3.1.1.2. Угрозы техногенной безопасности и разработка мер по их устранению

Развитие техногенной сферы в ХХ веке имело исключительно высо­кие темпы в сравнении с предыдущими столетиями. Это привело как в каж­дой из индустриально развитых стран, так во всем мире к двум диаметраль­но противоположным последствиям:

· были достигнуты выдающиеся результаты в электронной, атом­ной, космической, авиационной, энергетической и химической технике, в биологии, генной инженерии, продвинувшие челове­чество на принципиально новые рубежи во всех сферах жизнедея­тельности;

· были созданы невиданные ранее потенциальные и реальные угро­зы человеку, созданным им объектам, локальной и глобальной среде обитания не только в военное, но и в мирное время.

Преимущественно в последнее десятилетие эти угрозы были осоз­наны под влиянием крупнейших техногенных катастроф на объектах раз­личного назначения: ядерных (СССР, США), химических (Индия, Италия, США, Мексика, СССР), космических и авиационных (США, Россия), над­водных и подводных (СССР, США, Эстония, Англия). Анализ и обобщение в рамках Государственной научно-технической программы «Безопасность» многочисленных данных (измеряемых тысячами и десятками тысяч в наи­более развитых странах) позволили провести классификацию техногенных аварий и катастроф. По масштабам охваченных ими стран и территорий, по числу жертв и пострадавших, по экономическому и экологическому ущербу были выделены глобальные, национальные, региональные, локальные и объектовые катастрофы

По степени потенциальной опасности, приводящей к подобным ката­строфам в техногенной сфере гражданского комплекса, можно выделить объекты ядерной, химической, металлургической и горнодобывающей про­мышленности, уникальные инженерные сооружения (плотины, эстакады, нефтегазохранилища), транспортные системы (аэрокосмические, надвод­ные и подводные, наземные), перевозящие опасные грузы и большие массы людей, магистральные газо-, нефте- продуктопроводы.

Аварии и катастрофы на указанных объектах могут инициироваться опасными природными явлениями - землетрясениями, ураганами, шторма­ми. Сами техногенные аварии и катастрофы при этом могут сопровож­даться радиационными и химическими повреждениями и заражениями, взрывами, пожарами, обрушениями. Типы и параметры поражающих фак­торов при этом могут изменяться в весьма широких пределах.

Для обеспечения техногенной безопасности на границе ХХ и ХХI веков должно быть учтено, что в мировой техногенной гражданской и оборонной сфере насчитывается до 103 объектов ядерной техники мирного и военного назначения, более 5?104 ядерных боеприпасов, до 8?104 тонн химических вооружений массового поражения, сотни тысяч тонн взрыво­пожароопасных, сильно действующих ядовитых веществ, десятки тысяч объектов с высокими запасами потенциальной и кинетической энергии, энергии газов и жидкостей.

Таблица 3.1.1

Вероятность крупных аварий (1 год)

Вероятности возникновения наиболее тяжелых катастроф первых трех классов в мирное время составляют от (2¸3)?10-2 до (0,5¸1)?10-1 1/год, а ущербы от 1011 до 109 долл./катастрофа.

При анализе безопасности техногенной сферы следует учитывать как упомянутые выше ущербы, так серийность соответствующих потенциально опасных объектов. Наиболее тяжелые аварийные ситуации возникают на уникальных объектах - единичных и многосерийных. Число однотипных атомных энергетических реакторов составляет 1-10 при их общем числе в эксплуатации 450-500, число однотипных ракетно-космических систем обычно составляет от 3-5 до 50-80. Среднесерийные потенциально опасные объекты исчисляются сотнями и тысячами, а крупносерийные - десятками и сотнями тысяч (автомобили, сельскохозяйственные машины, станки). В соответствии с изложенным интегральные экономические риски, опреде­ляемые произведением единичных рисков на число объектов, оказываются сопоставимыми как для глобальных, так и для объектовых катастроф.

Таким образом, ущербы от единичных катастроф глобального и объектового масштаба отличаются на 8-10 порядков, риски на 4-6 порядков, а интегральные ущербы на 1-3 порядка.

Исключительно важное значение как для нашей страны, так и для других промышленно развитых стран имеет достигнутый уровень проект­ного обоснования безопасности потенциально опасных объектов. Примени­тельно к объектовым и локальным авариям для крупносерийных техничес­ких систем, в которых опасные повреждения возникают в нормальных условиях эксплуатации, уровень проектного обоснования безопасности и надежности составляет 10-100%. При этом большое значение имеют нацио­нальные и международные нормы проектирования, изготовления и эксплуа­тации, а также огромный и длительный опыт обеспечения безопасного функционирования этих систем.

