Metody analizy ryzyka na potrzeby ratownictwa technicznego w działalności przemysłowej 3

Transkrypt

1 Paulina Krawczyszyn 1, Krzysztof Ksiądzyna 2 Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych we Wrocławiu Metody analizy ryzyka na potrzeby ratownictwa technicznego w działalności przemysłowej 3 Wprowadzenie Jedną z głównych gałęzi przemysłu w gospodarce każdego dobrze prosperującego państwa jest branża chemiczna. Artykuły chemiczne, a więc i technologia ich wytwarzania, jest obecnie bardzo rozpowszechniona i wykorzystywana praktycznie na każdej płaszczyźnie życia: odzież, leki, farby, kosmetyki, żywność itd. Procesy wytwarzania są bardziej lub mniej złożone, jednak każdy z nich wiąże się z ryzykiem wystąpienia awarii. Taki stan może być spowodowany zarówno czynnikami ludzkimi (brak odpowiednich zabezpieczeń czy niedokładnie przeprowadzona konserwacja), jak i naturalnymi (niekorzystne warunki atmosferyczne, katastrofy naturalne). Awarie w przemyśle chemicznym mogą doprowadzić do uwolnień do otoczenia dużych ilości substancji m.in. toksycznych, palnych, wybuchowych, utleniających czy samoreagujących. Tak więc w aspekcie bezpieczeństwa technicznego, technologie wytwarzania w branży chemicznej stwarzają bezpośrednie zagrożenie zdrowia i życia ludności oraz zagrożenie dla środowiska naturalnego. Dlatego też, aby móc przeciwdziałać tego typu zdarzeniom, specjalne jednostki ratownicze są szkolone do szybkiego reagowania w przypadku zaistnienia zagrożenia chemicznego. Jednak ewentualna reakcja to nie wszystko, powinna ona być poprzedzona przeciwdziałaniem i przygotowaniem się do potencjalnych zagrożeń. W związku z tym, stosowne służby ratownictwa technicznego wykonują szczegółowe analizy zagrożeń i oceniają ryzyko z nimi związane, aby zminimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia poważnych awarii. W artykule, poza przedstawieniem wybranych metod analizy ryzyka, zaprezentowane zostaną autorskie algorytmy, przedstawiające czynności wykonywane przy poszczególnych metodach. Dzięki opracowanym schematom dobór odpowiedniej metody jak i jej późniejsze wykorzystanie staje się łatwiejsze dla osób wykonujących analizę ryzyka po raz pierwszy. Analizy ryzyka wiadomości wstępne Analiza niepożądanych sytuacji zaistniałych dotychczas jest jedną z podstawowych metod wspomagania bezpieczeństwa operacji technicznych. Nauka na błędach przynosi korzyści zarówno na etapie projektowania, jak i eksploatacji czy modyfikacji procedur ratowniczych [1, s. 22]. Konkluzje płynące z wnikliwej analizy danych historycznych są nieodzownym elementem analizy ryzyka [1, s. 24]. W historii miało miejsce wiele katastrof przemysłowych, jednakże kilka z nich (ze względu na swoją skalę) zostało najbardziej zapamiętanych. Są nimi m.in. a) Wybuch saletry amoniakalnej w Opparu (Niemcy) 1921 rok, 561 ofiar śmiertelnych; b) Wypływ par toksycznych w Bophal (Indie) 1984 rok, ponad 4000 ofiar śmiertelnych; c) Uwolnienie dioksyny do środowiska w Seceso (Włochy) 1976 rok, 700 ofiar śmiertelnych; d) Detonacja instalacji saletry amonowej w Teksasie (USA) 1994 rok, 4 ofiary śmiertelne, kilka tysięcy ewakuowanych [2]; 1 mgr inż. Paulina Krawczyszyn, asystent, Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych imienia generała Tadeusza Kościuszki we Wrocławiu, Wydział Nauk o Bezpieczeństwie, Zakład Inżynierii Bezpieczeństwa.; 2 inż. Krzysztof Ksiądzyna, student Inżynierii Bezpieczeństwa, WSOWL oraz Inżynierii Chemicznej i Procesowej na Politechnice Wrocławskiej. 3 Artykuł recenzowany. 1019

