Затраты ма протмзоаылм’мую защиту К

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 21Следующая ⇒

Рве. 2.11. Зависи мо сть расжа воонв ^ в ^ вя пожара от расходов на про- тнвопожаряую защиту

когда з ат раты по-разному сказываются на снижении риска. Эффективность затрат определяется углом а а вычисляется

• по формуле

j Af/Af » tga.

Аналогичным способом можно выразить и эффект про-

• тнв о ложарной защиты в целом или отдельного противопо- S жариого мероприятия (рис . 2.12), который определяется

> разностью между начальным риском я оста т очным риском

• и выражается формулой

» £ iats ar =* A R j 4" ARj 4- ARj 4Н.. .4 - А/^.

> Но важно не только определить ур о вень риска, ио и уме ; ло управлять этим уровнем. Здесь серьезную помощь мо-

• жет оказать системный анализ и п о строенный на его осно- ; не план управления риском. Последовательно и эффективно пров о димая в жизнь политика управления риском может принести предприятию иля организация экономические выгоды даже в том случае, если пожаров на этих объектах

И не будет.

Р а ссматривая более д ет альн о методику идентификации

Pro 2.13. Идеитмфняаджя ж сжижение риска

ряска и способы снижения его уровня (рис. 2.13 ) , нетрудно прийти к выводу, что основная ценность этого нр о цесса заключ аетс я в систематизации общественных мероприятий и пл а номерн о сти их осуществления. Теоретически комплекс м е роприятий должен быть максимизирован, т. е. их конечт ной целью ставится предотвращение возможности в о зникн о в е ния п о жара . Однако на практи ке в подавляющем ко *

личестве случаев приходится идти на разумный компромисс. На предприятии, например, где основную пожарную опасность представляют горючие жидкости, максимизация будет заключаться в замене их на негорючие, что не всегда удается. И тогда компромисс выражается в том, что подбираются жидкости с более высокой температурой воспламенения, что снижает уровень риска.

Во многих случаях избавиться от опасности традиционными способами — путем увеличения систем контроля, дублирования защитных устройств, создания средств локализации аварийных выбросов — становится затруднительным из-за возможных технических сбоев или человеческих ошибок. Поэтому чрезвычайно актуальной представляется задача создания потенциально безопасных промышленных объектов на качественно новых принципах, которые должны обеспечить появление аппаратов с внутренне присущей им безопасностью, способных существенно уменьшить последствия неправильных действий. Обычно это технологическая система, любые отклонения в которой от рабочих режимов служат сигналом для автоматического, без использования внешних устройств, возвращения ее в штатное состояние или остановки процесса. Таким образом исключается возможность развития аварийной ситуации. Такое качество можно обеспечить правильным подбором и комбинацией физико-химических свойств рабочей среды и конструкции. В ряде случаев предстоит принципиальная замена способов производства для исключения из процессов высоких давлений и температур, материалов, способных к быстрому воспламенению и горению.

Как видно из рис. 2.14, процесс снижения риска идет с помощью технических и организационных мероприятий. Учитывая, однако, что обычно не удается полностью устранить риск возникновения пожара профилактическими мерами, необходимо предусматривать целый комплекс оперативных мероприятий, которые преследуют цель максимально сократить ущерб в условиях возникшего пожара.

При решении вопросов о необходимых затратах на противопожарную защиту следует исходить из того, что эти затраты должны непосредственно и достаточно эффективно сказываться не только на сокращении потерь от пожаров, но и на уменьшении риска и вероятности возникновения пожаров. Поэтому должна быть найдена некоторая зависимость между затратами, коэффициентом снижения ущерба от пожаров и понижением уровня риска, установлен ба-

Рис. 2.14. Схема снижения риска

ланс между риском отказа систем противопожарной защиты, возможным ущербом, стоимостью его снижения и определей оптимум при минимальных ожидаемых потерях.

Неясно, почему до сих пор вероятностный метод в области пожарной безопасности АЭС не применяется повсеместно. Продолжаются дискуссии о доверяй к прогнозированию, методологии учета и т. д., но практических шагов очень мало.

