Модели и методы оценки и управления техногенными рисками: на примере утилизации боеприпасов с ипритно-люизитными смесями

Актуальность темы

исследования.

Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности часто связано со все более возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ, увеличивающих риски потерь здоровья и жизни людей, ухудшения качества окружающей природной среды, материальных потерь общества. Особо значимы эти риски при проведении широкомасштабных работ по утилизации отходов промышленных производств и уничтожении запасов химического оружия, в том числе снарядов, начиненных ипритом и люизитом, веществами чрезвычайно агрессивными, способными легко проникать практически через любые защитные ткани средств индивидуальной защиты и вызывать необратимые последствия для здоровья человека даже при малых дозах воздействия.

В результате утечки ипритно-люизитных смесей при проведении технологического процесса утилизации боеприпасов возможно увеличение частоты нежелательных для здоровья отрицательных эффектов у персонала предприятия. Кроме того, существенные по масштабу последствия могут возникнуть в результате аварии, связанной с выбросом значительной массы ипритно-люизитных смесей в атмосферу и дальнейшим их распространением в окружающей среде.

В этой связи актуальными являются исследования в области оценки и управления индивидуальным и социальным рисками утилизации таких боеприпасов. Их проведение базируется на использовании адекватных возможным рисковым ситуациям моделей и методов, разработке и использованию которых и посвящено данное исследование.

Объект и предмет исследования.

В качестве объекта исследования рассматривается технология уничтожения боеприпасов с ипритно-люизитными смесями и характеристики их антропогенного воздействия на окружающую природную среду.

Предметом исследования являются модели и методы оценки и управления рисками здоровью и жизни работников предприятия и населения, проживающего на прилегающей к предприятию территории.

Теоретической и методологической основой исследования являются работы российских и зарубежных специалистов по проблемам разоружения, вопросам устойчивого развития, оценки воздействия ипритно-люизитных смесей на окружающую среду и отдельные группы реципиентов и связанных с этим воздействием экономических издержекматериалы Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (1993г.) — материалы конференции ООН 1992 года по охране окружающей среды и развитиюматериалы Всемирного саммита ООН по устойчивому развитию «Рио+10» (Йоханнесбург, 2002 г.) — Федеральный закон РФ «Об охране окружающей среды» (2002г.) — Экологическая доктрина Российской Федерации (2002г.) и другие нормативные акты, постановления Правительства РФ по вопросам разоружения, охраны окружающей среды и обеспечения устойчивого развития экономики и общества в целом.

В процессе исследования использовались методические и нормативные материалы Министерства природных ресурсов РФ, Министерства обороны РФ, Российского агентства по боеприпасам, Госкомстата России, других министерств и ведомств, отечественных и зарубежных организаций по проблеме уничтожения химического оружия, вопросам экономики природопользования и охраны окружающей среды.

Информационную основу исследования составили справочные и статистические материалы, отражающие основные тенденции в области промышленной безопасности, размеры антропогенного воздействия на окружающую природную среду и ее объекты, федеральные законы и нормативные акты, регулирующие выполнение программы уничтожения химического оружия.

В ходе выполнения исследования использовались методы системного анализа, сопоставительного экономического анализа, типа «затраты-выгоды», «затраты-риски», методы оценки динамики распределения концентраций отравляющих веществ в трехмерном пространстве, методы теории вероятностей и математической статистики, методы сбора и обработки экспертной информации.

Научная новизна.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке подходов, моделей и методов оценки рисков здоровью и жизни людей при уничтожении боеприпасов с отравляющими веществами, обусловленных их утечкой в производственном помещении и распространением в окружающей природной среде в результате производственной аварии, и обосновании мер по снижению рисков, базирующихся на минимизации объемов утечки, вероятности аварии и повышении защищенности персонала и населения.

Наиболее существенные результаты исследования, полученные лично автором и выдвигаемые на защиту, состоят в следующем:

— Определены основные пути попадания отравляющих веществ в окружающее пространство при осуществлении процесса утилизации, обусловленные технологическими особенностями установки по уничтожению снарядов и аварий на предприятии, выявлены особенности воздействия ипритно-люизитных смесей на организм человека.

— Разработана модель и произведены расчеты рисков смерти, болезни и инвалидности персонала, возникающих в результате утечки ипритно-люизитных смесей на предприятии с учетом конструктивных особенностей установки по уничтожению боеприпасов, базирующиеся на закономерностях «доза-эффект» в областях малых доз воздействия.

