ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

(справочное)

ПРИНЦИП РАЗРАБОТКИ ВЕРОЯТНОСТНОЙ МОДЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА МН

Вероятностная модель безопасности ОМН отображает процессы функционирования и логику взаимодействия систем и элементов магистрального нефтепровода при различного вида авариях. Она включает в свой состав множество деревьев событий, связанных с деревьями отказов или СФЦ систем управления, систем локализации, систем энергообеспечения и т.д., с моделями действий персонала. Модель безопасности разрабатывается исходя из условия, что конечной целью работы данной организационно-технической системы является минимизация выхода нефти в окружающую среду при авариях на МН.

Общий вид вероятностной модели безопасности ОМН можно представить с помощью рисунка Ж.1:

Рисунок Ж.1 – Общий вид логико-вероятностной модели безопасности ОМН

Деревья событий должны разрабатываться для всех групп ИС (причин аварий):

–стихийные явления (оползни, землетрясения, паводки и др.);

–дефекты соединений и узлов, разрывы прокладок запорной арматуры, нарушения герметичности трубопроводов;

–механические повреждения трубопроводов при производстве работ в охранной зоне ОМН;

–нарушения сплошности металла труб, сварных соединений, вызванные электрохимической, почвенной или внутренней коррозией;

–разрывы или трещины сварных соединений трубопроводов, дефекты металла;

–несанкционированные врезки;

–ошибки эксплуатационного персонала;

–аварии основного и вспомогательного оборудования сооружений ГПС, ПС, НП.

С помощью деревьев отказов или СФЦ моделируют:

–работу локализующей арматуры;

–действия персонала;

–реакцию АСУ ТП на сигналы о разгерметизации участка трубопровода;

–работу насосов, электродвигателей и их вспомогательных систем;

–функционирование резервуаров;

–работу электрических распределительных устройств, трансформаторов;

–функционирование других элементов, влияющих на процесс.

Деревья событий и деревья отказов или СФЦ должны строиться с учетом зависимостей между ИС и функционированием систем и элементов ОМН, отказов по общей причине и т.п.

Для каждой ветви дерева событий (аварийной последовательности) назначается признак успешности или неуспешности данного конечного состояния ОМН. В простейшем случае данный признак должен соответствовать одному из двух случаев:

–авария локализована - ОК

–авария не локализована – CD.

При более глубоком анализе для каждого конечного состояния с повреждением ОМН должен задаваться свой признак, характеризующий степень тяжести аварии и величины ущерба.

Код (ПК) для ВАБ и построенная с его помощью вероятностная модель должны позволять рассчитывать вероятность реализации как каждого КС, каждой АП, так и вероятность реализации КС с одинаковой степенью ущерба, определять вклады и значимости отдельных ИС, АП, систем и элементов МН.

ПРИЛОЖЕНИЕ И

(справочное)

ПРОЦЕДУРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ РАСЧЕТОВ ВАБ

После построения ДС, ДО или СФЦ для количественной оценки вероятностных показателей ОМН производятся расчеты и анализ полученных результатов. При этом выделяют три основных этапа:

1) генерация и анализ минимальных сечений отказов системы;

2) анализ неопределенности полученных результатов количественной оценки вероятностных показателей системы;

3) анализ значимости и чувствительности.

Целью первого этапа является количественный анализ модели ВАБ и получение оценки частоты неуспешных конечных состояний при возникновении инициирующих событий.

Для исключения потери зависимостей между ошибками персонала на этапе предварительного количественного анализа расчеты следует выполнять при значениях ВОП равных единице. Не следует вводить ограничения на количество элементов в минимальных сечениях^{^[2]}. При проведении предварительных количественных анализов необходимо идентифицировать все минимальные сечения, содержащие более одной ошибки персонала. На этапе окончательного анализа для всех подобных минимальных сечений следует учитывать зависимости между действиями персонала.

