Метод дерева ошибок

 Прогноз
вероятности с использованием
интеллектуальных методов, таких как
“анализ дерева ошибок” и “анализ
дерева событий”. 
Когда
исторические данные отсутствуют или
недостаточны, необходимо определить
вероятность на основе анализа системы,
деятельности, оборудования или организации
и связанных с ними состояний неудачи
или успеха. 
Численные
данные для оборудования, людей, организаций
и систем из оперативного опыта или
опубликованных источников затем
объединяются для получения оценки
вероятности главного события. 
При
использовании интеллектуальных методов
с целью обеспечения должного учета в
анализе возможности сбоев в общем режиме
важно учесть случайный отказ частей
или компонентов в системе, возникший
по той же причине, что и главное событие.
Методы моделирования могут потребоваться
для определения вероятности сбоев
оборудования и структурных сбоев из-за
старения и других процессов деградации
путем расчета эффектов неопределенности

5 Анализ дерева ошибок/ дерева события

Практика
показывает, что крупные аварии, как
правило, характеризуются комбинацией
случайных событий, возникающих с
различной частотой на разных стадиях
возникновения и развития аварии (отказы
оборудования, ошибки человека, нерасчетные
внешние воздействия, разрушение, выброс,
пролив вещества, рассеяние веществ,
воспламенение, взрыв, интоксикация и
т.д.) Для выявления причинно-следственных
связей между этими событиями используют
логико-графические методы анализа
«деревьев отказов» и «деревьев событий».

Анализ
древа ошибок (АДО) — применяется
при оценке чрезвычайно сложных или
детализированных систем. Использует
дедуктивный логический метод (т. е.
постепенно двигается от общего к
частному), он очень полезен при исследовании
возможных условий, которые могут привести
к нежелательным последствиям или
каким-нибудь образом повлиять на эти
последствия. Нежелательные события
редко происходят под влиянием только
одного фактора. Вследствие этого во
время анализа древа ошибок в процессе
системной безопасности нежелательное
событие относят к конечному событию.
Располагая каждый фактор в соответствующем
месте древа, исследователь может точно
определить, где состоялись какие-либо
повреждения в системе, какая связь
существует между событиями, и какое
взаимодействие состоялось. 
При
построении основного древа ошибок
используют специальные символы, которые
обеспечивают аналитика иллюстрированным
изображением события и того, как оно
взаимодействует с другими событиями
на древе. Специальная форма символов
дает наглядность и облегчает построение
древа ошибок.
Выполнение
анализа древа ошибок возможно лишь
после детального изучения рабочих
функций всех компонентов системы,
которая рассматривается. При этом
следует учитывать, что на работу системы
влияет человеческий фактор, поэтому
все возможные «отказы оператора» тоже
необходимо вводить в состав древа.
Поскольку древо ошибок показывает
статический характер событий, развитие
событий во времени можно рассмотреть,
построив несколько деревьев ошибок. 

Анализ
«дерева событий» (АДС) — алгоритм
построения последовательности событий,
исходящих из основного события (аварийной
ситуации). Используется для анализа
развития аварийной ситуации. Частота
каждого сценария развития аварийной
ситуации рассчитывается путем умножения
частоты основного события на условную
вероятность конечного события (например,
аварии с разгерметизацией оборудования
с горючим веществом в зависимости от
условий могут развиваться как с
воспламенением, так и без воспламенения
вещества)

Метод
построения дерева событий – это
графический способ слежения за набором
обстоятельств (отказа системы и внешних
воздействий на нее), ведущих к
неблагоприятному исходу. Дерево событий
рассматривает возможные пути развития
последствий аварии (сценарии развития
событий). Все события, которые могут
произойти после произошедшего инцидента,
соединены причинно-следственными
связями, в зависимости от срабатывания
или отказа элементов защиты системы.

Ствол
дерева располагается в левой части
рисунка. Стволом дерева является
инцидент, т.е. само неблагоприятное
событие, в данном случае – разрыв
трубопровода. Как и положено, из ствола
разветвляются ветви. Ветвями дерева
являются возможные пути развития
последствий инцидента, в данной задаче
– разрыва трубопровода. Безусловно, в
каждой технической системе есть способы,
устройства, приспособления, предохраняющие
систему от аварий и катастроф. Они
называются элементами защиты системы.

Очевидно,
что звенья, или элементы, защиты системы,
могут сработать или не сработать. Верхние
ветви дерева отражают развитие событий
при срабатывании элемента защиты и
называются ветвями срабатывания. Нижние
ветви ДС называются ветвями отказов.
Как соотносятся между собой элементы
защиты? В более общем случае они могут
функционировать независимо друг от
друга. Вне зависимости от того, сработал
ли какой-либо элемент защиты системы,
другой может также сработать либо
отказать.