Ядерная энергетика одна из первых требует продемонстрировать предельно малую вероятность риска и последствий аварии, что выделяет ее среди других отраслей промышленности, где требуется уменьшить риск лишь исходя из его наблюдаемого уровня. Случаи аварий на АЭС, приводящих к тяжелым последствиям для общества, не должны иметь места. Это требует очень хорошего зияния работы и взаимодействия систем, сочетания внешних и внутренних событий со всеми структурами и компонентами. Это труднее всего, так как до настоящего времени большинство узлов, агрегатов, машин и систем были по-разному спроектированы, сконструированы и изготовлены. Требуется определенное воображение для предсказания, какие из последствий аварии на данном реакторе могут повториться н на других реакторах. В настоящее время общий опыт эксплуатации АЭС относительно мал, поэтому пытаются вклю- 70

чить в анализ все возможные случаи аварии. Однако все эти условия также основаны на воображении и здравом смысле. Полученные данные невозможно продемонстрировать, и поэтому нельзя согласиться, что они присущи малым значениям вероятности.

В связи с этим для предсказания последствий аварии следует применять вероятностные методы в качестве инструмента упорядочения ожидаемых последствий и их результатов и рассматривать их как определяющие состояния, но постоянно переоцениваемые в процессе накопления опыта. Промежуточные результаты непрерывного изучения происходящих процессов следует использовать для составления футурологических обзоров. .

Как и во всех других отраслях промышленности, исчерпывающая оценка последствий аварии конечно недостижима. Систематическое изучение причин и разработка способов их группировки в семейства являются путем улучшения аналитической работы. Знание случайных процессов (чаще всего зависящих от времени) является также путем улучшения, включающим соответствующую методологию. Еще один момент кажется очень важным: через последствия аварии необходимо определить динамику явления, происходящего во всей реакторной установке во время работы или остановки отдельных систем или агрегатов.

Все эти трудности объясняют тот факт, что большинство людей, отвечающих за безопасность, все еще не способны занять ясную позицию относительно использования вероятностных методов. Хотя абсолютные значения их не являются достаточно надежными, но вероятностные методы, по- видимому, являются системным путем суммирования всех знаний: о соотношении надежности систем, об общих причинах, о влиянии внешних и внутренних событий — случайных причин, а также знаний динамического поведения реактора.

Препятствие заключается в том, что отмечается нежелание использовать вероятностные методы, и при этом приводятся доводы, что это приведет к анализу многих случаев, отличных от аварий основных конструкций. Такой подход несовместим с вероятностным, а является дополнительным к нему. Анализ аварий основных конструкций является необходимым в процессе проектирования, применение вероятностных методов должно сохранять реалистичность в своих предсказаниях. Этот метод является важным инструментом
при организации работы и позволяет добиться единообразия при проектировании и эксплуатации станций.

Однако полного вероятностного анализа для координации усилий специалистов по пожарной безопасности и эксплуатации АЭС пока не существует.

Все работы по анализу пожаров на АЭС показывают, что в целом для АЭС вероятно возникновение от трех до шести пожаров в год. Более того, согласно вероятностным прогнозам за установленный период эксплуатации АЭС (30—40 лет) существует вероятность, по крайней мере, одной серьезной аварии с нарушением ядерной безопасности в результате пожара и выходом радиоактивных частиц в окружающую среду.

Если посмотреть на управление риском с точки зрения экономики, то сразу возникает вопрос, насколько это мероприятие оправдывает себя? Совершенно естественно, что политика управления риском требует дополнительных расходов и всегда существует желание избавиться от них в надежде, что пожар может и не случиться. Однако если речь идет о целесообразности снижения ущерба в случае крупного пожара, то перевес явно будет в пользу политики риска.

С учетом определенных допущений вероятность пожара на АЭС можно оценить по формуле

( 1 — Луш)»

где Р_а — вероятность возникновения пожара; Р_р — вероятность его распространения; Р_туш— вероятность того, что пожар будет потушен силами пожарной охраны; Р_п — вероятность пожара будет тем ниже, чем меньше Р_в и Р_ри чем больше Р_туш.

Вероятность возникновения пожара Р_в определяется вероятностью появления источника пожара и вероятностью того, что загорание будет потушено системами автоматического тушения или первичными средствами.

Вероятность распространения пожара зависит от значения вероятностей его распространения различными механизмами: теплопроводностью, конвекцией, излучением, розливом горящих жидкостей, взрывом, искрами, вскипанием топлив.

Вероятность тушения пожара Р_тут зависит от готовности пожарной охраны выполнять возложенные на нее задачи. В первом приближении это можно учесть через показатель расхода огнетушашего вещества, который может
обеспечить пожарная охрана при тушении пожара в каком-либо здании, сооружении объекта:

р ___ i___ /—

^г туш — ¹ * >

где Q — расход огнетушащего вещества, который может обеспечить пожарная охрана, л-с“‘; Q* — средний расход огнетушащего вещества (математическое ожидание) для тушения пожара при известной вероятности тушения (или степени риска), л-с^-1.

