SBORNÍK vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava Řada bezpečnostní inženýrství

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

1 2005 ročník I

SBORNÍK vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Řada bezpečnostní inženýrství

TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University Ostrava Safety Engineering Series

OSTRAVA

ISBN 80-248-0940-0 ISSN 1801 - 1764

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA

1 2005 ročník I

SBORNÍK vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Řada bezpečnostního inženýrství

TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University Ostrava Safety Engineering Series

OSTRAVA

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství REDAKČNÍ RADA: vedoucí redaktor: doc. Ing. Jiří Lošák, CSc. členové redakční rady: doc. Ing. Jiří Lošák, CSc., doc. Dr. Ing. Michail Šenovský, Dr. Ing. Aleš Bernatík, Lenka Rymlová OBSAH Karol BALOG Študium vplyvu koncentrácie kyslíka na proces samozapálenia bieleho fosforu ..........

1

Aleš BERNATÍK Hodnocení rizik závažných havárií vybraných technologických zařízení obsahujících amoniak .....................................................................................................

11

Sylva DRÁBKOVÁ, Milada KOZUBKOVÁ Fyzikální experimenty a aerodynamickém tunelu a jejich význam při numerickém modelování proudění a rozptylu plynných látek v ovzduší ...........................................

25

Alexander CHUBENKO Deduktivní metoda tvorby matematického modelu pro studium míry přijatelného technogenního rizika ......................................................................................................

37

Lubomír KELNAR Případová studie k metodikám analýz a hodnocení rizika .............................................

43

Ingrid MATOUŠKOVÁ, Roman RAK Bezpečnostní manažer – jeho role a osobnost …………………………………………

65

Milan SABO Interakcie medzi spoľahlivosťou a bezpečnosťou technického systému ……………..

85

Václav SEDLATÝ, Štefan KEMENYÍK, Blanka JAŠKOVÁ, Milan KRKOŠKA, Juraj BLANÁR Príspevok k požiarnej bezpečnosti diaľničného tunela Branisko (SR) ………………..

95

Michail ŠENOVSKÝ Krizové plánování ……………………………………………………………………..

101

Ladislav ŠIMANDL, Jaroslav DAMEC Nebezpečí při tankování ………………………………………………………………

115

Pavel ŠŤÁVA, Vladimír SKÝBA Rozpad vodních paprsků a velikost kapek rozprášeného proudu ……………………..

125

Ivana TUREKOVÁ Študium termickej stability PVC kábla metodami termickej analýzy ………………...

135

Xénia VRÁBEĽOVÁ, Milan SABO Efektívnosť pracovnej činnosti člověka v závislosti na štruktúre pracovnej skupiny ………………………………………………………..

143

Krátké zprávy: Fakulta bezpečnostního inženýrství se představuje …………………..

149

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Karol BALOG* ŠTUDIUM VPLYVU KONCENTRÁCIE KYSLÍKA NA PROCES SAMOZAPÁLENIA BIELEHO FOSFORU STUDY OF THE INFLUENCE OF OXYGEN CONCENTRATION ON THE PROCESS OF WHITE PHOSPHOR SELFIGNITION Abstrakt Pomocou horizontálnej elektricky vyhrievanej piecky sa v dynamickej atmosfére kyslíka a dusíka sledoval proces samozapálenia bieleho fosforu v závislosti od teploty a koncentrácie kyslíka. V oxidačnej atmosfére sa stanovila kritická teplota samozapálenia a príslušná indukčná perióda zapálenia bieleho fosforu. Zistilo sa, že teplota samozapálenia je silne ovplyvňovaná koncentráciou kyslíka. Abstract By means of horizontal electrically heated furnace in the dynamic atmospheres of oxygen and nitrogen the burning process of selfignition of white phosphor were studied. In the oxidative atmosphere the critical selfignition temperature and delay time to ignition were determined. It was found out that selfignition temperature of white phosphor is strongly influenced by the oxygen concentration. Key words: white phosphorus, burning process, selfignition temperature, delay time to ignitron Úvod Fosfor patrí medzi požiarnonebezpečné suroviny používané v chemickom priemysle a vyskytuje sa v niekoľkých modifikáciách. Najnebezpečnejšou modifikáciu je biely fosfor, z ktorého sa vyrába technická kyselina fosforečná. Toxikologické riziko pri manipulácii s bielym fosforom je veľmi veľké, nakoľko patrí medzi vysoko toxické látky a môže vyvolať akútne i chronické otravy. Ešte stále však pretrváva nedostatok informácií o vplyve koncentrácie kyslíka a teploty okolia na iniciačný proces horenia bieleho fosforu.

Samozápalné látky Látky, ktoré sú schopné zapáliť sa bez vonkajšieho iniciačného zdroja na vzduchu pri bežnej teplote, nazývame látky samozápalné. Do tejto skupiny môžeme zaradiť látky ako sú biely (žltý) fosfor, fosforovodík, zinkový prach, hliníkový prach, karbidy alkalických kovov, sírniky kovov, arzíny, fosfíny, rubídium, cézium a ďalšie. * prof. Ing., Ph.D., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FBI, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

1

Medzi najznámejšie patrí biely fosfor, ktorý sa používa najmä na výrobu termickej kyseliny fosforečnej. Požiarne i toxikologické riziko pri manipulácii s bielym fosforom je veľmi veľké, nakoľko patrí medzi vysoko toxické látky a môže vyvolať akútne i chronické otravy. Biely fosfor sa na vzduchu intenzívne oxiduje a horí za tvorby bieleho dymu. Oxidáciou vzniká oxid fosforečný.

Fyzikálno-chemické a požiarnotechnické charakteristiky bieleho fosforu Existujú tri alotropické formy fosforu, každá z nich je polymorfná a spolu je asi 11 známych modifikácií. Biely fosfor je chemicky veľmi reaktívny a zahrievaním v inertnej atmosfére na 260 oC sa mení na chemicky omnoho menej reaktívny červený fosfor. Je to tiež horľavý, ale na vzduchu stály prášok. Treťou modifikáciou fosforu je čierny fosfor, ktorý vzniká zahrievaním bieleho fosforu v špecifických podmienkach. Niektoré vlastnosti uvedených modifikácií fosforu sú uvedené v tab. 1. Tab. 1 Fyzikálno-chemické a požiarnotechnické charakteristiky fosforu Červený Charakteristika Biely fosfor Čierny fosfor fosfor Hustota (kg.m-3) Teplota topenia pri tlaku 101,325 kPa (oC) Výhrevnosť (MJ.kg-1) Merné teplo (J,kg-1.K-1) Molárne teplo (J.mol-1.K-1 Rozpustnosť vo vode Teplota samozapálenia (oC) Teplota vznietenia (oC)

1828 44,2 25,12 795 24,6 prakticky nerozpustný 30 –45

2200 590-620

2690 580

754 nerozpustný

nerozpustný

400

-

Vo vode sa fosfor nerozpúšťa, a preto sa skladuje pod vodou v uzavretých nádobách. Taktiež jeho mechanické delenie, napr. pre experimentálne účely, sa vykonáva pod vrstvou vody (teplo vzniknuté trením je dostačujúce na jeho iniciáciu). Pre laboratórne účely sa biely fosfor skladuje pod vodou v sklenených nádobach, ktoré sa vkladajú do kovových nádob vyplnených pieskom alebo kremelinou. Skladovacie nádrže a nádoby sa musia chrániť pred sálavým teplom a slnečným žiarením. Fosfor sa rozpúšťa v sírouhlíku a tento roztok sa používal ako zápalná látka. Biely fosfor je na vzduchu samozápalná látka. Horí žltobielym plameňom na oxid fosforečný. Pri spálení 1 kg bieleho fosforu sa uvoľní 25,1 MJ tepla. Pri nedostatku kyslíka vzniká namiesto oxidu fosforečného oxid fosforitý. Pri styku s halogénmi, oxidačnými činidlami, kyselinou sírovou alebo dusičnou môže dochádzať k chemickému samovznieteniu. Teplota samozapálenia bieleho fosforu udávaná v odbornej literatúre je 30 až 45 oC.

2

Bezpečnostné opatrenia pri nakladaní s bielym fosforom Doprava bieleho fosforu v malom množstve sa vykonáva v špeciálnych kontajneroch. K preprave fosforu vo veľkom množstve sa používajú nádržkové vozne. Biely fosfor musí byť pokrytý vrstvou vody o hrúbke najmenej 12 cm. V zimnom období sa musí k vode pridávať prostriedok proti zamŕzaniu. Nádrž je do 2/3 výšky vybavená duplikátorovým plášťom pre ohrev parou. Vlastné prečerpávanie z nádržkových vozňov do skladovacích zásobníkov sa vykonáva sifónovaním fosforu zohriateho do kvapalného stavu. Veľkým problémom je havarijné stáčanie fosforu z poškodených nádržkových vozňov a musí sa použiť špeciálne zariadenie na odsávanie fosforu (obr.1). Celý systém stáčania a prečerpávania bieleho fosforu patrí medzi zvlášť nebezpečné technologické postupy, vrátane jeho skladovania v zásobných nádržiach. Veľké nebezpečenstvo vzniku požiaru a ohrozenia zdravia je pri pracovných operáciách, kedy sa otvára zásobná nádrž železničného vozu. Tu môže dôjsť k vystreknutiu fosforovej vody. Dôležité je určenie pH krycej vrstvy vody pre nasledujúce pracovné operácie. V prípade, že pH je menšie než 3, hrozí nebezpečenstvo tvorby vodíka a môžu sa vytvoriť úpodmienky pre vznik výbuchu alebo požiaru. Pro hodnotách pH vyššej ako 6 hrozí nebezpečenstvo tvorby fosfánu. Veľké nebezpečenstvo vzniku požiaru vzniká tiež pri čistení čerpadiel a armatúr, keď dôjde k ich upchatiu alebo veľkému zníženiu prietoku. V prípade netesností na dopravnom potrubí do skladovacích zásobníkov môže dôjsť taktiež k nasatiu vzduchu, čo nepriaznivo ovplyvňuje inertnú atmosféru nad hladinou vody. Obr.1 Schéma havarijného stáčania bieleho fosforu z poškodeného nádržkového vozňa

3

Experimentálna časť V súčasnosti je ešte stále nedostatok podrobnejších informácií o požiarnotechnických vlastnostiach bieleho fosforu. Výsledky laboratórnych experimentov s bielym fosforom, dokazujú, že nebezpečenstvo tejto látky je veľmi vysoké vzhľadom na to, že je schopná sa zapáliť i pri minimálnych koncentráciách kyslíka a nízkej teplote (obr. 2). Obr. 2 Závislosť indukčnej periódy samozapálenia bieleho fosforu (s) od teploty okolia (oC) a koncentrácie kyslíka v okolitej atmosfére (% obj. O2).

Na laboratórne skúšky horľavosti bol použitý biely fosfor a experimentálne práce boli vykonané tak, aby umožňovali sledovať proces samozapálenia v závislosti od teploty okolia a koncentrácie kyslíka v oxidačnej atmosfére. Vzorky fosforu pre jednotlivé skúšky boli pripravované pod ochrannou vrstvou vody. Tesne pred skúškou boli odvážené kúsky fosforu (2 až 3 g) vybrané z vody a vložené do testovacieho reaktora, ktorého reakčný priestor bol vyhriaty na požadovanú teplotu. Merania boli vykonané v dynamickej atmosfére s prietokom

4

2,1 litra za minútu oxidačnej zmesi dusíka a kyslíka. Požadovaná oxidačná zmes potrebná na reakciu fosforu bola predmiešaná a kontrolovaná pomocou paramagnetického analyzátora kyslíka. Po vložení fosforu do testovacieho priestoru reaktora s oxidačným prúdom bol spustený digitálny časový merač a sledovaný priebeh oxidácie. Po skončení skúšky bol horizontálny reaktor z kremenného skla vyčistený od vzniknutých oxidov fosforu prepláchnutím vodou a pripravený na ďalšie meranie. Takto získané experimentálne údaje o vplyve teploty reakčného priestoru a koncentrácie kyslíka v oxidačnej atmosfére na priebeh procesu samozapálenia bieleho fosforu umožnili hodnotiť aj kinetiku procesu oxidácie. Experimentálne údaje indukčných periód samozapálenia v intervale teplôt 30 0 C až 65 0 C pri koncentrácii kyslíka 3 obj. % až 99,6 obj. % sú uvedené v tab. 2. Taktiež boli vyrátané príslušné aktivačné energie procesu samozapálenie podľa rovnice, ktorú odvodil N. N. Semenov. Tab. 2 Vplyv koncentrácie kyslíka a teploty na indukčnú periódu samozapálenia bieleho fosforu Koncentrácia kyslíka (obj. %) Teplota (˚C) 3 5 10 15 21 30 40 60 80 99,6 Indukčná perióda samovznietenia (s) 30 «900 «900 541 315 200 135 35 40 45 50 55 60 65 ‫٭‬Ea kJ/mol

«900 640 180 80 60 144

«900 «900 «900 680 611 440 420 343 280 175 115 89 80 52 41 41 32 26 29 20 14 127 126 127

563 320 210 67 34 24 6 128

405 280 175 60 30 20 5 125

304 185 122 205 141 80 133 88 43 55 50 30 26 23 17 13 7 4

66 42 26 14 6

116 111 110

98

Z uvedených hodnôt je zrejmé, že zvyšovaním obsahu kyslíka v oxidačnej zmesi dusíka a kyslíka sa hodnota aktivačnej energie samozapálenia bieleho fosforu znižuje i napriek tomu, že sa znížila teplotná oblasť skúmania. V praxi to znamená, že boli pozorované kratšie časy indukčných periód samozapálenia. Aby bolo možné tento vplyv vyhodnotiť, priebeh procesu samozapálenia bieleho fosforu bol študovaný pomocou ortogonálneho plánovania pokusov.

5

Tab. 3 Hladiny jednotlivých faktorov ortogonálneho plánu druhého rádu v rozmedzí (35-100) ˚C a (0-100) obj. % kyslíka Xi

X1 X2 Č.P.

XiH- hladina

FAKTOR

Teplota okolia vzorky (˚C) Koncentrácia kyslíka (% obj.) KÓD

1. (1) 2. a 3. b 4. ab 5. -A 6. +A 7. -B 8. +B 9. 0 10. 0 11. 0 12. 0 13. 0 *pri 3 % obj. kyslíka

-√2 35 0

-1,0 44,5 14,6

li

0 +1,0 +√2 67,5 90,5 100 50 85,4 100 Indukčná perióda

23 35,4

Teplota (˚C)

Koncentrácia kyslíka (obj. %)

Experimentálna hodnota

Teoretická hodnota

44,5 90,5 44,5 90,5 35,0 100 67,5 67,5 67,5 67,5 67,5 67,5 67,5

14,6 14,6 85,4 85,4 50 50 0 100 50 50 50 50 50

315 6 32 1 135 1 190* 1 2 2 1 1 2

352,7 6,4 -0,1 31,5 195,2 -27,4 227,3 -4,5

V tab. 3 sú uvedené hranice experimentálnych podmienok a stred plánovaného experimentu. Pomocou vypočítaných koeficientov bezrozmernej rovnice boli teoreticky určené hodnoty indukčných periód. Ako vidieť z tab. 3, pri pokuse č. 3, 6 a 8 boli vypočítané hodnoty záporného času a bezrozmernú rovnicu môžeme považovať za neadekvátnu.

6

Tab. 4 Hladiny jednotlivých faktorov ortogonálneho plánu druhého rádu v rozmedzí (40-90) ˚C a (0-42) obj. % kyslíka XiH- hladina Xi FAKTOR li -√2 -1,0 0 +1,0 +√2 X1 Teplota okolia vzorky (˚C) 40 47,3 65 82,7 90 17,7 X2 Koncentrácia kyslíka (obj. %) 0 6,1 21 35,9 42 14,9 Indukčná perióda Teplota Koncentrácia Experimentálna Teoretická KÓD Č.P. kyslíka (˚C) hodnota hodnota (obj. %) 1. (1) 2. a 3. b 4. ab 5. -A 6. +A 7. -B 8. +B 9. 0 10. 0 11. 0 12. 0 13. 0 *pri 5 % obj. kyslíka

47,3 82,7 47,3 82,7 40 90 65 65 65 65 65 65 65

6,1 6,1 35,9 35,9 21 21 0 42 21 21 21 21 21

320 14 80 2 345 3 140* 2 7 7 2 7 2

332 2 109 6,3 319 12,3 136,4 -18,2 5

Z tohto dôvodu sa pristúpilo k zmene hladín skúmania. Zmena hladín skúmania vplyvu teploty a koncentrácie kyslíka v oxidačnej atmosfére, ako aj experimentálne výsledky nového ortogonálneho plánu druhého rádu sú uvedené v tab. 4.

7

Tab. 5 Hladiny jednotlivých faktorov ortogonálneho plánu druhého rádu v rozmedzí (40-90) ˚C a (5-21) obj. % kyslíka XiH- hladina Xi FAKTOR li -√2 -1,0 0 +1,0 +√2 X1 Teplota okolia vzorky (˚C) 40 42,9 50 57,1 60 7,1 X2 Koncentrácia kyslíka (obj. %) 5 7,3 13 18,7 21 5,7 Indukčná perióda Teplota Koncentrácia Experimentálna Teoretická KÓD Č.P. (obj. %) (˚C) hodnota hodnota 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

(1) a b ab -A +A -B +B 0 0 0 0 0

42,9 57,1 42,9 57,1 40 60 50 50 50 50 50 50 50

7,3 7,3 18,7 18,7 13 13 5 21 13 13 13 13 13

471 41 309 31 565 30 168 67 97 96 106 107 104

471 28,5 316 26 559,3 41,4 176 64,5 102

Vypočítané regresné koeficienty pre tento ortogonálny plán sú významné podľa Studentovho kritéria. Vznikali pochybnosti o adekvátnosti bezrozmernej rovnice, pretože v pokuse č. 8 bol opäť vypočítaný záporný čas indukčnej periódy. Preto sa opäť pristúpilo k zmene hladín skúmania vplyvu teploty a koncentrácie kyslíka. Zmena hraníc experimentálnych podmienok, stred plánovaného experimentu a hladín skúmania vplyvu teploty a koncentrácie kyslíka, ako i experimentálne výsledky tretieho ortogonálneho plánu druhého rádu sú uvedené v tab. č. 5. Získané experimentálne výsledky boli spracované regresnou analýzou, pričom výberové koeficienty regresie boli testované Studentovým kritériom a regresná rovnica v normovanom tvare Y = 7059 – 234,8z1 - 61,2z2 + 0,94 z1z2 + 1,97z12 + 0,28z22 bola adekvátna k experimentálnym hodnotám, pričom z1 je teplota prostredia v intervale (40 - 60) 0 C z2 je koncentrácia kyslíka v intervale (5 – 21) obj. %

8

Záver Požiarne riziko pri manipulácii s bielym fosforom je mimoriadne veľké, pretože ide o látku na vzduchu samozápaľnú a rýchle horiacu. Rozvoj požiaru a prípadné následky pre okolité prostredie závisia od konkrétnych podmienok. Silná afinita bieleho fosforu ku kyslíku spôsobuje množstvo bezpečnostných problémov pri jeho výrobe, preprave, manipulácii a priemyselnom spracovaní. Na základe experimentov v dynamickej oxidačnej atmosfére sme zistili, že kritická teplota samovznietenia bieleho fosforu je 32 ˚C a príslušný čas do samozapálenia 700 sekúnd pri koncentrácii kyslíka 2 obj. %. Literatura 1. Semenov, N.N.: O nekotorych problemach reakcionnoj sposobnosti v chimičeskoj kinetike. Izd. Nauka, Moskva 1958. 2. Lewis, D.J. Pyrophoric cargo BLEVE. Hazardous Cargo Bull. 5, No 1, 1984. 3. K. Orlíková, R. Valášek, Š. Košík, K. Balog: Preventívne opatrenia pri manipulácii, doprave a prečerpávaní bieleho fosforu, Spravodajca HS Zboru PO 1, 3, 1985. Summary A prime cause of fire hazard is the use of flammable materials. Fire risk assessment of chemicals at the workplace has to consider qualitative and quantitative fire safety aspects. Estimating of onset of thermal decomposition and flammability parameters of materials are very important for the fire hazard assessment. Thermal decomposition of white phosphorus is accompanied by generation of heat and toxic smoke, and under certain conditions may lead to the self-ignition. In order to establisch the thermal stability of white phoshorus the critical self-ignition temperature examined by means of hot-air furnace. It was found out that not only the temperature, but also the oxygen concentration have crucial influence on the onset of selfignition process.