Опасные и катастрофические разрушения крупно- и среднесерийных технических систем в условиях нормальной эксплуатации прогнозируются уже в существенно меньшей мере - от 1 до 10%. Предварительный коли­чественный анализ крупных аварийных ситуаций удается пока проводить в 0,1-1,0% случаях.

Из данных о вероятностях и рисках техногенных аварий и катастроф на объектах с исключительно высокой потенциальной опасностью следует, что различие в уровнях требуемых и приемлемых (в национальных и меж­дународных рамках) рисков, с одной стороны, и уровнем реализованных рисков, с другой, достигает двух и более порядков. Вместе с тем известно, что повышение уровня защищенности объектов от аварий и катастроф на один порядок требует больших усилий в научно-технической сфере и существенных затрат, сопоставимых с 10-20% стоимости проекта.

Сказанное выше потребовало постановки на национальном и между­народном уровне новых фундаментальных и прикладных научных задач:

· математической теории катастроф и вероятностной теории рисков;

· физики, химии и механики аварийных ситуаций и катастроф;

· теории жесткой, функциональной и комбинированной аварийной защиты объектов, операторов и персонала;

· теории мониторинга и прогнозирования (с применением косми­ческих, воздушных и наземных систем) сценариев и последствий техногенных катастроф;

· научных методов, технологий и техники ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций техногенного характера.

Таблица 3.1.2

Типы аварийных ситуаций и степень защищенности от них

При анализе безопасности сложных технических систем сформули­рованы три основных вида аварийных ситуаций: проектные, запроектные и гипотетические (рис.

При переходе к запроектным авариям анализируются нелинейные закономерности деформирования и разрушения - при этом напряжения становятся менее информативными параметрами, чем дефор­мации. Повреждения от вибраций и усталости переходят в повреждения от малоцикловой усталости. Еще большее возрастание s и e обусловливает переход к гипотетическим авариям и катастрофам. При этом теоретической основой анализа таких ситуаций является статическая и динамическая нелинейная механика разрушения. Одним из параметров такого подхода к количественному анализу развития аварийных ситуаций может служить расчетно-экспериментальное обоснование безопасности атомной станции теплоснабжения АСТ-500, выполненное в ОКБМ МАЭ (г. Нижний Новго­род) и ИМАШ РАН (г. Москва). В качестве барьеров выхода радиоактив­ности при тяжелой аварии рассмотрены корпус реактора, страховочный корпус и контаймент. Поэтому рассчитываемое и контролируемое развитие аварий с образованием и распространением трещин, с раскрытием главных болтовых разъемов дает немгновенное катастрофическое разрушение и монотонно нарастающие (в течение часов) давление, температуры и утечки. В этом случае могут быть применены системы аварийной защиты, меры локализации аварии и механизмы управления чрезвычайной ситуацией. По такому пути предстоит проходить во многих других потенциально опасных ситуациях.

В рамках российско-американского сотрудничества РАН-ASME (Российская академия наук - Американское общество инженеров-механи­ков) в качестве фундаментальной была поставлена проблема продления ресурса безопасной эксплуатации ответственных технических систем в энергетике, нефте-газо-химии, на транспорте, в оборонном комплексе. Возможный энергетический эффект от продления ресурса атомных станций на 20 лет без учета затрат на вывод из эксплуатации АЭС может обеспечить в США до 15%, а в России – до 10% общего производства электроэнергии.

Для мирового сообщества фактически назрела прямая необходимость унифицированного формирования науки, техники, технологий, экономики, культуры и философии безопасности техногенной сферы. Его отличи­тельной особенностью становятся единые принципы, критерии, нормы и законы анализа, регулирования, обеспечения и повышения безопасности.

Российская академия наук (ее Отделения и Институты), Миннауки России, Министерство по чрезвычайным ситуациям России, Минатом России, Минобороны России, Госгортехнадзор России, Госатомнадзор России продолжают реализацию и формируют новые программы исследований и разработок проблем техногенной безопасности (рис.3.1.2) во взаимодействии с ведущими национальными научно-техническими центрами и обществами США, Японии, Франции, Германии, Норвегии, Голландии, Канады, а также международными органами ЕЭС и ООН. Фундаментальные исследования по проблемам безопасности выполняют Отделения и Институты РАН (рис. 3.1.3).