Прогнозирование надежности системы «человек-машина» для оценки рисков развития аварийных ситуаций при транспортировке и хранении нефтепродуктов

Встающие перед страной новые исторические вызовы, такие как инновационное развитие экономики, освоение труднодоступных континентальных и шельфовых нефтегазовых месторождений влекут и определенные сложности в реагировании персонала удаленных и труднодоступных объектов на нештатные ситуации. За масштабами воздействия последуют возрастания социального, материального, экономического и экологического ущербов. Высокая опасность технологических процессов и тяжелые условия труда на объектах нефтегазового комплекса требуют при реагировании особенно учитывать человеческий фактор. Это означает необходимость разработки эргономичных решений, использование которых сможет минимизировать риски, связанные с его влиянием.

Важность учета этого фактора при разработке методов обеспечения безопасности технологических процессов подтверждают многочисленные нештатные ситуации, причинами эскалации кото- рых являются ошибки персонала. Поэтому проблема управления своевременным и правильным на них реагированием на предприятиях нефтегазовой отрасли становится особенно актуальной. Неотъемлемой частью надежности реагирования на нештатные ситуации являются скорость реакции персонала и правильность принятия решений управленческого характера. Причины развития аварийных ситуаций под влиянием человеческого фактора подтверждаются статистическими данными. Эффективность разработки в конечном итоге определяет снижение риска на опасном производственном объекте и показатели надежности системы «человек–машина».

Результаты исследований

На сегодняшний день в качестве общего показателя надежности системы «человек-машина» (СЧМ) используется показатель P счм , определяемый по формуле [1]:

Рсчм = Рпр • Рсв

,

где P пр – вероятность правильного решения задачи; Р св – вероятность своевременного решения задачи. Вероятность правильного решения задачи определяется по формуле:

„    , Mom

Pnp = 1 -

N

,

где M от – число ошибочно решенных СЧМ задач; N – общее число задач.

Вероятность своевременного решения задачи рассчитывается по формуле:

n . Мне

Pee = 1---

N

,

где M нс – число несвоевременно решенных СЧМ задач; N – общее число задач.

Формула 1 справедлива для работы CЧМ в штатных условиях, либо когда время принятия решения определено физически. Например, это справедливо для авиадиспетчера, которому надо развести два самолета. Диспетчеру нужно принять правильное решение в строго определенные временные рамки. При несоблюдении одного из двух условий результат будет негативным: в данном случае – столкновение самолетов.

Но формула 1 несправедлива для аварийных ситуаций, в которых нет временного лимита, а следовательно, нельзя однозначно судить о своевременности решения задачи. Например, аварийная ситуация – пожар в резервуарном парке. Если задача по тушению не была решена СЧМ в установленный норматив, это не означает отсутствия необходимости принятия решения в ненормативный период, так как пожар должен быть локализован и ликвидирован. В качестве примера можно также привести принятие решения при несчастном случае (как уже разбиралось выше). Работодатель в большинстве случаев предпочитает остановку производства вместо принятия решения о фотовидеофиксации. Вместе с тем, принятие такого решения в любой момент времени влечет сокращение ущерба. Исходя из этого, формула 1 усекается до следующего вида:

Рсчм = Pnp

Формула 4 также не корректна, так как не учитывает время. Для введения в формулу времени реагирования (t) необходимо ввести новый пока- затель правильности мени (ППВ или τ):

выполнения в единицу вре-

T

_ Pnp

t

,

где τ – показатель правильности выполнения в единицу времени; t – время реагирования (принятия решения).

Тогда:

Рсчм = T -t . (6)

Экспериментально выявив зависимости τ и t от психофизиологического состояния, можно найти нормальный риск при заданных параметрах или необходимое для сокращения риска нормативное значение психофизиологического фактора.

Существуют стандартизованные тесты для диагностики функционального состояния. Надежность использования этих методик повышается за счет применения более совершенных способов измерения и контроля за получением субъективных оценок. Эксперимент проводился с участием инженерно-технических работников предприятий нефтегазового комплекса. Всего было протестировано 83 чел. Согласно предварительным экспериментам, по параметру «хроническое утомление» τ и t будут иметь следующие зависимости:

t = 83,724x0,2956

τ = 0,795x-0,485.

Тогда:

PСЧМ = (83,724x0,2956) ⋅ (0,795x-0,485).

График данной зависимости приведен на рис.1.

Рис. 1. График надежности СЧМ по фактору «хроническое утомление» (по предварительным экспериментам).