2 e) Awaria reaktora jądrowego w Czarnobylu (Ukraina) 1986 rok, 28 ofiar śmiertelnych (dane oficjalne) 350 tys. ofiar (choroby popromienne wg danych szacunkowych [3]). Wymienione przez autorów wypadki doprowadziły do śmierci wielu tysięcy osób. W ich wyniku nieodwracalnie zdegradowane zostało również środowisko naturalne. Wnikliwa analiza pozwala na przeciwdziałanie powstaniu kolejnych sytuacji kryzysowych, zaś w przypadku zaistnienia zdarzeń niepożądanych na ograniczenie ich skutków. Współcześnie możemy zauważyć wzrost znaczenia analiz ryzyka i ich coraz częstsze wykorzystywanie w celu określenia poziomu bezpieczeństwa procesów oraz pracowników. Wzrost dokładności wykonywanych analiz w późniejszych etapach może być wykorzystany do podejmowania kluczowych decyzji związanych ze skuteczniejszymi i tańszymi środkami redukcji zagrożeń. Analizy ryzyka wykonywane są w celach a) Projektowych identyfikacja i ocena potencjalnych zagrożeń w celu ich późniejszej eliminacji; b) Certyfikacyjnych wydanie odpowiednich znaków bezpieczeństwa poświadczających właściwe warunki pracy urządzeń; c) Kierowania procesami ogólna poprawa poziomu bezpieczeństwa, możliwość wypracowania skuteczniejszych procedur procesowych. Analiza ryzyka składa się z kilku etapów [1, s. 221]. W pierwszym należy określić obszar dokonywanej analizy oraz jej kompleksowość. Jeśli źle określi się głębokość analizy, niektóre istotne elementy mogą zostać pominięte, co w konsekwencji doprowadzi do błędów w analizowaniu, a tym samym do obniżenia jej jakości. Możemy wtedy mówić o niepewności strukturalnej. Niepełne informacje lub ich brak mogą prowadzić do niepewności czasowej, która jest wynikiem błędnych wnioskowań z danych historycznych. Trzeci problem stanowią źle określone właściwości substancji, które powodują niepewności pomiarowe. Druga faza analizy ryzyka polega na wykorzystaniu różnorodnych metod analitycznych. Można je podzielić na jakościowe i ilościowe. Są one stosowane w określonych celach i posiadają pewne ograniczenia. Dla przykładu metodę HAZOP (Hazard and Operability Analysis) można wykorzystać do identyfikacji zagrożeń, które powstały poprzez odchylenia parametrów operacyjnych procesu. Metoda ta nie nadaje się jednak do określania wpływu środowiska pracy czy choćby czynników organizacyjnych. Samo obliczanie ryzyka jest elementem trzeciej fazy analizy ryzyka. Niesie to ze sobą pewne komplikacje, ponieważ prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia obliczane jest na podstawie danych niezawodności zdarzeń podstawowych (głównie błędów ludzkich). Te informacje najczęściej otrzymuje się z innych instalacji niż badana, co generuje konieczność wybierania wartości średnich. Należy zauważyć, że nie wiadomo w jaki sposób wpływa to na wiarygodność wyniku przeprowadzonej analizy. Trzeba zwrócić uwagę na fakt, że poszczególne fazy analizy ryzyka wykorzystują pewne modele matematyczne, które symulują analizowane zjawiska. Wiąże się to z pewnymi ograniczeniami (chociażby mocy obliczeniowej wykorzystywanych maszyn) i uproszczeniami. Analizy ryzyka jako element wsparcia działania ratownictwa