы статьи построены однотипно: характеризуется актуальность направления, описываются научно-методические
наработки Института, приводятся краткие сведения о внедрении. Порядок разделов примерно соответствует хронологии выполнения работ.
1. Исследование устойчивости функционирования организаций
Оценка устойчивости крупных (категорированных, градообразующих) предприятий — одно из обязательных регулярных мероприятий, проводимых под эгидой МЧС России. Если в прежние годы основное внимание уделялось чрезвычайным ситуациям (ЧС) военного времени, то на данном этапе концепция гражданской обороны пересматривается, и акцент переносится на исследования ЧС мирного времени. Это тем более актуально, что количество техногенно-природных ЧС имеет тенденцию к возрастанию и именно крупные градообразующие предприятия (региональные комплексы) являются одним из основных источников потенциальных опасностей. Оценка устойчивости крупного предприятия — масштабное и системное исследование, требующее учета разнородных опасностей.
Для более эффективного проведения этой работы в Институте была разработана методика комплексной оценки устойчивости градообразующего предприятия к воздействию ЧС техногенного, природного и социального характера. Особенностью методики является учет не только разнородных опасных объектов в составе предприятия, но и опасных технологических процессов (например, оборот опасных веществ). Выполняется анализ техногенных, природных и социальных опасностей градообразующего предприятия. Для уровней предприятия и отдельных производственных подразделений определяются разнородные источники и объекты воздействия (& quot-приемники"-) опасностей, описываются связи между ними. В результате формируется система вложенных таблиц (матриц) & quot-источники — объекты& quot-, отражающая реляционную природу проявления потенциальных опасностей предприятия (рис. 1). Данная структура, учитывающая взаимосвязь источников и
& quot-приемников"-, является более полной и точной моделью, нежели традиционное представление опасных источников (в отрыве от & quot-приемников"-) в виде векторов характеристик.
Объекты воздействия Источники опасностей
Техногенные Природные Социальные

Техносфер а



Природны е системы н
1
н
1
Социосфер а


Объект Источники









Объект Источники








і^т
Объекты Источники





Объект ы Источники





Рис. 1. Иерархическая структура потенциальных опасностей предприятия
Воздействие чрезвычайных ситуаций на экосферу, техносферу и социосферу оценивается величиной возможного ущерба. В итоге строится комплексная матричная характеристика безопасности предприятия, являющаяся основой для принятия решений по повышению устойчивости.
На основе предложенной методики выполнена комплексная оценка устойчивости ОАО & quot-Апатит"-. Для хвостового и хлорного хозяйств, склада взрывчатых материалов, четырех рудников, двух апатитонефелиновых обогатительных фабрик, системы энергоснабжения, зданий, сооружений и оборудования определены внутренние и внешние ЧС, установлены основные поражающие факторы, оценен возможный ущерб, выявлены наиболее уязвимые места. Результаты оценки предназначены для обоснования плана мероприятий по повышению устойчивости горно-химического комплекса.
2. Оценка риска аварий на гидротехнических сооружениях
Расчет возможного ущерба от аварий — необходимая составная часть процесса управления промышленно-экологической безопасностью предприятий и регионов. Гидротехнические сооружения (ГТС) — потенциально опасные производственные объекты, имеющие свою специфику. Огромный ущерб от гидродинамических аварий (в России и за рубежом), разнообразие типов и назначения ГТС, предаварийное состояние и отсутствие собственника у многих отечественных ГТС -делают актуальной задачу анализа риска гидросооружений. Определение вероятного вреда при авариях — обязательный элемент в федеральной системе регулирования промышленной безопасности ГТС. Полный расчет вероятного вреда в соответствии с нормативными документами требует многочисленных исходных данных и представляет собой весьма трудоемкое исследование.
В связи с этим был создан экспресс-метод определения последствий аварий на ГТС. В ходе обоснования метода получены следующие результаты: построена информационная модель расчета- уточнены определения основных понятий- сформулированы возможные упрощающие расчет предположения и допущения, позволяющие корректно ограничить работу- разработан алгоритм определения вероятного вреда- обоснована целесообразность использования геоинформационных технологий.
Эффективность метода подтверждена в ходе расчета вероятного вреда для следующих комплексов ОАО & quot-Апатит"-: ГТС АНОФ-2 с хвостохранилищем в губе Белой оз. Имандра, ГТС АНОФ-3 с хвостохранилищем на р. Жемчужной, ГТС Восточного рудника с отстойниками Коашвинского и Ньоркпахкского карьеров. Для указанных сооружений определены натуральные и стоимостные показатели возможного ущерба (социального, материального, экологического) при авариях, выявлены сценарии наиболее тяжелых и наиболее вероятных аварий.
Расчеты согласованы с ОАО & quot-Апатит"-, администрациями городов Кировск и Апатиты, Главным управлением МЧС России по Мурманской области, администрацией Мурманской области, утверждены Управлением природных ресурсов и охраны окружающей среды по Мурманской области, Управлением по надзору в электроэнергетике Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.
Пример расчета и отображения последствий возможных аварий с использованием геоинформационных технологий приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Зоны возможного затопления при авариях на ГТС (пример)
3. Автоматизация управления промышленно-экологической безопасностью
Внедрение информационных технологий признается необходимым условием повышения уровня промышленной безопасности, но осуществляется оно относительно медленными темпами, особенно на объектовом уровне. Это объясняется, во-первых, сложностью и (как следствие) слабой формализованностью предметной области, во-вторых, спецификой и новизной промышленной безопасности как объекта управления. К числу субъективных причин, сдерживающих информатизацию, можно отнести ограниченность финансовых ресурсов предприятий и неразвитость сети автоматизированного мониторинга опасностей. Отметим междисциплинарный характер предметной области, обилие нормативных и законодательных актов, многообразие опасных объектов и процессов, отсутствие апробированных методик расчета опасностей и рисков, несвоевременность и недостоверность информации об обстановке.
Эти особенности были учтены при создании концептуальной модели автоматизированной системы поддержки принятия решений (СППР) по управлению промышленно-экологической безопасностью горно-химического комплекса (рис. 3).
СППР
Функциональная структура СППР