Вероятностный подход к оценке пожарной безопасности АЭС можно проиллюстрировать на примере аварии на Чернобыльской АЭС.

Вероятность возникновения пожара в реакторном отделении оценивается величиной Р_в= 10~⁵.

При взрыве автоматические установки пожаротушения на IV энергоблоке вышли из строя, огонь распространялся по различным сгораемым материалам (пластикату, утеплителю ПСБ, битумной мастике, рубероиду, розливам масла). В этом случае вероятности распространения пожара теплопроводностью, конвекцией, излучением, розливом равнялись единице и вероятность Р_р=1.

Предотвратить развитие пожара, локализовать его и ликвидировать в создавшихся условиях могла только пожарная охрана.

Действия пожарной охраны обеспечили то, что вероятность тушения пожара Р_туш=1 и вероятность пожара Р„ равна нулю.

Снижение вероятности возникновения и развития пожара на АЭС достигается использованием в практике строительства проектов, опирающихся на хорошо обоснованную нормативную базу, негорючих и трудногорючих материалов, применением пожаробезопасного оборудования и технологий, эффективной пожарно-профилактической работой.

Насыщенность народного хозяйства потенциально аварийными производствами требует качественно нового подхода к проблемам обеспечения безопасности. Это новое качество должно быть привнесено прежде всего поиском оптимальных решений в области человеко-машинных взаимодействий и их оперативной реализацией. Создание необходимых тренажеров с развитым математическим обеспечением, уменьшение объема информации, разнообразие в способах ее представления, увеличение количества автоматических и полуавтоматических средств поддержки оие-
ратора, введение технических систем защиты от несанкционированных действий, повышение наблюдаемости состояния оборудования путем внедрения дистанционных диагностических средств — все это должно стать нормальным сопровождением любого сложного процесса.

Для того чтобы научно-технический прогресс, уже продемонстрировавший свою мощь и величайшие возможности, продолжал и дальше служить людям, необходимы объединенные усилия специалистов всех областей знания, направленные на более безопасное и надежное использование его достижений. Эти усилия из-за многообразия проблем и научных дисциплин, привлекаемых к их решению, должны быть предприняты как в рамках традиционных учреждений, отвечающих за развитие техники, так и в специально созданных центрах общепромышленной безопасности. Расширение исследований в области безопасности, новые подходы к построению технологических систем обеспечат возможность дальнейшего технического развития с уменьшенным риском.

2.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ НА ЭВМ

За последние десятилетия очень много сделано в области моделирования пожаров на ЭВМ. К настоящему времени накоплен большой объем знаний в области компьютерных программ. Проектировщик должен уметь воплощать эти знания в жизнь в контексте безопасного проектирования АЭС, он должен овладеть всеми методами практического моделирования.

В прошлом пожарная безопасность зданий была областью проектирования, которая основывалась в основном на обязательных технических нормах и на инженерной оценке. Но здания становятся менее традиционными, более совершенными, большими по размеру, все более широко применяются современные материалы и технология. Становится очевидным, что ортодоксальное законодательство в области пожарной безопасности может не дать идеального, эффективного с точки зрения затрат решения.

Проектировщики и технический персонал АЭС, а также законодательные и надзорные органы в настоящее время лучше представляют себе опасность пожара и его последствия для АЭС. Происшедшие пожары стимулировали работу в области оценки пожарной безопасности АЭС и проектирования с учетом вероятности пожара. Эти наиравле-
ния подкреплялись исследованиями, касающимися вероятностной оценки риска на АЭС, которые доказали, что на общий риск радиоактивного выброса сильно влияет пожар.

Моделирование пожаров с помощью ЭВМ в настоящее время можно считать методом инженерного проектирования, учитывающего вероятность пожаров. Практический опыт проектирования современных атомных электростанций в Великобритании показывает, что моделирование может играть важную роль с точки зрения обеспечения пожарной безопасности. Оно особенно важно в тех случаях, когда проектировщик вынужден либо положиться на инженерную оценку, либо обратиться к традиционной практике.

Основное назначение моделирования состоит в обеспечении механических аргументов для оценок или допущений, производимых на различных стадиях проектирования или при анализе безопасности установки. Основной упор делается на разработку простых консервативных моделей, имеющих узкое применение.

Используются два типа моделирования: детерминистическое и вероятностное. Детерминистические модели количественно определяют физические параметры пожара или его эффектов (например, температуру помещения, дымообразование). Это прагматический подход, который приемлем для прикладных целей инженеров и проектировщиков. Вероятностные модели рассчитывают вероятные последствия пожаров на основании статистических данных, они не рассматривают физические параметры пожара. Последние больше относятся к вероятностной оценке.