technicznego Analiza ryzyka służy estymacji zagrożeń, aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia awarii. Co za tym idzie możliwość doboru odpowiednich sił i środków służących minimalizacji zagrożeń oraz podjęcie działań w konsekwencji wpływających na minimalizację skutków dla życia i zdrowia ludzi oraz środowiska [4, s. 7]. Wiele pozycji literaturowych dokładnie opisuje metody analizy ryzyka. Opisują je A. Markowski [1], M. Borysiewicz [4], A. Milczarek [8]. Szczegółowe informację znajdujemy również w aktach prawnych [6, 9]. Metody oceny ryzyka możemy podzielić na dwa główne typy: a) Jakościowe opis zdefiniowanych zagrożeń ułatwiający przewidzenie potencjalnych skutków wystąpienia awarii; b) Ilościowe opis probabilistyczny zidentyfikowanego niebezpieczeństwa. Metody te, niezależnie od wcześniejszego podziału różnią się znacząco pomiędzy sobą względem poziomu szczegółowości przeprowadzanych badań (od najprostszych, np. checklist (analiza list kontrol- 1020

3 nych) po bardzo skomplikowane analizy logiczne np. causa-consequence analysis (analiza przyczyn i skutków CCA)). Przy doborze odpowiedniej metody należy uwzględnić fazę istnienia procesu czy obiektu,aby dobrać optymalne badanie poziomu ryzyka. Autorzy wybrali pięć najczęściej występujących oraz najprostszych metod wykorzystywanych w ratownictwie technicznym. Pierwszą omawianą metodą jakościową skupiającą się na identyfikacji ryzyka jest metoda Wstępnej Analizy Ryzyka (Preliminary Hazard Analiysis PHA), która polega na utworzeniu listy zagrożeń (odpowiednich do poziomu dostępności informacji). Dla badanych elementów ustala się prawdopodobne zagrożenia, następnie definiuje się przyczyny ich powstania oraz określa się ich skutki. Dla każdego ze wskazanych wcześniej skutków ustala się prawdopodobieństwo jego wystąpienia, skalę jego zasięgu. Na tej podstawie konstruuje się matrycę ryzyka, która w konsekwencji pozwala na sformułowanie wytycznych do zmniejszenia ryzyka w przypadku zagrożeń posiadających poziom nieakceptowany. NIE TAK Rys. 1. Algorytm PHA Źródło: opracowanie własne. Kolejną metodą stosowaną w ratownictwie technicznym w przemyśle jest Audyt-Przegląd Stanu Bezpieczeństwa (Safety Audit/Review AS/AR). Metoda ta opiera się na systematycznym przeglądzie stanu procesu czy sprzętu przez zespół specjalistów oraz na przeprowadzeniu rozmów z personelem technicznym (na co dzień obsługującym dany sprzęt czy proces). Analiza ta pozwala na: a) Utrzymanie personelu w gotowości do akcji przeciwdziałania pojawiającemu się zagrożeniu; b) Weryfikację i przegląd procedur; c) Rozeznanie w ewentualnych korektach proceduralnych lub wyposażeniu; d) Dokonanie niezbędnych korekt poprawiających stan i poziom bezpieczeństwa w badanym obszarze działań. Prawidłowy algorytm analizy AS/AR opiera się na przetwarzaniu i gromadzeniu szczegółowych opisów badanego węzła, analizie historii procesu z uwzględnieniem wcześniejszych sytuacji kryzysowych, bieżącym wprowadzaniu nowych standardów technologicznych i proceduralnych wynikających z przepisów legislacyjnych, a także przeprowadzaniu testów i okresowych przeglądów oraz zaplanowanych inspekcji. Jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod analizy ryzyka są Listy Kontrolne (Checklist Analysis). Sposób ten opiera się na operowaniu na przygotowanym uprzednio kwestionariuszu z określonymi pytaniami kontrolnymi, przy pomocy którego jesteśmy w stanie rozpoznać zagrożenie. Dokument ten 1021