Система
защиты какого-то технического оборудования
состоит из n последовательно соединенных
элементов защиты, т.е. каждый последующий
элемент защиты системы сработает, только
если сработал предыдущий.

простейшая
схема предупреждения пожара в результате
разрыва трубопровода состоит из четырех
последовательных звеньев – систем:
контроля утечки газа, автоматического
прекращения подачи газа в поврежденный
участок трубопровода, аварийной
вентиляции, взрыво- и пожарозащиты. В
нашем конкретном случае все элементы
защиты расположены последовательно,
т.е. каждый последующий элемент защиты
системы сработает, только если сработал
предыдущий. Вот почему на ветвях отказов
нет разветвлений.

Число
всех возможных комбинаций срабатывания
или отказов элементов защиты определяет
число сценариев развития событий. Каждый
сценарий – путь развития аварии,
состоящий из набора разветвлений.

Метод
построения дерева событий не ограничивается
качественным анализом сценариев развития
событий. Как известно из теории
вероятностей, для независимых событий
вероятность реализации каждой цепочки
определяется произведением вероятностей
каждого из событий цепочки. Вероятности
отказов Р1, Р2, Р3, Р4 – это статистические
данные по отказам оборудования при
эксплуатации применяемых на практике
систем пожарозащиты, усредненные по
масштабам и времени. Таким образом,
сведения об отказах оборудования –
необходимое условие для построения ДС.
Точность этих данных в большой степени
влияет на точность расчетов финальных
вероятностей.

определить
сценарии аварий с различными последствиями
от различных исходных событий;

определить
взаимосвязь отказов систем с последствиями
аварий;

сократить
первоначальный набор потенциальных
аварий и ограничить его лишь логически
значимыми авариями;

определить
пути развития аварии, которые вносят
наибольший вклад в риск из-за их высокой
вероятности;

внести
изменения в конструкцию или эксплуатационные
процедуры.

графическое
представление всей цепочки событий,
последствия которых могут привести к
некоторому главному событию. Определяются
пути, по которым отдельные индивидуальные
события могут в результате их
комбинированного воздействия привести
к потенциально опасным ситуациям.

дерево
отказов позволяет выявить все пути,
которые приводят к главному событию,
и, что наиболее важно, дает возможность
определить минимальное число комбинаций
событий, которые могут вызвать главное
событие.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

From Wikipedia, the free encyclopedia

Fault tree analysis (FTA) is a type of failure analysis in which an undesired state of a system is examined. This analysis method is mainly used in safety engineering and reliability engineering to understand how systems can fail, to identify the best ways to reduce risk and to determine (or get a feeling for) event rates of a safety accident or a particular system level (functional) failure. FTA is used in the aerospace,^[1] nuclear power, chemical and process,^[2][3][4] pharmaceutical,^[5] petrochemical and other high-hazard industries; but is also used in fields as diverse as risk factor identification relating to social service system failure.^[6] FTA is also used in software engineering for debugging purposes and is closely related to cause-elimination technique used to detect bugs.

In aerospace, the more general term «system failure condition» is used for the «undesired state» / top event of the fault tree. These conditions are classified by the severity of their effects. The most severe conditions require the most extensive fault tree analysis. These system failure conditions and their classification are often previously determined in the functional hazard analysis.

Usage[edit]

Fault tree analysis can be used to:

• understand the logic leading to the top event / undesired state.
• show compliance with the (input) system safety / reliability requirements.
• prioritize the contributors leading to the top event- creating the critical equipment/parts/events lists for different importance measures
• monitor and control the safety performance of the complex system (e.g., is a particular aircraft safe to fly when fuel valve x malfunctions? For how long is it allowed to fly with the valve malfunction?).
• minimize and optimize resources.
• assist in designing a system. The FTA can be used as a design tool that helps to create (output / lower level) requirements.
• function as a diagnostic tool to identify and correct causes of the top event. It can help with the creation of diagnostic manuals / processes.

History[edit]

Fault tree analysis (FTA) was originally developed in 1962 at Bell Laboratories by H.A. Watson, under a U.S. Air Force Ballistics Systems Division contract to evaluate the Minuteman I Intercontinental Ballistic Missile (ICBM) Launch Control System.^{[7][8][9][10]} The use of fault trees has since gained widespread support and is often used as a failure analysis tool by reliability experts.^[11] Following the first published use of FTA in the 1962 Minuteman I Launch Control Safety Study, Boeing and AVCO expanded use of FTA to the entire Minuteman II system in 1963–1964. FTA received extensive coverage at a 1965 System Safety Symposium in Seattle sponsored by Boeing and the University of Washington.^[12] Boeing began using FTA for civil aircraft design around 1966.^[13][14]