В результате пожара в замкнутом пространстве изменяются температура!, состав атмосферы и давление. Все нежелательные последствия пожара можно объяснить этими параметрами. Модели, прогнозирующие такие изменения, рассматриваются в данной работе. Следует подчеркнуть в этой связи, что все предлагаемые модели и методики предназначены для стандартных настольных микрокомпьютеров. Известны две категории детерминистического моделирования: моделирование по зонам и моделирование полей.

Моделирование по зонам. Такой вид моделирования подразумевает деление пожара в замкнутом отсеке на несколько четных зон. Это достигается путем идентификации аспектов пожара по доминирующим процессам или приз
накам (горячий слой, холодный слой, пламя, восходящий поток газов и др.). Состояние некоторых зон можно описать с помощью фундаментальных процессов, например теплопереноса через стены и массопереноса через отверстия. Другие фундаментальные процессы, характерные для горения и распространения пламени, не имеют теоретического доказательства, вместо него вводятся зависимости, полученные эмпирическим путем. Степень сложности программы зависит от количества включаемых зон и процессов, для которых выведена закономерность. Например, в некоторые модели закладывается несколько пожаров, развивающихся в помещении, где имеется нескольо вентиляционных отверстий, а в некоторые модели — лишь один пожар в помещении с одним вентиляционным отверстием.

Преимущество моделирования по зонам заключается в том, что оно вырабатывает быструю и достаточно модульную программу, которая выполняется на основном микрокомпьютере, является довольно простой для коррекции и расширения, ею могут пользоваться даже неспециалисты. Недостатки состоят в том, что модели являются двухмерными, работают лишь при простой геометрии помещений и используют эмпирические данные, что ограничивает диапазон их применения. Неспециалисты невольно могут превысить эти пределы и получить ошибочные результаты. Полномасштабные огневые испытания — это единственный способ точно определить эти пределы, их можно ввести в программу в качестве предупреждающих сообщений, хотя это еще не стало общепринятой практикой.

Модели зон идеальны при подготовке обобщающего заключения по проекту АЭС, которая может состоять из нескольких сотен аналогичных отсеков. Традиционное руководство по пожарной безопасности не подходит для такой АЭС, потому что обычно помещения имеют принудительную вентиляцию, стены сделаны из толстого бетона, а горючая нагрузка включает масло и кабели. Возможности оценки пожарной опасности помещений без использования ЭВМ ограничены. В то же время запустить модели с привлечением разных наборов входных данных несложно. Количество комбинаций входных данных, а следовательно, и количество необходимых машинных прогонов может быть порядка нескольких тысяч, т. е. автоматизировать процедуру прогона — простая задача.

Можно разработать модели пожара, которые будут да
вать явно пессимистический прогноз, а можно пользоваться моделями с разным уровнем пессимистичности прогноза. Очень консервативные модели идеально подходят в тех случаях, когда проектировщик заинтересован лишь в подтверждении безопасности. Но если проектировщик решает проблему с помощью модели, сильно завышающей угрозу пожара, то нужно обратиться к менее консервативной модели.

Моделирование полей. Модели полей представляют собой теоретические варианты моделей пожаров, которые являются результатом разработки объемных машинных программ! для тепло- и массопереноса в относительно новой области динамики вычислительных флюидов ДВФ.

В моделях полей пожарный отсек делится на множество ячеек, может быть, на несколько тысяч, для каждой ячейки решается до 16 уравнений, описывающих сохранение массы и тепла одновременно с граничными условиями. Модели прогнозируют среди прочих параметров температуру, скорость газа и давление. Модели полей хороши для механизмов, которые подразумевают пространство большого или сложного объема, наличие заданных воздушных потоков и множества источников зажигания. Они требуют экспертных знаний в области динамики вычислительных флюидов и значительных вычислительных возможностей для проведения биллионов вычислений. Модели полей идеальны для решения уникальных проблем, когда ответы невозможно получить с помощью моделей зон и когда огневые испытания нереальны.

Прогнозы, получаемые с помощью этих моделей, могут быть чрезвычайно точными. Для расследования причИн гибели людей при пожаре на. лондонской станции метро Кинг'з Кросс, например, была использована программа FIOW-3D, разработанная Агентством по атомной энергии Великобритании. Прогнозы обнаружили «эффект траншеи», при которой пламя распространялось по шахте эскалатора и не было видно людям на других эскалаторах. Пожар был гораздо серьезнее, чем описывают свидетели. Этот новый механизм объяснил быстрый рост интенсивности пожара, что и привело к гибели многих людей. Поскольку точность прогноза этих моделей первоначально вызывала сомнения, Исполнительный комитет по охране здоровья и обеспечению безопасности провел огневые испытания в 7₃ масштаба!, которые подтвердили этот эффект.

