Модели и методы управления экологической безопасностью при уничтожении химического оружия

Актуальность проблемы. В настоящее время наряду с другими проблемами, решаемыми человечеством, на передний план выступает задача, связанная с уничтожением накопленного в ряде развитых стран в течение многих десятилетий оружия, вызывающего массовую гибель людей, животных и наносящих непоправимый ущерб окружающей среде.

К числу такого вида оружия относится химическое оружие (ХО). Запасы ХО в Российской Федерации включают в себя авиационные и артиллерийские химические боеприпасы и приборы, а также отравляющие вещества, хранящиеся в крупнотоннажных емкостях и бочкотаре. Все запасы химического оружия хранятся на семи объектах, находящихся в ведении Федерального управления по безопасному хранению и уничтожению химического оружия.

Российская Федерация ратифицировала Конвенцию о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и о его уничтожении 5 ноября 1997 года. В целях реализации Конвенции в 1996 году принята Федеральная целевая — программа «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации», имеющая статус президентской программы.

В соответствии с Федеральным законом «Об уничтожении химического оружия» процесс уничтожения должен осуществляться на специально спроектированных и построенных для этих целей объектах или заводах.

Основополагающими требованиями международной Конвенции и российского законодательства при разработке (проектировании), создании и эксплуатации объектов по уничтожению химического оружия является обеспечение безопасности для работающего персонала, населения и окружающей природной среды. Достижение целей безопасности при уничтожении ХО сопряжено со значительными материальными затратами и, в условиях ограниченности финансовых ресурсов, возможно лишь путем научно обоснованного математического моделирования и осуществления комплекса экономических и организационных мероприятий.

Последнее десятилетие явилось серьёзным испытанием для ряда отраслей народного хозяйства России в части обеспечения безопасного для работающего на предприятиях персонала, а также населения, проживающего в зоне техногенного влияния промышленных предприятий.

Особую значимость вопросы безопасности приобретают для особо опасных объектов, к числу которых относятся предприятия атомной энергетики, химии и нефтихимии, нефтегазового комплекса и ряд других отраслей хозяйства. Вопросы промышленной безопасности в настоящее время ставятся во главу политики руководства России, серьёзный упор при этом делается на работы в области оценки и предупреждения аварийных ситуаций.

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794 [96] отрасли народного хозяйства страны, в структуре которых находятся особо опасные объекты, обязаны проводить комплекс мер по предотвращению возможного возникновения чрезвычайных ситуаций. Период конца девяностых — начала 2000;х годов ознаменовался новым этапом в жизни России — страна приступила к созданию объектов по уничтожению химического оружия, запасы которого создавались в течении многих десятилетий. Проектирование и строительство объектов по уничтожению химического оружия потребовало принятие новых, зачастую нестандартных решений по созданию комплексной системы безопасности, а также формированию механизмов управления безопасностью функционирования объектов.

Для практической реализации упомянутых задач привлекаются лучшие специалисты науки и техники ведущих организаций страны, в том числе обладающие опытом в области экономико-математического моделирования, создания систем управления. Следует отметить, что управление риском при уничтожении химического оружия представляет собой процесс достижения гарантированного уровня безопасности при одновременном формировании требующихся технических, экономических и социальных условий. Основу исследований при этом составили теоретические и практические труды в области регулирования и обеспечения безопасности при технических и природных катастрофах. К их числу следует отнести представителей отечественных и зарубежных науки: В. Н. Буркова, Ф. Вартона, Я. Д. Вешнякова, В. В. Кульба, В. Маршалла, Н. А. Махутова, В. И. Осипова, У. Роуи, Б. Н. Порфирьева, В. И. Сидорова, К. В. Фролова и многие других специалистов.

Создание объектов по уничтожению химического оружия потребовало разработки принципиально новых теоретических подходов к разработке моделей и методов управления безопасностью, закладываемых на самых ранних этапах проектирования (технико — экономическое обоснование), рабочего проектирования, при создании и эксплуатации объектов по УХО.