9

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Aleš BERNATÍK* HODNOCENÍ RIZIK ZÁVAŽNÝCH HAVÁRIÍ VYBRANÝCH TECHNOLOGICKÝCH ZAŘÍZENÍ OBSAHUJÍCÍCH AMONIAK ASSESSMENT OF RISKS OF MAJOR ACCIDENTS OF CHOSEN INSTALLATIONS CONTAINING AMMONIUM Abstrakt Amoniak je často používaná chemická látka v různých průmyslových odvětvích , kdy se využívá jeho specifických vlastností především jako chladícího média. Na druhou stranu amoniak představuje významnou nebezpečnou látku pro člověka a životní prostředí z hlediska toxicity. Cílem příspěvku je charakteristika různých technologických zařízení s amoniakem a hodnocení společenského rizika závažných havárií pomocí vybraných metod. Abstract Ammonium is a chemical substance frequently used in various branches of industry, when its specific properties, especially as a cooling medium, are utilised. On the other hand, ammonium represents a significant substance dangerous to a man and the environment from the point of view of toxicity. The aim of the contribution is the specification of various installations containing ammonium and the assessment of societal risk of major accidents by means of chosen methods. Key words: Ammonia, Major-Accident Prevention, Methods of Risk Assessment Úvod Cílem příspěvku je charakteristika různých zařízení obsahujících amoniak především z hlediska možných následků havárií na okolí průmyslových podniků. Pro své specifické vlastnosti se amoniak vyskytuje v mnoha průmyslových odvětvích, nejčastěji se využívá jako chladící médium. Na druhou stranu tyto specifické vlastnosti znamenají významný zdroj rizika pro okolní obyvatelstvo a životní prostředí. S amoniakem se můžeme setkat ve velkých chemických podnicích (např. surovina pro výrobu kyseliny dusičné), dále pak ve strojovnách chlazení ve farmaceutickém průmyslu a potravinářském průmyslu (pivovary, masokombináty, mlékárny, apod.) nebo se amoniak nachází také na zimních stadiónech pro účely chlazení ledu. Množství amoniaku v takových podnicích se liší především podle velikosti provozu, například velké chemické podniky mají na svém území stovky tun amoniaku, ve strojovnách chlazení se toto množství pohybuje nejčastěji kolem 5 t, ale může dosahovat řádově desítek tun (např. pivovar 25 t, masokombinát 48 t). * Dr. Ing., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FBI, Katedra bezpečnostního managementu, 700 30 Ostrava - Výškovice, e-mail: [email protected]

11

Dílčím cílem příspěvku je poukázat na rizika provozování vybraných zařízení s různým množství amoniaku.

Charakteristika amoniaku Amoniak (CAS number: 7664-41-7) je za normálních podmínek bezbarvý plyn pronikavého charakteristického zápachu s dráždivými a dusivými účinky. Amoniak je velmi toxický a žíravý (leptavý) a může způsobit vážné dočasné nebo trvalé zranění. Při vyšších koncentracích dráždí ke kašli a k slzení. Amoniak reaguje s vlhkostí na sliznatých tkáních (oči, kůže a dýchací ústrojí) za vzniku hydroxidu, který působí jako žíravina. Klasifikace amoniaku podle nařízení vlády č. 258/2002 Sb. je: R10 (hořlavý), T; R23 (toxický při vdechování), C; R34 (žíravý), N; R50 (nebezpečný pro životní prostředí). Molekulová hmotnost je 17, hustota par je 0,5967 (vzduch = 1), hustota tekutiny je 0,6175 kg.l-1 při 15 °C a 0,7188 MPa. Amoniak je lehce rozpustný ve vodě. Teplota varu je mínus 33,4 °C. Výbušná koncentrace ve vzduchu je 16% až 27% objemových. Bod vzplanutí je 650 °C, kritická teplota 132,4 °C, kritický tlak 11,15 MPa. Amoniak je skladován při tlaku par, to znamená že tlak v zásobníku závisí na teplotě zkapalněného amoniaku. Následuje příklad závislosti tlaku v zásobníku na teplotě amoniaku: -33 °C 0,1 MPa ( bod varu) -16 °C 0,225 MPa 0 °C 0,425 MPa 20 °C 0,85 MPa 42 °C 1,65 MPa (extrémní podmínky, otevření pojistného ventilu) Toxikologické hodnoty pro lidi: − TCLo (inhal): 20 ppm - nejnižší toxická koncentrace pro člověka vdechnutím; − TCLo (kůže): 1000 ppm - nejnižší toxická koncentrace pro člověka při kontaktu s kůží; − LCLo (inhal): 5000 ppm - nejnižší smrtelná koncentrace pro člověka vdechnutím; − IDLH: 300 ppm (500 ppm stará hodnota) - maximální koncentrace, která nevyvolá nevratné změny na zdraví lidí, − ERPG-1: 25 ppm, ERPG-2: 200 ppm, ERPG-3: 1000 ppm. Toxicita prostředí: amoniak je škodlivý pro vodní prostředí ve velmi nízkých koncentracích a může být nebezpečný, jestliže vtéká do vody. Amoniak se nekoncentruje v potravním řetězci. Nebezpečí požáru: amoniak není lehce zápalný, ale exploze směsi amoniaku se vzduchem se vyskytly v uzavřených prostorech. NFPA hazard index: − Zdraví (modrá): 3 - krátká expozice může způsobit vážné dočasné nebo trvalé zranění. Vyžaduje ochranu celého těla. − Hořlavost (červená): 1 - materiál, který vyžaduje značné zahřátí před zapálením a hořením. − Reaktivita/stabilita (žlutá): 0 - materiál stálý dokonce v podmínkách ohně, nereaktivní s vodou.

12

I když má amoniak menší molární hmotnost (17 g.mol-1) než vzduch (29 g.mol-1), to znamená, že by měl být lehčí než vzduch, bude se v počáteční fázi úniku ze zařízení chovat jako těžký plyn, protože vliv ochlazování vzduchu převýší klesající hustotu směsi.

Hodnocení rizik vybranými metodami Pro hodnocení rizik zařízení s amoniakem je možno použít celou řadu metod, od jednoduchých screeningových a indexových metod (Selektivní metoda z Purple Book CPR 18E, IAEA-TECDOC-727, Dow´s Chemical Exposure Index), přes systematickou metodu HAZOP, modelování rozptylu úniku toxických látek až po stanovení pravděpodobnosti a společenské přijatelnosti rizik. Cílem je zhodnocení rizik provozování těchto zařízení a posouzení použitelnosti uznávaných metod analýzy rizik pro následující zdroje rizik. Jako typické zástupce různých zařízení s amoniakem byly vybrány: kulový zásobník – 500 t železniční cisterna – 50 t potrubí s kapalným amoniakem – DN 150 strojovna chlazení – 5 t chladící jednotka York – 0,4 t

Metoda výběru podle Purple Book CPR 18 E Metoda výběru (Purple Book CPR 18E, 1999) byla vyvinuta pro odhalení takových zařízení, která nejvíce přispívají k riziku z celého objektu. Takto vybraná zařízení musejí být uvažovány při kvantitativní hodnocení rizika (QRA - Quantitative Risk Assessment). Jednotlivé kroky metody výběru: Objekt se rozdělí na nezávislé zařízení (oddělené jednotky). Nebezpečnost každého zařízení se stanoví na základě množství látky, provozních podmínek a vlastností nebezpečných látek. Indikační číslo A vyjadřuje míru skutečné nebezpečnosti zařízení. Nebezpečnost zařízení se stanovuje pro množinu bodů v okolí (na hranici) objektu. Nebezpečnost zařízení na jistou vzdálenost se stanoví na základě známého indikačního čísla a vzdálenosti mezi posuzovaným bodem a zařízením. Míra nebezpečí v posuzovaném bodě se odvodí z hodnoty výběrového čísla S. Zařízení jsou pro analýzu QRA vybírány na základě relativní hodnoty výběrového čísla S. Výsledkem metody výběru je zjištění, že kromě chladící jednotky York vyžadují ostatní zařízení kvantitativní analýzu rizika (QRA), vzhledem k toxickým vlastnostem amoniaku se mohou následky projevit za hranicí objektu. Tabulka č. 1 uvádí příklad výsledků pro vybraná zařízení s amoniakem. Jednotky jsou vybrány pro QRA, jestliže hodnota selektivního čísla S je vyšší než 1 (hodnota indikačního čísla A je ve vzdálenosti 100 m shodná se selektivním číslem S). Z výsledků je zřejmé, že hořlavost amoniaku je překryta toxickými vlastnostmi, které mohou dosáhnout větších vzdáleností.

13

Tabulka č.1 – Příklad výsledků metody výběru Zdroj č.

Zařízení

Z hlediska Množst ví (t)

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a

zásobník zásobník cisterna cisterna potrubí potrubí strojovna strojovna chlad. jednotka chlad. jednotka

toxicity hořlavosti toxicity hořlavosti toxicity hořlavosti toxicity hořlavosti toxicity

500 500 50 50 9 9 5 5 0,4

hořlavosti

0,4

5b

Faktory pro provozní podmínky O1 O2 O3 0,1 1,0 10,0 0,1 1,0 10,0 0,1 1,0 10,0 0,1 1,0 10,0 1,0 1,0 10,0 1,0 1,0 10,0 1,0 0,1 10,0 1,0 0,1 10,0

Mezní množství (t)

Indikač ní číslo A

3 10 3 10 3 10 3 10

166,6 50,0 16,6 5,0 30,0 9,0 1,6 0,5

1,0

0,1

10,0

3

0,1

1,0

0,1

10,0

10

0,04

Lze konstatovat, že metoda výběru je použitelná pro hodnocení zařízení s amoniakem. Vzhledem k toxickým vlastnostem amoniaku je zřejmé, že tyto zdroje rizika ohrozí okolí objektů. Z principů metody výběru je možné odvodit, že zařízení s větším množstvím amoniaku než 3 t představuje riziko ve vzdálenosti minimálně 100 m. S rostoucím množstvím amoniaku poroste i tato nebezpečná vzdálenost. Výsledkem metody výběru je konstatování, že výše uvedená zařízení (zdroje č. 1 – 4) vyžadují kvantitativní hodnocení rizika (QRA).

Metoda IAEA-TECDOC-727 Pro odhad společenského rizika byla použita metoda známá pod označením IAEATECDOC-727, která umožňuje pomocí referenčních typových havárií odhadnout velikost zasažené plochy, ztráty na lidských životech a současně i frekvenci ztrát. V tomto směru je metoda jedinečná, výsledky dosažené metodou IAEA-TECDOC-727 jsou použitelné především pro priorizaci, tj. sestavení pořadí závažnosti v souboru různorodých zdrojů rizika (fixní, mobilní i potrubní systémy). Dosažené výsledky však nelze přeceňovat, jde o screeningovou metodu poskytující předběžné výsledky hodnocení rizik. Odhad ztrát odpovídá předpokladům, na kterých je metoda vybudována. V tabulce č. 2 jsou uvedeny výsledky pro vybrané zdroje rizika, počet ohrožených osob není uveden, protože je závislý na konkrétním umístění zdrojů rizik.

14

Tabulka č. 2: Příklad výsledků metody IAEA-TECDOC-727 Číslo zdroje 1. 2. 3. 4. 5.

Název látky / zdroje

amoniak – zásobník amoniak - cisterna amoniak - potrubí amoniak – strojovna amoniak – chlad. jednotka

Množství Vzdálenos látky (t) t účinku (m) 500 1000 50 200 DN 150 1000 5 100 0,4 50

Četnost událost (případu/rok) 1.10-5 3.10-7 1.10-5 3.10-6 3.10-6

Lze konstatovat, že metoda IAEA-TECDOC-727 je použitelná jako předběžný odhad společenského rizika provozování zařízení s amoniakem. Hranice přijatelnosti společenského rizika je stanovena v české legislativě (vyhl. č. 8/2000 Sb.) podle následujícího vztahu: Fp = 10-3/N2 pro existující zařízení (1) -4 2 Fp = 10 /N pro nová zařízení (2) kde: Fp – přijatelná frekvence, N – počet ohrožených osob.

Metoda F&EI Metoda Dow´s Fire and Explosion Index je uznávaným standardem v zemích EU při posuzování nebezpečnosti požáru a výbuchu. Použití této metody mělo za cíl potvrzení, že hořlavé vlastnosti amoniaku mají menší význam než jeho toxické vlastnosti. Souhrnné výsledky bezpečnostní studie metodou F&EI pro 2 největší zdroje jsou uvedeny v následující tabulce. Tabulka č. 3:Příklad výsledků metody F&EI Procesní jednotka Hlavní substance Zásobník amoniaku Cisterna amoniaku

Hodnota materiálovéh o faktoru F&EI 4

28

4

31,2

Stupeň Poloměr Zasažená nebezpečnos zasažen plocha ti jednotky é plochy (m2) (m) I. Malý 7,1 158 I. Malý

7,9

196

Celk. Kredit. Faktor 0,87 0,87

Z výše uvedených výsledků a praktických zkušeností lze konstatovat, že metoda F&EI je sice použitelná pro zařízení s amoniakem, ale v praxi může být vynechána. Výsledky poukazují na nízkou závažnost těchto zdrojů rizika z hlediska hořlavosti, následky případného požáru nebo výbuchu se projeví pouze v těsné blízkosti zařízení.

15

Metoda CEI Metoda Dow´s Chemical Exposure Index (Index chemického ohrožení) je relativně jednoduchá metoda pro kvantitativní posouzení potencionálního ohrožení lidského zdraví v blízkosti chemických provozů, kde existuje reálná možnost úniku nebezpečné chemické látky. CEI se používá především pro zařízení určená pro skladování nebo zpracování toxických látek. Metodou CEI byl stanoven Index chemického ohrožení pro vybrané posuzované zdroje rizika, tj. skladování a přepravu amoniaku. Při oceňování se potvrdilo, že index chemického ohrožení je pro všechny posuzované zdroje vyšší než mezní hodnota indexu 200, a proto zdroje rizika vyžadují další posouzení nebezpečnosti. Výsledky jsou shrnuty v následující tabulce. Tabulka č. 4: Příklad výsledků metody CEI Nebezpečná látka -procesní jednotka

CEI

1. amoniak – zásobník

436,8

2. amoniak – cisterna

437,5

3. amoniak – potrubí s plynem

263,7

4. amoniak – potrubí s kapalinou

567,7

Lze konstatovat, že metoda CEI je použitelná pro zařízení s amoniakem, ale jejím výsledkem je v těchto případech pouze doporučení další detailnější analýzy. Metoda dále umožňuje stanovit tzv. nebezpečné vzdálenosti na základě ERPG hodnot. Výsledkem je např. nebezpečná vzdálenost 12,5 km pro ERPG-1 (3 mg/m3) jako následek úniku amoniaku z kulového zásobníku. Tyto výsledky jsou v praxi obtížně prezentovatelné, protože tato koncentrace může způsobit pouze nepříjemný zápach.

Metoda HAZOP Cílem bezpečnostní systematické studie metodou HAZOP je identifikace zdrojů rizika, tj. takových provozních stavů a situací, které se mohou vyskytnout a jsou nebezpečné. Identifikace skutečných příčin provozních odchylek vedoucích k havarijním stavům je výchozím základním předpokladem pro eliminaci zdrojů rizika a zmírňování následků havárií. Je obtížné na tomto místě uvést konkrétní výsledky metody HAZOP pro jednotlivá zařízení s amoniakem, kdy výsledky jsou prezentovány formou doporučených opatření na snížení rizik managementu podniku. Na základě výsledků metody HAZOP je ale také vhodné sestavovat scénáře typických havarijních situací, proto jsou dále uvedeny jako příklad scénáře pro zásobník a cisternu:

16

Havárie zásobníku amoniaku Možné příčiny: - okamžitý únik celého obsahu zásobníku při katastrofické poruše nebo únik velkým otvorem do 1 minuty, - kontinuální únik připojeným potrubím - utržení výstupního potrubí z kulového zásobníku před první armaturou, - kontinuální únik malým otvorem - trhlina na zásobníku, (modelován únikem otvorem 10 mm) - únik potrubím sání čerpadel ze dvou zásobníků. Rozvoj události: únik kapalného amoniaku z kulového zásobníku do záchytné jímky, odpařování, tvorba toxického mraku par, šíření toxického mraku v závislosti na směru větru. Frekvence úniku: pro rozsáhlý okamžitý i kontinuální únik je frekvence události odhadována na 5x10-7/ rok, pro únik otvorem 10 mm je frekvence události 1x10-5/ rok (viz Purple Book). Bezpečnostní opatření: záchytná jímka, stabilní skrápěcí zařízení, detektory úniku amoniaku, odkalovací ventil zdvojený, pravidelná kontrola stavu zásobníků, zásah hasičů.

Havárie cisterny s amoniakem Možné příčiny: - kontinuální únik obsahu otvorem v plášti železniční cisterny do 10 minut, - utržení stáčecího potrubí před první armaturou - nárazem do cisterny nebo potrubí (svár) byl poškozen korozí (DN 80), - okamžitý únik obsahu otvorem v plášti železniční cisterny do 1 minuty, - kontinuální únik obsahu otvorem φ 1 cm v plášti železniční cisterny. Rozvoj události: okamžitý nebo kontinuální únik obsahu cisterny do kolejiště, odpařování, tvorba toxického mraku par, šíření mraku v závislosti na směru větru. Frekvence úniku: : pro poškození cisterny je frekvence události odhadována na 1-5 x 10-7 případu/ rok, pro únik z utrženého stáčecího ramene max. 50 mm je frekvence dána počtem stáčení. Bezpečnostní opatření: hydraulický rychlouzávěrný ventil, podlahový ventil v cisterně, tepelná ochrana čerpadel a měření zátěže motoru čerpadel, detektory úniku amoniaku na pozici stáčení, instalované havarijní skrápěcí zařízení, zásah hasičů. Lze konstatovat, že metoda HAZOP je dobře použitelná pro zařízení s amoniakem. Studie je ovšem velmi náročná, vyžaduje zkušeného vedoucího a odpovědný přístup obsluhy zařízení. V průběhu studií HAZOP bývají odhaleny potenciální příčiny závažných havárií.