И.1 Вычисляемые показатели безопасности ОМН

В ходе вычислений рассчитывается вероятность повреждения ОМН заданной степени тяжести. Данный показатель оценивается на основе расчета вероятности реализации всего множества минимальных сечений, входящих в совокупность АП с повреждением ОМН.

Кроме того, в ходе количественного анализа рассчитываются:

– вероятности реализации вершинных событий деревьев отказов (отказы систем) – рассчитываются на основе минимальных сечений деревьев отказов;

–частоты реализаций аварийных последовательностей - рассчитываются на основе минимальных соответствующих аварийных последовательностей;

–частоты реализации конечных состояний с заданной степенью ущерба рассчитываются на основе минимальных соответствующих конечных состояний.

Для расчета перечисленных выше показателей требуются следующие исходные данные:

–частоты ИС;

–интенсивности отказов или вероятности отказа на требование элементов ОМН, находящихся в режиме ожидания;

–интенсивности отказов элементов в режиме работы;

–параметры моделей отказов по общей причине;

–параметры, характеризующие неопределенность данных по надежности оборудования, вероятностям ошибок персонала и частотам ИС;

–длительность периода времени между проверками работоспособности элементов;

–средняя длительность проверок и/или ремонтов элементов;

–допустимое время восстановления элементов.

И.2 Генерация и анализ минимальных сечений отказов

Генерация наборов минимальных сечений (МС) выполняется по нисходящему алгоритму, начиная с созданием сечения, состоящего из вершинного события дерева, как единственного элемента МС. На втором шаге верхний логический элемент заменяется его входами. Если верхний логический элемент является оператором «И», все его входы добавляются к набору сечений. Если логический элемент является оператором «ИЛИ», то для каждого его входа создаются новые наборы сечений. Процесс выполняется до тех пор, пока все элементы набора сечений не станут состоять только из основных (базисных) событий. Наборы сечений, сгенерированные в соответствии с данным алгоритмом, не являются конечными, т.к. они не минимальны.

Для минимизации сечений используются базовые соотношения алгебры логики, а также предусматривается процедура проверки, при которой из каждого полученного минимального сечения последовательно удаляются повторяющиеся элементы и осуществляется проверка появления верхнего события дерева отказов. Если верхнее событие реализуется, то сечение не является минимальным и удаляется из набора сечений, в противном случае остается.

Для всех минимальных МСО оценивается вероятность их реализации по формуле:

, (И. 1)

где: Q_i – вероятность i-ого базового события (отказа элемента ОМН),

k – количество базовых событий в МСО.

После оценки вероятности всех МСО производится оценка вероятности для верхнего события путем суммирования вероятностей реализации всех МСО дерева отказов.

, (И. 2)

где n – общее число МСО.

Важным элементом процесса генерации минимальных сечений является процедура отсечения, которая предназначена для разумной минимизации вероятностной функции, по которой будет производиться расчет вероятностных показателей системы. В программных комплексах логико-вероятностного моделирования существует два способа задания величины отсечения - вероятностное отсечение и отсечение по превышению количества основных событий в сечении.

При использовании вероятностного отсечения задают либо абсолютное значение порога отсечения ACUTM, либо относительное значение RCUTM. Оба эти значения могут принимать значения в диапазоне от 0,00 до 0,99.

При использовании абсолютного значения порога отсечения все наборы сечений, имеющие вероятность ниже, чем значение порога отбрасываются в процессе квантификации.

При использовании относительного значения порога отсечения сначала определяется сумма вероятностей всех сечений набора - QSUM, а затем оценивается абсолютное значение порога отсечения по формуле ACUTM=RCUTM * QSUM.

Использование процедуры отсечения приводит, в свою очередь, к появлению ошибки отсечения, которая должна быть определена в процессе квантификации. При квантификации пороги отсечения должны задаваться таким образом, чтобы ошибка отсечения составляла лишь небольшую долю от вероятности верхнего события дерева отказов.