Следует отметить, что сама комплексная система безопасности объекта УХО, состоящая из ряда подсистем в значительной степени базируется на эффективном информационном обеспечении системы производственного экологического мониторинга и прогнозирования. Она охватывает контролем как сам объект, так и зоны, попадающие под его техногенное влияние. В свою очередь база данных такого ряда систем экомониторинга должна позволять получать количественную оценку уровня загрязнения окружающей среды в цехах и на промплощадке объекта по УХО, его санитарно защитной зоне и зоне защитных мероприятий. Получаемая при этом информация должна позволять лицам, ответственным за безопасное функционирование объектов по УХО, принимать обоснованные решения, результатом которых уровень безопасности должен быть не ниже установленного нормативного уровня, а программа по реализации этих решений носить минимально возможный затратный характер. Получаемая в результате функционирования системы ПЭМ объектов по УХО информация служит основанием для обоснованного совершенствования технического оснащения объектов, оптимизации технологического режима уничтожения химического оружия, а также принятия управленческих решений госзаказчиком Программы уничтожения.

Эффективность функционирования системы ПЭМ объектов по УХО, как уже указывалось выше, закладывается на этапе её проектирования, когда обоснованно определяется перечень загрязнителей, подлежащих обязательному контролю, перечень точек и регламент пробоотбора, места установки стационарных экопостов и маршруты движения мобильных эколабораторий. Самостоятельным разделом исследований являются обоснования размеров зон защитных мероприятий и санитарно-защитных зон, устанавливаемых для объектов по уничтожению химического оружия.

Всё вышеизложенное требует согласования с надзорными региональными и федеральными органами исполнительной власти и осуществляется, как правило, на этапе разработки ТЭО по созданию объектов по УХО.

Таким образом, уже на этапе проектирования системы ПЭМ возникает необходимость выбора оптимальный (с точки зрения функциональных требований и минимальных затрат) её структуры и состава приборно-технических средств базовых элементов системы, обеспечивающих требуемый уровень безопасности функционирования объектов по УХО.

Как показывает опыт практических работ, после внедрения на объекте системы ПЭМ она требует совершенствование и развитие, а также постоянного оценивания с точки зрения обеспечения уровня промышленной безопасности функционирования объекта.

Данная работа посвящена решению проблемы разработки моделей и методов управления экологической безопасностью при уничтожении химического оружия. В частности, созданию и развитию эффективных систем ПЭМ объектов по УХО, обоснованиям размеров ЗЗМ и СЗЗ для этих объектов, разработке и использованию экономических механизмов, обеспечивающих реализацию программы мероприятий управления уровнем безопасности объектов по УХО, разработка имитационных игр для анализа экономических механизмов безопасности. Все это определяет важность и актуальность исследований в рамках государственной программы химического разоружения.

Целью работы является разработка и исследование моделей и методов управления уровнем риска на объектах по уничтожению химического оружия.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

1. Обзор исследований в области управления уровнем риска.

2. Определение набора оборудования (измерительных приборов различного назначения), позволяющих производить измерения параметров продуктов загрязнения в рабочей зоне, на промплощадке, в санитарно-защитной зоне и зоне влияния объекта УХО.

3. Разработка процедур комплексного оценивания уровня безопасности при функционировании объекта УХО.

4. Разработка моделей и методов оптимизации программ, позволяющих повысить безопасность работы объекта УХО.

5. Разработка многоэтапных программ обеспечения безопасности в районе функционирования объекта УХО.

6. Разработка и исследование моделей экономических механизмов управления уровнем риска на объектах УХО.

7. Разработка игровых моделей для экспериментальной проверки эффективности экономических механизмов управления уровнем риска.

8. Использование опыта создания системы обеспечения безопасности на объектах УХО.

Научная новизна. В результате проведенных исследований и обобщения опыта решения практических задач по эффективному проведению промышленного экологического мониторинга (ПЭМ), разработке и исследованию моделей и методов эффективного управления уровнем риска, разработке и оптимизации программ повышения безопасности работы объекта по УХО:

1. Сформулирована и решена задача минимизации затрат на состав приборного оборудования системы ПЭМ объекта по УХО.