Modelování rozptylu uniklého amoniaku Pro potřeby modelování rozptylu toxických látek je nejprve potřeba stanovit hodnocenou koncentraci odpovídající například smrtelnému zranění po 30 min. Předpokládá se, že osoby na ploše zasažené účinkem toxické látky o určité koncentraci nacházející se vně

17

budov budou fatálně poraněny s pravděpodobností, kterou udává hodnota probitu. Osoby nacházející se uvnitř budov budou fatálně poraněny z deseti procent. Schématicky jsou výpočtové vztahy pro stanovení probitu uvedeny na následujícím obrázku :

toxicita

PE = f(a,b,n;C,t) FE,uvnitř = 0,1*PE FE, vně = PE

Obrázek č. 1 - Vztahy pro výpočet probitu kde : PE = f(a,b,n;C,t) – pravděpodobnost fatálního zranění při koncentraci C a expozici po dobu t (S ohledem na skutečnost, že na zasažené ploše se předpokládá 100 % fatálních zranění, platí : FE,uvnitř = 0,1 , FE, vně = 1) – počet fatálních zranění uvnitř budov FE,uvnitř FE, vně – počet fatálních zranění vně budov Použitá probitová funkce pro odhad fatálního zranění amoniakem : Pr = a + b x ln (Cn x t) 5 = 7,73667 + 1 x ln (C2 x 30) ⇒ C = 8473 ppm kde : Pr hodnota probitu odpovídající pravděpodobnosti smrti a, b, n konstanty popisující toxicitu látky C koncentrace t čas expozice

(3) (-) (-) (mg/m3) (minutes)

Probit umožňuje stanovit koncentraci, která při zadané době vyvolá očekávané následky. Systém ALOHA pak umožní stanovit velikost a tvar zasažené oblasti. Pro stanovené LC koncentrace (pomocí probitu) lze nalézt hranice plochy s odpovídající pravděpodobností fatálního poranění. Pro účely modelování následků expozice obyvatelstva účinkům toxické látky (společenského rizika) lze vyjít z koncentrace LC50 (inhal.,30 min) pro člověka. Koncentrace LC50 byla stanovena pomocí probitové funkce Pr pro amoniak. V následující tabulce jsou uvedeny výsledky modelování programem ALOHA 5.2.1. pro vybraná zařízení s amoniakem. Každé zařízení bylo vyhodnoceno pro dva atmosférické stavy: třídu stability D znamenající neutrální podmínky a třídu stability F představující inverzi. Program ALOHA využívá celé řady vstupních údajů pro modelování šíření toxického mraku, je potřeba zadávat především provozní parametry zařízení a klimatické podmínky ovzduší.

18

Tabulka č. 5: Příklad výsledků modelování programem ALOHA číslo scénář e

název zdroje

1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a

zásobník zásobník cisterna cisterna potrubí potrubí strojovna strojovna chladicí jednotka chladící jednotka

5b

třída rychlos teplota množství unikající rozměr délka stability t větru okolí amoniak množství otvoru mraku ovzduší [m/s] [ºC] u [kg/min] [mm] [m] [t] D 5 25 550 5 470 125 622 F 1,7 10 550 3 850 125 1 600 D 5 25 50 2 120 80 379 F 1,7 10 50 1 470 80 1 500 D 5 25 9 493 157 161 F 1,7 10 9 310 157 698 D 5 20 7 1 880 80 272 F 1,7 5 7 1 290 80 568 D 5 20 0,4 6,6 80 124 F

1,7

5

0,4

6,6

80

215

Lze konstatovat, že rozptylový model ALOHA je použitelný pro hodnocení zařízení s amoniakem. Protože je model ALOHA konzervativní, je nutné z tohoto hlediska přistupovat i k výše uvedeným výsledkům. Z výsledků jsou zřejmé větší vzdálenosti dosahu toxického mraku pro inverzní stavy, kdy rozptyl nebezpečných látek je zpomalen.

Společenská přijatelnost rizika Příklad možného postupu stanovení společenské přijatelnosti rizika je vysvětlen na speciálním scénáři - úniku amoniaku ze dvou kulových zásobníků (2 x 500 t) společným potrubím sání čerpadel (potrubí DN 125). Dále uvedený postup je v souladu s holandskou metodikou (Purple Book CPR 18E). Dílčím cílem tohoto zvoleného příkladu je zároveň ukázka řešení snížení rizika na přijatelnou úroveň. Při roztržení společného potrubí sání čerpadel z kulových zásobníků dojde k úniku amoniaku z jednoho ze zásobníků, v případě netěsnosti druhého ventilu nebo chyby obsluhy může dojít k souběžnému úniku z obou kulových zásobníků z obou konců roztrženého potrubí (i při odstavených čerpadlech). V takovém případě budou obě ruční armatury obtížně přístupné, délka společného úseku činí cca 40 m potrubí DN 125. Situaci lze modelovat systémem ALOHA jako únik ze zásobníku z ekvivalentním průměrem DN 176, použitá koncentrace LC50 = 8473 ppm (stanoveno z citované probitové funkce). Při stabilitě ovzduší F je stanoven dosah mraku do vzdálenosti 2500 m (viz obr. č. 2).

19

Obrázek č. 2 – Příklad výsledku programu ALOHA Odhad pravděpodobnosti vzniku události: Frekvence roztržení potrubí DN 125 je f = 3 x 10-7 /m.rok, při délce potrubního úseku 40 m je frekvence 1,2 x 10-5 /rok. Ruční ventil v sacím potrubí před zásobníkem může být netěsný, nebo jde o chybu obsluhy. K úniku ze dvou kulových zásobníků může dojít jen při souběhu obou událostí, tj. otevřeném druhém ventilu a roztrženém potrubí. Pro ruční armaturu lze frekvenci poruchy odhadnout na základě údajů o spolehlivosti armatur, zde f = 10-2 -10-3 / rok (LEES, F, 1997). Chybu obsluhy lze odhadnout na základě spolehlivosti lidského činitele v rozsahu hodnot f = 10-1 -10-2 / rok ( k takové události může dojít jednou za 10 až 100 let). Vyhodnocením stromu poruch získáme frekvenci úniku ze dvou kulových zásobníků při roztrženém potrubí a současně otevřené (netěsné) ruční armatuře jako f = 1,2 x 10-6 /rok. (viz obr. č. 3) Současný únik amoniaku ze dvou kulových zásobníků

f =1,2 x10-6/rok

and Roztržené potrubí sání čerpadel amoniaku DN 125, délka = 40 m (f = 3 x 10-7 /m.rok.)

Otevřené oba ruční ventily před kulovými zásobníky větve sání čerpadel

or -5

f =1,2 x10 /rok Porucha ventilu

f = 10-3/rok

Chyba obsluhy

f = 10-1/rok

Obrázek č. 3 - Strom poruch pro případ úniku ze dvou kulových zásobníků

20

Modelování ukázalo, že v případě třídy stability ovzduší F je dosah následků 2 500 m. Nejhorší následky lze očekávat při východním směru větru. Pravděpodobnost výskytu takové události vyplývá z větrné růžice 2,81 % (P = 0,0281). Při nezávislosti obou jevů (úniku ze dvou zásobníků společným potrubím a výskytu atmosférických podmínek) lze pravděpodobnost průniku obou jevů stanovit jako aritmetický součin, tj. 3,372 x10-8 (f = 3,372 x10-8 /rok). Odhad počtu fatálních zranění : Při dálce vlečky 2 500 m lze očekávat dosah až do města. Zasažená plocha ve městě je odhadována na cca 1000 x 1000 m , tj. 1 km2. Při odhadované hustotě obyvatel 25 lidí /ha je počet lidí na zasažené ploše ve městě cca 2500 (100 ha x 25 lidí /ha). Odhad počtu lidí uvnitř a vně budov : Den Noc

N vně 175 25

N uvnitř 2325 2475

Odhad počtu fatálně zraněných ve městě : počet N uvnitř Den 232,5 Noc 247,5

N vně 175 25

Celkem 407,5 272,5

Odhad počtu fatálně zraněných na silnici: Délka zasažené silniční komunikace : Frekvence průjezdu vozidel : Rychlost vozidel Doba průjezdu úsekem 3 km : Počet aut na úseku : Počet osob ve vozidlech: 2x13 + 1x20 = Počet osob na zastávce autobusu : Počet fatálních zranění na silnici :

3 km 5000 vozidel /den, tj cca 1/15 sec 50 km/hod 3,6 min = 216 sec 14, z toho 1 autobus 46 osob chráněných osob – trvale 20 osob nechráněných po dobu 12 min 46 x 0,1 + 20 x 12/60 x 1 = 8,6

Odhad počtu fatálně zraněných na železnici: Délka zasažené železniční komunikace : Frekvence průjezdu vozidel : Rychlost vozidel Doba průjezdu úsekem 3 km : Doba na zastávce : Celková doba zdržení v zasaženém úseku : Počet osob ve vlaku : Počet osob na zastávce : Počet fatálních zranění na železnici :

3 km 2 vozidla /1 hod 60 km/hod 3 min 3 min 6 min, pro 2 vlaky 12 minut z hodiny 45 osob chráněných osob – trvale 20 osob nechráněných po dobu 12 min 45 x 12/60 x 0,1 + 20 x 12/60 x 1 = 4,9

Celkový počet fatálních zranění : 407,5 + 8,6 + 4,9 = 421 Přijatelná frekvence výskytu události s počtem 421 fatálně zraněných : Fp = 10-3/4212 = 5,6 x 10-9 / rok

21

Posouzení přijatelnosti společenského rizika: Z porovnání frekvence výskytu události s následkem 421 fatálních případů a přijatelné frekvence vyplývá, že 3,372 x10-8.> 5,6 x 10-9, společenské riziko posuzované neočekávané události není přijatelné. Návrh opatření: instalace dálkově ovládaných armatur pod kulové zásobníky, instalace detektorů úniku amoniaku do prostoru ke kulovým zásobníkům amoniaku. Pokud dojde v tomto případě k úniku amoniaku, bude časově omezený, neboť armatury lze uzavřít pokynem z velínu, detektory umožní rychlé odhalení úniku amoniaku. Podle metodiky CPR 18E lze počítat s uzavřením armatur do 10 minut. Modelováním se prokázalo zkrácení dosahu toxického mraku do vzdálenosti 2200 m, tzn. že bude smrtelně ohroženo 319 osob (stejným postupem hodnocení). Rovněž frekvence takové události klesne na 3,372 x10-10 /rok. Při uvažování události s následkem 319 fatálních případů a přijatelné frekvence vyplývá, že 3,372 x10-10 < 9,8 x 10-9, a společenské riziko posuzované neočekávané události je přijatelné. Závěr Pro hodnocení rizik zařízení obsahujících nebezpečný amoniak je použitelná celá řada metod. V závislosti na hloubce analýzy je možno doporučit metodu IAEA-TECDOC-727 pro první předběžné výsledky rizik, metodu HAZOP pro identifikace příčin havárií a vytvoření scénářů potenciálních havárií a program ALOHA pro modelování dosahů toxických mraků. Pro stanovení společenské přijatelnosti rizik je vhodné postupovat podle metodiky Purple Book CPR 18E. Závěrem lze uvést vybraná doporučovaná opatření na snižování rizik provozování zařízení s amoniakem: ƒ Rozdělení chladícího systému na dva okruhy – v druhém okruhu je využívána např. solanka a tím dojde ke snížení množství amoniaku, příkladem mohou být některé zimní stadiony, kde kleslo množství amoniaku ze cca 6 – 7 t na 400 kg. ƒ Instalace dálkových armatur – opatření přispívá k rychlému rozdělení zásob amoniaku v zařízení a tím snížení uniklého množství, v kombinaci s řízení provozu počítačem přispívá ke snížení selhání lidského činitele. ƒ Instalace havarijní nádrže – v případě úniku amoniaku do záchytných jímek není v řadě podniku dořešena likvidace amoniaku, přečerpání vhodným čerpadlem z jímky do havarijní nádrže by došlo ke snížení množství odpařeného amoniaku. ƒ Instalace automatického hlásiče úniku amoniaku – instalací čidla by se zvýšila rychlost odhalení úniku amoniaku a tím i rychlost zásahu hasičské jednotky. ƒ Instalace vodního zkrápění – toto opatření má za cíl snižovat množství odpařujícího se amoniaku, na druhou stranu je potřeba zabránit přímému kontaktu vodního proudu s kapalným amoniakem, čímž by došlo k vyššímu vypařování amoniaku. ƒ Pravidelné revize zařízení – správná údržba a kontrola stavu zařízení také přispívá ke snižování rizik, např. včasném odhalením koroze pod napětím tlakových nádob.

22

ƒ ƒ ƒ

Informace občanům – okolní obyvatelstvo je vhodné informovat o správném chování v případě havárií, např. ukrytí v budovách, utěsnění oken a dveří, atd. Zastavení silničního provozu – ve spolupráci s policii nacvičovat případné zastavení provozu na blízkých komunikacích. Ochrana vodních toků – amoniak je nebezpečný také pro životní prostředí, především je potřeba dořešit úniky kapalného amoniaku do kanalizace a případně do vodních toků. Literatura 1. Council Directive On the Control Major Accident Hazard of Industrial Activities, 96/82/EC, Commision of the European Communities, 1996. 19 pp. 2. Guidelines for Quantitative Risk Assessment, CPR 18E Purple Book, 1999, Hague. 3. Guidelines for Hazard Evaluation Procedures, AIChE CCPS, 1992, New York. 4. IAEA - TECDOC – 727, Manual for the classification and prioritisation of risks due to major accidents in process and related industries, International Atomic Energy Agency, Austria, 1996. 5. Lees, F.P.: Loss Prevention in the Process Industries. Butterworths, 1980. 6. Manual – Dow´s Fire & Explosion Index, Hazard Classification Guide, 7th Edition, January 1994. 7. Vyhláška MŽP č. 8/2000 Sb. 8. www.env.cz. 9. Zákon č. 353/1999 Sb. o prevenci závažných havárií. Summary

In the contribution, results of the assessment of major accident risks for characteristic installations containing ammonium in various industries are summed up. Methods suitable for risk assessment according to their applicability to relevant phases of assessment, such as IAEA-TECDOC-727, HAZOP, ALOHA, PURLE BOOK, and others are recommended. Basic measures to reduce risks of operating various installations with ammonium are proposed.

23

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Sylva DRÁBKOVÁ*, Milada KOZUBKOVÁ** FYZIKÁLNÍ EXPERIMENTY V AERODYNAMICKÉM TUNELU A JEJICH VÝZNAM PŘI NUMERICKÉM MODELOVÁNÍ PROUDĚNÍ A ROZPTYLU PLYNNÝCH LÁTEK V OVZDUŠÍ WIND TUNNEL SIMULATIONS AND THEIR IMPORTANCE FOR THE NUMERICAL MODELLING OF ATMOSPHERIC FLOW AND POLLUTANT DISPERSION Abstrakt Měření realizovaná v aerodynamických tunelech umožňují analyzovat modifikaci proudového pole v důsledku obtékání terénních nerovností a budov, simulovat rozptyl znečišťujících látek z bodových, liniových či objemových zdrojů, zkoumat rozptyl lehkého a těžkého plynu, apod. Mají velký význam pro poznání a pochopení složitých jevů spojených s řešením ekologických úloh a také pro definici matematického modelu těchto dějů. Fyzikální experiment poskytuje při numerickém modelování základní informace pro sestavení matematického popisu daného jevu, definici okrajových podmínek a především verifikaci výsledků. V příspěvku jsou uvedeny některé příklady experimentálního měření v aerodynamickém tunelu a jejich následná numerická interpretace. Abstrakt Experiments carried out in the wind tunnels allow to investigate the flow field modification produced by building structures and terrain configuration, to simulate the pollutant dispersion from the point, line or volume sources, to predict the dense or heavy pollutant dispersion, etc. They are of great importance for the understanding of transport phenomena connected with the solution of ecological problems and for their mathematical interpretation. Physical experiments provide the basic information for the mathematical description of the phenomena, boundary conditions definition and verification of the results obtained from the mathematical model. The presented study gives several examples of the wind tunnel simulation followed by the numerical experiment. Key words: wind tunnel simulation, physical experiment, atmospheric flow, turbulence, pollutant dispersion

mathematical modelling,

* Ing. Ph.D., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, 708 00 Ostrava – Poruba, [email protected] ** doc. RNDr., CSc., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, 708 00 Ostrava – Poruba, [email protected]

25

Úvod Matematické modelování úniku toxických látek [4] v souvislosti s průmyslovou činností umožňuje předvídat a redukovat následky havárií ohrožujících lidskou populaci a životní prostředí. Stává se proto účinným nástrojem analýzy rizik a bezpečnostního inženýrství. Rychlý rozvoj výpočetní techniky a její cenová dostupnost umožňují dnes realizovat výpočty v mnohem kratším čase a s poměrně malými náklady. Rozvoj numerických metod přispěl k upřesnění fyzikálního modelu proudění a rozptylu příměsí v ovzduší, zůstává však základní otázka: „Nakolik odpovídají výsledky numerického modelování skutečnosti?“ Je nutné si uvědomit, že model vždy představuje určitá zjednodušení a nemůže postihnout všechny faktory ovlivňující modelované děje, jejichž fyzikální podstata je navíc velmi složitá. K tomu přistupuje také nedostatek vstupních dat potřebných pro definici meteorologických podmínek a parametrů turbulence v daném místě, podrobný popis terénu, zástavby, teplotních toků ze země, apod. Výsledky matematického modelu je nutné správně interpretovat a také je alespoň částečně verifikovat pomocí dat získaných měřením. Srovnání výsledků modelování s daty naměřenými v reálném terénu je ve většině případů nemožné. Dojde-li k ekologické havárii, je veškeré úsilí věnováno nejprve její likvidaci, měření je většinou realizováno až následně, přičemž jsou sledovány zejména koncentrace toxických látek v ovzduší. Realizace komplexního měření v terénu, jehož cílem je získat informace o průběhu meteorologických a turbulentních veličin v závislosti na vzdálenosti od zemského povrchu, je velmi nákladná, vyžaduje speciální měřící zařízení a je předmětem experimentálních projektů zaměřených na zkoumání mezní vrstvy atmosféry. Tyto experimenty jsou pečlivě dokumentovány a získané soubory dat slouží k verifikaci matematických modelů mezní vrstvy. Jsou však realizovány převážně v rovinném terénu bez zástavby. Další možností, jak vypočtená data ověřit, je jejich srovnání s výsledky fyzikálních experimentů realizovaných v aerodynamických tunelech. První pokusy fyzikálního modelování proudění přes topografické překážky byly provedeny a publikovány již před 70 lety (Abe, Field and Warden - 1929). Modelování proudění s rozptylem příměsi následovalo o něco později (Sherlock, Stalker - 1940). Tyto případy simulující proudění v mezní vrstvě atmosféry jsou většinou modelovány za meteorologických podmínek blízkých neutrálnímu teplotnímu zvrstvení. Simulace stabilního a nestabilního teplotního zvrstvení v aerodynamickém tunelu je obtížná, je realizována pouze na několika pracovištích (např. University of Surrey, Universität Karlsruhe) a je předmětem dalšího výzkumu. Jednou z velkých výhod experimentů v aerodynamických tunelech je jejich opakovatelnost a variabilnost. Nejnepříznivější podmínky pro rozptyl znečisťujících látek vznikají v městských zástavbách, kde dochází ke značnému zavíření v ulicích při obtékání budov a koncentrace emisí se tak udržují ve vysokých hodnotách. Právě při řešení těchto problémů se významně uplatňují experimenty v aerodynamických tunelech a také matematické modelování, které umožňují zkoumat vliv uspořádání zástavby, výšky a tvaru budov, meteorologických podmínek, parametrů zdrojů a fyzikálních vlastností znečisťujících látek. V příspěvku jsou uvedeny příklady měření v aerodynamickém tunelu, které byly modelovány numericky s cílem dosáhnout co největší shody vypočtených a naměřených dat. Rozptyl plynné příměsi z liniového zdroje v kaňonu ulice

26

První úloha vycházela z fyzikálního experimentu v aerodynamickém tunelu Meteorologického institutu University v Hamburku, realizovaného M. Pavageau v dubnu 1996 [1]. Předmětem experimentu byla simulace rozptylu studené plynné látky z liniového zdroje v kaňonu ulic s různým nastavením výšek a šířek domů a typů střech. Úloha byla simulována bez vlivu teploty, což odpovídá předpokladu neutrálního teplotního zvrstvení. Jeden případ měření byl modelován numericky pomocí programového komplexu Fluent. Byl testován vliv geometrie oblasti, okrajových podmínek a použitého matematického modelu turbulence na koncentrační a proudové pole [2], [6]. Rozměry oblasti byly dány uspořádáním fyzikálního modelu. Experiment byl proveden pro oblast dlouhou 4,50 m a vysokou 0,65 m. Rovnoběžné řady domů byly definovány jako překážky o výšce a šířce 0,06 m. Počet a rozmístění jednotlivých řad domů jsou znázorněny na obr. 1. Liniový zdroj plynné příměsi byl umístěn ve vzdálenosti 2,97 m od vstupu do oblasti Γi . Směr větru byl k překážkám kolmý.