4 przygotowywany jest przez grupę specjalistów, którzy dzięki doświadczeniu są wstanie wskazać kluczowe miejsca kontrolne. Prawidłowo przeprowadzona weryfikacja przy pomocy listy kontrolnej daje pogląd na bieżący stan badanego obiektu oraz pozwala na dalsze działania minimalizujące ryzyko powstania zagrożenia. Procedura ta składa się z czterech głównych części (etapów): a) Utworzenie zespołu, który tworzy odpowiednią listę kontrolną; b) Stworzenie listy kontrolnej zawierającej kluczowe pytania dotyczące dedykowanego obiektu; c) Przeprowadzenie analizy przy pomocy listy kontrolnej; d) Zdanie raportu kontrolnego. Rys. 2. Algorytm Checklist Źródło: opracowanie własne. Analizy Drzewa błędu (uszkodzeń) oraz drzewa zdarzeń są jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod analiz ryzyka. Drzewo błędu (fault tree analysis) jest techniką ukazującą logiczny ciąg wydarzeń od zdarzenia szczytowego (np. pęknięcie rurociągu, awaria pompy, itp.) do przyczyn powodujących tę awarię [1, s. 249]. Należy zaznaczyć, że FTA opiera się w swojej pierwszej fazie (identyfikacja zdarzenia szczytowego) na wynikach uzyskanych w innych analizach (np. PHA, HAZOP, FMEA czy RS). Ta metoda ma na celu ilościową ocenę prawdopodobnej częstotliwości występowania zdarzeń niepożądanych w systemach składających się z szeregu elementów o dającej się określić niezawodności [4, s. 48]. Dodatkowo przy pomocy podstaw algebry Boolea a [5, s ] w analizie FTA określone zostają minimalne zestawy cięć (podanie wszystkich sekwencji zdarzeń podstawowych, koniecznych i wystarczalnych) [4, s. 96]. 1022

5 Rys. 3. Algorytm FTA Źródło: opracowanie własne. Przy pomocy drzewa zdarzeń analizuje się natomiast ścieżkę od zdarzenia szczytowego do momentu końcowego (np. emisja substancji niebezpiecznej do otoczenia, ograniczenie skutków awarii, brak skutków awarii) poprzez uwzględnienie funkcji bezpieczeństwa (np. detekcja automatyczna na instalacji, detekcja operatora, działanie ZSR, itp.) dla stanu instalacji. Należy zauważyć, że metoda ETA działa odwrotnie niż metoda FTA. W metodzie drzewa zdarzeń szukamy przyczyn zdarzenia szczytowego, tymczasem w drugiej analizie skupiamy się na podejściu indukcyjnym, czyli zdefiniowaniu zdarzeń mających miejsce po wystąpieniu zagrożenia [4, s. 50]. Ostatnią metodą prezentowaną w tym artykule jest Analiza Przyczyn i Skutków (Cause-Consequence Analysis CCA, lub inaczej Bowtie model musznika). Jest to mieszana technika opierająca się na jednoczesnym przeprowadzeniu analiz FTA oraz ETA. Dzięki wykonaniu analiz tego typu jesteśmy w stanie wskazać zależności pomiędzy przyczynami wystąpienia zdarzenia niepożądanego a jego konsekwencjami. Kolejne czynności analizy CCA są następujące [4, s. 52]: a) Określenie sytuacji awaryjnej do analizy; b) Rozpoznanie funkcji bezpieczeństwa mających wpływ na przebieg zdarzenia niepożądanego; c) Przeprowadzenie analizy ETA; d) Przeprowadzenia analizy FTA; e) Dokonanie korekt zwiększających stan bezpieczeństwa. Prawidłowo przygotowane i przeprowadzone analizy drzew zdarzeń i błędów prezentują w przejrzysty sposób chronologiczny przebieg zdarzeń od momentu inicjującego awarię po zdarzenie szczytowe, które jest efektem zadziałania lub porażki systemu zabezpieczeń funkcji bezpieczeństwa. By lepiej zapobiegać katastrofom, potencjalne zagrożenia podzielono na trzy kategorie: a) Zewnętrzne; b) Wewnętrzne; c) Niemożliwe do przewidzenia atak terrorystyczny, sabotaż korporacyjny. 1023