2. Обоснованы основные источники загрязнения и перечень показателей, характеризующих уровень риска в зоне защитных мероприятий;

3. Адаптирована применительно к определению уровня безопасности объекта по УХО процедура комплексного оценивания на основе матриц логической свертки;

4. Разработаны модели и методы оптимизации программ повышения безопасности функционирования объекта по УХО;

5. Разработан и исследован комплекс моделей экономических механизмов управления уровнем риска зоне защитных мероприятий;

6. Разработан комплекс деловых игр и проведено экспериментальное исследование эффективности экономических механизмов управления уровнем риска в зоне защитных мероприятий.

Практическая ценность. Проведенные в работе исследования и полученные результаты позволяют формировать оптимальный набор механизмов управления (систему управления) уровнем риска на объектах по уничтожению химического оружия.

Экспериментальная проверка эффективности моделей и механизмов системы управления уровнем риска была проведена на специально разработанном учебно — игровом комплексе, который, в настоящее время, используется в качестве тренажера для подготовки специалистов, работающих при функционировании системы управления безопасностью на объектах УХО.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы в действующих системах управления уровнем риска на объектах УХО. На основе полученных результатов созданы системы производственного экологического мониторинга и прогнозирования при функционировании объектов УХО. Разработана система экономических механизмов, позволяющая обеспечить безопасность функционирования объектов УХО, в том числе при возникновении возможных аварийных ситуаций.

Практическая значимость исследования.

В диссертации обобщены исследования, проведенные с участием автора, в период с 1993 по 2005 гг. Им сформулирована цель и определены задачи исследования. Автор является руководителем и исполнителем научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ, выполненных по проблеме уничтожения химического оружия. В ходе их выполнения:

1. Для всех объектов по уничтожению химического оружия разработана проектная документация по созданию комплексной системы производственного экологического мониторинга и прогнозирования. Данная проектная документация в составе технико-экономических обоснований по созданию объектов уничтожения химического оружия согласована в надзорных региональных и федеральных органах исполнительной власти, получила положительные заключения государственной экологической экспертизы, государственной строительной экспертизы и утверждена госзаказчиком федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации» .

2. На основании рабочей документации для объекта по уничтожению химического оружия, расположенного в п. Горный Саратовской области, осуществлена поставка необходимого оборудования и приборов, проведены пуско-наладочные работы и в декабре 2002 года запущены в эксплуатацию, как отдельные базовые элементы, так и вся комплексная система производственного экологического мониторинга и прогнозирования.

3. Для объектов уничтожения химического оружия на основе кожно-нарывных и фосфорорганических отравляющих веществ определены и согласованы перечни приоритетных загрязнителей, подлежащих обязательному инструментальному (лабораторному) контролю. Разработаны, согласованы и утверждены регламенты отбора проб атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы.

4. С использованием разработанных методик выполнения измерений отравляющих веществ и на основе разработанной и созданной испытательной базы Саратовского военного института РХБ защиты проведены различные этапы испытаний приборов контроля зараженности воздуха для оснащения рабочей зоны объектов уничтожения химического оружия на основе кожно-нарывных и фосфорорганических отравляющих веществ.

5. На основании Федерального закона «Об уничтожении химического оружия» [153] впервые рассчитаны, согласованы на федеральном и региональном уровнях и утверждены соответствующими постановлениями Правительства Российской Федерации размеры (площади) зон защитных мероприятий, устанавливаемых вокруг объектов по хранению химического оружия, расположенных в г. Щучье Курганской области, г. Камбарка и п. Кизнер Удмуртской Республики, г. Почеп Брянской области, п. Марадыковский Кировской области, а также для комплекса объектов по хранению и уничтожению химического оружия в п. Горный Саратовской области.