Subsequently, within the U.S. military, application of FTA for use with fuses was explored by Picatinny Arsenal in the 1960s and 1970s.^[15] In 1976 the U.S. Army Materiel Command incorporated FTA into an Engineering Design Handbook on Design for Reliability.^[16] The Reliability Analysis Center at Rome Laboratory and its successor organizations now with the Defense Technical Information Center (Reliability Information Analysis Center, and now Defense Systems Information Analysis Center^[17]) has published documents on FTA and reliability block diagrams since the 1960s.^[18][19][20] MIL-HDBK-338B provides a more recent reference.^[21]

In 1970, the U.S. Federal Aviation Administration (FAA) published a change to 14 CFR 25.1309 airworthiness regulations for transport category aircraft in the Federal Register at 35 FR 5665 (1970-04-08). This change adopted failure probability criteria for aircraft systems and equipment and led to widespread use of FTA in civil aviation. In 1998, the FAA published Order 8040.4,^[22] establishing risk management policy including hazard analysis in a range of critical activities beyond aircraft certification, including air traffic control and modernization of the U.S. National Airspace System. This led to the publication of the FAA System Safety Handbook, which describes the use of FTA in various types of formal hazard analysis.^[23]

Early in the Apollo program the question was asked about the probability of successfully sending astronauts to the moon and returning them safely to Earth. A risk, or reliability, calculation of some sort was performed and the result was a mission success probability that was unacceptably low. This result discouraged NASA from further quantitative risk or reliability analysis until after the Challenger accident in 1986. Instead, NASA decided to rely on the use of failure modes and effects analysis (FMEA) and other qualitative methods for system safety assessments. After the Challenger accident, the importance of probabilistic risk assessment (PRA) and FTA in systems risk and reliability analysis was realized and its use at NASA has begun to grow and now FTA is considered as one of the most important system reliability and safety analysis techniques.^[24]

Within the nuclear power industry, the U.S. Nuclear Regulatory Commission began using PRA methods including FTA in 1975, and significantly expanded PRA research following the 1979 incident at Three Mile Island.^[25] This eventually led to the 1981 publication of the NRC Fault Tree Handbook NUREG–0492,^[26] and mandatory use of PRA under the NRC’s regulatory authority.

Following process industry disasters such as the 1984 Bhopal disaster and 1988 Piper Alpha explosion, in 1992 the United States Department of Labor Occupational Safety and Health Administration (OSHA) published in the Federal Register at 57 FR 6356 (1992-02-24) its Process Safety Management (PSM) standard in 19 CFR 1910.119.^[27] OSHA PSM recognizes FTA as an acceptable method for process hazard analysis (PHA).

Today FTA is widely used in system safety and reliability engineering, and in all major fields of engineering.

Methodology[edit]

FTA methodology is described in several industry and government standards, including NRC NUREG–0492 for the nuclear power industry, an aerospace-oriented revision to NUREG–0492 for use by NASA,^[24] SAE ARP4761 for civil aerospace, MIL–HDBK–338 for military systems, IEC standard IEC 61025^[28] is intended for cross-industry use and has been adopted as European Norm EN 61025.

Any sufficiently complex system is subject to failure as a result of one or more subsystems failing. The likelihood of failure, however, can often be reduced through improved system design. Fault tree analysis maps the relationship between faults, subsystems, and redundant safety design elements by creating a logic diagram of the overall system.

The undesired outcome is taken as the root (‘top event’) of a tree of logic. For instance, the undesired outcome of a metal stamping press operation being considered might be a human appendage being stamped. Working backward from this top event it might be determined that there are two ways this could happen: during normal operation or during maintenance operation. This condition is a logical OR. Considering the branch of the hazard occurring during normal operation, perhaps it is determined that there are two ways this could happen: the press cycles and harms the operator, or the press cycles and harms another person. This is another logical OR. A design improvement can be made by requiring the operator to press two separate buttons to cycle the machine—this is a safety feature in the form of a logical AND. The button may have an intrinsic failure rate—this becomes a fault stimulus that can be analyzed.

When fault trees are labeled with actual numbers for failure probabilities, computer programs can calculate failure probabilities from fault trees. When a specific event is found to have more than one effect event, i.e. it has impact on several subsystems, it is called a common cause or common mode. Graphically speaking, it means this event will appear at several locations in the tree. Common causes introduce dependency relations between events. The probability computations of a tree which contains some common causes are much more complicated than regular trees where all events are considered as independent. Not all software tools available on the market provide such capability.

The tree is usually written out using conventional logic gate symbols. A cut set is a combination of events, typically component failures, causing the top event. If no event can be removed from a cut set without failing to cause the top event, then it is called a minimal cut set.

Some industries use both fault trees and event trees (see Probabilistic Risk Assessment). An event tree starts from an undesired initiator (loss of critical supply, component failure etc.) and follows possible further system events through to a series of final consequences. As each new event is considered, a new node on the tree is added with a split of probabilities of taking either branch. The probabilities of a range of ‘top events’ arising from the initial event can then be seen.

