РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ УРОВНЯ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

Специфика химических производств, связанная с использованием, хранением и переработкой огромных количеств горючих, легковоспламеняющихся и токсичных веществ, обуславливает высокий уровень потенциальной опасности.

Актуальность темы исследования не вызывает сомнений в свете последних крупных промышленных аварий, произошедших как в России, так и за рубежом. Традиционные подходы к обеспечению пожарной безопасности, сформировавшиеся во второй половине XX века, базируются преимущественно на детерминистских методах и жестком соблюдении норм (нормативов расстояний, требований к огнестойкости конструкций, регламентов обслуживания систем). Однако в условиях усложнения технологических схем, интеграции различных производственных циклов и старения основных фондов, детерминистский подход демонстрирует свою недостаточность. Он не позволяет в полной мере учесть стохастическую природу отказов оборудования, влияние человеческого фактора и вероятность реализации сценариев с так называемым «доминирующим эффектом» (эффектом домино), когда авария на одном объекте инициирует каскад аварий на смежных установках.

Цель исследования – развитие и обоснование комплексной концепции повышения уровня противопожарной защиты предприятий химической отрасли, которая бы интегрировала достижения в области теории риска, цифровых технологий и системного инжиниринга.

Несмотря на кажущуюся полноту нормативной базы (Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ «О пожарной безопасности» [1], Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [2], а также множества сводов правил (СП) и ГОСТов), практическая реализация требований сталкивается с рядом системных проблем:

– избыточное регулирование (действующие нормы носят слишком универсальный характер и не учитывают специфику конкретных технологических процессов);

– реактивный характер систем (системы сигнализации и автоматического пожаротушения реагируют на уже свершившийся факт возгорания (достижение пороговых значений температуры, задымления или появления открытого пламени);

– недооценка сценариев «домино» (нормативная база слабо регламентирует требования к противопожарной защите в части предотвращения каскадных аварий);

– игнорирование человеческого фактора и организационных сбоев;

– отставание в использовании цифровых технологий.

На основе проведенного анализа предлагается концепция повышения уровня противопожарной защиты. Концепция структурно представлена в виде трех взаимосвязанных уровней (подсистем): технологического, цифрово-информационного и организационно-управленческого.

Технологический уровень предполагает внедрение принципов внутренне безопасного проектирования и использование передовых инженерных решений. На этапе проектирования необходимо стремиться к минимизации количества опасных веществ, снижению температур и давлений в процессах, а также замене высокотоксичных и легковоспламеняющихся реагентов на менее опасные аналоги, где это технологически возможно. Необходимо развивать технологию пассивной противопожарной защиты, предусматривающую использование новых огнезащитных покрытий для несущих металлоконструкций и оборудования, способных выдерживать воздействие пожаров с температурой до 1100-1200 °C в течение 2-3 часов. Необходимо внедрять инновационные системы активного пожаротушения: системы тонкораспыленной воды, системы высокократной пены, системы инертизации (заполнение объемов инертным газом при превышении пороговых концентраций горючих паров).

Цифрово-информационный уровень – наиболее инновационная часть концепции. Предлагается развивать системы «Цифровых двойников»  пожарной безопасности. Цифровой двойник представляет собой виртуальную модель, которая в реальном времени отражает физическое состояние объекта, параметры технологического процесса и статус систем безопасности. На базе цифрового двойника можно проводить виртуальные учения, моделировать развитие аварийных ситуаций и оптимизировать расположение средств защиты. Системы пожарной сигнализации не должны быть изолированными. Они должны получать данные с датчиков давления, температуры, уровня и расхода в технологических аппаратах. Это позволит реализовать алгоритмы превентивного реагирования. Концепция предусматривает замену или дополнение традиционных пожарных извещателей системами видеоаналитики, способными распознавать не только открытое пламя, но и характерные признаки начала пожара: специфическое задымление, тепловые аномалии (в инфракрасном диапазоне), несанкционированные огневые работы или нарушения правил курения.

Организационно-управленческий уровень предполагает переход к управлению рисками в динамике. Вместо периодических (раз в год или раз в 5 лет) пересмотров деклараций промышленной безопасности, предлагается внедрение систем непрерывного мониторинга риска. Интегральный риск пожара на объекте должен рассчитываться и отображаться на пульте управления в режиме реального времени, меняясь в зависимости от текущих параметров процесса, погодных условий и статуса систем защиты. Необходимо сосредоточится на применении технологий виртуальной (VR) и дополненной реальности (AR) для тренировки персонала действиям в условиях чрезвычайных ситуаций. VR позволяет безопасно и многократно отработать навыки тушения пожаров на конкретных установках, включая сценарии с домино-эффектом, формируя мышечную память и стрессоустойчивость.

Для реализации риск-ориентированного подхода в рамках предложенной концепции необходимо математическое описание интегрального пожарного риска. Предлагается использовать модель на основе теоремы Байеса (байесовская сеть делает такие пересчёты системно, сразу для множества связанных факторов), которая позволяет учитывать условные вероятности и взаимовлияние факторов.

Интегральный риск возникновения пожара с тяжелыми последствиями (R_total) можно представить как функцию от вероятности инициирующего события (P_init), вероятности отказа систем предотвращения (P_{prev_fail}), вероятности отказа систем защиты (P_{prot_fail}) и величины последствий (C):

R_total = ∑_i=1 (P_{init, i} ´ P_{prev_fail, i}  ´ P_{prot_fail, i} ´ C_i), (1)

где i – индекс сценария аварии.

В отличие от традиционных статических моделей, в предложенной концепции вероятности P_{prev_fail} и P_{prot_fail} являются динамическими переменными, зависящими от текущего состояния оборудования (диагностируемого IoT-датчиками), квалификации персонала (учитываемой через данные о прохождении VR-обучения) и внешних условий.

Внедрение цифровых технологий позволяет снизить P_{prev_fail} за счет обслуживания и раннего обнаружения дефектов, отклонений, а также снизить P_{prot_fail} за счет непрерывного самодиагностирования систем противопожарной защиты.

Таким образом, разработанная повышения уровня противопожарной защиты базируется на синергии трех ключевых направлений: совершенствования инженерных решений (пассивная и активная защита), глубокой цифровизации (цифровые двойники, IoT, предиктивная аналитика на базе ИИ) и трансформации организационно-управленческих подходов (динамический риск-менеджмент, культура безопасности, иммерсивное обучение). Математическое моделирование на основе байесовских сетей и динамическая оценка интегрального риска позволяют перейти к обоснованному принятию решений по распределению ресурсов на обеспечение безопасности, фокусируя инвестиции на наиболее критичных узлах.