obr. 1 Schéma modelované oblasti dle fyzikálního experimentu Nejprve byla modelována celá oblast dle geometrie fyzikálního experimentu, viz obr. 1 a následně dvě zúžené oblasti (střední oblast, zahrnující čtyři ulice a malá oblast, představující samotný uliční kaňon s liniovým zdrojem), viz obr. 2, s cílem získat podrobnější obraz o průběhu sledovaných veličin.

obr. 2 Schéma střední a malé oblasti

27

Pro výpočet byla použita strukturovaná, nerovnoměrně zhuštěná síť, generovaná pro velkou, střední i malou oblast, viz obr. 3.

obr. 3 Výpočetní síť - velká oblast Na hranicích velké oblasti byly definovány tyto okrajové podmínky [5]: ⎛ y − d0 vstup Γi : mocninný rychlostní profil u ( y ) = u ref ⎜ ⎜ y ref − d 0 ⎝ referenční výška y ref = 0,48 m, d 0 = 0,002 m, α = 0,28

α

⎞ ⎟ , kde u ref = 3,463 m.s-1, ⎟ ⎠

Dále byla definována intenzita turbulence I =5% a charakteristická turbulentní délka L =6⋅10-2 m. δu δv výstup Γo : Neumannova okrajová podmínka = =0 δx δx horní hranice oblasti Γδ : u = u ref , v = 0 dolní hranice oblasti Γw :

u=v= 0

V případě střední a malé oblasti byly okrajové podmínky na vstupu pro u , k , ε získány z výsledků výpočtu proudění v předchozí větší oblasti a byly zadávány jako po částech lineární funkce v závislosti na výšce oblasti y . Liniový zdroj byl modelován jako 2⋅10-2 m široká a 0,9 m dlouhá štěrbina, ze které vytékala konstantní rychlostí směs etanu C2H6 se vzduchem: Qv = 54 l⋅hod-1. celkový objemový průtok objemový průtok etanu

Qe = 4 l⋅hod-1

Qvz = 50 l⋅hod-1. výtoková rychlost ze zdroje v = 0,083 m⋅s-1 C (2,97;0) = 0,08, tj. 8% koncentrace ve zdroji

objemový průtok vzduchu

Úloha byla modelována jako dvourozměrná. Protože překážky probíhaly přes celou šířku tunelu, bylo měření realizováno také jako 2D v rovině symetrie oblasti. Pro srovnání s experimentem byly k dispozici rychlostní profily měřené po směru i proti směru proudění v různých vzdálenostech od zdroje a grafické vyhodnocení bezrozměrných koncentrací v zářezu mezi domy, viz obr. 4a. V průběhu numerického modelování [6] se projevil vliv velikosti výpočtové oblasti. Ve velké oblasti byla šířka a výška domů v porovnání s celkovou délkou a výškou oblasti malá a jejich vliv na proudění nebyl výrazný. Souvisle a pravidelně uspořádané překážky se projevily jako drsnost. Došlo k posunutí rychlostního profilu ve svislém směru, horní stěny překážek (střechy) působily jako povrch s nulovou rychlostí. Také při modelování

28

v zastavěném terénu není možné postihnout všechny budovy, ale je možné jejich vliv do modelu zahrnou právě pomocí drsnosti. Doporučené hodnoty drsnosti nejen pro zástavbu ale i pro různé typy vegetačního krytu lze nalézt v literatuře, např. [9]. V případě malé oblasti byla tato příliš úzká a i přes velmi jemnou výpočetní síť poskytovala nejhorší výsledky ve srovnání s experimentem. Chyběla návaznost na nejbližší okolí, které svým uspořádáním pohyb příměsi v zářezu mezi domy také ovlivňuje. Střední oblast byla dostatečně dlouhá před zdrojem i za zdrojem. Na rozdíl od malé oblasti tak koncentrační pole etanu zasahovalo i nad střechy následujících domů i do sousedního zářezu mezi překážkami (uličního kaňonu). Hodnoty bezrozměrných koncentrací se nejvíce blížily výsledkům z experimentu, zejména v oblasti nižších hodnot, viz obr. 4b.

obr. 4 Porovnání experimentu s numerickým modelováním - střední oblast a) experiment b) numerické modelování (RNG k-ε model) Tato úloha nabízí další možnosti testování v souvislosti s prouděním v kaňonu ulice, např. proudění s přenosem tepla, modelování časově závislé úlohy, a je také zajímavá z hlediska definice liniového zdroje, který může simulovat např. souvislou řadu aut. Podobný experiment byl proveden v aerodynamickém tunelu Ústavu termomechaniky AV ČR [3]. Předmětem experimentu byla simulace rozptylu studené plynné látky z liniového zdroje v kaňonu ulice a vyhodnocení pole koncentrací pro různé hodnoty referenční rychlosti. Úloha se odlišovala geometrií a rozměry oblasti a také simulací liniového zdroje, který v tomto případě byl představován porézní trubičkou. V důsledku propustnosti stěny unikala rovnoměrně plynná příměs do uličního kaňonu. Experiment byl proveden pro oblast dlouhou 8,1 m, vysokou 1,5 m a 1,5 m širokou. Objemový zdroj plynné látky byl umístěn uprostřed ulice ve vzdálenosti 1,45 m od vstupu do oblasti. Geometrie oblasti je znázorněna na obr. 5. Směr větru byl kolmý na kaňon ulice. Úloha byla modelována numericky pomocí software Fluent [8].

29

obr. 5 Schéma modelované oblasti dle fyzikálního experimentu Síť byla vzhledem k definici objemového zdroje vytvořena jako nestrukturovaná z trojúhelníkových elementů, nerovnoměrně zhuštěná, v průběhu výpočtu byla dále adaptována, viz. obr. 6,7.

obr. 6 Trojúhelníková síť – detail ulice kolem zdroje

obr. 7 Trojúhelníková síť – detail

Na hranicích oblasti byly definovány tyto okrajové podmínky: y − z0 u* ⋅ ln vstup do oblasti : logaritmický rychlostní profil u = κ z0 kde u * je třecí rychlost, z 0 aerodynamická drsnost a κ von Kármanova konstanta. Referenční rychlost u =1,5 m⋅s-1. Dále byla definována intenzita turbulence I =0,1% a hydraulický průměr hd =1,1m . výstup : Neumannova okrajová podmínka

δu δv = =0 δx δx

u = 1,5 ms-1, v = 0 horní hranice oblasti : dolní hranice oblasti: u = v = 0

30

Objemový zdroj byl modelován jako perforovaná trubička o průměru 8⋅10-3 m, do které je vháněna směs plynného methanolu (CH3OH) a vzduchu o celkovém hmotnostním průtoku Q=(8,3⋅10-5 ± 2⋅10-6) g/s. Směs tvořilo 99,5% methanolu a 0,5% vzduchu. Úloha byla modelována jako trojrozměrná, časově závislá, byly použity různé modely turbulence a parametry řešení. Z výsledků [8] bylo zřejmé, že koncentrace příměsi je ovlivněna polohou víru, který se vytvoří v kaňonu ulice. Při srovnání s výsledky měření byla nejlepší shoda patrná pro RNG k- ε model turbulence. Z experimentu byly známy hodnoty koncentrací příměsi ve vodorovných řezech ulicí ve výšce 5, 7, 10, 20, 30, 40 a 50 cm od dna ulice (obr. 8).

z50 z40 z30 z20 z10 z7 z5 z0

obr. 8 Vodorovné řezy ulicí Nejvíce se svými výsledky přiblížil experimentu model RNG k- ε , jak je patrné z vyhodnocení koncentrací na obr. 9 a 10. Vír vznikající mezi domy byl v případě použití tohoto modelu turbulence umístěn výše než u ostatních modelů. Poloha vypočteného maxima byla vzhledem k experimentu posunuta více do středu ulice. Srovnání koncetrací řez z0

obr. 9 Srovnání koncentrací příměsí v řezu z0 100 90

c [ppmV]

80

RNG

70

k-e standard

60

k-e Realizable

50

Spalard-Allmaras

40

k-omega

30

RSM experiment

20 10 0 1

1.2

1.4

1.6

x [m ]

31

1.8

Srovnání koncentrací řez z20 18

c [ppmV]

16 14

RNG

12

k-e standard k-e realizable

10

Spalard-Allmaras

8

k-omega

6

RSM

4

experiment

2 0 1

1.2

1.4

1.6

1.8

x [m ]

obr. 10 Srovnání koncentrací příměsí v řezu z20 Modelování liniového zdroje uvedenými postupy představuje určité zjednodušení, které umožňuje poměrně snadnou definici oblasti, zdroje a přípravu sítě. Při podrobnějším modelování lze uvažovat také vliv pohybujících se automobilů jako zdrojů hybnosti, turbulentní kinetické energie a emisí. Je možné i podrobné modelování geometrie jednotlivých vozidel, což je však mnohem náročnější na přípravu i samotné řešení úlohy. Je možné simulovat různé dopravní situace v uličních kaňonech vznikající při jednosměrném a protisměrném provozu ve srovnání se stavem, kdy se v ulici automobily nepohybují. Tento složitější problém s oblastí podobnou předcházejícím úlohám, byl modelován na VUT Brno [7], viz obr. 11a, b, c.

obr. 11a) Šíření emisí z uličního kaňonu v situaci bez pohybu automobilů

32

obr. 11b) Šíření emisí z uličního kaňonu při jednosměrném provozu

obr. 11c) Šíření emisí z uličního kaňonu při obousměrném provozu Další z možných aplikací je řešení závažného problému vzniku a šíření požáru v tunelech. V následujícím případě byla proveden fyzikální experiment a počítačová simulace šíření kouře v Memorial Wind Tunelu, West Virginia [10]. Úloha byla modelována pomocí software Fluent, výsledky byly verifikovány pomocí fyzikálního experimentu, viz obr. 12.

ventilace

šířící se kouř kolona aut

obr. 12 Modelování šíření kouře v Memorial Wind tunelu, počítačová simulace

33

Z následujícího sledu obrázků je patrný vývoj a šíření kouře v závislosti na čase a také význam větracího systému při jeho odstranění, viz obr. 13. Mohou být testovány různé varianty odvětrání tunelu a to s poměrně malými náklady.

obr. 13 Šíření kouře v tunelu v závislosti na čase Závěr K přesnému modelování požárů, výbuchů, havarijních úniků toxických látek a jejich rozptylu je požadováno velké množství informací. Ne vždy jsou všechny tyto informace přístupné. Některé poznatky a údaje je možné získat z výsledků experimentů v aerodynamických tunelech. Při jejich přípravě je významná úzká spolupráce mezi fyzikálními a numerickými experimentátory zaměřená na to, aby naměřená data poskytovala vstupní informace pro matematické modelování a také umožňovala verifikaci

34

vypočtených výsledků. Numerické modelování pak může být užitečným nástrojem umožňujícím pochopení modelovaných jevů. Větší význam než samotné číselné hodnoty jednotlivých sledovaných veličin mají trendy, které je možné sledovat v souvislosti se změnou parametrů významných pro daný problém. Práce byly realizovány za finanční podpory MŠMT v rámci mezi-fakultního projektu institucionálního výzkumu „Vývoj algoritmů pro řešení složitých průmyslových problémů“ CEZ J17/98:272400019 a v rámci projektu COST 715.60 „Numerical Modelling of the Small Scale Urban Air Flow and Pollutant Dispersion under Various Meteorological Conditions“. Literatura 1. Rafailidis,S., Pavageau,M., Schatzman, M.: Wind tunnel simulation of car emission dispersion in urban street canyons. In Annalen der Meteorologie, Deutsche Meteorologische Geselschaft, Munich 1995 2. Drábková, S., Jaňour, Z., Kozubková, M., Šťáva, P.: Srovnání numerického a experimentálního modelování rozptylu příměsí v aerodynamickém tunelu. In Dynamika tekutin ´97, Praha, ÚT AV ČR, 1997, s. 11-12. 3. Jaňour Z., Holpuch J., Střižík M.: Flow and Dispersion in an Street Canyon Simulation. In EUROMECH Col. 391 “Wind tunnel modelling of dispersion in environmental flows”, Book of Abstracts, Prague, 1999, s. 17-18. 4. Kozubková, M., Drábková, S., Šťáva, P.: Matematické modely nestlačitelného a stlačitelného proudění, Metoda konečných objemů. Skriptum, Ostrava VŠB-TU, 1999, 103 s. 5. Kozubková, M.: Turbulence v atmosféře. Numerické modelování. Habilitační práce , Ostrava VŠB -TU, 2000, 119 s. 6. Drábková, S.: Numerické modelování neizotermních turbulentních proudů. Doktorská disertační práce, Ostrava VŠB -TU, 2000, 138 s. Pospíšil, J.: Řešení rozptylu emisí produkovaných automobily v městské zástavbě. Doktorská disertační práce, VUT v Brně, 2002, 121 s. 7. Vyroubal, M.: Rozptyl příměsí z liniového zdroje při proudění v aerodynamickém tunelu. Diplomová práce, Ostrava VŠB -TU, 2002, 74 s. 8. Stull, R.B.: An Introduction to Boundary Layer Meteorology, Kluwer Academic Publishers, 1994, 666 str. 9. http://www.fluent.com/solutions/hvac/applications.htm Summary Wind tunnel experiments are important for the investigation of the flow field modification produced by building structures and terrain configuration. They allow to simulate the pollutant dispersion from the point, line or volume sources and to predict the dense or heavy pollutant dispersion. They also provide the background for the mathematical description of the investigated phenomena and enable to verify the results of mathematical experiments. Mathematical modelling of the atmospheric flow and pollutant dispersion enables to solve the environment related matters at relatively low cost. That is why numerical modelling is applied as a tool for dispersion studies and risk analyses. Physical experiments carried out in wind tunnels and numerical experiments are closely connected. The presented study gives several examples of wind tunnel simulation followed by the numericaI modelling of the same problem. The Fluent CFD package was applied for numerical simulation.

35

In the first case the experiment carried out in the wind tunnel at the Meteorological Institute of the University Hamburg was simulated numerically. Flow structures and dispersion from the line source in the street canyon were investigated. The flow in the street canyon was assumed to be two-dimensional. The size of the computational domain, grid refinement and applied turbulence model were tested [1], [2], [6]. The second study is based on the experiment carried out at the Institut of Thermomechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic. A new wind tunnel was constructed there for research on flow and diffusion in a street canyon. The distribution of the pollutant concentration on the bottom and walls of the buildings was determined in dependence on the configuration of the street and reference velocity. In numerical model the flow was assumed to be three-dimensional. Attention was focused on the line source definition, grid generation and turbulence models testing [3], [8]. Results and experience from wind tunnel experiments are applied in the modelling of traffic pollution in cities, as can be seen in the study carried out in VUT Brno [7]. By the mathematical models it is possible to simulate complicated physical phenomena such as chemical reactions, heat transfer, radiation, etc. and test so complicated phenomena as smoke abatement in tunnels. FLUENT was used to simulate the development and spread of smoke with the Memorial Tunnel, West Virginia, and the results were compared to the experimental data. This simulation shows how smoke develops and spreads over time, and how effective the ventilation system in the tunnel is at removing it. Various ventilation scenarios can be tried out without the expense of physical modelling [9] Application of numerical modelling as a tool for dispersion and risk analyses studies requires further testing and comparing the model predictions with observed data and data obtained from physical experiments. In this field wind tunnel experiments are of great importance.

36

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Alexander CHUBENKO* DEDUKTIVNÍ METODA TVORBY MATEMATICKÉHO MODELU PRO STUDIUM MÍRY PŘIJATELNÉHO TECHNOGENNÍHO RIZIKA DEDUCTIVE METHOD OF MATHEMATICAL MODEL FORMATION FOR RESEARCH OF MEASURE OF ACCEPTABLE TECHNOGENIC RISK Abstrakt Extenzivní a intenzivní rozvoj techniky, urbanizace, bydlení obyvatel blízko potenciálně nebezpečných technologických komplexů (TK), znečistění životního prostředí atd. vytváří problém predikce a kontroly možných technogenních rizik. Přijatelné technogenní riziko je stochastický kvantitativní ukazatel bezpečnosti v systému člověk-stroj-prostředí. Je nástrojem pro výběr optimální úrovně bezpečnosti technologického komplexu z možných alternativ. Autor analyzuje specifické vlastnosti TK (stochastické chování, hierarchii a podřízenost různých úrovní, vzájemné vztahy mezi životním prostředím a variabilitou), zabývá se výhodami a nevýhodami induktivních a deduktivních metod pro tvorbu matematického modelu a považuje deduktivní metodu za nejlepší metodický přístup k hodnocení přijatelného technogenního rizika TK. Abstract Extensive and intensive development of technique, urbanisation, the living of settled inhabitants near potentially dangerous technological complexes, environmental pollution, etc. raise the problem of prediction and control of possible technogenic risks. The acceptable technogenic risk {ATR} is a stochastic quantitative index of safety for the man-engine/machine-environment system. It is a tool for selecting a technological complex {TC} safety optimal degree from possible alternatives. The author analyses specific qualities of TC [stochastic behaviour, hierarchy and subordination of different degrees, mutual relations between the environment and changeability], discusses advantages and disadvantages of inductive and deductive methods for mathematical model formation and considers the deductive one as the best methodological approach to the assessment of ATR of TC. Key words: technosphere, technogenic, safety, risk, acceptability Úvod Utváření technosféry, urbanizace, nárůst znečištění životního prostředí způsobily, že na začátku 21.století značná část obyvatelstva na Zemi žije a pracuje v oblastech působení různých druhů technogenních nebezpečí (zdrojů rizika). * Donetsk State Technical University, 58, Artyom Street, 83000 Donetsk, Ukraine

37

V současné době počet lidí, jejichž zdraví a životy jsou ovlivněny znečištěním biosféry a mimořádnými situacemi technogenního původu začal převyšovat počty usmrcených lidí z důvodu přírodních nebezpečí. Alarmující situace je na Ukrajině. Počet smrtelných úrazů na 100 tisíc lidí převyšuje celosvětový průměr dvojnásobně a úroveň úmrtnosti obyvatelstva v produktivním věku je 3,7 krát vyšší, než v zemích EU [1]. Tím je podmíněná nutnost řešení problémů technogenní bezpečnosti v technosféře. Technogenní bezpečnost (TB) – je stav, při kterém technogenní činnost a její důsledky neohrožují společnost (včetně jednotlivce). Řešení problematiky V současné době je na Ukrajině pro řešení problémů TB rozpracováván a zavaděn přístup zaměřený na simulaci rizika. Tento přístup se stává základem hodnocení a řízení rizik, je široce používán v zákonodárství, normativních dokumentech, právnické praxi [2]. Jeden ze směrů rozpracování uvedeného přístupu se zabývá zdůvodněním koncepce přijatelného technogenního rizika pro bezpečnost složitých technických systémů, lidí a životního prostředí. Přijatelné technogenní riziko (PTR) je pravděpodobnostní kvantitativní ukazatel, funkční vlastnost bezpečnosti v systému „člověk - stroj - prostředí“. Jeho použití se musí stát základem pro výběr optimální hodnoty míry bezpečnosti technologického komplexu (TK). Při zpracovávání metodologie hodnocení rizika je nutno brát v úvahu komponenty již rozpracované struktury v různých zemích. Základ hodnocení rizika tvoří čtyři moduly: • míra rizika na základě vnímaní, • možné následky (škody), • neurčitost, • míra rizika na základě výpočtů. Experimenty spojené s realizací těchto variant na reálném TK zpravidla nejsou možné. Základní metodou studia se musí stát matematické modelování procesů spojených se stanovením kvantitativních kritérií PTR TK. TK se vyznačuje souborem jak proměnných, tak i konstantních veličin, které mají vzájemné funkční vazby. Tyto vzájemné vazby mají následující složky: technickou, technologickou, ekonomickou, ekologickou a sociální („lidský faktor“). Proměnné a konstantní veličiny bezpečného fungování TK v jejich vzájemných vazbách musí odpovídat požadovaným (normativním) hodnotám bezpečnosti. Celkový smysl zajištění bezpečnosti při tomto pojetí musí spočívat ve stanovení a dosažení požadovaných hodnot. To je obzvlášť důležité pro hodnoty proměnných veličin. Jak je známo [3, 4, 5], efektivní řešení problému zajištění bezpečnosti je dosažitelné za předpokladu, že bezpečnost je stanovena (normována) a stává se nezbytnou součástí celého životního cyklu TK. Stanovení (normování) je založeno na srovnávání stávajících hodnot ukazatele s normativními hodnotami a porovnání jejích rozdílu s přípustným rozpětím změny zkoumané veličiny. Pro převádění indikátoru nebo ukazatele míry PTR TK na bezrozměrný se změnami v rozpětí od 0 do 1 je nutné mít k dispozici nejen údaj o normativní hodnotě, ale i údaje o minimálně a maximálně přípustných hodnotách studované veličiny.