Classic programs include the Electric Power Research Institute’s (EPRI) CAFTA software, which is used by many of the US nuclear power plants and by a majority of US and international aerospace manufacturers, and the Idaho National Laboratory’s SAPHIRE, which is used by the U.S. Government to evaluate the safety and reliability of nuclear reactors, the Space Shuttle, and the International Space Station. Outside the US, the software RiskSpectrum is a popular tool for fault tree and event tree analysis, and is licensed for use at more than 60% of the world’s nuclear power plants for probabilistic safety assessment. Professional-grade free software is also widely available; SCRAM^[29] is an open-source tool that implements the Open-PSA Model Exchange Format^[30] open standard for probabilistic safety assessment applications.

Graphic symbols[edit]

The basic symbols used in FTA are grouped as events, gates, and transfer symbols. Minor variations may be used in FTA software.

Event symbols[edit]

Event symbols are used for primary events and intermediate events. Primary events are not further developed on the fault tree. Intermediate events are found at the output of a gate. The event symbols are shown below:

• 

  Basic event

• 

  External event

• 

  Undeveloped event

• 

  Conditioning event

• 

  Intermediate event

The primary event symbols are typically used as follows:

• Basic event – failure or error in a system component or element (example: switch stuck in open position)
• External event – normally expected to occur (not of itself a fault)
• Undeveloped event – an event about which insufficient information is available, or which is of no consequence
• Conditioning event – conditions that restrict or affect logic gates (example: mode of operation in effect)

An intermediate event gate can be used immediately above a primary event to provide more room to type the event description.

FTA is a top-to-bottom approach.

Gate symbols[edit]

Gate symbols describe the relationship between input and output events. The symbols are derived from Boolean logic symbols:

• 

  OR gate

• 

  AND gate

• 

  Exclusive OR gate

• 

  Priority AND gate

• 

  Inhibit gate

The gates work as follows:

• OR gate – the output occurs if any input occurs.
• AND gate – the output occurs only if all inputs occur (inputs are independent from the source).
• Exclusive OR gate – the output occurs if exactly one input occurs.
• Priority AND gate – the output occurs if the inputs occur in a specific sequence specified by a conditioning event.
• Inhibit gate – the output occurs if the input occurs under an enabling condition specified by a conditioning event.

Transfer symbols[edit]

Transfer symbols are used to connect the inputs and outputs of related fault trees, such as the fault tree of a subsystem to its system. NASA prepared a complete document about FTA through practical incidents.^[24]

• 

  Transfer in

• 

  Transfer out

Basic mathematical foundation[edit]

Events in a fault tree are associated with statistical probabilities or Poisson-Exponentially distributed constant rates. For example, component failures may typically occur at some constant failure rate λ (a constant hazard function). In this simplest case, failure probability depends on the rate λ and the exposure time t:

where:

if

A fault tree is often normalized to a given time interval, such as a flight hour or an average mission time. Event probabilities depend on the relationship of the event hazard function to this interval.

Unlike conventional logic gate diagrams in which inputs and outputs hold the binary values of TRUE (1) or FALSE (0), the gates in a fault tree output probabilities related to the set operations of Boolean logic. The probability of a gate’s output event depends on the input event probabilities.

An AND gate represents a combination of independent events. That is, the probability of any input event to an AND gate is unaffected by any other input event to the same gate. In set theoretic terms, this is equivalent to the intersection of the input event sets, and the probability of the AND gate output is given by:

P (A and B) = P (A ∩ B) = P(A) P(B)

An OR gate, on the other hand, corresponds to set union:

P (A or B) = P (A ∪ B) = P(A) + P(B) — P (A ∩ B)

Since failure probabilities on fault trees tend to be small (less than .01), P (A ∩ B) usually becomes a very small error term, and the output of an OR gate may be conservatively approximated by using an assumption that the inputs are mutually exclusive events:

P (A or B) ≈ P(A) + P(B), P (A ∩ B) ≈ 0

An exclusive OR gate with two inputs represents the probability that one or the other input, but not both, occurs:

P (A xor B) = P(A) + P(B) — 2P (A ∩ B)

Again, since P (A ∩ B) usually becomes a very small error term, the exclusive OR gate has limited value in a fault tree.

Quite often, Poisson-Exponentially distributed rates^[31] are used to quantify a fault tree instead of probabilities. Rates are often modeled as constant in time while probability is a function of time. Poisson-Exponential events are modelled as infinitely short so no two events can overlap. An OR gate is the superposition (addition of rates) of the two input failure frequencies or failure rates which are modeled as Poisson point processes. The output of an AND gate is calculated using the unavailability (Q₁) of one event thinning the Poisson point process of the other event (λ₂). The unavailability (Q₂) of the other event then thins the Poisson point process of the first event (λ₁). The two resulting Poisson point processes are superimposed according to the following equations.