Использование моделей пожара. Методы автоматизированного моделирования пожара можно применять в проектировании, а также при решении проблем, связанных с обоснованием безопасности. Вообще существуют два аспекта проектирования любых АЭС с учетом пожарной безопасности. Во-первых, должна быть обеспечена пожарная безопасность для людей, находящихся в зданиях, и для населения в целом. На большинстве АЭС эта задача решается на основе опыта пожарной охраны и национального законодательства. Во-вторых, обоснование безопасности должно доказать, что АЭС защищена от пожара как инициирующего события.

Если при проектировании пожаробезопасных атомных и обычных объектов применяется моделирование, то модель должна давать количественную оценку пожара в целом или одного из его аспектов. Для того чтобы сделать заключение или вывод, проектировщику иногда достаточно самой модели пожара. Но зачастую прогноз сам по себе не является исчерпывающей информацией. Необходима вторая стадия моделирования, прогнозирующая последствия пожара. Она строится на основе прогноза модели пожара.

Проектирование АЭС с учетом пожарной безопасности. В проектах современных АЭС Великобритании предусмотрено физическое отделение систем обеспечения безопасности, что позволяет сохранить большую часть установки невредимой и выполнить все меры безопасности в случае пожара. Отсюда следует, что при обосновании безопасности необходимо подтвердить прочность основных пожарных перегородок. Но бывает так, что и перегородки прочны, а системы обеспечения безопасности отделены недостаточно хорошо, тогда необходимо исследовать вероятность распространения пожара на оборудование по обеспечению безопасности.

Автоматизированное моделирование применимо к таким основополагающим разделам пожарной безопасности атомных объектов, как целостность разделительных пожарных перегородок и уязвимость установок обеспечения безопасности. Проектировщик должен исследовать и побочные явления пожара, которые могут усугубить последствия пожара, затруднить его тушение и восстановительные работы. Характерными примерами могут служить ложное срабатывание оборудования, ложные показания контрольно-измерительной аппаратуры, включение принудительной
вентиляции, создание невыносимых условий для оператора (например, на пульте управления), срабатывание установок противопожарной защиты, зыдымление при тушении. Первые два примера пока не поддаются анализу с помощью моделирования на ЭВМ, их можно исследовать лишь в рамках вероятной оценки безопасности.

Проектирование традиционных объектов с учетом пожарной безопасности. Проектирование атомной электростанции обычно ставит ряд проблем, связанных с пожаробезопасностью строений. Законодательные требования, изложенные в строительных нормах и правилах, не всегда приемлемы и уместны для строений АЭС, поэтому часто нужно, чтобы проект удовлетворял духу, а не букве закона. В прошлом моделирование на ЭВМ успешно применялось в таких областях, как проектирование огнестойких конструкций, разработка дымо- и огнезащищенных путей эвакуации, срабатывание систем обнаружения пожара, эффективность установок пожаротушения.

Ниже представлены примеры практического применения моделей пожара (рассчитанных на ЭВМ) при проектировании современных АЭС в Великобритании.

Степень развития пожара. Термин «степень развития пожара» часто употребляется, хотя не имеет стандартного определения. В данном случае под ним. понимается продолжительность и температура пожара. Обычно степень развития пожара можно представить в виде стандартной кривой, отражающей развитие пожара во времени. Моделирование пожаров по зонам позволяет почти всегда прогнозировать такие кривые.

На рис. 2.15 показаны различные кривые для горения одного и того же жидкого углеводорода и две кривые, полученные для стандартных огневых испытаний в печи. FIRST и COMPF2 считаются наилучшими расчетными моделями. Прогнозы FIRST, вероятно, более точны, поскольку они учитывают эффект вытяжных вентиляторов. COMPF2 не может учитывать этот эффект, и, как результат, температура в помещении получается всегда выше. BERRY — это вариант COMPF2, при котором теплопотери посредством теплопроводности и излучения через открытую дверь (которые могут при некоторых пожарах составлять до 60 % общего количества теплопотерь) намеренно не принимаются в расчет. Вместо этого допускается, что тепловая энергия в помещении сохраняется, и это делает температурный прогноз с помощью модели BERRY

Рис. 2.15. Модели с разным уровнем пессимистичности:

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 266; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!