6. Полученные автором диссертации результаты, использованы различными НИУ и организациями, которые проводят научное сопровождение работ по выполнению федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации»: Ассоциация «РОСТ» — Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии МПР России, г. СаратовНИИ химии Саратовского государственного университета им. Н.Г. ЧернышевскогоСаратовский военный институт радиационной, химической и биологической защитыВятский государственный гуманитарный университетПензенский государственный университет архитектуры и строительстваЦентр экологического консалтинга «ООО-Экоцентр», г. КурганИжевский государственный технический университет. В ходе совместных работ налажены и поддерживаются творческие контакты с федеральными и региональными контрольными и надзорными органами.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Института проблем управления, Международной научно-практической конференции «Теория активных систем», XI конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем», Международной конференции «Современные сложные системы управления». Кроме того, материалы исследований представлялись в виде докладов для рассмотрения в Правительство Российской Федерации, Государственную Думу Федерального Собрания, Государственную комиссию по химическому разоружению, Международную Организацию по запрещению химического оружия. Основные результаты исследований рассматривались на общественных слушаниях жителей Краснопартизанского района Саратовской области, Пензенского района Пензенской области, г. Щучье Курганской области, а также докладывались на совещаниях в Российском агентстве по боеприпасам, Федеральном агентстве по промышленности, Министерстве обороны Российской Федерации, Федеральном управлении по безопасному хранению и уничтожению химического оружия и в других заинтересованных федеральных органах исполнительной власти, участвующих в реализации федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации» .

Материалы исследований вошли составной частью в технико-экономические обоснования по созданию объектов уничтожения химического оружия, расположенных в п. Горный Саратовской области, г. Щучье Курганской области, г. Камбарка Удмуртской Республики, г. Почеп Брянской области, п. Марадыковский Кировской области, п. Леонидовка Пензенской области.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Экономико — математические методы и модели, использованные при создании аппарата управления безопасностью объектов УХО.

2. Алгоритмы выбора оптимального состава оборудования системы ПЭМ объекта УХО.

3. Процедуры сверток локальных оценок рисков, использующих многошаговую процедуру агрегирования, при которой для определения комплексной оценки риска строится бинарное дерево свертки.

4. Модели и методы оптимизации по стоимости программ повышения безопасности работы объекта по УХО при выполнении ограничения по уровню риска.

5. Модели экономических механизмов, обеспечивающих реализацию программы мероприятий управления безопасностью объектов УХО.

6. Комплекс деловых игр для анализа экономических механизмов обеспечения безопасности объектов УХО.

7. Внедрение теоретических результатов исследований при разработке системы управления экологической безопасностью объектов УХО.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 93 научных работ общим объемом 10,2 печатных листов.

Личный вклад. Все основные результаты получены автором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы.

Основные результаты и выводы по главе.

В шестой главе получены следующие результаты: 1. Разработаны имитационные игры:

— «Механизм платы за риск» ;

— «Механизм стимулирования предприятий» ;

— «Механизм компенсации затрат» ;

— «Механизмы распределения централизованных финансовых средств» .

— «Механизм стимулирования коллектива» .

2. Проведено экспериментальное исследование этих механизмов.

ГЛАВА 7. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И.

ИСПЫТАНИЙ.

7.1. Результаты конкурса на размещение заказа на изготовление (поставку) технических средств контроля загрязняющих веществ для системы производственного экологического мониторинга.

Выбор технических средств контроля загрязнителей для использования в комплексной системе производственного экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия является самостоятельной научно-практической задачей.

С этой целью автором работы была разработана методика сравнительной оценки технических средств контроля для комплектации базовых элементов системы ПЭМ (см. Приложение 2 к диссертации), в основе которой заложены теоретические разработки главы 2 диссертации.