Подсистема Подсистема Подсистема Подсистема Подсистема
связи мониторинга анализа и прогноза выработки
оценки рекомендации
Г
АРМ
Направления и объекты контроля СППР
=
АРМ АРМ АРМ АРМ АРМ АРМ
4= МІЗі= мї= ^= [^= М=1
=
ОПАСНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ОБЪЕКТЫ
Рис. 3. Общая структура СППР
В рамках модели определены функциональные и информационные подсистемы, сформулированы исходные требования к типовым автоматизированным рабочим местам. Новой и важной частью модели является система проектирования интерфейсов для поддержки принятия решений по управлению промышленной безопасностью крупных предприятий. Основные блоки системы — текущая версия интерфейса и встроенный редактор интерфейсов. Редактор обеспечивает возможность создания и изменения типовых окон, что позволяет ускорить процесс отладки пользовательских свойств СППР. Адаптация к конкретным приложениям производится с помощью специально разработанного интерфейса настройки, структура которого представлена на рисунке 4.
Такая структура: позволяет увязать воедино многообразные опасные процессы и объекты, а также функции управления ими- обеспечивает настройку процесса управления на конкретную задачу, функцию или под конкретного специалиста- допускает адекватную реализацию в структуре программного обеспечения СППР.
Апробация полученных результатов выполнена при создании проекта автоматизированной системы управления промышленной безопасностью ОАО & quot-Апатит"-. Целью работы являлось повышение уровня безопасности за счет автоматизации рутинной деятельности, внедрения информационных технологий и математических методов в практику управления. Новизна и сложность проекта обусловлены комплексным охватом основных опасностей предприятия, а также учетом основных форм и направлений работы
специалистов. Реализована компьютерная модель типового рабочего места системы, при этом для разнородных опасных процессов и объектов предусмотрена возможность работы с различными формами представления информации. Достоинством модели является возможность оперативного формирования информационного обеспечения для поддержки принятия решений по управлению промышленной безопасностью градообразующего предприятия.
Объект Правка Вид
Уровень формирования структуры управления
Склад 1
Склад 2
Опасные
объекты
Уровень опасных процессов и объектов
Документация
Данные
Этапы
управления
Уровень атрибутов опасных процессов и объектов
Рис. 4. Структура интерфейса настройки СППР
4. Разработка деклараций промышленной безопасности
Набирает силу процесс анализа и документирования опасностей промышленных объектов. Одним из первых по времени и важных направлений этой деятельности является разработка деклараций безопасности крупных промышленных объектов. Необходимость в привлечении значительных научных сил объясняется новизной процесса декларирования, широтой охвата возможных опасностей, недостаточностью нормативно-методической базы. В результате разработка декларации (в особенности раздела & quot-Анализ риска& quot-) представляет собой в настоящее время самостоятельное научное исследование.
Для повышения оперативности и обоснованности управления безопасностью регионов и предприятий в Институте создана информационная технология оценки техногенно-природного риска, реализующая единый подход к управлению разнородными опасностями и комплексную обработку данных по типовым опасным объектам и процессам. Особенностью технологии является возможность ранжирования элементов по степени опасности, а также выбора рационального уровня безопасности. Для количественной характеристики опасности источника по отношению к объекту предложена случайная величина возможного ущерба от аварий за фиксированный период времени. Естественным обобщением является использование случайных функций ущерба, зависящих от координат и времени. Важным теоретическим достоинством такого обобщения является возможность математически выразить разнообразные используемые риск-показатели в единых терминах законов распределения ущерба. В результате строится унифицированное математическое описание безопасности предметной области.
С использованием этого подхода разработаны декларации безопасности ряда опасных объектов региона: склада взрывчатых материалов, хлорного хозяйства, хранилищ отходов обогатительных фабрик, газонаполнительных станций. Декларации прошли экспертизу Ростехнадзора. На рис. 5