Построены пространственные и пространственно-временные распределения концентраций ипритно-люизитных смесей в атмосфере с ипользованием системы нестационарных уравнений Навье — Стокса распределения газа в поле силы тяжести и характера аварийного опорожнения технологического оборудования промышленных установок. Сформирована матрица интегрального поля потенциального риска для прилегающей к предприятию территории.

— Разработан методологический подход к получению оценок интегрированного риска для здоровья и жизни населения и персонала предприятия в случае аварии на опытной установке, базирующийся на количественных данных распределения концентрации ипритно-люизитных смесей в атмосфере и моделях типа «доза-эффект».

-. Получены оценки физического и экономического ущербов работникам предприятия по уничтожению боеприпасов и населению, проживающему на прилегающей к предприятию территории, с использованием разработанных модификаций методов оценки экономического ущерба здоровью и жизни персонала и населения, учитывающих информацию о продолжительности заболевания, тяжести и стоимости болезни, стоимости человеческой жизни.

— Предложены мероприятия по снижению риска утилизации авиационных боеприпасов с ипритно-люизитными смесями, предполагающие снижение вероятности аварии, уменьшение объемов выделения отравляющих веществ, повышение уровня защищенности персонала и населения и т. п. и произведена оценка их эффективности с учетом затрат на их проведение и стоимости сохраненного здоровья и жизни персонала и населения.

Теоретическая значимость исследования заключается в развитии теории и методологии оценки и управления индивидуальным и социальным рисками производственных процессов с использованием отравляющих веществ, включая риски производства и производственных аварий.

Практическая значимость исследования заключается в возможности использования результатов работы в качестве методической основы при оценках риска, обусловленного технологическими процессами уничтожения вооружений с химически активными и отравляющими веществами и обосновании мероприятий по снижению антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты исследования докладывались в 2006 г. и получили одобрение на международной конференции XIX Международные Плехановские чтения (г. Москва).

Результаты диссертации были использованы в ОКР по теме «Технико-экономическое обоснование изготовления опытной установки уничтожения авиационных боеприпасов в снаряжении ипритно — люизитными смесями» (Шифр ОКР «Дробилка-СМ»).

Основные результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе в РЭА им. Г. В. Плеханова при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплине теория риска.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы, в общем объеме которых личный вклад автора составил 2,1 п.л., из них 2 работы опубликованы в журналах, входящих в список ВАК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе диссертационного исследования были получены следующие основные результаты и вытекающие из них выводы:

1. Охарактеризованы современные тенденции в области промышленной безопасности. Отмечено, что с конца 80-х — начала 90-х годов в РФ наметился устойчивый рост числа заболеваний из-за увеличивающегося количества происшествий в техногенной сфере и нарушений производственных технологий. В частности, в 2006 г. возросло количество несчастных случаев и профессиональных заболеваний в промышленном, оборонно-промышленном и топливно-энергетическом комплексах. С начала 2006 года на предприятиях страны произошло 210 аварий, зарегистрирован 541 несчастный случай со смертельным исходом. Только в обрабатывающих производствах погибло 18 человек, что больше уровня 2005 года в 2,6 раза, 44 человека получили тяжелые травмы. Количество происшествий увеличилось также на гражданских воздушных судах РФ, на море и внутренних водных путях, на магистральных трубопроводах и внутрипромысловых нефтепроводах и других производствах.

Анализ современного состояния производственного сектора РФ позволил сделать вывод о том, что причиной отмеченных кризисных явлений стали такие неблагоприятные тенденции, как ухудшение условий производства, падение производственной и технологической дисциплины, физическое и моральное устаревание производственного оборудования. В частности, степень износа основных фондов на предприятиях машиностроения в 2006 году составила 51,2%.

Особую опасность представляют производства с возможным высвобождением энергии и поступлением в окружающую среду химически и биологически опасных веществ, в связи с их способностью к мгновенному распространению в окружающем пространстве и токсичностью для организма человека. К их числу и относятся предприятия по уничтожению химического оружия, в частности — снарядов с отравляющими веществами. Масштабы их деятельности в России определены Конвенцией о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении (1993г.) Причем оружие с кожно-нарывными отравляющими веществами, такими как иприт, люизит и их смеси, согласно Конвенции, должно быть уничтожено в первую очередь.

В этой связи возрастает необходимость обеспечения безопасности населения и природной среды на этих производствах. Такое обеспечение должно базироваться на концепции риск-анализа, предполагающей оценку уровней рисков и обоснование рациональных мер по их снижению на основе сопоставления их уровней с рискоснижающими затратами.

2. Проанализированы существующие определения понятия риска и систематизированы различные подходы к оценке его уровня с учетом различий в степени неопределенности исходной информации, приведены различные варианты классификации рисков.