В основу методики положены следующие принципы:

— технические средства, предполагаемые к использованию в системе мониторинга на объекте по уничтожению химического оружия, должны обеспечивать контроль загрязняющих веществ в воздухе на уровне максимальных разовых ПДК в воздухе населённых мест, в почве — ПДКп., а в воде — ПДКВ. в воде водоёма;

— передвижные экоаналитические лаборатории должны быть оснащены оборудованием, позволяющим вести отбор проб воздуха, воды, почвыконсервирование и доставку проб на анализ в химико-аналитическую лабораторию, а также проводить аналитический контроль воздушной среды;

— стационарные посты контроля должны быть оснащены приборами, позволяющими вести автоматический контроль воздушной среды и оснащены средствами передачи информации;

— система производственного экологического мониторинга должна быть укомплектована техническими средствами российского производства;

— на тендер представляются данные по приборам с совокупностью методик (проектов методик) определения загрязнителей из обоснованного перечня с комплектом необходимого оборудования и материальных средств лабораторная посуда, средства обработки информации, государственные стандартные образцы, реактивы и т. п.). Методики определения загрязнителей должны быть аттестованы государственной метрологической службой. Допускается представление проектов методик выполнения измерений, требующих адаптации и аттестации;

— в составе комплекта поставки должно быть учтено все вспомогательное оборудование, необходимое для проведения химико-аналитического анализа;

— техническое средство должно серийно выпускаться.

Выбор технических средств контроля общепромышленных загрязнителей для использования в комплексной системе производственного экологического мониторинга объекта по уничтожению химического оружия осуществлялся с участием автора работы на конкурсной основе [139].

Для участия в конкурсе были разосланы приглашения 23 организациям Российской Федерации, выпускающим приборы и оборудование экологического контроля.

Рассматривались вопросы комплектации следующих базовых элементов системы производственного экологического мониторинга и прогнозирования применительно к первому российскому объекту по уничтожению химического оружия, расположенному в п. Горный Саратовской области:

— химико-аналитической лаборатории, оборудованной преимущественно универсальными приборами для анализа проб атмосферного воздуха, воды и почвы;

— передвижных лабораторий на базе автомобиля повышенной проходимости для контроля атмосферного воздуха, а также воды и почвы, оснащенных приборами с автоматическим и ручным управлением;

— автоматических стационарных постов, оснащенных приборами с автоматическим непрерывным контролем загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

К указанному сроку были получены заявки на участие в конкурсе от 17 организаций.

На комплектацию химико-аналитической лаборатории претендовали две организации.

На поставку оборудования, использование которого возможно для комплектации передвижных лабораторий и автоматических стационарных постов контроля атмосферного воздуха, а также передвижных лабораторий для контроля воды и почвы, претендовали 15 организаций. На метеооборудование -2 организации.

Решением госзаказчика от 19 февраля 2001 года было утверждено решение конкурсной комиссии по определению победителя на поставку приборов экологического мониторинга, оборудования и сопутствующих материалов, обеспечивающих контроль общепромышленных загрязнителей на объектах по уничтожению химического оружия [101].

Для комплектации химико-аналитической лаборатории — Муниципальное предприятие «Региональный центр экологического мониторинга», г. Дзержинск Нижегородской области.

Для комплектации автоматического стационарного поста контроля:

— НПО «Прибор», г. Москва;

— ООО «ЭТЭК», г. Москва;

— ОАО «Цвет», г. Дзержинск;

— Институт радарной метеорологии Ленинградской области.

Для комплектации передвижной лаборатории контроля воздуха, воды и почвы:

— НПО «Люмекс», г. Санкт-Петербург;

— ОАО «Редкинское ОКБА», Тверская область;

— АО «Плазменные технологии», г. Москва;

— ОПТЭК, г. Санкт-Петербург;

— Конструкторско-технологический институт геофизического и экологического приборостроения, г. Новосибирск;

— НПО «Тайфун», г. Обнинск;

— ООО «КОРТЭК», г. Москва.

На основании решения было осуществлено размещение заказа на изготовление (поставку) приборов экологического мониторинга, оборудования и сопутствующих материалов для базовых элементов системы производственного экологического мониторинга.

7.2. Методическое и метрологическое обеспечение испытаний приборов газоаналитического контроля.