38

TK s jeho technickými, technologickými, přírodními procesy a zúčastněnými lidmi je složitým systémem. V nauce o systémech neexistuje přesná a jednoznačná definice tohoto pojmu. Autoři [4,6,7] rozlišují jednoduché a složité systémy podle výskytu či stupně vývoje řady jejich vlastností. Ve vztahu k TK jako složitému systému poukazují na čtyři následující vlastnosti: 1. stochastické chování, 2. hierarchie struktury, 3. vzájemné působení s okolním prostředím, 4. změna v čase. Stochastické chování je způsobeno tím, že velké množství ukazatelů TK (dle své podstaty a vzhledem k chybám ve výchozích údajích) jsou nahodilými veličinami a procesy, jenž se odehrávají v systému TK, jsou většinou také nahodilé. Hierarchie spočívá v tom, že v TK můžeme vymezit jednotlivé subsystémy (nebo skupiny subsystémů), jenž jsou řídicími (rozdělujícími, třídicími) ve vztahu k jedněm subsystémům a jsou řízeny jinými. Součásti TK se nacházejí ve vzájemné podřízenosti k té úrovni, kterou mají. Jiným druhem hierarchie TK jsou řetězce výrobního procesu: továrna – dílny – technologická linka a jiné hierarchické subsystémy a úrovně. Na základě získaných zkušeností [8,9] se doporučuje přípustnost ne více než čtyř hierarchických úrovní. Vlastnost změny v čase je zjevně vyjádřena ve všech strukturách TK: neustále se mění stavy základních výrobních fondů, různých zdrojů, lidského faktoru apod. Na základě uvedeného lze konstatovat, že analogické vlastnosti musí mít i matematický model PTR TK, jestliže adekvátně zobrazuje modelovaný objekt. Na základě metodologie a zkušenosti víme, že matematicky popsat TK, zaznamenat jeho veškeré detailní součásti a objekt jako celek, není prakticky možné. Může to být spojeno jak s omezenými možnostmi matematického aparátu, tak i objemem potřebných informací. V tomto případě je smysluplné zpracovávání víceúrovňového modelu [4,9] za účelem postupné detailizace a výběru nejperspektivnějších strategií řízení technogenního rizika [8]. Na horní úrovni musí model zobrazit základní vazby a závislosti reálného TK pro výběr alternativních nebo optimálních strategických variant z přípustného množství. To umožní koncepčně určit směr řídících vlivů v „managementu rizik“ bez zvláštních podrobností.. Model nižší úrovně je nutný pro detailnější určení alternativních variant strategie. Provádí se detailizací a složitějšími matematickými modely pro subsystémy TK. Kromě složitého modelu popisu reálné úrovně PTR TK je nutné zohlednění vznikajících, ale zatím v dostatečné míře neprozkoumaných zákonitostí. Příčinami může být: zavedení nových technologií, změny v zákonodárném - normativním základě, aj. Pro zachování úplnosti a také pro možnost rozšíření obsahu modelu je vhodné logicky uzavřít výčet jeho prvků komponentou „vše ostatní“. Takový model může být zařazen mezi modely nižší úrovně. V procesu realizace zvolené strategie řízení je nutná kontrola reálných ukazatelů míry PTR pro jejich korekci. Obecně je proto nutné řešit následující úkoly: • interpretaci - stanovení míry rizika dle sledovaných údajů, • diagnostiku - zjištění odchylek od normy a příčin jejích výskytu v subsystémech nebo prvcích, • monitoring - kontinuální interpretace údajů v reálném čase se signalizací parametrů překračujících přípustné meze, • prognózu - předpověď budoucích událostí na základě minulých a současných modelů, • plánování – sestavení programu činnosti, plánů pro realizaci již dříve vymezených cílů,

39

• •

projektování - příprava specifikací pro tvorbu prvků nebo objektů s předem určenými vlastnostmi, řízení a vzdělávání.

Proto vzniká nutnost tvorby ještě jedné úrovně modelů - monitorující. V takovém případě vzniká hierarchie studovaných modelů i když v reálném TK tato hierarchie není. V přístupu k tvorbě hierarchických systémů jsou zdůrazněny dvě metody : induktivní a deduktivní. Základem induktivní metody [9] je otázka „co se stane, když...?“, bere v úvahu jednu (jedinou) poruchu zařízení nebo systému v každém časovém okamžiku. Systém se realizuje v zadané základně prvků a je rozpracováván na základě apriorní jistoty o splnění na něj kladených požadavků. Zhodnocení a výběr optimální varianty se zpravidla řeší tříděním variant s použitím expertních hodnocení. V případě úspěchu induktivní metoda vede rychle k cíli, protože zpravidla nevyžaduje zpracovávání vývojového schématu (diagramu), sestaveného na základě objektivních údajů. Mimo to, požadavek řešit zadání (cíle) zpracováváním vývojového schématu není apriorně formulován. Deduktivní metoda zpracování systému předpokládá určitý proces důsledné tvorby řešení Ri ∈ R v obecném zadání S. Ze získaného řešení RK předchozího zadání S K se formuluje určující omezení С K +1 nebo výchozí informace AK +1 v rozhodující proceduře TK +1 pro následující krok. Při výpočtu každého z mezivýsledků R K' zadání S K je základem „rozvětveného stromu“ variant ve vztahu k zadáním S l , 1>K následujícího kroku. Hierarchická struktura řešení obecného zadání zhodnocení míry PTR je logickým základem pro zpracování všech etap studia. Mimo to, tato metoda umožňuje uskutečňovat „připojení“ zadání v hodnotícím schématu. Univerzálním prostředkem tvorby takové jednotnosti je zpracovávání souboru matematických modelů M iS ∈ M technologického komplexu, mající stanovené strukturní vlastnosti. Míry hodnot PTR, jež jsou vymezované v konkrétním případě, budou představovat etapy zpracování, pro jejichž popis existuje odpovídající množina M modelů. V případě přístupu akceptujícího návaznost jednotlivých etap se matematický model stává detailnější a soubor podobných modelů v plné míře popisuje míru technogenního rizika včetně adekvátního zobrazení směrů a procesů. Závěr Deduktivní metoda zajišťuje důslednost vyhledávání řešení při analýze PTR TK, především pro potenciálně nebezpečné výrobní procesy. Při jejich identifikaci dává předložená metoda možnost provést kvantitativní zhodnocení stávající míry dle stanovené (normované) bezpečnosti prvků, komponentů, objektů a součástí výrobních a nevýrobních jednotek. Deduktivní metoda umožňuje analyzovat a hodnotit různé varianty pro výběr optimální, zajišťuje dokazatelnost při řešení řízení rizik. Její využiti v praxi dovoluje provádět srovnávací hodnocení míry rizika libovolných zdrojů, směrovat potenciální zdroje na takové prvky TK, kde bude zajištěno dosažení vysoké míry (úrovně) snížení rizika. Deduktivní metodu tvorby hierarchického systému matematického modelu pokládáme za vhodný metodologický přístup hodnocení míry PTR TK.

40

Literatura 1. Хазан, В. Б. (2001) Техногенная безопасность как составляющая (эко) устойчивого развития. In: Екологiя i природокористування. Зб. Науков. Праць IППЕ. Вип. 3. Днiпропетровськ, с. 163 – 168. 2. Запорожец, О. (2003) Международные современные аспекты безопасности жизнедеятельности человека. In: Безопасность жизни и деятельности человека – образование, наука, практика. Материалы второй научно-методической конференции. Киев: НАУ 3. Белов, П. Г. (1996) Теоретические основы системной инженерии безопасности. М.: ГНТП “Безопасность“, МИБ СТС. 4. Перегудов, Ф. И., Тарасенко, Ф. П. (1989) Введение в системный анализ: Учеб. Пособие для вузов. М.: Высш. шк. 5. Майоров А. В., Москатов Г. К., Шибанов Г. П. (1988) Безопасность функционирования автоматизированных объектов. М. Машиностроение. 6. Иванов Е. А., Бобров И. А., Денисов А. В. (2000) О типовых моделях и принципах организации систем управления промышленной безопасностью. In: Безопасность труда в промышленности. № 4, c. 4 –7. 7. Заде Л. А. (1974) Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. In: Математика сегодня (пер. с англ.). М. Знание, c. 5 – 49. 8. Марчук Г. И. (1982) Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М. Знание. 9. Полищук С. З. (2001) Методические подходы к построению математических моделей устойчивого развития. In: Екологiя i природокористування: Зб. науков. праць IППЕ Вип. 3. – Днiпропетровськ, c. 40 – 48 . Summary The contribution deals with substantiation of the conception of an acceptable technogenic risk (PTR) for the safety of complex technical systems, people and the environment. The acceptable technogenic risk is defined as a stochastic quantitative index, a functional property of safety in the man-machine-environment system. The use of it must become a basis for the selection of an optimum value of the degree of safety of technological complex (TC). The author of the contribution analyses the specific features of TC and discusses advantages and disadvantages of inductive and deductive methods of mathematical modelling the acceptable technogenic risk. The deductive method of creation of a hierarchic system of the mathematical model is taken as a suitable methodological approach to the assessment of degree of technogenic risk acceptability in the case of TCs.

41

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Lubomír KELNAR* PŘÍPADOVÁ STUDIE K METODIKÁM ANALÝZ A HODNOCENÍ RIZIKA CASE STUDY OF METHODOLOGIES FOR RISK ANALYSES AND ASSESSMENT Abstrakt Případová studie objasňuje na příkladu stáčení chloru z železniční cisterny obecný postup analýzy rizika chemických zařízení. Postup je vysvětlen v několika na sebe navazujících krocích, jejichž výsledkem je vstup do kroku dalšího. Analýza začíná popisem systému, následuje identifikace zdrojů rizika, výčet a výběr událostí pro výpočty jejich následků a četností. V další fázi je odhadována velikost individuálního a společenského rizika a ukázány i další možné míry rizika. Abstrakt Through the example of transferring chlorine from the tank wagon, the case study clarifies a general procedure for risk analysis in the case of chemical plants. The procedure is explained in several following steps, the result of which is the entry into the next step. The analysis begins with system description; what follows is the identification of sources of risk, the itemization and selection of events for calculations of their consequences and frequencies. In the next phase, the level of individual and societal risks is estimated and other possible risk levels are shown. Key words: risk analysis, risk, individual risk, societal risk, risk level, risk calculations, accident Úvod Příklad má sloužit k osvětlení postupů používaných pro naplňování tzv. hodnocení rizika pro účely zákona č. 353/1999 Sb. o prevenci závažných havárií. Případová studie znázorňuje užití všech kroků metodologie kvantitativní analýzy rizika chemických procesů (CPQRA) pro jednoduché zařízení k stáčení chloru do železniční cisterny. Používá zjednodušené metodiky pro výpočet a znázornění profilů individuálního rizika, křivek F - N pro vyjádření společenského rizika a některých dalších indexových měr rizika. Příklad je po drobných úpravách převzat z publikace Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, AICHE - CCPS, New York, 1989.

* RNDr., Poradenství v oboru bezpečnosti a rizik chemických zařízení, 250 70 Odolena Voda 385

Kroky při analýze jsou následující:

43

1. Popis systému 2. Identifikace zdrojů rizika, výčet a výběr událostí 3. Odhad následků havarijní události (výpočet rychlosti úniku, rozptylu a toxických účinků) 4. Odhad četnosti vzniku havarijní události 5. Odhad rizika (individuálního, společenského, odhad indexů dalších měr rizika) 6. Shrnutí Předmětem této studie je odhad rizika úmrtí obyvatel v obci sousedící se stáčecím zařízením chloru. Počet uvažovaných událostí je malý a povětrnostní podmínky jsou omezeny na jeden typ počasí charakterizovaný jednou rychlostí větru a jednou třídou atmosférické stability. Na rozdíl od složitého modelu rozptylu těžkého plynu byl vybrán jednoduchý atmosférický model rozptylu, a to neutrálně vzlínavý model Gaussovy vlečky. Realistická studie by mohla v této oblasti analýzu zlepšit. Úroveň podrobnosti této studie by mohla odpovídat etapě počátečního stavu zpracování projektu.

Popis systému Obrázek 1 uvádí zjednodušené schéma stáčecího systému kapalného chloru do železniční cisterny. Zásobní skladovací nádrž je namontována na váze a kapalný chlor se přečerpává do železniční cisterny pomocí tlakového dusíku. Plnicí kapalinová a vratná parní přípojka k železniční cisterně jsou realizovány krátkými hadicemi opletenými antikorozní ocelí se šroubovými přípojkami. Podle obrázku jsou umístěny dva dálkově ovládané havarijní uzavírací ventily, zásobní skladovací nádrž chloru má pojistný ventil a je, včetně podnikového rozvodu dusíku, chráněna před zpětným tokem chloru zpětnými ventily. Atmosférická železniční cisterna na 50 tun chloru je opatřena pojistným ventilem a čtyřmi přípojkami (vždy dvě pro plynnou fázi a dvě pro kapalinu) a je odvzdušněna do atmosféry. Potrubí pro kapalinu dosahují až na dno cisterny a jsou opatřena přetokovými ventily. Cisterna je izolována 10 cm vrstvou korku nebo polyuretanové pěny. Po zkontrolování a požadované údržbě je umístěna na váhu a řádně zafixována pomocí brzd a zaklínování kol. Vagón a stáčecí systém jsou pak elektricky uzemněny. Pro zjednodušení výpočtů, jsou uvažovány pouze jediné typické povětrnostní podmínky: rychlost větru 4 m.s-1 a neutrální atmosférická stabilita D. Pro další usnadnění výpočtů se předpokládá rovnoměrné rozložení proudění větru ve všech směrech.

44

Obrázek 1: Schéma zařízení pro stáčení chloru do železniční cisterny Obrázek 2 uvádí umístění zařízení pro stáčení chloru vzhledem k jeho okolí. Zařízení je umístěno cca 100 m západně od osídlené čtvercové oblasti o straně cca 400 m, kde žije rovnoměrně rozděleno 400 lidí. Blízké potrubí pro přepravu hořlavých materiálů a železniční cisterny pro hořlavé kapaliny, umístěné na sousední koleji, představují potenciál vzniku plošného požáru v místě pro stáčení chloru.

Identifikace zdrojů rizika, výčet a výběr událostí Kvantitativní analýza rizika chemických procesů je založena na seznamu specifických událostí úniku chloru. Sdružování událostí do skupin musí být reprezentativní vzhledem k úplnému seznamu událostí, ale nemusí být vyčerpávající. Vyčerpávající seznam by byl nezvládnutelný. Cíl studie (odhad rizika pro obyvatelstvo) dovolí vytřídit úplný seznam událostí, který je založen na následujících kritériích: • Lokalizované události, jejichž následky nepřesáhnou hranici oplocení, nemusí být hodnoceny pro účely odhadu rizika pro obyvatelstvo. •

Závažnější a katastrofální události podobného rozsahu mohou být seskupeny a znázorněny jednoduchými událostmi s frekvencemi určenými z příspěvků všech individuálních událostí v každé skupině.

Reprezentativní soubor událostí by měl pokrýt řadu projevů událostí schopných způsobit následky v blízké obci. Soubor by měl zahrnovat nejen rozsáhlé, málo pravděpodobné události, ale také častější události středního rozsahu, které mohou často představovat největší příspěvky k celkovému riziku.

45

400 m

Osídlená plocha rovnoměrně rozmístěno 400 lidí (25 lidí na hektar)

železniční cisterny na hořlavé kapaliny

400 m

100 m

cisterna s chlorem

S

Zařízení pro stáčení kapalného chloru a hořlavých kapalin

Obrázek 2: Umístění zařízení pro stáčení chloru do železniční cisterny Zdroje rizika a specifické události v zařízení pro stáčení chloru mohou být určeny několika způsoby. Inženýrský odhad, zkušenosti a historické záznamy mohou identifikovat frekventovanější události a náhodný výběr nějaké méně pravděpodobné události. Ačkoli tato informace je podstatná, není postačující pro výčet všech událostí. Strukturované metody, jako je HAZOP nebo FMEA, se často využívají k výčtu úplnějšího seznamu událostí. Metody HAZOP a FMEA jsou uvedeny v řadě informačních zdrojů. Studie metodou HAZOP by měla být provedena pro celý postup stáčení a také pro každou příbuznou činnost (např. vzorkování) nebo vzájemně propojené technické vybavení (např. rozvod dusíku). Tabulka 1 uvádí 3 reprezentativní sady událostí, které byly pro další fázi analýzy určeny metodou HAZOP. Popis událostí (velikost a trvání) je založen na historických datech a inženýrských odhadech a je určen k znázornění spektra možných skutečných událostí. Nebyly analyzovány příliš malé úniky a nebyla posouzena ani spontánní katastrofická porucha zásobní skladovací nádrže chloru nebo železniční cisterny, ačkoli je teoreticky možná. Následky takové velmi nepravděpodobné události by byly velmi rozsáhlé, a proto musí být taková událost uvážena při skutečné analýze podobného zařízení.

46

Události a jejich projevy pro tento příklad jsou totožné. Každá událost úniku chloru má jediný projev - toxický oblak putující po směru větru. Umístění zóny toxických účinků závisí na povětrnostních podmínkách a směru proudění větru. Proto každá kombinace události, povětrnostních podmínek a směru proudění větru má samostatný případ projevu události. Protože v tomto příkladu jsou uvažovány pouze jedny povětrnostní podmínky, případy projevů události se liší pouze co do směru proudění větru. Zóny účinků mají stále stejné fyzikální rozměry pro všechny případy událostí. Tabulka 1: Reprezentativní soubor událostí pro případovou studii Pořadové číslo události 1

Popis události Malý únik kapaliny (ekvivalentní otvor o průměru 12 mm) Trvání = 10 min. (odhad) Příčiny: - netěsnost ventilů (7 ventilů a přidružených přírub) - únik z hadice - porucha potrubí s kapalným chlorem způsobená nárazem

2

Malý únik par (ekvivalentní otvor o průměru 12 mm) Trvání = 20 min. (odhad) Příčiny: - únik ventily (5 ventilů a přidružených přírub) - únik hadicí - porucha potrubí s parami chloru důsledkem nárazu - únik pojistným ventilem

3

Velký únik par Trvání = 60 min. (čas odhadnutý pro protipožární opatření zahrnující ochlazování cisterny s chlorem a zastavení úniku) Příčina: - reakce pojistného ventilu na okolní požár

Odhad následků havarijní události Pro každou ze tří událostí z tabulky 1 se použije kombinace modelů pro určení zón se smrtelnými účinky na osoby. Pro každou událost se vypočítá hmotnostní rychlost úniku, aby se mohl určit vstupní údaj pro Gaussův model rozptylu do atmosféry. Pro modelování toxických účinků se použije pravděpodobnostní probit funkce k odhadu koncentrace chloru LC50 pro každou událost. Výpočty atmosférického rozptylu poskytnou vzájemnou vazbu koncentrace - vzdálenost, která dovolí odhadnout zónu účinku.

