Построение дерева отказов для несчастных
случаев в металлургическом производстве
Сысоев
Алексей Анатольевич,
аспирант кафедры безопасности
жизнедеятельности Московского государственного института стали и сплавов.
В настоящее время самое широкое распространение
при моделировании опасных процессов, в том числе несчастных случаев, получили
диаграммы причинно-следственных связей, называемые деревьями отказов и деревьями
событий.
Общая процедура моделирования и априорной
количественной оценки среднего ущерба от техногенных происшествий с помощью
диаграмм причинно-следственных связей типа «дерево» обычно включает следующие
этапы (Белов П.Г.): 1) выбор опасного процесса и уточнение цели его
моделирования; 2) построение моделей типа «дерево отказов» и «дерево событий»;
3) проведение качественного анализа моделируемого процесса; 4) количественная
оценка техногенного риска; 5) обоснование мероприятий по снижению техногенного
риска.
На первом этапе в качестве опасного процесса
для исследования были выделены характерные для металлургического производства
несчастные случаи, основным травмирующим фактором которых являлся выброшенный
из металлургического агрегата расплав. При этом выброс расплава мог быть результатом
взрыва в агрегате либо бурного протекания химических реакций в нем.
На втором этапе проводится построение дерева
отказов. В вершине дерева отказов лежит верхнее нежелательное событие (ВНС), в
данном случае – травмирование людей в результате
выброса расплава из агрегата. Построение ДО производится вниз от ВНС с учетом
событий, его вызывающих, и заканчивается показом первичных событий, причины
наступления которых по тем или иным соображениям не исследуются. Символы, используемые
при построении дерева отказов, приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Логические
символы для построения дерева отказов.
|
Обозначение |
Интерпретация |
Обозначение |
Интерпретация |
|
|
Событие, дальнейшее рассмотрение вниз которого
нецелесообразно или детально не разработано |
выход
вход |
Логическая связь «ИЛИ». Событие на выходе
произойдет при условии совершения хотя бы одного из событий на входе |
|
|
Событие, являющееся результатом нижерасположенных
событий |
выход
вход |
Логическая связь «И». Событие на выходе произойдет при условии совершения всех событий на входе |
|
|
Первоначальное, независимое от других событие
с достаточными данными |
|
|
При построении дерева отказов использовались
результаты анализа реальных инцидентов, происшедших в металлургической
промышленности РФ. За 1998-2001 г.г. в металлургической отрасли произошло 32
инцидента с выбросом расплава (6 аварий и 26 несчастных случаев, в которых
пострадало 66 человек, 17 из которых погибло).
Для каждого инцидента был проведен анализ
причинно-следственных связей, по результатам которого строились схемы
происшествия инцидента (Мартынюк В.Ф. и др.). Ниже приведены примеры построения
схем причинно-следственных связей для двух инцидентов.
Инцидент
1. 28 февраля 2001 года произошел групповой несчастный случай в ОАО
«Северсталь», г. Череповец Вологодской области.
При работе бригады № 2 под руководством
мастера смены на шахтной печи фирмы «ФУКС Системтехник»
производилась выплавка полупродукта стали марки 10ХСНД, плавка № 00868.
После выпуска предыдущей плавки № 00867 в 8 ч
49 мин сталевар и мастер смены совместно осмотрели состояние печи (подины,
откосов, водоохлаждаемых элементов), закрыли
сталевыпускное отверстие и поставили печь в горизонтальное положение. В это же
время печь осматривал персонал технических дежурных служб энергетиков,
электриков, механиков, гидравликов. По окончанию технического осмотра состояния
печи сделана запись в агрегатном журнале о готовности шахтной печи к работе.
В 9 ч 10 мин мастер смены подал команду на
включение печи. В это же время был опущен в рабочее состояние свод, закрыта
заслонка рабочего окна, включены газокислородные стеновые горелки с расходом
газа 100 м3/ч и кислорода 230 м3/ч. Был произведен сброс
подогретой до 700-750 °С завалки (загруженной на предыдущей плавке) с пальцев шахты в печь в
количестве 67 т, состоящей из 53 т копрового лома, 10 т обрези
и 4 т скрапа. Затем был открыт колпак шахты и сделана подвалка из грейферной
корзины 38 т копрового лома. Для заливки жидкого чугуна в рабочее окно печи
завели желоб и в 9 ч 14 мин залили 30 т чугуна. После заливки чугуна желоб был
отведен в парковочную позицию на расстояние
По истечении 6 мин после слива чугуна и
отработке 9 МВт электроэнергии в 9 ч 20 мин произошел хлопок в рабочем
пространстве печи с выбросом пламени и шлака через зазор между заливкой
рабочего окна и порогом, причинив ожоги пламенем и шлаком 2-3 степени площадью
10 % поверхности тела подручному сталевара и 15 % огнеупорщику.
Согласно медицинскому заключению полученные пострадавшими травмы к тяжелым не относятся.
Схема причинно-следственных связей инцидента
1 представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема причинно-следственных
связей инцидента 1.
Инцидент
2. 4 января 1998 года произошел групповой несчастный случай в ОАО «ММК», г. Магнитогорск
Челябинской области.