6 Rys. 4. Algorytm ETA Źródło: opracowanie własne. Zagrożenia zewnętrzne to zlokalizowane w sąsiedztwie inne instalacje stanowiące potencjalne zagrożenie (w przypadku awarii możliwy efekt domino), obecność mocno rozwiniętej infrastruktury transportowej (drogowej, kolejowej, wodnej), możliwość występowania niebezpiecznych zjawisk naturalnych (trzęsienia ziemi, osuwiska, powodzie, silne wiatry, itp.) [4, s. 36]. Zagrożenia wewnętrzne można podzielić bardziej szczegółowo na [4, s. 36]: a) Różnice w założeniach procesowych ciśnienie, przepływ, temperatura; b) Uszkodzenia mechaniczne armatury zbiorników, rurociągów, połączeń; c) Awarie osprzętu pomp, zaworów bezpieczeństwa, urządzeń kontrolno-pomiarowych; d) Brak lub niesprawność zasilania prąd, woda, para, powietrze, gazy inertne 4 ; e) Błędy ludzkie projektowe, wykonawstwa, obsługi, naprawy. Wykaz tych zagrożeń stanowi podstawę w analizie ryzyka i określenia poziomu bezpieczeństwa. Dzięki prawidłowemu określeniu poszczególnych elementów jesteśmy w stanie dokonać ich specyfikacji, następnie poddać je alokacji w technologii. W konsekwencji możemy je skwantyfikować i realnie ocenić [7, s. 117]. Koszty związane z analizą ryzyka Występowanie poważnych awarii przemysłowych, jak mówi definicja [6, art. 243], niesie za sobą zagrożenie życia lub zdrowia ludzkiego oraz degradację środowiska. Nie uwzględniono w niej jednak kosztów awarii. Dane pokazują, że każda awaria powoduje również ogromne straty finansowe. Co ważne, nakłady finansowe występują zarówno po stronie właściciela (straty infrastrukturalne, odbudowa, postój produkcji itp.), jak i po stronie państwa (działalność służb ratunkowych i inspektoratu ochrony środowiska, likwidacja skażeń). Każdej więc ze stron zależy na sprawnym i prawidłowym działaniu instalacji. 4 Gazy, które nie reagują w kontakcie z innymi substancjami. 1024

7 Dokładne określenie kosztów dokonywanej analizy ryzyka nie jest możliwe, ponieważ jest uzależnione od wielu czynników dedykowanych dla każdej z metod (np. złożoność badanej instalacji, wielkość zespołu badawczego czy szczegółowość oraz rodzaj prowadzonych badań). Pomimo stosunkowo wysokich kosztów oceny ryzyka w końcowym rozliczeniu jest to opłacalny wydatek. Zaowocuje on w przyszłości zdecydowanie większymi oszczędnościami w porównaniu do wydatków poniesionych na przeprowadzenie akcji ratowniczej, usunięcie awarii, przywrócenie instalacji oraz środowiska do stanu sprzed awarii oraz straty spowodowane przestojem produkcyjnym. Należy zauważyć, że w obliczu powyższego wniosku warto inwestować w analizę ryzyka. Naprzeciw wymaganiom bezpieczeństwa staje prawo polskie i zagraniczne. Nakłada ono na zakłady stwarzające zagrożenie poważną awarią przemysłową obowiązek przeprowadzania analiz ryzyka w ramach programu zapobiegania awarią [6, art.251]. Obowiązek ten powoduje, że w budżecie przedsiębiorstwa muszą być wyodrębnione środki na przeprowadzanie określonych badan poziomu ryzyka. Podsumowanie Analizy ryzyka są ważnym elementem, dzięki któremu można zidentyfikować ryzyko i zapewnić bezpieczeństwo