The output of an AND gate is the combination of independent input events 1 and 2 to the AND gate:

Failure Frequency = λ₁Q₂ + λ₂Q₁ where Q = 1 — e^λt ≈ λt if λt < 0.001

Failure Frequency ≈ λ₁λ₂t₂ + λ₂λ₁t₁ if λ₁t₁ < 0.001 and λ₂t₂ < 0.001

In a fault tree, unavailability (Q) may be defined as the unavailability of safe operation and may not refer to the unavailability of the system operation depending on how the fault tree was structured. The input terms to the fault tree must be carefully defined.

Analysis[edit]

Many different approaches can be used to model a FTA, but the most common and popular way can be summarized in a few steps. A single fault tree is used to analyze one and only one undesired event, which may be subsequently fed into another fault tree as a basic event. Though the nature of the undesired event may vary dramatically, a FTA follows the same procedure for any undesired event; be it a delay of 0.25 ms for the generation of electrical power, an undetected cargo bay fire, or the random, unintended launch of an ICBM.

FTA analysis involves five steps:

1. Define the undesired event to study.
   • Definition of the undesired event can be very hard to uncover, although some of the events are very easy and obvious to observe. An engineer with a wide knowledge of the design of the system is the best person to help define and number the undesired events. Undesired events are used then to make FTAs. Each FTA is limited to one undesired event.
2. Obtain an understanding of the system.
   • Once the undesired event is selected, all causes with probabilities of affecting the undesired event of 0 or more are studied and analyzed. Getting exact numbers for the probabilities leading to the event is usually impossible for the reason that it may be very costly and time-consuming to do so. Computer software is used to study probabilities; this may lead to less costly system analysis.
     System analysts can help with understanding the overall system. System designers have full knowledge of the system and this knowledge is very important for not missing any cause affecting the undesired event. For the selected event all causes are then numbered and sequenced in the order of occurrence and then are used for the next step which is drawing or constructing the fault tree.
3. Construct the fault tree.
   • After selecting the undesired event and having analyzed the system so that we know all the causing effects (and if possible their probabilities) we can now construct the fault tree. Fault tree is based on AND and OR gates which define the major characteristics of the fault tree.
4. Evaluate the fault tree.
   • After the fault tree has been assembled for a specific undesired event, it is evaluated and analyzed for any possible improvement or in other words study the risk management and find ways for system improvement. A wide range of qualitative and quantitative analysis methods can be applied.^[32] This step is as an introduction for the final step which will be to control the hazards identified. In short, in this step we identify all possible hazards affecting the system in a direct or indirect way.
5. Control the hazards identified.
   • This step is very specific and differs largely from one system to another, but the main point will always be that after identifying the hazards all possible methods are pursued to decrease the probability of occurrence.

Comparison with other analytical methods[edit]

FTA is a deductive, top-down method aimed at analyzing the effects of initiating faults and events on a complex system. This contrasts with failure mode and effects analysis (FMEA), which is an inductive, bottom-up analysis method aimed at analyzing the effects of single component or function failures on equipment or subsystems. FTA is very good at showing how resistant a system is to single or multiple initiating faults. It is not good at finding all possible initiating faults. FMEA is good at exhaustively cataloging initiating faults, and identifying their local effects. It is not good at examining multiple failures or their effects at a system level. FTA considers external events, FMEA does not.^[33] In civil aerospace the usual practice is to perform both FTA and FMEA, with a failure mode effects summary (FMES) as the interface between FMEA and FTA.

Alternatives to FTA include dependence diagram (DD), also known as reliability block diagram (RBD) and Markov analysis. A dependence diagram is equivalent to a success tree analysis (STA), the logical inverse of an FTA, and depicts the system using paths instead of gates. DD and STA produce probability of success (i.e., avoiding a top event) rather than probability of a top event.

See also[edit]

• Event tree analysis
• Failure mode and effects analysis
• Ishikawa diagram
• Reliability engineering
• Root cause analysis
• Safety engineering
• System safety
• Why-because analysis

References[edit]

мещаться по спирали из центральной зоны к периферии. Спиралеобразному движению материала во всем объеме камеры способствует не только форма основания 2 и отбойника 3, но и наличие перегородок 4, прикрепленных к днищу и отбойнику, которые позволяют создать упорядоченное перемещение твердой фазы из одного канала в другой. В центральной зоне (в вертикальной плоскости, проходящей через линию сопряжения полуцилиндров), где наблюдается фонтанирование и в которой распыляется раствор, происходит рост гранул, которые затем подсушиваются в закрученном потоке и, поступая в аэрофонтан, вновь контактируют с факелом распыла. Отработанный теплоноситель из камеры 1 поступает в циклоны 8, где происходит очистка отходящего газа от пылевидных частиц уноса. Уловленная в циклонах 8 пыль вместе с исходным сыпучим материалом в качестве ретура или наполнителя вновь возвращается в камеру. Готовый продукт из бункера 9 выгружается устройством 10.