47

Výpočty únikové rychlosti Tři reprezentativní události (1, 2, a 3 z tabulky 1) vyžadují tři různé výpočty únikové rychlosti. Pro tuto případovou studii se předpokládá, že úniky nejsou ovlivněny ani délkou potrubí ani jeho geometrií. Událost číslo 1: Vytékání kapaliny ekvivalentním otvorem 12 mm. Zařízení pro kapalný chlor je udržováno pod mírným přetlakem dusíku 6,3 baru (absolutní tlak 6,3×105 Pa). Rovnice (vztah) pro výpočet úniku kapaliny je: ⎛ 2( p − p a ) ⎞ G L = C d Aρ ⎜⎜ + 2 gh ⎟⎟ ρ ⎝ ⎠ -1 kde GL = úniková rychlost kapaliny (kg.s ); Cd = výtokový součinitel (bezrozměrná veličina, pro kapaliny se užívá 0,61); A = plocha otvoru (pro 12 mm, 1,13×10-4 m2); ρ = hustota kapalného chloru (1420 kg.m-3), p = tlak v zařízení (6,3×105 Pa absolutní); pa = tlak vzduchu (1,0×105 Pa absolutní); h = geometrická výška otvoru (předpoklad 0 m); g = gravitační konstanta (9,8 m.s-2). Pomocí těchto dat se vypočte úniková rychlost kapaliny GL = 2,7 kg.s-1. Když otvorem vytéká kapalný chlor pod tlakem, určitý podíl se okamžitě vypařuje. Tento tzv. mžikový odpar může být odhadnut pomocí následujícího vztahu: (T − Tb ) Fv = C p h fg kde Fv = zlomek okamžitého vypařování kapaliny (mžikový odpar); Cp = průměrná tepelná kapacita kapalného chloru v rozmezí T až Tb (0,950 kJ.kg-1.°C-1); T = počáteční teplota (18°C); Tb = konečná teplota = atmosférická teplota varu chloru (-34°C); hfg = výparné teplo chloru (při -34°C, 285 kJ.kg-1). Pomocí těchto dat se vypočte, že mžikový odpar chloru je za daných podmínek 0,17. Podle pravidla dvojnásobku je možné předpokládat, že podíl aerosolu (kapičky kapaliny suspendované v páře) může být stejný jako je podíl okamžitého odpařování. Tedy pro tento příklad představuje oblak 34% úniku (17% pára a 17% aerosol), 66% vyteče jako kapalina na povrch. Pro malé úniky se většina této kapaliny bezprostředně vypaří při styku s teplejším povrchem. Skutečná rychlost vypařování může být odhadnuta z teploty vyteklého chloru (-34°C), místní teploty povrchu a množství kapaliny ve vztahu k tepelné kapacitě povrchu. V tomto případě úniku trvajícího 10 minut obsahuje louže kapaliny asi 1000 kg chloru (600 s×0,66×2,7 kg.s-1). Je možno dokázat, že všechen tento materiál se vypaří velmi rychle, a tak základ pro výpočet rozptylu by mohl být založen na plné rychlosti úniku, tj. 2,7 kg.s-1. Větší nebo delší trvání úniku by mělo být modelováno precizněji. Pro tento příklad (událost 1) je vstupní údaj únikové rychlosti pro výpočet rozptylu 2,7 kg.s-1. 1/ 2

Událost číslo 2: Únik par otvorem 12 mm. Výpočet úniku par musí také vzít v úvahu kompresibilitu plynu. Jestliže rozdíl tlaků mezi systémem s chlorem a atmosférou překročí kritický tlak, rychlost průtoku otvorem bude omezena rychlostí zvuku ve vytékajícím plynu. Kritický tlak je dán vztahem: (1, 32 / 0 , 32 )

γ / γ −1

kde

⎛ γ +1⎞ ⎛ 2,32 ⎞ Pkrit = ⎜ =⎜ = 1,84 ⎟ ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ Pkrit = kritický tlak; γ = poměr tepelných kapacit (pro chlor 1,32).

48

Absolutní tlak uvnitř systému je 6,3 bar, tedy poměr tlaků je 6,3/1,0 = 6,3. Protože je kritický tlak překročen, je výsledkem sonický únik podle rovnice: 1/ 2

⎡ γM ⎛ 2 ⎞ (γ +1 / γ −1) ⎤ ⎜⎜ ⎟⎟ Gv = C d Ap ⎢ ⎥ ⎢⎣ RT ⎝ γ + 1 ⎠ ⎥⎦ -1 kde Gv = rychlost zúženého úniku plynu (kg.s ); Cd = výtokový součinitel (přibližně 1,0 pro plyn); A = plocha otvoru (pro 12 mm, 1,13×10-4 m2); p = výchozí tlak (6,3×105 Pa); M = molekulová hmotnost (kg.kmol-1) (pro chlor 71); R = plynová konstanta (8310 J.kmol-1.K-1); T = počáteční teplota (291 K). Pro událost 2 se vypočte rychlost úniku par 0,26 kg.s-1 jako vstupní údaj pro model rozptylu. Událost číslo 3: Únik páry pojistným ventilem železniční cisterny. Množství par vytvořených v tlakové nádobě zachvácené vnějším požárem může být odhadnuto pomocí vzorce podle NFPA 58. Qin = 34500 ⋅ FA 0,82 K výpočtu Qin v jednotkách SI se musí užít převodní faktor: Qin = 34500 ⋅ FA 0,82 2,93 ⋅ 10 −4 (kJ / s ) / (Btu / hod ) Rychlost úniku plynu pojistným ventilem je: G rv = Qin / h fg

[

]

kde Grv = rychlost úniku plynu (kg.s-1); Qin = vstup tepla stěnou nádoby (kJ.s-1); A = celková plocha povrchu nádoby (přibližně 650 ft2); F = činitel okolního prostředí (z API RP520 se použije F = 0,3 pro izolovanou cisternu). hfg = výparné skupenské teplo při pojistném tlaku (257 kJ.kg-1) Potom Qin = 34500 ⋅ 0 ,3 ⋅ 650 0 ,82 ⋅ 2 ,93 ⋅ 10 −4 = 614 kJ ⋅ s −1

a G rv = (614 kJ ⋅ s −1 )/ (257 kJ ⋅ kg −1 ) = 2 ,4 kg ⋅ s −1 Doba úniku je odhadována na 60 min. podle času odhadnutého pro zásah hasičů při ochlazování nádoby vodními proudy. Páry chloru unikající pojistným ventilem nejsou vznosné, protože var uvnitř nádoby je udržuje chladné a mají vyšší molekulovou hmotnost než vzduch. Rychlost úniku chloru pro událost 3 je 2,4 kg.s-1.

Tabulka 2: Odhadnuté rychlosti úniku chloru pro tři reprezentativní události Událost

Popis

Odhad rychlosti úniku (kg.s-1)

1

Malý únik kapaliny

2,7

2

Malý únik par

0,26

3

Velký únik par pojistným ventilem

2,4

Výpočet toxických účinků chloru Před započetím rozptylové analýzy je třeba určit spojitost mezi toxicitou používanou pro odhad úmrtnosti a expozicí parami chloru. Pro odhad smrtelných účinků se často používá metoda pravděpodobnostní probit funkce pro smrtelné účinky chloru na průměrnou populaci podle Witherse a Leese (1985): Pr = −8,29 + 0,92 ln C 2 t kde Pr = hodnota pravděpodobnostní probit funkce (jsou tabelovány pro běžné látky), C = koncentrace chloru (ppm), t = doba expozice (min.).

49

Pro účely tohoto příkladu se předpokládá, že všechny osoby nacházející se v oblaku, jehož hranice jsou vymezeny LC50 (koncentrací smrtelnou pro 50% nechráněných osob), chlor usmrtí a všechny osoby vně této hranice přežijí. Ve skutečnosti všichni lidé ve vymezeném oblaku nezahynou tímto způsobem a naopak někteří lidé vně takového oblaku mohou zahynout. Předpoklad je, že počet lidí, kteří přežijí uvnitř hranice LC50 bude vyvážen úmrtími vně této hranice. Skutečná kvantitativní analýza rizika chemických procesů může určit pravděpodobnost úmrtí pro každého jednotlivce v zóně účinků, ale takový výpočet je nad rámcem tohoto příkladu. Výše uvedený předpoklad připouští použití zjednodušených metod pro odhad individuálního a společenského rizika. Aby se určila velikost oblaku chloru pro každou událost, je třeba určit LC50 chloru pro dobu expozice odpovídající příslušné události. Je možné předpokládat, že čas požadovaný pro to, aby oblak minul nějakou lokalitu, je roven času trvání úniku látky při události. V podrobnější studii by mohl být použit model rozptylu pro odhad přesné toxické dávky v jakékoliv lokalitě. V této studii mají události 1 a 2 trvání 10 min., událost 3 trvá 60 min. Koncentrace chloru odpovídající LC50 pro t = 10 a 60 min. může být stanovena dosazováním Pr = 5,0 (podmínka pro LC50) a řešením výše uvedené rovnice pro C. Výsledky odhadu expozice LC50 pro chlor udává následující tabulka: Tabulka 3: Výsledky odhadu expozice LC50 pro chlor Doba expozice (min.)

Událost

Odhadnutá LC50 (ppm)

10

1a2

430

60

3

175

Pro události 1 a 2 (únik kapaliny nebo páry po dobu 10 min.) je zóna účinků definována koncentrací chloru 430 ppm. Pro událost 3 (únik pojistným ventilem po dobu 60 min.) je zóna účinků definována koncentrací chloru 175 ppm.

Výpočty rozptylů Oblaky uniklého chloru v této případové studii jsou zpočátku těžší než vzduch. Je však možno prokázat, že nastane přechod do neutrálního vznosu ještě předtím než budou zasaženy obydlené oblasti 100 m východně. Za těchto okolností mohou být získány odhady s požadovanou přesností pomocí modelu Gaussovy vlečky podle Pasquilla - Gifforda. Vhodný tvar Pasquill - Giffordovy rovnice pro kontinuální zdroj neabsorbovatelného materiálu je: 2 ⎛ G − y 2 ⎞⎟ ⎡ ⎛ − ( z − H ) − (z + H) 2 ⎞⎤ ⎜ ⎜ ⎟⎥ exp 2 ⎢exp⎜ C= + exp 2πuσ y σ z ⎜⎝ 2σ y ⎟⎠ ⎣⎢ ⎝ 2σ z2 2σ z2 ⎟⎠⎦⎥ kde x, y, z = vzdálenosti od zdroje v (m) (x = po směru větru, y = kolmo na směr větru, z = vertikální výška); C = koncentrace (kg.m-3) v místě x, y, z; G = rychlost úniku (kg.s-1); H = výška zdroje nad úrovní terénu (m); σx, σy, σz,= parametry rozšíření v (m), funkce vzdálenosti po směru větru; u = rychlost větru (m.s-1) Předpokládá se, že úniky nastávají v úrovni terénu, takže H = 0. Protože je důležitá koncentrace chloru v úrovni terénu, také z = 0. Kromě toho se počítá maximální koncentrace

50

(např. koncentrace odpovídající středové linii) chloru v oblaku pro každou vzdálenost po směru větru, proto také y = 0. Tak se pro maximální koncentraci ve středové linii a pro zdroj v úrovni terénu a pro příjemce (obyvatele) výše uvedená rovnice zjednodušuje na tvar: G C= πσ yσ z u -3 Tato rovnice udává koncentraci C v kg.m . Aby se získala C v ppm, musí se použít převodní faktor: G RT C ppm = ⋅ ⋅ 10 6 πσ yσ z u MP kde R = plynová konstanta (0,082 atm⋅m3.kmol-1⋅K-1); T = teplota (K); M = molekulová hmotnost (kg.kmol-1); P = tlak (atm). Následující vztahy (McMullen, 1975) se používají pro výpočet parametrů rozptylování σy a σz pro atmosférickou stabilitu D: 2 ⎡ ⎡ ⎛ x ⎞⎤ ⎤ ⎛ x ⎞ σ z = exp⎢3,141 + 0,7371ln⎜ ⎟ − 0,0316⎢ln⎜ ⎟⎥ ⎥ ⎝ 1000 ⎠ ⎣ ⎝ 1000 ⎠⎦ ⎥⎦ ⎢⎣ 2 ⎡ ⎡ ⎛ x ⎞⎤ ⎤ ⎛ x ⎞ σ y = exp⎢4,23 + 0,9222 ln⎜ ⎟ − 0,0087 ⎢ln⎜ ⎟⎥ ⎥ ⎝ 1000 ⎠ ⎣ ⎝ 1000 ⎠⎦ ⎥⎦ ⎢⎣ Následující hodnoty jsou dosazeny do posledních tří rovnic k výpočtu koncentrace ve středové linii v ppm jako funkce vzdálenosti od zdroje (x): G = 2,7 kg.s-1 (pro událost č. 1); 0,26 kg.s-1 (pro událost č. 2); 2,4 kg.s-1 (pro událost č. 3); T = 18°C = 291 K; u = 4 m.s-1; M = 71 kg.kmol-1; P = 1 atm

Tabulka 4 shrnuje výsledky těchto výpočtů. Vzdálenost, ve které koncentrace chloru v úrovni terénu ve střední linii po směru proudění větru dosáhne LC50 (430 ppm pro události 1 a 2, 175 ppm pro událost 3) je pro každou událost zvýrazněna. Z údajů v této tabulce může být určena vzdálenost, ve které koncentrace chloru dosáhne hodnoty LC50 (viz tabulku 5). Samotná vzdálenost po směru proudění větru plně necharakterizuje zónu účinku pro oblak par. Je také třeba znát rozměr šířky oblaku nebo jeho roztažení. Model Gaussovy vlečky (rovnice v kapitole 0) musí být vyřešen pro řadu vzdáleností přechodných a kolmých na směr proudění větru, aby bylo možno znázornit úplnou izočáru odpovídající koncentraci LC50. Jednodušší přístup, přiměřený tomuto příkladu, je aproximovat vlečku jako část ve tvaru rybího těla a definovat její délku a její úhel. Horizontální úhel vlečky může být odhadnut pomocí bočních spojnic bodů na čáře zájmové koncentrace s bodem úniku v nějaké střední vzdálenosti po směru proudění větru (např. ve středu délky). Tento výpočet dává horizontální úhel vlečky zhruba 15° pro naše tři události (skutečné rozpětí 14 - 18°).

51

Tabulka 4: Koncentrace chloru pro tři reprezentativní události případové studie Událost č. 1 Malý únik kapaliny (2,7 kg.s-1, 10 min) x (m) 100 200 230 250 300

C (ppm) 2000 550 430 370 270

Událost č. 2 Malý únik par (0,26 kg.s-1, 10 min) x (m) 50 64 100

Událost č. 3 Velký únik par pojistným ventilem (2,4 kg.s-1, 60 min)

C (ppm) 690 430 190

x (m) 100 150 200 250 300 360 400

C (ppm) 1700 830 490 330 240 175 145

Tabulka 5: Vzdálenost, ve které dosáhne koncentrace chloru hodnoty LC50 Událost

Popis

Trvání Chlor (min) LC50 (ppm)

1

Malý únik kapaliny

10

430

230

2

Malý únik par

10

430

64

3

Velký únik par pojistným ventilem

60

175

360

Vzdálenost po směru proudění větru, ve které koncentrace = LC50 (m)

Odhad četnosti vzniku havarijní události Pro každou identifikovanou reprezentativní událost může být odhadnuta četnost jejího vzniku. Pokud je konstrukce zařízení dostatečně podobná zařízením známým z historických záznamů, četnost události může být odvozena z historických statistik; toto platí pro události 1 a 2. Tam, kde je konstrukce zařízení podstatně rozdílná nebo historická data neexistují, může být k odhadu četnosti poruchy použita metoda stromu poruch; tato metoda se použije pro událost 3. Data selhání pro prvky procesních zařízení (např. přírub, ventilů, hadic) mohou být získána z různých databank spolehlivosti odvozených z historických záznamů na podobných zařízeních za podobných podmínek. Odhadem určené četnosti v tabulce 6 pro úniky 12 mm otvorem pocházejí z řady zdrojů, včetně Rijnmonda (1982). Použitím těchto dat mohou být odhadnuty četnosti havárií 1 a 2. Četnost každé události je rovna součtu četností selhání všech jednotlivých složek, jejichž selhání může nastat v rámci reprezentativní události (tabulka 1):

52

n

Fi = ∑ f i j =1

kde Fi = celková četnost reprezentativní události i; fj = četnost selhání komponenty j, která spadá do reprezentativní události i. Odtud pro událost 1 je četnost představující únik kapaliny (7 ventilů, 1 hadice, 1 porucha potrubí nárazem - použita data z tabulky 6): F1 = (1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5) + (1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5)+(5×10-4)+ +(1×10-5) = 5,8×10-4 za rok Pro událost 2 je četnost představující únik par (5 ventilů, 1 hadice, 1 porucha potrubí nárazem a 1 únik pojistným ventilem - použita data z tabulky 6): F2 = (1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5)+(1×10-5)+(5×10-4)+(1×10-5)+(1×10-4) = 6,6×10-4 za rok Pro událost 3 (velký únik par způsobený externím požárem) nejsou pro odhad četnosti přiměřená historická data. Četnosti výskytu externích požárů jsou silně závislé na vlastnostech každého jednotlivého místa. Pro scénář vnějšího požáru je vytvořen jednoduchý model stromu poruch (viz Obrázek 3) pro výpočet četnosti ze základních událostí. Použitím postupu hradlo za hradlem pro odhad četnosti události 3 je vypočtena hodnota 3×106 za rok.