Для обеспечения проведения испытаний приборов газоаналитического контроля, в которых принимал участие автор работы, были разработаны и аттестованы методики создания аттестованных смесей ОВ и мешающих технологических примесей в воздухе, а также методики выполнения измерений массовых концентраций Ви-экс, зарина, зомана в пробах воздуха рабочей зоны объектов УХО. [ 104,105,106]В ходе подготовки к проведению испытаний была проведена аттестация испытательного оборудования, а также осуществлена аккредитация лаборатории как испытательной в системе Государственного центра средств измерений. 5,6,7].

Выполнение измерений массовых концентраций Ви-экс, зарина, зомана в пробах парогазовых смесей проводилось газохроматографическим методом с пламенно-фотометрическим детектированием. В результате метрологической аттестации установлены границы относительной погрешности определения массовых концентраций: Ви-экс- ±35%, зарина и зомана — ±25%.

Приготовление аттестованных смесей ФОВ осуществлялось на газодинамическом стенде. Приготовление аттестованных смесей примесей в воздухе проводили с использованием газодинамической установки. По результатам метрологической аттестации были установлены границы относительной погрешности приготовления аттестованных смесей ФОВ и примесей в воздухе, которые составляют ±30%.

Материалы исследований и испытаний по данному разделу исследований были реализованы:

— аттестацией газодинамического стенда (аттестат Гостехрегулирования № 114 от 8 декабря 2005 г.);

— аттестацией газодинамической установки (аттестат Гостехрегулирования № 115 от 8 декабря 2005 г.);

— аттестацией методик выполнения измерений массовых концентраций зомана, зарина и Ви-экс в пробах воздуха рабочей зоны газохроматографическим методом с пламенно-фотометрическим детектированием (свидетельства Гостехрегулирования №№ 031−01−123−04, 3 101−122−04, 031−01−121−04);

— аккредитацией испытательной лаборатории средств измерений Саратовского военного института РХБ защиты в Государственном реестре под № 30 076−03/07.

7.3. Результаты испытаний приборов газоаналитического контроля зараженности воздуха рабочей зоны по парам ФОВ для оснащения объектов по уничтожению химического оружия.

Испытания приборов газоаналитического контроля проводились с участием автора работы нами в период с 1 июля по август 2003 года на базе Саратовского военного института РХБ защиты Федерального управления по безопасному хранению и уничтожению химического оружия [119].

Перечень приборов, представленных на испытания, приведен в табл. 7.1.

Заключение

.

В диссертационной работе построены и исследованы теоретико-игровые и оптимизационные модели механизмов эффективного управления уровнем безопасности на объектах УХО.

Основные научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Впервые в теории и практике разработаны модели, используемые при создании аппарата управления безопасностью объектов УХО.

2. Обоснованы основные источники загрязнения и перечень показателей, характеризующий уровень риска в зоне защитных мероприятий.

3. Поставлена задача выбора оптимального состава оборудования системы ПЭМ объекта УХО и разработаны алгоритмы ее решения:" «Предложенные методы позволяют минимизировать затраты на приборно-техническое обеспечение системы ПЭМ, составляющие порядка 50−60% от ее общей стоимости.

4. Выбраны и обоснованы критерии оценки уровня безопасности при уничтожении химического оружия.

5. Адаптирована применительно к определению уровня безопасности объекта УХО процедура комплексного оценивания на основе матриц логической свертки.

6. Разработаны модели и методы оптимизации программ повышения безопасности функционирования объекта УХО.

7. Исследованы и обоснованно предложены экономические механизмы, обеспечивающие реализацию программы мероприятий управления безопасностью объектов УХО, учитывающие специфику их деятельности.

8. Разработан комплекс деловых игр и проведено экспериментальное исследование эффективности экономических механизмов управления уровнем риска в зоне защитных мероприятий.

9. Разработанные модели и методы составили основу системы поддержки принятия решений при создании, эксплуатации и развитии систем ПЭМ объектов УХО.