С увеличением размера гранул требуется и большая энергия теплоносителя для перемещения частиц, создания устойчивого фонтанирования и удаления влаги из материала. Для этого газораспределительное устройство состоит из нескольких

Кафедра технической кибернетики и автоматики

секций сопел 5 с индивидуальным подводом теплоносителя из патрубков 11, что позволяет по мере движения и роста гранул увеличить скорость и температуру воздушного потока. Перечисленные мероприятия интенсифицируют процессы тепломассообмена при гранулировании и сушке материалов, способствуют хорошему фонтанированию и перемещению твердых частиц во всем объеме камеры, равномерному обезвоживанию гранул, что в конечном итоге повышает качество готового продукта.

Проведение исследования грануляции растворов сульфата аммония, карбамида и нитрофоски на лабораторной установке показали возможность получения продуктов с размером частиц 1 мм, с конечной влажностью 1-1,2%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Муштаев В.И., Тимонин А. С., Лебедев В. Я. Конструи -рование и расчет аппаратов со взвешенным слоем. М.: Химия. 1991. 344 с.

2. Современные проблемы химической технологии. Сборник трудов ЛТИ им .Ленсовета, под ред П.Г. Романкова Л. 1975. С. 105-116.

3. Лебедев В.Я и др. А.С. №840639 /СССР/ Сушилка для жидких и сыпучих материалов. БИ. 1981. № 23.

УДК 677.027

В.С. Ватагин, А.В. Невский

ОЦЕНКА РИСКА АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА «ДЕРЕВА СОБЫТИЙ»

(Ивановский институт государственной противопожарной службы МЧС России) Ивановский государственный химико-технологический университет E-mail: Vatagin@mail. ru

Применены современные подходы к обеспечению промышленной безопасности, базирующиеся на концепции «оптимального риска». Оценка риска включает оценку вероятности опасного события в сочетании с анализом последствий и позволяет представить количественное выражение опасности через величину риска. Приведены результаты анализа для газораздаточной станции.

Оценка риска химических предприятий ситуаций и определение возможных последствий включает исследования опасностей технологиче- в целях разработки необходимых мер по управле-ских установок при возникновении аварийных нию риском (предотвращение техногенных ава-

рий, выработка плана действий при аварийных ситуациях, организационно-технических мероприятий по уменьшению вероятностей аварий и последствий от них) [1-5].

Для количественной оценки риска использовались данные о надежности функционирования различных узлов, арматурных и регулирующих устройств, контрольно-измерительной аппаратуры и других элементов оборудования. Собрана и проанализирована информация, характеризующая последствия аварий, в частности, образование па-рогазовоздушных облаков, передвигающихся за пределы территории предприятия, что может привести к огромному ущербу.

В работе применены современные подходы к обеспечению промышленной безопасности, базирующиеся на концепции «оптимального риска». Оценка риска включает оценку вероятности опасного события в сочетании с анализом последствий и позволяет представить количественное выражение опасности через величину риска. При оценке риска важным этапом является определение моделируемых событий. Для оценки их вероятностей применялись два основных подхода:

— использование имеющихся сведений об авариях на заводах или отказах систем (анализ аварийности);

— анализ протекания аварии в целях синтеза необходимой вероятности.

В основном эти подходы являются частями количественного подхода, предусматривающего расчленение основного события на составляющие его элементы. Риск определяется как функция вероятностей возможных событий и связанных с ними последствий.

Показано, что важнейшими частями метода оценки вероятностей опасных событий являются методы дерева событий, ошибок, отказов.

Величина частоты «верхнего» события оценивалась с помощью метода Монте-Карло. Метод дерева ошибок наиболее известный и широко применяемый для выявления ошибок и отказов, основан на отборе самого главного нежелательного события (например, крупной аварии), прослеживаемого до причин, которые могли его вызвать (сложные ошибки, погрешности персонала и др.).

Показано, что при недостатке необходимых данных по коэффициентам отказов оборудования возможно использование (с определенной точностью) известных данных по идентичным авариям для «верхних» событий в дереве отказов. Включаются также оценки человеческого фактора, вносящего значительный вклад в «верхнее» событие. При этом такие ошибки рассматривают-

ся индивидуально и распределяются по классам, например, ошибки, упущения проверок в наблюдении за сигналом тревоги и т.д.