53

Událost č. 3 – únik par chloru ze železniční cisterny pojistným ventilem 3E-6/rok

A Vnější požár v okolí železniční cisterny na chlor 3E-6/rok Pravděpodobnost otevření poj. ventilu vlivem vněj. požáru p = 1,0

A Rozlití hořlavé kapaliny poblíž železniční cisterny s chlorem 6E-6/rok Pravděpodobnost iniciace (odhad) p = 0,5

A

Šíření rozlité hořlavé kapaliny k železniční cisterně s chlorem 2E-5/rok

Provozovatel neovlivní rozlití hořlavé kapaliny p = 0,3

NEBO

NEBO

Vylití hořlavých produktů z železniční cisterny 2E-6/rok

Rozlití hořlavých kapalin nezaznamenáno p = 0,1

Únik hořlavých kapalin z blízkého potrubí 2E-6/rok

Není možné zastavit rozlévání hořlavých kapalin p = 0,2

Obrázek 3: Strom poruch pro událost 3 Tabulka 7 shrnuje výsledky kroku odhadu četnosti. Tyto četnosti pro tři reprezentativní události se pro odhad rizika zkombinují s následky v zónách účinků. Tabulka 6: Odhad četnosti poruch systému pro stáčení chloru Popis poruchy

Četnost selhání při průměrné údržbě (událost/rok)

Únik ventilem

1×10-5

Únik hadicí

5×10-4

Porucha potrubí nárazem *

1×10-5

Únik pojistným ventilem při normálním provozním tlaku

1×10-4

54

*Je nutno poznamenat, že mezi mnoha faktory při odhadu poruchovosti potrubí je třeba uvážit také délku potrubí a jeho průměr. Tabulka 7: Souhrn odhadů četností reprezentativních událostí Událost

Popis

Odhad četnosti (za rok)

1

Únik kapaliny

5,8×10-4

2

Malý únik páry

6,6×10-4

3

Velký únik páry pojistným ventilem

3,0×10-6

Odhad rizika Individuální riziko Izolinie individuálního rizika vyznačují pro každý bod v okolí zařízení, s jakou pravděpodobností by osoba, která by celý rok v tomto bodě pobývala, zahynula v důsledku havárie zařízení. Izolinie se kreslí do mapy rozmístění osob v okolí zařízení. Odhady individuálního rizika tří reprezentativních událostí v okolí zařízení pro stáčení chloru mohou být vypočítány z údajů o pravděpodobnosti jejich výskytu, o jejich zónách účinku a o rozdělení směrů proudění větru. Nejsou uvažovány žádné faktory zmírnění, jako jsou úkryt nebo evakuace. Pro tento příklad se použijí předpoklady pro zjednodušený přístup k výpočtu individuálního rizika a může být použit zjednodušený postup. Byly provedeny všechny kroky pro seznam projevů událostí s příslušnými zónami účinku a četnostmi výskytu událostí. Tabulka 8 shrnuje všechna tato data vybraná z tabulek 1 až 7. Následující kroky při generování mapy obrysů individuálního rizika se musí provést s použitím údajů obrázku 4. Dalším krokem je zvolit projev události s nejdelší zónou účinku. Pro tuto studii to je událost 3. Směr proudění větru ovlivní umístění zóny účinku (protáhne se od únikového otvoru po směru proudění větru), a proto musí být četnost události před přiřazením hodnoty k obrysu individuálního rizika redukována činitelem směru. Činitel směru je dán následujícím vztahem: f i , d = f i (θ i / 360 ) kde fi,d = četnost případu projevu události i, která ovlivní situaci v jakémkoliv směru za předpokladu rovnoměrného rozdělení směru proudění větru; fi = odhadnutá četnost výskytu případu projevu události i; θ = úhel pokrytý zónou účinku pro případ projevu události i. Pro událost 3, f3 = 3×10-6⋅rok-1 a θ3 = 15° f3,d = (3×10-6⋅rok-1)⋅(15/360) = 1,2×10-7⋅rok-1

55

Tabulka 8: Souhrn reprezentativních událostí se zónami účinku a četnostmi událostí Četnost Zóna účinku LC50 (ppm Vzdálenost Úhel výskyt u ) vlečk LC50 události y (m) -1 (deg) (rok )

Událost

Popis

Rychlost úniku chloru (kg.s-1)

Doba trvání úniku (min)

1

Únik kapaliny ekvivalentním otvorem o průměru 12 mm

2,7

10

430

230

15

5,8×10-

2

Malý únik par ekvivalentním otvorem o průměru 12 mm

0,26

10

430

64

15

6,6×10-

3

Velký únik par pojistným ventilem následkem požáru

2,4

60

175

360

15

3,0×10-

56

4

4

6

400

1,2×10-7⋅rok-1

Osídlená plocha 400

2,4×10-5⋅rok-1

5,2×10-5⋅rok-1

100

360

230

S

64

64

230

360

Zařízení pro stáčení kapalného chloru

Obrázek 4: Izolinie individuálního rizika v okolí zařízení pro stáčení chloru Dalším krokem je narýsovat kružnici (obrys rizika) kolem zařízení pro stáčení chloru o poloměru rovném poloměru zóny účinku (v tomto případě 360 m). Tomuto obrysu je pak přidělena hodnota individuálního rizika podle následujícího vztahu: IRCi = f i (nebo f i , d ) + IRCi −1 kde IRCi = hodnota individuálního rizika na uvažovaném obrysu případu projevu události (rok-1); IRCi-1 = hodnota individuálního rizika na vedlejším obrysu rizika; fi a fi,d jsou definovány jako pro činitele směru (viz výše). Protože obrys rizika události 3 je první narýsovaný obrys, je IRi-1=0 a hodnota individuálního rizika pro narýsovaný obrys je: IRCobrys události 3 = f3,d = 1,2×10-7⋅rok-1. Nyní se vybere událost s další nejdelší zónou účinku (událost 1). Umístění zóny účinku je ovlivněno směrem proudění větru, takže četnost musí být znovu redukována činitelem směru: fi,d = f1(θ1/360) = (5,8×10-4⋅rok-1)(15/360) = 2,4×10-5⋅rok-1

57

Kolem zařízení s chlorem se pak narýsuje obrys rizika o poloměru rovném vzdálenosti zóny účinku události 1, tj. 230 m. Vztah IRCi = f i (nebo f i , d ) + IRCi −1 může být napsán následujícím způsobem, aby bylo možno přiřadit četnost dalšímu obrysu rizika: IRC obrys události 1 = f1,d + IRC obrys události 3 = 2,4×10-5 + 1,2×10-7 = 2,4×10-5⋅rok-1 K dokončení analýzy je četnost poslední události (číslo 2) opět korigována činitelem směru podle výše uvedeného vztahu a vychází: f2,d = f2(θ2/360) = (6,6×10-4) × (15/360) = 2,8×10-5⋅rok-1 Kolem zařízení s chlorem se pak narýsuje obrys rizika o poloměru rovném vzdálenosti zóny účinku události 2, tj. 64 m, a jemu přiřazená četnost za použití vztahu IRCi = f i (nebo f i , d ) + IRCi −1 v následujícím tvaru: IRCobrys události 2 = f2,d + IRCobrys události 1 = 2,8×10-5 + 2,4×10-5 = 5,2×10-5⋅rok-1 Obrázek 4 představuje pro tuto studii konečnou mapu izolinií individuálního rizika. Mapa ukazuje, že událost 2 (malý únik par) nedosáhne k obydlené oblasti, kdežto události 1 a 3 ano. Událost 3, velký únik par pojistným ventilem, ovlivní významnou část obydlené oblasti, ale s nižší četností než jiné události.

Společenské riziko Křivka společenského (sociálního) rizika je zobrazena ve čtvrtrovině, kde vodorovná osa znázorňuje následky (počty úmrtí) a svislá osa znázorňuje příslušné četnosti za rok. Každý bod této křivky říká, že nejvýše s četností, která tomuto bodu přísluší, budou následky představovat příslušný počet úmrtí. Výpočet společenského rizika vyžaduje spíše provést odhad počtu lidí usmrcených při každém případu projevu události než odhad pravděpodobnosti úmrtí v konkrétním místě. Metodika se používá pro vytvoření křivky F - N. Rozdělení populace v okolí stáčecího místa je specifikováno na obrázku 2. Tabulka 8 podává přehled množiny reprezentativních událostí, které mohou potenciálně ovlivnit populaci. Pro tuto studii je seznam událostí totožný se seznamem projevů událostí, protože každá událost (únik chloru) má pouze jeden projev (toxický oblak). Tudíž seznam událostí v tabulce 8 představuje seznam možných projevů událostí. Další krok při analýze je vytvoření seznamu případů projevu události. Pro tento příklad se uvažuje pouze jeden typ počasí (atmosférická stabilita D, rychlost větru 4 m.s-1), ale směr proudění větru se bude měnit. Pro účely následujících výpočtů je směr proudění větru rozdělen podle osmisměrné větrné růžice (S, SV, V, JV, J, JZ, Z, SZ – tyto zkratky označují tu světovou stranu, odkud vítr vane). Tak každá událost v tabulce 8 má 8 případů projevu události takto sdružených, jeden případ pro každý směr proudění větru. Ve specifikaci úlohy je upřesněno, že proudění větru je stejně pravděpodobné pro jakýkoliv směr. Tudíž pravděpodobnost, že vítr bude proudit v nějakém z 8 možných směrů, je 1/8 a četnost každého případu projevu události je rovna 0,125 krát odpovídající četnost události. Mohla by být také použita větrná růžice s nestejným rozdělením. V takovém případě by četnost každého případu projevu události (pro směr větru) byla určena násobením pravděpodobností četnosti události pro proudění větru v tomto směru. Tabulka 9 uvádí seznam všech případů projevu události v této studii, každý s odhadem četnosti výskytu. Většina případů projevu události (indikovaných poznámkou "B") neovlivní obydlenou oblast a nejsou dále uvažovány.

58

Tabulka 9: Seznam případů projevu události uvažující 8 bodovou větrnou růžici Událost

1

2

Četnost události (rok-1) 5,8×10-4

6,6×10-4

Případ projevu události Čís.

Pravděpodobnost směru větru

Četnost (rok-1)

Poznámky *

1 JZ

0,125

7,3×10-5

A

1Z

0,125

7,3×10-5

A

1 SZ

0,125

7,3×10-5

A

1S

0,125

7,3×10-5

B

1 SV

0,125

7,3×10-5

B

1V

0,125

7,3×10-5

B

1 JV

0,125

7,3×10-5

B

1J

0,125

7,3×10-5

B

2 JZ

0,125

8,3×10-5

B

2Z

0,125

8,3×10-5

B

2 SZ

0,125

8,3×10-5

B

2S

0,125

8,3×10-5

B

2 SV

0,125

8,3×10-5

B

2V

0,125

8,3×10-5

B

0,125

-5

B

-5

B

-7

A

-7

A

3,8×10

-7

A

3,8×10

-7

B

3,8×10

-7

B

3,8×10

-7

B

-7

B

2 JV 2J 3

3,0×10

-6

3 JZ 3Z 3 SZ 3S 3 SV 3V 3 JV

0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125

8,3×10

8,3×10

3,8×10 3,8×10

3,8×10

-7

3J 0,125 3,8×10 B * A - zóna účinku ovlivňuje obydlenou oblast; B - zóna účinku neovlivňuje obydlenou oblast Nyní existuje seznam všech případů projevu události. Byla také určena četnost každého případu projevu události (Tabulka 9) a zóna jeho účinků (Tabulka 8). Nyní lze určit počet úmrtí pro každý případ projevu události. Použije se zjednodušená grafická metoda, která spočívá v tom, že se lokální populační mapa překryje zónou účinku každého případu projevu události. Obrázek 5 to ukazuje pro případy projevu události označené 3 JZ, 3 Z a 3 SZ. Je provedeno sčítání počtu osob v každé zóně účinku. Například, zóna účinku v případě projevu

59

události 3 Z pokrývá asi 15000 m2 obydlené oblasti. Při zadané hustotě zalidněnosti 25 osob na 10000 m2 tato zóna účinku ovlivní asi 38 lidí (15000 m2 × 25 lidí / 10000 m2). Počet úmrtí je pak určen ze vztahu N i = Pi ⋅ p f ,i , kde Ni = počet úmrtí vycházejících pro případ projevu události i; Pi = celkový počet lidí v zóně účinku pro případ projevu události i; pf,i = pravděpodobnost úmrtí v zóně účinku pro případ projevu události i. Při výpočtu individuálního rizika bylo předpokládáno, že všechny osoby v zóně účinku vymezené koncentrací LC50 jsou usmrceny, takže pf,i = 1. Proto pro všechny případy projevu události v této studii platí N i = Pi . 400 m

Osídlená plocha P. P. U. 3Z Plocha = 15000 m2

Plocha A P. P. U. 3JZ Plocha = 7900 m2

P. P. U. 3SZ Plocha = 7900 m2

Plocha B

100 m

rB = 100 m

360 m

S

400 m

360 m

Zařízení pro stáčení kapalného chloru

P.P.U. znamená „případ projevu události“ Obrázek 5: Zóny účinků pro událost číslo 3 Pro případ události 3 Z, Ni = Pi = 38 úmrtí. Podobná analýza případů projevů události 3 JZ a 3 SZ (Obrázek 5) ukazuje, že pro tyto případy projevu události se každý rovná 20 úmrtím. Analýza případů projevů událostí 1 JZ, 1 Z a 1 SZ je provedena podobným způsobem. Analýza zbývajících událostí v tabulce 9 ukazuje, že nemají vliv na obydlenou oblast. Výsledky analýzy všech případů projevu události jsou shrnuty v tabulce 10. Případy projevu události, které neovlivnily žádné osoby, už byly vynechány.

60

Dalším krokem postupu je uvést údaje do podoby kumulativní četnosti použitím následujícího vztahu pro všechny případy projevu události i, při kterém Ni ≥ N: FN = ∑ Fi i

kde FN = četnost všech případů projevu události ovlivňujících N nebo více osob; Fi = četnost případu projevu události i; Ni = počet úmrtí osob ovlivněných projevem případu události i. Tabulka 11 ukazuje použití předchozího vztahu pro údaje z tabulky 10, který udává kumulativní četnost FN případů projevu události majících za následek N nebo více úmrtí.

Tabulka 10: Odhady úmrtí případů projevu události směrem k obydlené oblasti Případ projevu události 1 JZ 1Z 1 SZ 3 JZ 3Z 3 SZ Ostatní

Četnost F (rok-1) -5

7,3×10 7,3×10-5 7,3×10-5 3,8×10-7 3,8×10-7 3,8×10-7 -

61

Odhad počtu úmrtí 13 14 13 20 38 20 0

Četnost N nebo více úmrtí (za rok)

1,0E-03

1,0E-04

1,0E-05

1,0E-06

1,0E-07 1

10

100

Počet úmrtí, N

Obrázek 6: F – N křivka sociálního rizika pro studii stáčení chloru Data z prvních 2 sloupců tabulky 11, FN a N, jsou znázorněna jako křivka F - N v logaritmických souřadnicích na obrázku 6. Tabulka 11: Data pro výpočet křivky společenského rizika F - N Odhad počtu úmrtí*

Kumulativní četnost N nebo více úmrtí, FN (rok-1)

N > 38 20 < N ≤38 14 < N ≤ 20 N = 14 N ≤ 13 * N musí být celé číslo.

0 3,8×10-7 1,1×10-6 7,3×10-5 2,2×10-4

Případy projevu události žádný 3Z 3 Z, 3 JZ, 3 SZ 3 Z, 3 JZ, 3 SZ, 1 Z 3 Z, 3 JZ, 3 SZ, 1 Z, 1 JZ, 1 SZ

62

Další jednoduché míry rizika Pro tuto vzorovou studii může být také vypočteno několik dalších jednoduchých měr rizika: 1. Maximální individuální riziko. Člověk vystavující se maximálnímu individuálnímu riziku se nachází uprostřed západního okraje obydlené oblasti (viz obrázek 4). Individuální riziko úmrtí v tomto místě je maximální individuální riziko (pro tuto studii 2,4×10-5 / rok). 2. Střední míra úmrtí. Střední míra úmrtí (SMÚ) se vypočítá ze vztahu: n

SMÚ = ∑ Fi N i i =1

Tabulka 10 shrnuje Fi a Ni pro 6 případů projevu události, které mají za následek úmrtí. SMÚ = (7,3×10-5)(13) + (7,3×10-5)(14) + (7,3×10-5)(13) + (3,8×10-7)(20) + + (3,8×10-7)(38) + (3,8×10-7)(20) = 3,0×10-3 úmrtí/rok 3. Index ekvivalentních společenských nákladů. Ekvivalentní společenské náklady (ESN) se vypočítají pomocí následujícího vztahu: n

ESN = ∑ f i N ip i =1

kde p = činitel velikosti averze vůči riziku (p > 1). Při použití hodnoty p = 1,2 navrhované Okrentem vychází: ESNOkrent= (7,3×10-5)(13)1,2 + (7,3×10-5)(14)1,2 + (7,3×10-5)(13)1,2 + + (3,8×10-7)(20)1,2 + (3,8×10-7)(38)1,2 + (3,8×10-7)(20)1,2 = 4,9×10-3 Při použití hodnoty p = 2 navrhované holandskou vládou vychází: ESNholandská vláda = (7,3×10-5)(13)2+ (7,3×10-5)(14)2 + (7,3×10-5)(13)2 + + (3,8×10-7)(20)2 + (3,8×10-7)(38)2 + (3,8×10-7)(20)2 = 3,7×10-2 4. Průměrné individuální riziko. Je možno ukázat, že průměrné individuální riziko může být vypočteno ze střední míry úmrtí (SMÚ) podle vztahu: IR PR = SMÚ / OR kde OR = celkový počet obyvatel vystavených nějakému riziku pocházejícímu ze zařízení (např. celkový počet obyvatel uvnitř nejvíce vzdáleného obrysu rizika). Pro tento příklad nejvíce vzdálený obrys rizika uzavře poněkud více než 1/2 obydlené plochy (viz obrázek 4). Při zadané rovnoměrné hustotě zalidněnosti je odhad počtu lidí na této ploše 240 (OR = 240) a pak: IR PR = SMÚ / OR = (3×10-3)/240 = 1,2×10-5.rok-1 Riziko může být také zprůměrováno přes celkový počet obyvatel 400: IR PR (všechno obyvatelstvo) = (3,0×10-3)/400 = 7,5×10-6.rok-1. Tento průměr není dobrá míra rizika, protože 160 lidí, kteří nejsou vystaveni žádnému riziku z chlorového zařízení, je zahrnuto do počtu obyvatel, kteří jsou vystaveni riziku průměrnému. To poskytuje upravený (nižší) odhad rizika. 5. Smrtelná nehodovost. Smrtelná nehodovost (SN) pro nechráněné obyvatelstvo se vypočítá podle následujícího vztahu: SN = IRPR (1,14×104) úmrtí / 108 hodin expozice

63

SN je normálně používaná míra rizika pro zaměstnance v místě. Za předpokladu, že by část podniku s provozy představovala obydlenou plochu, kde jsou lidé přítomni neustále, pak SN může být pro tuto studii vypočtena následujícím způsobem: SN = (1,2×10-5 rok-1)(1,14×104)= 0,14 úmrtí / 108 člověkohodin expozice Tabulka 12: Přehled jednoduchých měr rizika pro studii stáčení chloru Míra rizika

Hodnota 2,4×10-5.rok-1

Maximální individuální riziko Průměrné individuální riziko: Nechráněné obyvatelstvo Veškeré obyvatelstvo Smrtelná nehodovost Střední míra úmrtí Ekvivalentní společenské náklady: Okrent Holandsko

1,2×10-5.rok-1 7,5×10-6.rok-1 0,14 úmrtí / 108 člověkohodin expozice 3×10-3 úmrtí.rok-1 4,9×10-3 3,7×10-2

Literatura 1. Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, AICHE - CCPS, New York, 1989 Summary The contribution deals with substantiation of the conception of an acceptable technogenic risk (PTR) for the safety of complex technical systems, people and the environment. The acceptable technogenic risk is defined as a stochastic quantitative index, a functional property of safety in the man-machine-environment system. The use of it must become a basis for the selection of an optimum value of the degree of safety of technogenic complex (TK). The author of the contribution analyses the specific features of TK and discusses advantages and disadvantages of inductive and deductive methods of mathematical modelling the acceptable technogenic risk. The deductive method of creation of a hierarchic system of the mathematical model is taken as a suitable methodological approach to the assessment of level of technogenic risk acceptability in the case of TKs.

64

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Ingrid, MATOUŠKOVÁ*, Roman RAK** BEZPEČNOSTNÍ MANAŽER – JEHO ROLE A OSOBNOST SAFETY MANAGER - ROLE AND PERSONALITY Abstrakt Příspěvek si bere za cíl komplexní pohled na bezpečnostního manažera. Charakterizují se specifičnost, náročnost a souvislosti jeho práce při prosazování bezpečnosti v instituci. Důraz je kladen na personální charakteristiky a profesní předpoklady pro výkon jeho práce, která je ve své podstatě velmi složitá a svým způsobem i nevděčná, se silnými vlivy na jeho psychiku. V souladu s praktickými potřebami autoři definují základní osobnostní požadavky na roli bezpečnostního manažera a zamýšlejí se nad způsoby a možnostmi jeho výběru při obsazování této významné manažerské pozice v instituci, která je zde chápána obecně – od IT prostředí v komerčních či státních firmách a institucích, až po profesionální bezpečnostní organizace. Abstract The main aim of the contribution is to provide a detailed review of the role of the safety manager, and to describe the specific demands of his work when enforcing safety in an institution. Attention is given both to the personal characteristics and professional qualifications necessary for performance of his work, which can be complex but also thankless, and also the psychological influences. From a practical standpoint the authors define the essential personal characteristics for the position of a safety manager, and consider ways and options on how to best select a safety manager when filling this important managerial post in an institution, from the IT environment in businesses and state entities, to professional security organisations. Key words: safety manager, personal characteristics, demands, chois, risks, Information and Communication Technologies. Úvod O bezpečnosti se mluví stále častěji a na nejrůznějších fórech. Události 11. září 2001 v USA a srpnové povodně v roce 2002, útoky spojované s mezinárodním terorismem a poslední válka v Iráku se staly mohutným impulsem pro rozvoj bezpečnosti jako takové.