В 19 ч 05 мин на конвертере № 1 упала левая
кислородная фурма. После падения фурмы на пульте управления котлом ОКГ-400
сработала блокировка «забивание скруббера». Бригадир слесарей-ремонтников и два
слесаря-ремонтника по команде сменного мастера энергослужбы
приступили к очистке гидробаков котла-охладителя,
расположенных на отметке +22,000 м.
Старший производственный мастер смены по
команде начальника цеха приступил к организации работ по подъему фурмы и дал
команду сменному мастеру энергослужбы готовиться к
подъему фурмы. Сменный мастер дал задание слесарю энергослужбы
закрыть водяную задвижку с ручным приводом. Старший мастер дал задание
машинисту крана поднимать фурму электромостовым
краном № 18, а сам со сменным мастером механослужбы и
сменным мастером энергослужбы осмотрел привод фурмы
машины подачи кислорода. При осмотре было выяснено, что сдвинута «рубашка»
муфты сцепления двигателя с редуктором. Сменный мастер энергослужбы
вместе с третьим слесарем-ремонтником и подручным сталевара поднялись на площадку
обслуживания фурменного окна (отметка +31,00 м). Третий слесарь-ремонтник
зацепил фурму и дал команду машинисту крана на подъем.
В 20 ч 06 мин фурма была поднята на стенд для
демонтажа фурм, и в это время произошел взрыв.
Первый и третий слесари-ремонтники, подручный
сталевара и машинист крана получили термические ожоги различной степени тяжести
от выбросов пароводяной эмульсии и шлака. Первый слесарь-ремонтник получил
ожоги 2-3 степени лица и коленных суставов, машинист крана – ожоги 1-2 степени
лица. Третий слесарь-ремонтник получил ожоги 3 степени площадью 50 %
поверхности тела и от полученных травм 17 января 1998 года скончался. Подручный
сталевара получил ожоги 2-3 степени площадью 50 % поверхности тела и от
полученных травм 15 января 1998 года скончался.
Расследованием установлено: взрыв в полости
конвертера произошел вследствие падения левой кислородной фурмы с последующим
разрывом компенсатора на трубе подачи кислорода и попаданием охлаждающей воды в
жидкий шлак, находящийся в конвертере; после падения кислородной фурмы в
конвертере произошло несколько хлопков, повлекших за собой забивание гидробаков котла; работниками механослужбы
и электрослужбы конвертерного отделения регулярно
нарушались правила технической эксплуатации в части проведения регулярных
осмотров и ремонтов основных узлов машины подачи кислорода.
Установлено, что техническим фактором,
определяющим возникновение аварии, явилось разрушение упорного бурта зубчатой
обоймы, соединяющей валы электродвигателя и редуктора привода подъема и
опускания фурмы вследствие: отрыва металлического настила по сварке от несущих
металлоконструкций платформы МПК; нарушения соосности
валов электродвигателя и редуктора из-за смещения электродвигателя; изменения
проектных размеров посадочных отверстий под болты крепления электродвигателя в
сторону увеличения их диаметра;
крепления электродвигателя непроектными крепежными деталями.
Схема причинно-следственных связей инцидента
2 представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема причинно-следственных
связей инцидента 2.
Подобные схемы были построены для каждого из
анализируемых инцидентов, после чего было проведено построение обобщенного
дерева отказов для инцидентов с выбросом расплава из металлургических
агрегатов.
Аварии, при которых пострадавших не было,
также рассматривались при построении дерева отказов, так как они протекают по
принципиально той же схеме, что и несчастные случаи, имея при этом другое
верхнее нежелательное событие (выброс расплава из агрегата), присутствующее во
всех схемах для несчастных случаев.
При построении дерева отказов логические
связи между событиями устанавливались исходя из того, берутся ли они из одной
или нескольких причинно-следственных схем. Если события берутся из одной схемы,
то взаимосвязь устанавливается при помощи оператора «И». Если же
устанавливается взаимосвязь между событиями, зафиксированными в независимых и
дополняющих друг друга инцидентах, то связь между событиями устанавливается при
помощи оператора «ИЛИ».
Обобщенное дерево отказов приведено на рис.
3. Для пояснения процесса построения на рис. 3 выделены события двух
рассмотренных выше инцидентов, вошедшие в обобщенное дерево отказов.
.
инцидент 1
инцидент 2
Рис. 3. Обобщенное дерево отказов для травмирования людей в результате выброса расплава из металлургического
агрегата.
Совокупность событий, приводящих к верхнему
нежелательному событию, достаточно сложна, поэтому на рис. 3 приведены только
номера событий, расшифровка номеров представлена в табл. 2.
Таблица 2.