приведен пример отображения результатов декларирования — изолиний территориального риска, нанесенных на топографическую основу.
Рис. 5. Территориальный риск (фрагмент декларирования безопасности)
5. Разработка паспортов безопасности
Решение совместного заседания Совета безопасности Российской Федерации и Президиума Государственного совета Российской Федерации (ноябрь 2003 г.) имело ряд важных для национальной безопасности последствий. Одно из них — паспортизация безопасности объектов и территорий — массовая и относительно новая процедура в системе регулирования промышленной безопасности предприятий и регионов.
Коснемся вопроса о соотношении паспортизации и декларирования безопасности. Можно отметить следующие отличия:
• декларирование выполняется для наиболее опасных и крупных объектов, паспортизация охватывает гораздо более широкий круг потенциально опасных объектов-
• декларирование осуществляется в основном под эгидой Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору России (Ростехнадзор), паспортизация — по линии МЧС России-
• декларирование в России проводится около 15 лет и представляет собой достаточно отлаженную процедуру, паспортизация (в современном формате) начата несколько лет назад-
• паспорта безопасности содержат ряд новых элементов оценки риска.
Для поддержки создания паспортов безопасности в Институте реализован комплекс инструментальных программных средств экспресс-анализа риска возможных техногенно-природных аварий для типовых действующих и проектируемых опасных объектов. На основе обработки разнородных данных об авариях и инцидентах на аналогичных объектах генерируется описание возможных аварий, выполняется предварительная оценка их вероятности и ущерба для данного объекта. Выделены следующие группы характеристик аварий: причины аварий- факторы, способствовавшие возникновению и развитию аварий- сценарии развития аварий (в виде деревьев) от исходного (инициирующего) события до ликвидации последствий- ущерб (социальный, материальный, экологический). Предложена унифицированная структура описания техногенно-природных аварий.
С использованием программного комплекса разработаны паспорта безопасности двадцати пяти разнородных опасных объектов Мурманской области. Паспорта согласованы Главным управлением МЧС
России по Мурманской области, один документ прошел экспертизу Северо-Западного регионального центра МЧС России. Разработаны паспорта безопасности двух образовательных учреждений региона. На рис. 6 представлен пример отображения результатов паспортизации — графиков зависимости частоты реализации сценария развития аварии от количества пострадавших, а также от ущерба (так называемые F/N-и F/G-диаграммы или диаграммы социального риска).
0,9 0,8 0,7 0,6 -0,5 0,4 -0,3 -0,2 0,1 0
------ТТТТТТТТТТттп-
I I I I I I I I I
Количество погибших и травмированных, чел.
к 0,6
0,1
0
Средние ориентировочные затраты, руб.
Рис. 6. Диаграммы социального риска (фрагмент паспортизации безопасности)
6. Разработка планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов
Разработка планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов (ПЛРН) затрагивает многочисленные предприятия и организации, на которых в тех или иных формах и объемах осуществляются операции с нефтепродуктами. В ПЛРН должны быть рассмотрены не только разливы нефтепродуктов, но и такие возможные последствия, как взрывы и пожары. Документ должен пройти экспертизу МЧС России, а также процедуру согласования и утверждения на различных уровнях (в зависимости от категории максимальной ЧС). Методическое обеспечение разработки ПЛРН следует признать неудовлетворительным: нет ни одного утвержденного методического документа федерального уровня. Всё это делает разработку ПЛРН сложной научной, технической и организационной задачей.
С учетом специфики предметной области в Институте была отработана информационная технология поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации последствий техногенных аварий на объектах нефтепереработки. Особенностями технологии являются автоматизированный синтез сценариев аварий на типовых объектах (рис. 7), а также оценка риска аварий с учетом природно-климатических особенностей территорий.
Рис. 7. Формирование сценариев развития возможных аварий
0,9
0,8
й- 0,7
2 0,5
о 0,4
3- 0,3
0,2
На основе технологии за последние годы разработаны десять ПЛРН от локального до федерального уровней. Планы прошли Госэкспертизу МЧС России, получены все необходимые согласования и утверждения.