В работе отмечена существующая неоднозначность, множественность в определениях понятия «риск». Риск представляется и как мера опасности, и как вероятность неблагоприятного события, и как деятельность в условиях неопределенности. Для целей управления величину риска целесообразно определить уровнем возможного ущерба даже в тех случаях, когда на это нет прямых указаний. Такой подход позволяет обосновать эффективность мер по управлению риском на основе сопоставления стоимости этих мер и стоимостных оценок возможных остаточных потерь (материальных, людских, информационных и т. п.) после их внедрения.

В качестве количественной меры риска можно использовать показатель среднего риска или квантили его распределения, одновременно учитывающие вероятность наступления неблагоприятного события и величину причиняемого им ущерба.

Такое представление техногенного риска позволяет подойти к оценке и управлению уровнями рисков на основе принципа ALARA, т. е. исходя из экономической целесообразности. Реализация этого принципа на практике базируется на минимизации издержек управления рисками, определяемыми как сумма затрат на снижение рисков и риска, оставшегося после их осуществления.

Особое внимание в диссертационном исследовании уделено классификациям техногенных рисков. С учетом критериев, положенных в основу определения техногенного риска, предложена классификация техногенного риска, учитывающая характер риска, масштаб воздействия риска и реципиентов воздействия.

3. Выделены основные рисковые события при утилизации боеприпасов с ипритно-люизитными смесями: утечка ипритно-люизитных смесей (в данном случае существует риск для здоровья персонала) и авария в ходе технологического процесса, сопровождающаяся значительным выбросом ипритно-люизитных смесей в окружающую среду (риск для персонала и населения, проживающего поблизости от места аварии). Риск для здоровья и жизни персонала и населения, связанный с отмеченными событиями, обусловливается исключительным поражающим воздействием ипритно-люизитных смесей. Проведенный анализ поражающих свойств и механизмов токсического действия ипритно-люизитных смесей позволяет заключить, что в случае утечки данных отравляющих веществ или аварии, связанной с их выбросом в атмосферу, значительный ущерб может быть нанесен:

— окружающей природной среде: ипритно-люизитные смеси токсичны для растений и почвы, оказывают влияние на протекание химических процессов в атмосфере, изменяют естественный материальный баланс водной средыработникам предприятия и населению, проживающему на прилегающей к предприятию территории: ипритно-люизитные смеси являются универсальным клеточным ядом, поражающим при отравлении все ткани, органы и системы организма, последствиями чего являются потери здоровья и гибель людей;

— материально-технической базе производства в случае взрыва химического реактора, что приведет к повреждению или утрате основных фондов предприятия.

Основное внимание уделено риску для здоровья и жизни персонала и населения с учетом того, что ипритно-люизитные смеси характеризуются высокой летучестью и не представляют серьезной опасности для окружающей среды производственной зоны, а вероятность взрыва реактора чрезвычайно мала.

4. С целью установления источников и объемов утечки отравляющих веществ проведен детальный анализ конструкции опытной установки и технологического процесса утилизации авиационных боеприпасов с ипритно-люизитными смесями. Описаны основные технические характеристики и приведена блок-схема опытной установки по уничтожению боеприпасов. Установлены потенциальные места утечки или выброса взрывоопасных и токсичных компонентов в химическом реакторе, трубопроводах и агрегате расснаряжения: сильфонные и мембранные узлы герметизацииэластомерные прокладкиуплотнения фланцевых соединений в трубоповодах, соединяющих химический реактор с агрегатом расснаряжения, хранилищем для приема продуктов детоксикации и системой газоочистки.

Объемы утечки ипритно-люизитных смесей оценены с использованием среднестатистических норм удельной утечки, характеризующих объем поступления отравляющих веществ через единицу периметра, либо через единицу площади за единицу времени.

Расчеты, основанные на данных об удельной утечке, позволили установить суммарный объем утечек ипритно-люизитных смесей в химическом реакторе, агрегате расснаряжения, и трубопроводах подачи и вывода отравляющих веществ. Он находится в следующих пределах:

131,94 768' 10″ 3 мм3/с <Q<691,9734-Ю'3 мм3/с.

С учетом того, что плотность ипритно-люизитных смесей равна р =1,6 мг/м3, интенсивность массы утечки отравляющих веществ находится в пределах:

211Д16 288−10−3 мг/с < Qm< 1107,15 744-Ю" 3 мг/с.

Полученные данные об объемах утечки ипритно-люизитных смесей позволили рассчитать концентрацию ипритно-люизитных смесей в производственном помещении.