Сводная
таблица событий дерева отказов.
|
Шифр события |
Условное обозначение |
Описание события |
|
С0 |
|
Травмирование пострадавшего в результате выброса расплава |
|
С1 |
Нахождение пострадавшего в зоне выброса расплава |
|
|
С2 |
Выброс расплава из агрегата |
|
|
С3 |
Взрыв |
|
|
С4 |
Интенсивное протекание химических реакций в агрегате |
|
|
С5 |
Вылив металла через загрузочную горловину |
|
|
С6 |
Загрузка в агрегат взрывоопасных веществ |
|
|
С7 |
Попадание в агрегат воды из системы охлаждения |
|
|
С8 |
Взаимодействие расплава с водой, находящейся на полу цеха |
|
|
С9 |
Взаимодействие расплава с влагой футеровки агрегата |
|
|
С10 |
Нарушение технологического процесса |
|
|
С11 |
Разрушение системы водяного охлаждения |
|
|
С12 |
Сильный наклон агрегата |
|
|
С13 |
Наличие взрывоопасных веществ в шихте |
|
|
С14 |
Наличие влаги в футеровке агрегата |
|
|
С15 |
Попадание металла при сливе на пол |
|
|
С16 |
Слив металла на пол |
|
|
1 |
|
Отсутствие средств защиты |
|
2 |
|
Нахождение пострадавшего на рабочем месте |
|
3 |
|
Случайное нахождение пострадавшего в опасной зоне |
|
4 |
|
Перекрывание сливной горловины сгустком металла |
|
5 |
|
Ошибочная команда |
|
6 |
|
Нарушение правил эксплуатации агрегата |
|
7 |
|
Нарушение технологии завалки шихты |
|
8 |
|
Нарушение технологии ведения плавки |
|
9 |
|
Отсутствие контроля шихты на взрывобезопасность |
|
10 |
|
Нарушение режима эксплуатации |
|
11 |
|
Образование дефектов при эксплуатации |
|
12 |
|
Наличие дефектов по вине изготовителя |
|
13 |
|
Отсутствие отверстий для стока влаги в мульде с шихтой |
|
14 |
|
Нарушение технологии подготовки шихты |
|
15 |
|
Наличие воды на полу цеха |
|
16 |
|
Нарушение технологии чистки агрегата |
|
17 |
|
Нарушение технологии сушки агрегата |
|
18 |
|
Нарушение технологического процесса |
|
19 |
|
Неудовлетворительная организация технологического процесса |
|
20 |
|
Ошибочная команда |
При построении такого дерева отказов невозможно
учесть события, которые в принципе произойти могут, но в рассмотренных
инцидентах зафиксированы не были. Однако в случае выявления не учитываемых в
данном дереве отказов аварийных ситуаций дерево может быть дополнено. Кроме
того, вероятность реализации зафиксированных инцидентов, по-видимому, выше, чем
незафиксированных.
Анализируя распределение инцидентов по видам
металлургических агрегатов, следует отметить, что 6 из имевших место инцидентов
произошли на кислородных конвертерах, 6 – на электропечах, 4 – на газовых
плавильных печах, 4 – на мартеновских печах, 2 – на ковшах после слива в них
металла.
Представляют определенный интерес данные о
процентном распределении причин инцидентов в соответствии с деревом отказов,
приведенным на рис. 3.
Основными причинами выброса расплава
являются: взрывы (81 % всех инцидентов), а также бурное протекание химических
реакций в агрегате (16 %). В одном случае выплеск расплава произошел в результате
сильного наклона агрегата (конвертера для варки меди).
35 % от числа взрывов произошло из-за
загрузки в агрегат взрывоопасных веществ (воды, масла, взрывчатых веществ,
неустановленных взрывоопасных предметов), 46 % взрывов произошло вследствие
попадания в расплав воды из системы охлаждения, 11 % взрывов произошло из-за
взаимодействия металла с влагой, содержащейся в футеровке агрегата (ковша, в который
сливается металл или желоба, по которому он сливается), 8 % взрывов произошло
из-за взаимодействия расплава с водой, находящейся на полу цеха.
Необходимо отметить, что, хотя по причине попадания
металла на мокрый пол произошло всего 8 % взрывов (из 81 % в общем числе
случаев), т.е. всего 2 инцидента, к их числу относится крупнейший по количеству
жертв инцидент 7 апреля 1998 года в ОАО «УралАЗ» (г.
Миасс Челябинской области), когда из-за неудовлетворительной организации
технологического процесса (кончился кислород для прожига летки) был произведен
выпуск около 20 т расплавленного металла из вагранки на пол, на котором была
вода, после чего произошел взрыв, в результате которого пострадало 10 человек,
2 из которых – смертельно.
Исследование дерева отказов позволяет выявить
наиболее уязвимые места и существенные нежелательные события, что помогает
выбрать защитные мероприятия или технические решения, снижающие вероятность возникновения
аварийной ситуации.
Проведение качественного и количественного анализа
процесса, а также выбор мероприятий по снижению риска (3, 4 и 5-й этапы
процедуры оценки) являются предметом отдельного исследования.
Литература.
1. Анализ аварий и
несчастных случаев в металлургии / В. Ф. Мартынюк, В. Ф. Матрохин,
А. А. Сысоев. – М.: ООО Анализ
опасностей, 2008 – 296 с.
2. Белов П.Г. Моделирование опасных процессов
в техносфере. – Киев: КМУГА, 1999. – 124 с.
Поступила в редакцию 10.11.2008 г.