В данной работе рассмотрены два вида отказов: потенциальные, обнаруженные в результате проверочного осмотра, и реальные, вызвавшие аварии. Было изучено около 20 тыс. емкостей, имеющих следующие характеристики:

• емкости построены по первому классу требований, установленных проектировочными нормами;

• огнеупорные (это означает, что отказы компонент емкостей под действием пламени не происходят, кроме внешних оболочек);

• толщина стенок более 9,5 мм;

• сварные или клепаные;

• рабочее давление превышает 0,7 МПа;

• срок эксплуатации менее 40 лет.

Рассмотрено 216 потенциальных и 13 реальных отказов, приведших к авариям за исследованный период наблюдений. При этом частота потенциальных отказов составила 6,9-10-4 год-1, а частота реальных отказов — 4,2-10-4 год-1. Результаты проведенного статистического анализа с доверительной вероятностью 0,99 дают для верхних частот отказов следующие значения: для потенциальных отказов — 8,0-10-4 год-1 и для реальных отказов — 8,3-10-5 год-1. Причем тот факт, что 94 % из 216 отказов были вызваны трещинами, позволяет использовать приведенные частоты отказов в качестве характеристик вероятностей образования отверстий в резервуарах.

Риск и вероятности аварийных ситуаций на газораздаточной станции

При анализе опасностей, возникающих при функционировании газораздаточной станции (ГРС), рассматривались емкости и связанные с ними коммуникации, по которым передаются углеводородные фракции, а так же объекты, на которых производится отгрузка топливных фракций потребителю.

Непосредственно на территории резерву-арного парка может произойти аварийный выброс большого количества сжиженных углеводородных фракций, испаряющихся и воспламеняющихся (часто со взрывом). Эти фракции могут выбрасываться в результате утечки содержимого из любой емкости хранилища или в результате разрыва питающих ГРС трубопроводов и линий. Скорость выброса такова, что образующееся пожарозрыво-опасное облако сравнительно мало, чтобы причинить значительный ущерб при его воспламенении. Однако возможен случай разрыва газопроводной линии с полным истечением сжиженной углево-

дородной фракции из резервуара. Все возможные исходы, связанные с выбросом, могут вызвать эффекты «домино», имеющие наиболее серьезные последствия. В некоторых случаях такой выброс и образование облака бывают мгновенными (например, аварийный разрыв емкости), облако распространяется на значительное расстояние по направлению ветра.

ГРС представляет собой объект, емкости которого предназначены для постоянного обеспечения потребителей углеводородными фракциями. Мощность ГРС в течение года меняется незначительно, так как скорость наполнения и опустошения емкостей практически постоянна. Опасными на ГРС являются случаи, сопровождающиеся выбросами больших объемов сжиженных углеводородных фракций.

Расчет вероятностей отказов проводился на основе анализа дерева отказов с большим количеством составляющих событий, для которых безопасность определяется надежностью значительного числа компонентов нефтепродуктов с использованием данных по коэффициентам отказов отдельных событий, когда имеются адекватные статистические данные.

Дерево отказов представлено для одной емкости и связанного с ней оборудования, чтобы показать, какие явления могут привести к различным нарушениям и ошибкам, вызывающим, в конечном счете, аварии. Логическая схема, связывающая со-

ответствующие составляющие «верхнего» события (разрыв резервуаров и взрыв), использована в сочетании с численными значениями эксплуатационных и других ошибок, приводящих к аварии для систем данного типа. Дерево отказов является иллюстрацией последовательности нежелательных событий, сбоев и нарушений, вызывающих разрыв емкости в резервуарном парке ГРС.

Инициирующие события, вызывающие разрыв емкости и последующий выброс, условно разделяются на следующие основные категории:

• природные воздействия, столкновение с транспортным средством, пожар на внешних объектах, вызывающий повреждение и разрушение емкости, взрыв углеводородной фракции внутри емкости и другие внешние факторы;

• сбои и нарушения в работе механизмов, механические повреждения и отказы структурных элементов технологической системы.

На основе построенного дерева отказов проведена оценка влияния нежелательных событий на общую вероятность аварии. Использованы значения банков данных ТКО (Голландия) и WASH-1400 (США) [3].

Исходя из приведенных на рис. данных по частотам составляющих событий, вычислена вероятность разрыва емкости-хранилища.

Отказ контрольной аппаратуры

Ошибки операторов

Отказ запорной аппаратуры

Рис. Дерево событий и вероятности отказов. Fig. The occurrence tree and probability of failure.

Таблица

Вероятности аварийных ситуаций в зависимости

от частот отказов Table. The probability of the emergencies vs the probability failure.

Построение дерева отказов и вероятностная оценка всех составляющих дерево событий проведены с использованием пакета прикладных программ TR EB-MOS TER.