5. Разработана модель оценки риска при малых дозах воздействия отравляющих веществ с учетом возможного спектра нежелательных для здоровья эффектов. В их числе выделены:

— увеличение частоты заболеваний органов дыхания, сердечнососудистой, периферической и центральной нервной систем, желудочно-кишечного тракта;

— увеличение частоты случаев инвалидности по заболеваниям дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

— увеличение частоты смертельных случаев.

Значения индивидуальных рисков, вызванных малыми дозами воздействия ипритно-люизитных смесей, приведены в таблице 2.2.

6. С целью получения оценок рисков здоровью и жизни населения при аварии на опытной установке проведено моделирование распространения высвобождающихся в результате аварии газообразных компонентов и паров ипритно-люизитных смесей в атмосферу.

Построены пространственное и пространственно-временное распределение концентрации отравляющих веществ в результате поступления ипритно-люизитных смесей в атмосферу после взрыва, на основе которого могут быть определены уровни социального и индивидуального рисков для персонала и населения.

7. Разработан подход к оценке риска для здоровья и жизни персонала предприятия и населения, проживающего на прилегающей к предприятию территории в случае аварии на предприятии, связанной с выбросом значительной массы отравляющих веществ.

По результатам расчетов построен график изменения вероятности летальных исходов для индивидуума по мере удаления от источника выброса отравляющих веществ (рис.24).

Расчеты проведены с учетом того, что степень токсического поражения человека помимо расстояния до места утечки ОВ зависит от целого ряда случайных факторов, определяющими среди которых являются стратификация атмосферы, направление и скорость ветра. С учетом этих факторов сформировано интегральное поле потенциального риска для прилегающей к химически опасному объекту территории и оценен уровень социального риска для персонала предприятия и населения, проживающего в зоне возможного воздействия ОВ (табл.2.5).

8. Произведена оценка экономического ущерба потерь здоровья и жизни населения в результате аварии при выполнении работ по утилизации отравляющих веществ. При этом стоимостные оценки потерь в результате заболеваемости и преждевременной смертности населения определялись с использованием двух подходов: на основе прямых оценок стоимости дня болезни и на основе оценок стоимости года жизни человека.

С учетом оценок величины стоимости года жизни человека в РФ (примерно 5−6 тыс. $США), прирост ущерба от смертности населения и персонала предприятия, вызванный ухудшением качества окружающей природной среды из-за утечки ипритно-люизитных смесей и аварии, связанной с выбросом ипритно-люизитных смесей в атмосферу, составил приблизительно 1 млн. долларов США. В расчетах предполагалось, что средний возраст человека равен 40 годам и потери его жизни, соответственно, составляют примерно 25 лет. С учетом этих предпосылок, суммарным социальный ущерб от увеличения случаев инвалидности, заболеваний и летальных исходов в результате аварии и утечки ипритно-люизитных смесей на предприятии составил примерно 4,5 млн. долларов США. Ущерб от инвалидности оценивается величиной примерно в 3,4 млн. долларов США, а от заболеваний — в 140 тыс. долларов США.

9. Разработаны меры по управлению риском утилизации боеприпасов с отравляющими веществами и произведена оценка эффективности этих мер.

Управление риском в работе связывалось с реализацией мероприятий, обеспечивающих выполнение одного или нескольких следствий: снижение вероятности проявления, силы события, повышение уровня защищенности объекта, устранение последствий проявления события и т. п.

В состав этих мер вошли: замена и модернизация оборудования опытной установкизамена системы вентиляцииоснащение предприятия f современными устройствами противоаварийной автоматики и средствами сигнализацииповышение квалификации персоналамедицинский контроль персоналаобеспечение защиты населения от воздействия аварийных выбросов отравляющих веществперенос предприятия в незаселенный район.

По результатам произведенных расчетов наиболее эффективной оказалась стратегия, предполагающая частичную замену и модернизацию оборудования опытной установки. Экономический эффект от реализации данной стратегии является максимальным и составляет 4,5 млн. долларов США.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволили существенно снизить риски утилизации боеприпасов с ипритно-люизитными смесями для персонала предприятия, занятого в процессе утилизации, и проживающего вблизи предприятия населения. Разработанные в диссертации подходы, модели и методы оценки и управления рисками могут быть использованы при уничтожении снарядов с отравляющими веществами, что позволит оценить экономическую целесообразность проводимых работ, обосновать рациональные меры по управлению рисками в случае превышения ими допустимых уровней, определяемых нормативами гигиенического состояния окружающей среды, и, в конечном итоге, обеспечить техногенную и экологическую безопасность процесса утилизации химического оружия.