Методы оценки надежности техногенных систем и уровня экологического риска

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«Российский государственный  гидрометеорологический университет»

(РГГМУ)

 

 

 

 

Кафедра Прикладная экология

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №1

Методы оценки надежности техногенных систем и уровня экологического риска

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Студентки гр. Э-374

Алексеевой К.Е.

 

 

Проверил: преподаватель

Колесникова Е.В.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2013

Цель работы – ознакомиться с понятием устойчивости применительно  к сложным техногенным системам (ТС), изучить технический риск, как  вероятность возникновения техногенных  аварий на сложных ТС.

Задачи:

1. Рассмотреть современные подходы к оценке надежности ТС.
2. Получить навыки определения основных критериев устойчивости ТС.
3. С помощью проведения оценки надежности ТС, оценить уровень экологического риска(ЭР).

 

 

Исходные данные для  оценки ТС

Таблица 1.

N	N0	m	Tотк, год	na	i	ne	T2	k
1	165	150	30	75	15	150	5	0,5
2	52	35	50	10	7	35	10	0,8
3	540	500	20	105	40	500	2	0,5
4	1050	1000	35	255	50	1000	6	0,5

 

 

Теоретическая часть

 

Техногенная система – сложная, искусственно созданная человеком конструкция, которая работает в контакте с природной окружающей средой. Эта система, непрерывно развиваясь, оказывает на Землю растущее разрушительное воздействие.

Главным компонентом техногенной  системы, определяющим направление деятельности и характер ее воздействия на окружающую среду, является ее промышленное звено. В структурной схеме промышленного звена выделяются объекты основного производства, предприятия вспомогательного производства, объекты энергетики, организации по строительству и реконструкции действующих промышленных предприятий.

Продукцией промышленного  звена считается вся продукция, которая отправляется за пределы природно-промышленного комплекса, а также предназначенная для удовлетворения собственных нужд и поддержания заданной продуктивности системы. К продуктам промышленного звена относятся и отходы производства: газообразные, жидкие, пылевидные промышленные выбросы, тепловые потоки и шум, загрязняющие окружающую среду.

Надежность ТС – способность  оборудования или в целом всей системы сохранять свои свойства, необходимые для выполнения заложенных заданий при нормальных условиях эксплуатации в течении требуемого промежутка времени, а также при их обязательном соблюдении экологических нормативов.

Первичным по отношению к понятию  «надежность» является понятие «качество».

Качество объекта - совокупность свойств и признаков, определяющих его пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением, и выражающая его специфику и отличие от других объектов.

Экологический риск - это оценка на всех уровнях - от точечного до глобального - вероятности появления негативных изменений в окружающей среде, вызванных антропогенным или иным воздействием. Под экологическим риском понимают также вероятностную меру опасности причинения вреда природной среде в виде возможных потерь за определенное время. Целесообразно, различать абсолютный риск и относительный.

Абсолютный риск - число дополнительных случаев патологических эффектов, вызванных воздействием какого-либо фактора или их комбинации в пересчете единицы дозы и единицы времени на человека. Например, заболевания (частота) вследствие облучения составляют только часть от общего риска, т.е. избыток, обусловленный облучением (мы предполагаем, что воздействие факторов аддитивно) над спонтанным (ожидаемым) уровнем. В самой элементарной форме абсолютный риск характеризуется отношением пострадавших (заболевших не только от облучения) людей к численности популяции.

Относительный риск - отношение частоты неблагоприятных эффектов в популяции, подвергшейся воздействию вредного фактора, к частоте таких же эффектов при отсутствии действия фактора (в той же популяции). Под выражением «той же популяции» подразумевается подобие половой, возрастной, этнической и социальной структур.

Вред природной среде при  различных антропогенных и стихийных  воздействиях, очевидно, неизбежен, однако он должен быть сведен до минимума и  быть экономически оправданным. Любые хозяйственные или иные решения должны приниматься с таким расчетом, чтобы не превышать пределы вредного воздействия на природную среду. Установить эти пределы очень трудно, поскольку пороги воздействия многих антропогенных и природных факторов неизвестны. Поэтому расчеты экологического риска должны быть вероятностными и многовариантными, с выделением риска для здоровья человека и природной среды.

Оценке допустимого экологического риска в последнее время уделяется  все больше и больше внимания, особенно при принятии решений о вложении инвестиций в то или иное производство. При этом в случае антропогенного воздействия учитываются следующие правила допустимого экологического риска:

1) неизбежность потерь в природной  среде;

2) минимальность потерь в природной  среде;

3) реальная м возможность восстановления потерь в природной среде;

4) отсутствие вреда здоровью  человека и необратимость изменений  в природной среде;

5) соразмерность экологического  вреда и экономического эффекта.

Различают три главные составляющие экологического риска:

- оценка состояния здоровья  человека и возможного числа  жертв;

- оценка состояния биоты (в первую очередь фотосинтезирующих организмов) по биологическим интегральным показателям;

- оценка воздействия загрязняющих  веществ, техногенных аварий и  стихийных бедствий на человека  и окружающую природную среду.

Расчетная часть

1) Оценка надежности ТС

                                                                  ,                                                                                           (1.1)

                                                                                ,                                                                                       (1.2)

где Р – вероятность безопасной работы;

t – время, которое работал без аварии;

N₀ – исходное число работоспособных элементов;

m – число, отказавших объектов за время t.

2) Среднее  время безаварийной эксплуатации  ТС

                                                                                 ,                                                                          (1.3)

где Т_отк – среднее время работоспособности ТС до первого отказа;

n_e – общее число функциональных и конструктивных элементов ТС;

i – элементы, находящиеся в неработоспособном состоянии;

n_a – число элементов, выход из строя которых приводит к аварии.

3)Оптимальное число  (n) элементов или узлов ТС, выход из строя которых допустим без прекращения ее эксплуатации.

                                                       ,                                           (1.4)

где b – коэффициент, который оценивается по формуле:

                                                                                       ,                                                                                 (1.5)

где Т₁ – время безаварийной работы;

Т₂ – время, прошедшее после аварийного ремонта;

k – коэффициент надежности каждого из узловых элементов ТС.

                                                                      Таблица 2

Полученные  результаты

N	Pt	T	n	Qt
1	0,09	33,09	124,75	0,91
2	0,33	60,34	17,99	0,67
3	0,07	21,69	349,75	0,93
4	0,05	36,80	842,61	0,95

 

 

Вывод

Сравнивая исходные данные можно сказать, что самый высокий коэффициент надежности у технической системы под №2. Наибольшее время работоспособности системы до 1 отказа также у ТС №2, у этой же системы меньше всего элементов, которые находятся в не работоспособном состоянии и элементов, выход из строя которых приводят к аварии, чем у всех остальных систем.

Рассчитав для  каждого из 4 случаев надежность необходимо отметить, что ТС №2 надежнее, всех остальных, менее надежной является ТС №1, затем ТС №3 и самая не надежная ТС №4. Среднее время безаварийной эксплуатации высокое у ТС №2, у Тс №4 почти в 1,5 раза меньше, дальше следует ТС №1, и самое наименьшее среднее время безаварийной эксплуатации ТС №3. Оптимальное число элементов, выход из стоя которых допустим без прекращения ее эксплуатации больше всего возможен у ТС №4.

Каждая из систем отличается тем или иным показателем  и сопоставив все полученные данные, возможно полагать что ТС №2  по является наиболее надежной, чем все остальные, так как у нее по сравнению со всеми остальными среднее время безаварийной эксплуатации самое высокое, вероятность отказа системы также небольшое, вероятность безопасной работы высока.