podczas akcji ratownictwa technicznego. Umożliwiają estymację zagrożeń i mają bezpośredni wpływ na koszty przeprowadzanych akcji. Dzięki różnorodności metod oraz ich uniwersalności tego typu analizy są proste w zastosowaniu i powszechnie wykorzystywane. Aby poprawnie wykonać analizę ryzyka, konieczny jest dostęp do danych historycznych, stanu technicznego danego obiektu, a także wiedzy eksperckiej. Bez ostatniego elementu przeprowadzona analiza będzie jedynie teoretycznym zbiorem pewnych zasad pozbawionym odniesienia do rzeczywistości i faktycznych warunków panujących w analizowanym przypadku. Analizy ryzyka są kosztowne, jednak w ostatecznym rozrachunku, dzięki nim można zapobiec poważnym awariom, a tym samym wielkim nakładom finansowym, które związane są z odbudową instalacji, dekontaminacją terenu czy pracą służb ratowniczych. Zaprezentowane w artykule autorskie algorytmy są dużym ułatwieniem zwłaszcza dla osób, które dopiero zaczynają przeprowadzać analizy ryzyka, ponieważ w jasny sposób przedstawiają czynności, które należy wykonać w danej metodzie. Natomiast doświadczeni użytkownicy różnych metod analiz ryzyka mogą wykorzystywać algorytmy aby nie pominąć żadnego etapu. Streszczenie Celem artykułu jest przedstawienie głównych założeń związanych z analizą ryzyka, a także algorytmów czytelnie przedstawiających czynności, które należy wykonać podczas wykorzystywania danej metody. Zaprezentowane dane pozwalają zwrócić uwagę na konieczność wykonywania takich analiz w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób i obiektów podczas akcji ratownictwa technicznego. Jest wiele metod szacowania ryzyka, jednak w artykule zaprezentowano te, które są najczęściej wykorzystywane przez ratownictwo techniczne z uwagi na niskie koszty wykonania oraz łatwość ich wykonania. Abstract Methods of risk analysis used by technical rescue in the industry The aim of the study was to present risk analysis main guidelines and legible algorithms that show step by step what to do when using given method. Introduced data could help understanding necessity of making risk analysis to assure human s and building s security during technical rescue actions. There are many methods used to estimate risk, but article shows only several, which are mostly used by technical rescue because of low costs of implementation and simplicity. 1025

8 LITERATURA / BIBLIOGRAPHY [1]. Markowski A. S., Zapobieganie stratom w przemyśle, Cześć III Zarządzanie bezpieczeństwem procesowym, Łódź 2000 [2]. Agencja Ochrony Środowiska w USA, Chemical accident investigation raport Terra Industries Inc., Kansas City 1996 [3]. [4]. Poradnik metod oceny ryzyka związanego z niebezpiecznymi instalacjami procesowymi, red. M. Borysiewicz, Otwock Świerk 2000 [5]. Pihowicz W., Wybrane zagadnienia inżynierii bezpieczeństwa technicznego procedura wykrywania miejsc niebezpiecznych w podzespołach krytycznych obiektów technicznych, Wrocław 2005 [6]. Dz.U. z 2001 r. Nr 62, poz. 627, Ustawa z dnia r. Prawo ochrony środowiska, tekst jednolity [7]. Górski M., Kuchta D., Skorupka D., Zarządzanie ryzykiem w projekcie, Wrocław 2012 [8]. Projektowanie procesów technologicznych Bezpieczeństwo procesów chemicznych, red. L. Synoradzki, J. Wisialski, Warszawa 2012 [9]. PN-ISO 31000:2012 Zarządzanie ryzykiem -- Zasady i wytyczne 1026