В целях снижения допустимой вероятности аварий разработаны программы уменьшения частоты отказов запорной арматуры, КИП и А, шлангов, защитной системы и ошибок персонала. Вероятности аварийных ситуаций при уменьшении частот отказов оборудования и ошибок оператора приведены в таблице.

ЛИТЕРАТУРА

Событие Существующая вероятность Вероятность при уменьшении частоты отказов на величину не более 10-2 Общая вероятность при уменьшении частот отказов и ошибок оператора

задвижки и вентили шланги ошибки оператора

Отказ запорной арматуры 8,510-3 1,0-Ю-4 — — —

Выброс СПГ из автоцистерны 1,810-1 1,0-10-2 1,810-3 — —

Разгерметизация соединений после останова 4,3-10-1 1,110-1 — 1,710-5 1,0-Ю-6

Разлитие СПГ на автоэстакаде 5,4-10-1 1,2-10-1 — — 2,0-10-6

Отказ гидрантов 5,5-10-1 5,1-101 — 1,110-1 2,0-10-3

Авария при загрузке 7,0-10-2 4,0-10-3 3,6-10-3 2,0-10-4

Пожар на авторампе 4,4-10-2 6,7-10-3 2,6-10-3 1,410-3 4,4-10-5

1. Невский А.В., Мешалкин В.П., Шарнин В. А. Анализ и синтез водных ресурсосберегающих химико-технологических систем. М.: Наука. 2004. 212 с.

2. Vatagin V.S., Topolski N.G. Computer Aided Fire safety Systems in Chemical Industries. Mary Kay O’Connor Process Safety Center Symposium. Proceeding. October 2425, 2000, Reed Arena, Texas A&M University, College Station, Texas. Р.348-349.

3. Ватагин В. С., Топольский Н.Г. Системы безопасности. 2003. № 6 (48). С. 16-19

4. Ватагин В.С. Системы безопасности. 2003. № 8 (50). С. 23-35.

5. Ватагин В.С., Топольский Н.Г. Химическая техника. 2003. № 3. С. 18-22.

Кафедра общей химической технологии

УДК 658.512.011.56 Е.С. Боровинская, М.Ю. Лебедева*, Г.Н. Вениаминова**, В.А. Холоднов К ВОПРОСУ О РЕШЕНИИ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

(Санкт-Петербургский государственный технологический институт (ТУ), *Филиал «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, ** Санкт-Петербургский Банковский институт) E-mail: holodnov@yandex.ru

В настоящей статье рассматриваются вопросы, связанные с решением традиционной проблемы химической кинетики — определение кинетических параметров по экспериментальным данным. Показано, что традиционный метод решения задачи, ориентированный на получение одного значения для параметра, является не совсем корректным. На конкретном примере с использованием Mathcad показано, что речь может идти только об интервальной оценке кинетических параметров.

Суммарная реакция преобразования одновалентного таллия Т1+ (элемента третьей группы таблицы Д.И. Менделеева) в трехвалентный Т13+ при взаимодействии с трехвалентным кобальтом

Со3+ имеет промежуточный продукт (двухвалентный таллий Т12) и происходит в две стадии, причем первая из них обратимая:

ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГРАММЫ ДЕРЕВА ОШИБОК ДЛЯ АНАЛИЗА БИЗНЕС-ПРОЦЕССА ПРИЕМА СЫРЬЯ НА СКЛАД

Мусин Руслан Фархадович¹, Атанов Сергей Александрович¹, Конькова Дарья Сергеевна¹, Матвеев Влад Андреевич¹, Комиссарова Оксана Романовна¹, Сидорова Александра Викторовна^1
1ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Аннотация
В данной статье рассмотрено применение диаграммы дерева ошибок, для выявления мест падения производительности на предприятии.

Ключевые слова: дерево, Диаграммы, модель, ненадежность, описание, отказ системы, предприятие, предприятие., склад

---

APPLICATION FOR ERRORS TREE DIAGRAM ANALYSIS OF BUSINESS PROCESSES RECEPTION OF RAW MATERIALS TO THE WAREHOUSE

Ruslan Musin Farhadovich¹, Atanov Sergey Aleksandrovich¹, Konkovo Darya Sergeyevna¹, Matveev Vladislav Andreevich¹, Komissarova Oksana Romanovna¹, Sidorova Aleksandra Viktorovna^1
1Nosov Magnitogorsk State Technical University

Abstract
This article discussesthe use ofa treediagramerrors,to identifyunstable placesin the enterprise.

Keywords: charts, company, description, insecurity, model tree, system failure, warehouse

---

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Мусин Р.Ф., Атанов С.А., Конькова Д.С., Матвеев В.А., Комиссарова О.Р., Сидорова А.В. Применение диаграммы дерева ошибок для анализа бизнес-процесса приема сырья на склад // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/11/59376 (дата обращения: 05.06.2023).