Надежность – величина обратно пропорциональная риску. Вычислив риск на конкретном объекте нефтегазового комплекса, можно найти необходимую надежность персонала объекта. В качестве примера разберем аварийную ситуацию на железнодорожной эстакаде системы слива нефтепродуктов. На рис. 2 представлена логическая схема (дерево событий) развития аварии, связанной с истечением нефтепродукта (в полном объеме) на наружную площадку железнодорожной эстакады.

QaB

Оав Qn

QaB Qn Qp.p.

Ai

Аг

Аз

Ад

Рис. 2. Логическая схема развития аварии, связанной с разрушением сливного патрубка цистерны для перевозки нефтепродуктов.

Qав – разрушение сливного патрубка цистерны для перевозки нефтепродуктов; Qп – вероятность воз- никновения пожара вследствие аварии без образования облака; Qп/ – вероятность возникновения пожара вследствие аварии с образованием облака; Qпр – вероятность горения пролива вещества без образования облака; Qо.ш. – вероятность разрушения цистерны в очаге пожара с образованием «огненного шара»; Qр.р. – вероятность разрыва цистерны в очаге пожара с образованием волны давления; Qс.д. – вероятность сгорания облака паро- газовоздушной смеси вещества с развитием избыточного давления [5].

Оценка вероятностей развития аварий выполняется по методикам, представленным в ГОСТ Р 12.3.047-98 [2] и СТО Газпром 2-2.3-351-2009 [3].

Вероятность реализации события рассчитывается по формуле,

Q = Q ae • Q ( А ) ст

,

где Q _ав – вероятность разгерметизации емкости

(резервуара) для хранения ЛВЖ [4];

Q(А)   - статистическая вероятность развития аварии по ветви логической схемы [2].

Результаты расчёта по сценариям представлены в таблице. Наиболее вероятным является сценарий А2. Но приняв эффективные меры по ло- кализации, риск возможно свести к наименее опасному сценарию А1. Используя теории вероятности и надежности, находим, что допустимая вероятность отказа системы «человек-машина» для данной аварийной ситуации составляет 0,04. Надежность (Рсчм) должна соответственно быть не менее 0,96.

Подставив значение в формулу (9), получим: 0,96 = (83,724x^0,2956) • (0,795x^-0,485).

Результаты расчета по сценариям

Сценарий	Q(A)	Q
А1 – горение пролива без образования паро- газовоздушной смеси и выброса опасного вещества, благодаря эффективным мерам по локализации аварии	0,0287	0,861 • 10-8
А2 – горение пролива, тепловое воздействие факела приводит к разрушению цистерны и образованию «огненного шара»	0,7039	0,211 • 10-6
А3 – горение пролива, тепловое воздействие факела приводит к разрыву цистерны в очаге пожара с образованием волн давления «BLEVE»	0,2555	0,7665 • 10-7
А4 – Истечение вещества с последующим образованием паро- газовоздушной смеси (сгорание облака с избыточным давлением)	0,0199	0,357 • 10-8
Qав	1	3 • 10-7

Согласно полученному уравнению и графику (1), хроническое утомление человека для эффективного реагирования на данную аварийную ситуацию не должно превышать 0,16 %. Полученное значение в данном случае объяснимо, так как на человека единовременно действует множество психофизиологических (и не только) факторов. Исходя из того, что в данной работе рассматривается процесс рабочей деятельности человека, при проведении дальнейших исследований будет сделана попытка найти зависимости по девяти факторам, относящимся к функциональному состоянию (комфорт, умственное утомление, физическое утомление, хроническое утомление, позитивные эмоции, негативные эмоции, тревожно-депрессивные проявления, ситуативная тревожность, личностная тревожность). После выявления всех зависимостей ППВ, времени реагирования и надежности CЧМ от параметров функционального состояния, станет возможным вывести общий показатель для характеристики функционального состояния человека по всем параметрам единовременно.

Таким образом, оценен риск развития аварийных ситуаций на основе надежности системы «человек-машина» и их зависимости от психофизиологического состояния человека. Для уточнения полученных зависимостей и соответственно более точного прогнозирования, потребуется провести эксперимент с участием большего количества специалистов. Описанный математический аппарат и проводимые на его основе исследования позволят в будущем усовершенствовать процесс профессионального отбора персонала на объекты нефтегазового комплекса. Для этого необходимо создать и внедрить методику определения готовности персонала к выполнению работ на основе надежности системы «человек–машина» с учетом влияния функционального состояния человека.