Заключение
В 2005—2007 гг. Институтом пройдена добровольная аккредитация в Северо-Западном региональном центре МЧС России, получены аттестаты аккредитации и заключение о готовности на разработку паспортов безопасности и ПЛРН. Имеется свидетельство на право проведения экспертизы ПЛРН, полученное в Госэкспертизе МЧС России. Исследования Института по анализу риска удостоены серебряной медали 10-й юбилейной выставки-конгресса & quot-Высокие технологии. Инновации. Инвестиции& quot- (Санкт-Петербург, 26−29 сентября 2005 г.) и золотой медали VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 3−6 марта 2008 г.). Основные работы Института в сфере техногенно-природной безопасности отражены в списке литературы. Главными направлениями продолжения исследований представляются обоснование и внедрение новых методов управления безопасностью, современных информационных технологий и систем моделирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Яковлев С. Ю. Идентификация опасных производственных объектов // Идентификация систем и задачи управления (SICPRO'-2000): тр. междунар. конф. Вып. на CD-ROM. М.: Изд. ИПУ Ран, 2000. С. 890−897. 2.
S. Yu. Yakovlev. Occupational Safety and Industrial Safety // Barents Newsletter on Occupational Health and Safety. Helsinki, 2001. Vol. 4, № 1: 32−36. 3. Ржевский Б. Н., Каретников Е. В. и др. Особенности идентификации, декларирования, экспертизы и страхования опасных производственных объектов ОАО & quot-Апатит"- / Б. Н. Ржевский, Е. В. Каретников, С. Ю. Яковлев, М. А. Драновский // Безопасность труда в промышленности. 2002. № 12. С. 6−8.
4. Яковлев С. Ю., Рыженко А. А. Концептуальная модель системы поддержки принятия решений по управлению промышленно-экологической безопасностью градообразующего предприятия // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: тр. междунар. науч. школы МАБР-2003. СПб.: Изд. СПбГУАП, 2003. С. 424−430. 5. Яковлев С. Ю. Информационные технологии поддержки промышленно-экологической безопасности регионов и предприятий // Информационные ресурсы России. 2004. № 2. С. 15−17. 6. Яковлев С. Ю., Матвеев П. И. Основы расчёта вероятного вреда при авариях на гидротехнических сооружениях // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: тр. междунар. науч. школы МАБР-2004. СПб.: Изд. СПбГУАП, 2004. С. 424−429. 7. Яковлев С. Ю., Рыженко А. А. и др. Проект автоматизированной системы управления промышленной безопасностью горно-химического комплекса / С. Ю. Яковлев, А. А. Рыженко, Б. Н. Ржевский, О. В. Натаров // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 11. С. 44−47. 8. Грант РФФИ по региональному конкурсу & quot-Север"-, проект № 05−01−97 500: Разработка моделей оценки техногенно-природной безопасности градообразующих предприятий европейского Севера (на примере оАо & quot-Апатит"-). 2005−2007. 9. Яковлев С. Ю., Исакевич Н. В. Количественный анализ промышленно-экологического риска на объектовом уровне // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: тр. междунар. науч. школы МАБР-2007. СПб.: ГУАП, 2007. С. 461−465. 10. S. Yu. Yakovlev, N.V. Isakevich, A.A. Ryzhenko, A. Ya. Fridman. Risk assessment and control: Implementation of information technologies for safety of enterprises in the Murmansk Region // Barents Newsletter on Occupational Health and Safety. Helsinki, 2008. Vol. 11, №. 3: 84−86. 11. Яковлев С. Ю., Исакевич Н. В. и др. Информационная поддержка принятия решений по предупреждению и ликвидации последствий аварий на объектах нефтепереработки / С. Ю. Яковлев, Н. В. Исакевич, А. А. Рыженко // Прикладные проблемы управления макросистемами: труды ИСА РАН. М.: Книжный дом & quot-ЛИБРОКОМ"-, 2008. Т. 39. С. 417−422. 12. Яковлев С. Ю., Рыженко А. А. и др. Разработка планов по предупреждению и ликвидации разливов нефтепродуктов для территориальных объектов / С. Ю. Яковлев, А. А. Рыженко, Н. В. Исакевич // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах: тр. междунар. науч. школы МАБР-2010. СПб.: ГУАП, 2010. С. 447−452.
Сведения об авторах
Яковлев Сергей Юрьевич — к.т.н., доцент, старший научный сотрудник- e-mail: yakovlev@iimm. kolasc. net. ru Рыженко Алексей Алексеевич — к.т.н., старший научный сотрудник- e-mail: ryzhenko@iimm. kolasc. net. ru Исакевич Наталья Валентиновна — старший специалист- e-mail: isakevith@iimm. kolasc. net. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой