2. Основные направления в обеспечении безопасности труда при разработке, конструировании и эксплуатации производственных процессов и технологического оборудования

Современное общество характеризуется высоким уровнем использования технических средств, которые становятся все более энергонасыщенными и автоматизированными. Однако по-прежнему ключевым элементом на производстве остается человек, который обслуживает, управляет, контролирует технические системы и технологические процессы. Основой существования Человека является его деятельность. На трудовую деятельность приходится не менее 50% жизни человека, в процессе которой человек подвергается наибольшей опасности.

В РФ действует система нормативных правовых актов, основанная на Конституции РФ, содержащая единые нормативные требования по безопасности жизнедеятельности, которые должны соблюдаться федеральными органами исполнительной власти, предприятиями, учреждениями и организациями всех форм собственности при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов, конструировании машин, механизмов и оборудования, разработке технологических процессов и организации производства.

Многие машины и конструкции следует рассматривать как источники повышенной опасности для людей и окружающей среды. Это неизбежный побочный результат научно-технического прогресса. Наблюдаются неуклонное увеличение скоростей на транспорте, повышение добычи энерговооруженности в промышленности, создаются уникальные по размерам и мощности комплексы для производства электрической энергии, для добычи и транспортирования нефти и газа. Все это приводит к постановке проблемы обеспечения безопасности.

Значительное место в проблеме безопасности занимает безопасность при нормальной эксплуатации. Когда возникновение опасности для жизни и здоровья людей и для окружающей среды вызвано нарушениями работоспособности объекта, т.е. его отказом, необходимо особое внимание уделять обеспечению безотказности. Такие отказы должны быть исключены посредством технических и организационных мер, либо вероятность их возникновения в течение нормативного срока службы должна быть снижена до минимума.

Отказы, приводящие к тяжелым последствиям, отнесены к категории “критических”. К авариям относятся все отказы, наступление которых связано с угрозой для людей и окружающей среды, а также с серьезным экономическим и моральным ущербом.

Аварии могут быть связаны как с исключительными воздействиями (ударными нагрузками, ураганами, наводнениями, пожарами), так и с неблагоприятным сочетанием обычных нагрузок с весьма малой вероятностью появления. Исходной причиной аварии могут служить крупные ошибки, допущенные при проектировании, расчете, изготовлении, монтаже, эксплуатации и техническом обслуживании, а также сочетания этих ошибок с неблагоприятными внешними условиями, не зависящими от технического персонала.

Современные газопроводы, имеющие диаметр до 1500 мм, функционируют при избыточном давлении газа P до 10 МПа и скорости газа до 20 м/с. При разрыве такого трубопровода выделится большое количество энергии, а выброс газа может вызвать взрывы и пожары.

P-V_x = 10 -10⁶ * 20 * 0,785 * (l,5)² = 3,5-10⁸Вт = = 3,5 * 10⁵ kВт = 350000k Вт

где V_z - производительность трубопровода по газу, м³/с

Изучение обстоятельств аварийности и травматизма в отраслях показало, что наибольший вклад приносят также источники опасности, как электросиловое оборудование, средства хранения сжатых газов, токсичных и легковоспламеняющихся жидкостей, подвижное технологическое оборудование.

Наиболее типичной причинной целью происшествия оказались следующие предпосылки: ошибка человека или отказ технологического оборудования, или недопустимое внешнее воздействие, случайное появление опасного фактора в производственной зоне; неисправность (или отсутствие) предусмотренных на этот случай средств защиты или неточные действия людей в данных условиях; воздействие опасных факторов на незащищенные элементы оборудования, человека или окружающую их среду.

Доля исходных предпосылок, вызванных ошибочными и несанкционированными действиями человека, составляет 50... 80 %, тогда как технические предпосылки - 15... 25 %.

Среди факторов, непосредственно приводящих к аварийности и травматизму, выделяются слабые практические навыки работающих в нестандартных ситуациях, неумение правильно оценивать обстановку.

Повседневная деятельность человека потенциально опасна, т.к. связана с различными процессами, связанными с использованием химической, электрической и других видов энергии.

Опасность появляется в результате неконтролируемого выхода энергии, накопленной в оборудовании и материалах, непосредственно в человеке и окружающей среде.

Возникновение происшествий - следствие появления и развития причинной цепи предпосылок, приводящих к потере управления трудовым процессом, нежелательному высвобождению используемой энергии и воздействия ее на людей, оборудование и окружающую среду.

Инициаторами и составными звеньями причинной цепи происшествия являются ошибочные и несанкционированные действия людей, неисправности и отказы используемой техники, а также нерасчетные (неожиданные и превышающие допустимые пределы) внешние факторы среды обитания.

Объектом исследования и совершенствования безопасности являются системы “человек - машина - среда обитания”, а предметом изучения безопасности являются объективные закономерности возникновения и предусмотрения происшествий при функционировании таких систем.

До последнего времени анализ безопасности проводился на основе методологии абсолютной безопасности, предполагающей, что все расчеты должны проводится на основе наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок, внешних воздействий и т.п. детерминистическими методами. В рамках такого подхода считалось, что наличие запаса, например прочности, гарантирует безопасность объекта. При этом игнорировалось маловероятное, но возможное сочетание неблагоприятных факторов, которое могло привести к аварии. Техногенные катастрофы показали, что концепция абсолютной безопасности неадекватна вероятностной природе аварий, порождаемых как раз маловероятным фактором. Можно ожидать, что по мере увеличения срока эксплуатации сложных объектов уже нельзя пренебрегать развитием аварийных ситуаций, ассоциируемых с частотой возникновения в 10 ^-3- 10^-4 год^-1, т.к. в силу вероятностного закона больших чисел, наступление нежелательного события (аварии) для таких систем становится вполне вероятным. Это обстоятельство привело к смене концепции абсолютной безопасности на современную методологию приемлемого риска.

Участившиеся аварии стимулировали развитие вероятностных методов анализа безопасности.

Существуют два подхода к нормированию в области обеспечения экологической и промышленной безопасности: детерминированный и вероятностный.

Детерминированный подход основан на определенной количественной дифференциации и распределении чрезвычайных ситуаций, производственных объектов, технологических процессов, зданий и сооружений, производственного оборудования по степени опасности на категории, классы и т.п., определяемых по параметру, характеризующему потенциальную энергию взрыва, опасные характеристики и параметры производственных процессов, количество пораженных и пострадавших, а также разрушающие последствия пожара и взрыва. При этом назначаются конкретные количественные границы этих категорий, классов и т.п. Примерами действующих в РФ нормативных документов, носящих детерминированный характер, являются нормы пожарной безопасности (НПБ 105-95, НПБ 107-97), правила устройства электроустановок (ПУЭ), общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-170-97), строительные нормы и правила (СНиП) и др.

Вероятностный подход основан на концепции допустимого риска с расчетом вероятности достижения определенного уровня безопасности и предусматривает недопущение воздействия на людей опасных факторов производственной среды с вероятностью, превышающей нормативную. Нормативными документами, основанными на вероятностном подходе, являются стандарты ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ “Взрывобезопасность. Общие требования”, ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ “Пожарная безопасность. Общие требования” и санитарные правила СП 2.6.1.758-99 "Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Нормы радиационной безопасности” (НРБ-99).

Вероятностный подход является более прогрессивным и совершенным, поскольку дает возможность нахождения оптимального варианта проектного решения. Он основан на количественной зависимости между опасными производственными факторами, приносимым материальным ущербом и вероятностью реализации опасных факторов с учетом защитных мер. С помощью вероятностных методов можно находить оптимальные технические решения для конкретных объектов. Однако этот подход более сложен и требует многочисленных дополнительных сведений (например, статистических данных о пожарах и взрывах для однотипных объектов, сведений о надежности оборудования и систем), которые, как правило, отсутствуют. Главным затруднением в использовании этого подхода

является необходимость учета человеческого фактора и надежности системы “человек-машина”.

Рассмотрим использование вероятностного подхода на примере возникновения взрывоопасной ситуации. Поскольку взрыв может быть при одновременном существовании по крайней мере двух независимых факторов: появления горючей смеси и инициирующего фактора - вероятность взрыва может быть представлена как произведение вероятностей:

Q(t) = Q_l(t)?Q₂(t)

где Q_x(i) - вероятность появления взрывоопасной смеси, Угод; Q₂(t) -вероятность инициирования взрыва, Угод.

В свою очередь, вероятности Q_x(t) и Q₂(t) могут быть представлены произведениями вероятностей появления горючего и окислителя Q_x и характеристик инициирующего фактора Q₂. Если взрыв возможен без наличия какого-либо фактора, то его величина принимается равной 1.

Нормативные документы разрешают проводить эти расчеты по упрощенным зависимостям. На стадии проектирования предполагается экспоненциальное распределение и вероятность события определяют по теоретической формуле:

&()=i-*^л

где л,- - интенсивность событий, Угод.

В действующих установках вероятность аналогичного события находят по зависимости

Qi ()K_б t_p

где t_i - время существования причины события, час; n - количество реализации; t_р - время работы, час; K_б - коэффициент безопасности, (при n=1, K_б =1).

Обеспечив нормированную вероятность отсутствия взрыва, можем считать технологическую установку (объект) взрывозащищенной.

Однако вероятностные расчеты провести не всегда представляется возможным из-за отсутствия достоверных статистических данных.

Детерминированный метод расчета предполагает сравнение каких-либо параметров с заранее заданными. Принимая в расчетах худшие варианты событий, приводящие к аварийной ситуации, указывают конкретные условия расчетов и возможные допущения, что оправдывает сравнимость результатов. К достоинствам детерминированного подхода относятся: достаточный для различных реальных ситуаций набор необходимых сведений, сравнительная простота использования методов категорирования, высокая

степень завершенности элементов этих методов и однозначность решения задач категорирования, выбор мероприятий защиты, регламентированных нормами применительно к установленным категориям. Недостатком этого подхода является ограниченная возможность варьирования при определении категорий и то, что нередко его применение обусловливает затруднения по применению прогрессивных проектных решений и излишние затраты на реализацию этих решений.

Основными нормативными документами для таких расчетов являются межотраслевые нормы и правила НПБ 105-95, НПБ 107-97, ПУЭ, ПБ 09-170-97.

В настоящее время основополагающим документом, устанавливающим степень пожаровзрывоопасности проектируемого объекта, являются нормы НПБ 105-95 и НПБ 107-97. Этими документами предусматривается категорирование производственных и складских помещений, зданий и сооружений, наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

При расчете категории принимается возможность аварийной разгерметизации одной наиболее крупной единицы технологического оборудования с наиболее пожаровзрывоопасным веществом. Основным критерием отнесения того или иного помещения к взрывопожароопасным является избыточное давление взрыва ДР, превышающее нормированное, величина которого 5 кПа одинакова для любых объектов. Внутри взрывопожаро-опасных категорий проводится дополнительное деление, исходящее из свойств обращающихся материалов и продуктов. Так, из всех категорий А, Б, В, Г, Д первые две (А и Б) являются взрывопожароопасными, а категория В1-В4 - пожароопасная. В зависимости от установленной категории пожаровзрывоопасности помещения, здания или сооружения предусматриваются определенные объемно- планировочные решения и профилактические мероприятия.

В действующих ПУЭ в качестве критерия взрывоопасности производственных зон принят относительный объем взрывоопасной смеси. Если этот относительный объем превышает 5%, то вся зона признается взрывоопасной классов B-I; В-II; В-Iа; В-IIа, в противном случае взрывоопасной считается зона на расстоянии до 5 м от источника появления горючей смеси (технологического аппарата) в помещении или на нормированном расстоянии. В ряде случаев при объеме смеси, меньшем 5% от свободного объема, все помещение может быть отнесено к классу B-Iб.

Категорирование по НПБ 105-95 и НПБ 107-97 определяет, кроме правил и норм техники безопасности, требования к строительной части, а по ПУЭ - к оборудованию.

Несколько иначе подходят к выбору критерия категорирования по взрывопожароопасности согласно ПБ 09-170-97.

За основу принята суммарная потенциальная энергия, заключенная в технологическом процессе. Степень взрывоопасности технологических блоков определяется суммарным энергетическим потенциалом.

По значениям потенциальной энергии взрывоопасности рассчитывают классификационные величины:

приведенную массу, в общем случае неравную массе горючих добавок в расчетах по НПБ 105-95;

относительный энергетический потенциал взрывоопасности.

Обе эти величины жестко связаны между собой, и из одной можно получить другую. Однако считается целесообразным их рассчитывать независимо и по ним проводить категорирование технологических блоков и объектов.

По значениям приведенной массы и относительного энергетического потенциала взрывоопасности производится категорирование технологических блоков по трем возможным категориям взрывоопасности I, II или III.

В зависимости от категории взрывоопасности правилами ПБ 09-170-97 устанавливаются определенные ограничения и назначаются необходимые для обеспечения взрывобезопасности мероприятия.