*

Mgr., Bankovní institut vysoká škola, a.s., Ovenecká 9/380, 170 00 Praha 7, Pražská teplárenská, a.s., Partyzánská 7, 170 00 Praha 7 ** Ing. Bankovní institut vysoká škola, a.s., Ovenecká 9/380, 170 00 Praha 7, Pražská teplárenská, a.s.,

Partyzánská 7, 170 00 Praha 7

65

Na trhu ICT technologií se objevují stále novější technologické produkty, jejichž cílem je ochránit bezpečnost informací, specializované firmy se předhánějí v nabídkách svých služeb (analýzy rizik, bezpečnostní audity, různé penetrační testy, certifikace podle mezinárodně platných bezpečnostních standardů atd.). V určitém slova smyslu se bezpečnost stala pro obchodníky s těmito technologiemi zlatým dolem, někdy i zaklínadlem, které dovoluje i leccos prodat, aby společnost (firma, instituce, stát) byly „IN“ současným bezpečnostním trendům. Dokonce i tehdy, kdy společnost ve skutečnosti nepotřebuje, nebo ne v takové míře, nejnovější technologické produkty. Na téma bezpečnosti se konají mezinárodní konference, o IT bezpečnosti se přednáší zejména na technických vysokých školách. Historie nás ale opakovaně tvrdě zkouší a učí, že i ty nejmodernější a nejdražší technologie, při nedodržení určitých elementárních zásad, za jistých okolností, nešťastných souběhů různých událostí nebo nepředpokládaných („projekčně nereálných“) náhod jsou velice zranitelné a překonatelné. Někdy dokonce s minimem úsilí nebo finančních či jiných nákladů, minimálními znalostmi nebo zkušenostmi, mnohdy bez hlubšího vzdělání, takže nakonec dochází nejenom k neočekávaným a zároveň překvapivým bezpečnostním incidentům, kterým jsme chtěli původně zabránit, ale i svým způsobem ke znehodnocení finančních prostředků a lidského úsilí, vložených do bezpečnostních technologií a s nimi souvisejícími opatřeními. V důsledku je pak zpochybněna bezpečnost jako taková. Technicky orientovaní tvůrci bezpečnostních produktů a služeb vidí často nezbytná opatření jen na technické úrovni. Podobným způsobem mnohdy přemýšlí i IT specialisté, managementy institucí, jejich vlastníci, akcionáři. A to jen v těch případech, kdy si aspoň uvědomují, že bezpečnost by se měla nějak řešit. Nejlépe ovšem s minimálními náklady a „obtěžováním“ zaměstnanců nebo majitelů. Hovořit, že bezpečnost je zejména a především o lidech, je možná nošením dříví do lesa. Občas se v praxi výjimečně setkáme s objasňováním pojmu „sociotechnika1“ a s opatřeními, které by ji měly maximálně omezit nebo minimalizovat na přijatelnou hranici. Ve společnostech, kde je vysoké společné povědomí o bezpečnosti, jsou zaměstnanci průběžně školeni, jak rozeznávat příznaky či projevy sociotechnických útoků. Chceme-li poznat důsledky jevů, musíme pochopit jejich příčiny. Zamezíme-li vzniku nebo rozvoji příčin negativních jevů, máme určitou šanci je dostat pod kontrolu. V odborné literatuře se začínají stále více objevovat příběhy hackerů, kteří se staly díky své kriminálními činnosti slavnými. Někteří se vrátili na stranu „dobra“ a své (mnohdy již překonané) zkušenosti za finanční úplatu předávají těm, kteří jsou ochotni za ně zaplatit.

1

„Sociotechnika je ovlivňování a přesvědčování lidí s cílem oklamat je tak, aby uvěřili, že sociotechnik je osoba s totožností, kterou předstírá a kterou si vytvořil pro potřeby manipulace. Díky tomu je sociotechnik schopný využít lidi, se kterými hovoří, případně dodatečné technologické prostředky, aby získal hledané informace [1]“. Jinými slovy sociotechniky jsou specifické metody využívající člověka pro přístup k informacím, jež jsem určitým způsobem chráněny. Sociotechnické metody nevyužívají primárně technických prostředků k získání informací, ale velmi účinně, se znalostí prostředí, psychologie lidí, ovlivňují druhé. Osoba, jež je předmětem nebo prostředkem útoku, pak nevědomě napomůže útočníkovi obejít technické nebo organizační obranné mechanismy.

66

V zahraničí se objevují první studie, zabývající se psychologií útočníků, využívajících ICT prostředky jako prostředek nebo cíl svých útoků. Těchto studií je ovšem jako šafránu.

Proč zrovna osobnost bezpečnostního manažera je klíčová? Opomíjenou oblastí, ať už v rovině teoretického rozpracování nebo jejího praktického prosazování v běžném životě společnosti, je osobnost bezpečnostního manažera, na kterého je kladena velmi vysoká zodpovědnost. V případě bezpečnostního incidentu to je právě on, kam směřuje velice intenzivní a ostrá kritika nebo v krajních případech dokonce i trestní oznámení na zanedbání povinností podle příslušných paragrafů zákona. Základní povinností bezpečnostního manažera je jednoduše řečeno metodicky připravovat a následně realizovat (přesněji řečeno vytvářet podmínky pro realizaci), či kontrolovat množinu bezpečnostních opatřeních, jejichž cílem je ochrana informačních či jiných aktiv společnosti v plném souladu s celkovou strategií společnosti v intencích reálného, podnik obklopujícího světa, který je dnes plný nejrůznějších střetů zájmů, konfliktů; s vysokou mírou neurčitosti či nestability. Není podstatné, zda původcem tohoto nepřehledného chaosu je člověk, jím vytvořená technologie, samotná matička příroda nebo příroda ovlivněná necitlivými či sobeckými zásahy lidstva. Role bezpečnostního manažéra je nesmírně náročná, složitá a svým způsobem velmi nevděčná. Jeho pozice často kromě organizace samotných bezpečnostních opatření vyžaduje profesně řešit i antagonistické požadavky, vyplývající z podstaty nebo fungování instituce, kde bezpečnostní manažér vykonává svou činnost. Podobně jako vedení problematiky ICT manažery IT (CIO2), tak i vedení bezpečnosti IT klade velmi vysoké nároky na osobu bezpečnostního manažera, a to nejen z pohledu porozumění technologiím a systémům, bezpečnosti jako takové, ale vyžaduje i znalost a schopnost vnímání obchodních potřeb, stejně jako ekonomických vazeb a znalost pochopení vztahů a primární motivace akcionářů a vlastníků, vrcholového managementu [4]. Bezpečnost musí být dnes i ekonomicky zdůvodnitelná a přijatelná, alespoň v komerčním světě tomu tak je. V intencích států, národů vstupují do hry i jiná kritéria, než jsou peníze – národní, (ale taky ekonomická) samostatnost, politická, kulturní nebo náboženská svébytnost, národní hrdost, hegemonie, cena „existence státu“ a lidského života. Jaké znalosti, dovednosti a zejména charakterové vlastnosti by bezpečnostní manažer měl mít, aby obstál při komplexním řešení netriviálních úloh a v maximální míře ochránil svou instituci před všemi případnými ztrátami? Jaké jeho vlastnosti jsou rozhodující pro realizaci bezpečnostních opatření? Co je specifické pro práci bezpečnostního manažera? Co všechno může stát v cestě budování a udržování přijatelné bezpečnosti pro instituci a jak tyto překážky překonávat? Jak vyhledávat a vybírat bezpečnostního manažera? Jaká jsou výběrová nebo srovnávací kritéria? Pokusíme se proto o stručný pohled na danou problematiku, o určitá zobecnění nebo paralely z příbuzných oborů, které mohou, ale nemusejí vždy fungovat. 2

CIO – Chief Information Officer

67

I když budeme poměrně často směřovat k psychologickému a jinému profilování bezpečnostního manažéra IT, řada zkušeností a postřehů je obecně platná pro bezpečnostního manažera jako takového, který se nemusí nutně zabývat jen bezpečností IT nebo informací, ale např. i bezpečností fyzickou, krizovým managementem apod. Proto osobu bezpečnostního manažera v tomto příspěvku rovněž záměrně umisťujeme do prostředí jeho instituce, kde pracuje. Pod institucí si pak můžeme představit konkrétní firmu (s českým nebo zahraničním majitelem(y), nadnárodní koncern, bezpečnostní agenturu nebo státní bezpečnostní službu – policejního nebo zpravodajského charakteru apod.), s přihlédnutím k jejich shodným a i rozdílným specifikám. Ve státních institucích je pojem bezpečnostního manažera nahrazován funkcemi vnitřní inspekce, auditu, orgány interního defenzivního zpravodajství, útvary pro vnitřní záležitosti atd. I bezpečnostní složky musí dbát o svou vnitřní bezpečnost, chránit své informace (a jejich zdroje). Bezpečnostní management v komerčním sektoru je součástí „core businessu“. Pro zahraniční, nadnárodní podniky to je samozřejmostí, ve středních a malých českých firmách se tomu teprve učíme. Bezpečnost je v některých případech vnímána ne zcela komplexně. Firmy už většinou „slyší“ na pojem IT bezpečnost nebo fyzická bezpečnost, ale ne vždy si uvědomují širší význam termínu informační bezpečnost. Nejedná se jenom o ochranu před příležitostí odcizit na stole zapomenutý dokument procházejícím návštěvníkem nebo zkratové jednání nespokojeného vlastního zaměstnance. Na zahraničních univerzitách nebo vysokých školách ekonomického nebo komerčního zaměření (zejména ve Francii3 nebo Japonsku) existují nové, civilní studijní obory tzv. „kompetitivního zpravodajství4“. Ve své podstatě se nejedná o nic jiného než o ofenzivní zpravodajství či klasickou průmyslovou špionáž aplikované do komerčního světa. Jen výklad (často podpořených etikou podnikání) diplomaticky vysvětluje opodstatnění operativních metod využívajících lidské nebo technické prostředky pro získání nezbytných informací, jejichž cílem je dominance nad konkurentem (odsud milý název „kompetitivní“, který odráží „hravost“ a „soutěživost“ podnikání). Učí se zde základy sběru a analýzy informací, lobování, aktivní ovlivňování a vlivová opatření atd. Uvědomíme-li si drsnou realitu kultu peněz, pochopíme, že ve skutečnosti se jedná o razantní, někdy až nevybíravou cestou za informacemi (byť potenciální) konkurence. A není rovněž žádným tajemstvím, že v globalizovaném světě státní zpravodajské instituce (zejména světových velmocí) získávají informace ekonomického nebo vědeckotechnického charakteru, aby podpořili nejen obranu státu, ale zejména aby zajistili jeho ekonomický rozvoj. Jinými slovy – mohou pracovat na objednávku pro velké privátní instituce nebo komerční firmy! I malá firma, která se rodí na základě nějaké převratné nebo aspoň originální myšlenky, nápadu nebo know-how, musí umět ochránit své informace. Jinými slovy – na bezpečnostního manažera v malé instituci jsou kladeny požadavky na vysoké odborné znalosti (tedy i na defenzivní zpravodajství) a zejména na jeho osobnost ve všech aspektech. 3

Titul z oblasti komerčního zpravodajství lze například získat na École Superieure du Commerce v Dijonu nebo na Université de Marne-la-Vallée. 4 Pro pojem „kompetitivní zpravodajství“ (competitive intelligence) se rovněž používá synonymum ofenzivní podnikatelské (komerční) zpravodajství.

68

Komplexní bezpečnost má pak zcela jiný rozměr a tím i nároky na bezpečnostního manažera, který musí být schopen danou situaci uřídit.

Specifičnost práce bezpečnostního manažera Bezpečnost můžeme velmi zjednodušeně definovat jako neustálou činnost, zajišťující kontinuitu určitého klíčového procesu. Tím procesem může být např. zachování existence státního zřízení (bezpečnost státu), trvalých příjmů z podnikatelské činnosti (bezpečnost firmy, Business Continuity Planning - BCP), pouhého lidského života (bezpečnost a ochrana zdraví – při práci, v soukromém životě). Činnost bezpečnostního manažera je možné charakterizovat následujícími specifikami, které zároveň po bezpečnostním manažerovi vyžadují specifické vědomosti, dovednosti, zkušenosti a osobní předpoklady, které jsou rozhodující pro úspěšné vykonávání jeho role: Jeho činnost je většinou zaměstnanců instituce subjektivně vnímána jako nadbytečný, omezující nebo kontrolní faktor a tato funkce je málokdy obecně přijímána zaměstnanci pozitivně a nepatří zrovna k oblíbeným. Bezpečnost se ve své podstatě vždy zásadně vynucuje (nařízení, předpisy, zákony, technologické restrikce, přístupová práva, prověrky, kontroly, nácviky apod.), obvykle proti dosud obvyklému (vžitému a pohodlnému) způsobu chování zaměstnanců. Při nedodržování základních zásad pak po upozornění následují sankce. Na druhé straně existuje skutečnost, že prosazování bezpečnosti lze realizovat lidsky, inteligentně a decentně, kulturně. Takto realizovaná bezpečnost bývá zpravidla velmi úspěšná. Rozhodující roli pak hrají právě osobnost bezpečnostního manažera (a jemu bezprostředně organizačně nadřízené i podřízené struktury). Bezpečnost je dnes technologicky velmi složitá a vyžaduje hluboké odborné znalosti v mnoha disciplínách. Současně musí ale existovat harmonie mezi technologickým, administrativním, organizačním a personálním způsobem bezpečnostních řešení. Bezpečnost nesmí být řešena pouze technokratickými prostředky, jinak poměrně rychle selhává. Bezpečnostní manažer musí být proto mnohem více, než jen úzce zaměřený specialista. Bezpečnost má profylaktický charakter. Všechna opatření se realizují proto, aby byly eliminovány potenciální rizika vyplývající z bezpečnostních analýz nebo auditů, prognóz či obecných trendů. Bezpečnost se často neobejde bez technologických řešení, které mohou být finančně nákladné. Z pohledu managementu, akcionářů nebo vlastníků není vidět žádný primární, přímý přínos těchto investic. Dobře realizovaná bezpečnost se vlastně nijak navenek viditelně a zásadně neprojevuje. Bezpečnostní projekty patří většinou k infrastrukturálním projektům (procházejícími napříč celou firmou), které se velice těžko ekonomicky zdůvodňují. Nelze zpravidla stanovit přesnou návratnost investice (Return On Investment – ROI nebo s využitím jiné ekonomické metody). Můžeme spíše argumentovat ochranou již vložených investic nebo (informačních) aktiv instituce. „Co se může stát, když není realizováno …?“. „Jak velká to bude pro společnost ztráta, když nebude několik dní fungovat e-mail?“ Argumentace bezpečnostního manažera musí být ale velmi citlivá a diplomatická, musí být plně respektován svým okolím a požívat důvěru. Řešení bezpečnosti musí být komplexní a systematické. Bezpečnost je tak zranitelná, jak je zranitelný její nejslabší článek. Cíl (předmět) útoku (nebo jiného bezpečnostního incidentu) je zpravidla znám, lze jej za určitých předpokladů vytypovat. Existuje však velice mnoho způsobů, jak útok realizovat. Míra neurčitosti je velmi vysoká. Bezpečnostní manažer musí

69

mít proto velmi dobrý přehled o již proběhlých bezpečnostních incidentech. Neocenitelné jsou zkušenosti a znalosti i z organizací jiného typu, jiných zemích, než kde je bezpečnostní manažer právě zaměstnán. Z pochopitelných důvodů málokterá instituce přiznává na veřejnosti své bezpečnostní incidenty, způsoby jejich provedení a dopady. Bezpečnostní manažer kromě znalostí, zkušeností a analytických schopností musí být obdařen i předvídavostí, profesní intuicí a fantazií, kreativitou, aby se dokázal vžít do role potenciálního útočníka nebo odhalit skryté hrozby (technického, přírodního charakteru atd.), které ještě nebyly nikde realizovány. Kromě životní, profesní zkušenosti musí existovat i určitá profesní podezíravost, jejímž cílem je odhalovat slabá místa. Podezření nesmí ale nikdy sklouznout k osobním výpadům proti komukoliv, musí být respektována prezumce neviny. Hypotézy podezření je třeba objektivně, skrytě prověřovat před tím, než vyslovíme nahlas na laické nebo nepovolané veřejnosti jakýkoliv názor! Bezpečnostní manažer je ve své pozici často osamocen. Musí dokázat dobře a efektivně komunikovat s podřízenými i nadřízenými, dodavateli nejrůznějších technologií, neustále řeší konfliktní a citlivé situace. Řada akcí probíhá s určitým stupněm utajení. Na bezpečnostního manažera je kladena vysoká zodpovědnost a při tom nemá někdy dostatečné prostředky pro realizaci bezpečnostních opatřeních v takovém rozsahu, jak vyžaduje situace, teorie nebo jeho vlastní představy, aby dokázal nést zodpovědnost, která je na něj vložena. Míra zodpovědnosti s ohledem na vysoká rizika nemusí vždy v instituci odpovídat pravomocím či prostředkům, kterými bezpečnostní manažer disponuje. U bezpečnostního manažera se vyžaduje vysoká míra loajality a spolehlivosti, mlčenlivosti. Mohou nastat situace, kdy bude ovlivňován vrcholovým managementem v rozporu s jeho posláním. Nejčastěji to je právě vrcholový management, který představuje pro instituci vysoké riziko (ztráta, krádež, odcizení citlivých informací), protože se mnohdy nedokáže nebo „z principu“ nechce ztotožnit s elementárními zásadami bezpečnosti a nebo je přímo úmyslně obchází z nejrůznějších důvodů (pocit moci, výjimečnosti svého postavení, nezranitelnosti a nebo i v krajním případě dokonce práce pro třetí stranu či vědomé a cílené zneužívání svého postavení pro osobní obohacení). Pokud to někdo takto chápe a v praxi realizuje, bezpečnostní manažer mu stojí v cestě a zcela automaticky se stává jeho protivníkem. Dokázat unést tíhu některých poznatků a nesdělit je nějaké třetí straně (včetně svému životnímu partnerovi, rodinným příslušníkům, přátelům) není v praxi taktéž pro bezpečnostního manažera triviální záležitostí. V některých výjimečných případech (státní bezpečnostní složky operativního charakteru) je po bezpečnostních manažerech navíc vyžadováno, aby skrývali svou občanskou identitu před svými civilními kolegy, přáteli či známými a zároveň používali legendu odlišného zaměstnavatele a profese, aby před svou rodinou a okolím zatajili své skutečné zaměstnání. V takovémto případě se profesionálně klame a využívá řady prostředků na podporu tzv. „krycí legendy“. Na psychiku bezpečnostního manažera jsou kladeny extremní nároky, aby dokázal „žít dvojím způsobem“. Globalizovaný svět, prostředí, instituce, ve kterém je realizována bezpečnost jsou dnes velmi dynamické, s vysokou mírou neuspořádanosti, neurčitosti, chaosu. S probíhajícím velkým množstvím změn (konkurenčních, strategických, organizačních, personálních atd.), které jsou provázány i negativními emocemi zaměstnanců, dochází k časté pracovní fluktuaci. Jakákoliv nestabilita se do bezpečnostních opatření promítá negativně a je nevyhnutelností být schopen adekvátně a včas reagovat, optimálně se přizpůsobovat momentální situaci a trendům. Bezpečnostní manažer musí být připraven a schopen vykonávat svou činnost za každých okolností. Může se sám stát rovněž předmětem zájmu někoho jiného, a proto je vyžadován

70

silný charakter, neúplatnost. Musí mít takové osobnostní charakteristiky, chování a profesní i soukromou minulost, aby nebyl nijak zranitelný a ovlivnitelný. Nesmí proto potenciálně existovat žádné důvody, aby mohl být vydírán nebo kompromitován. Musí být připraven odolávat velkému množství osobních útoků z nejrůznějších důvodů a rozumně jim čelit. Zároveň musí umět nést zodpovědnost za rizika, kterých bývá v praxi velké množství. Bezpečnostní manažer musí umět pochopit profesionální filosofii, že buď někoho nebo něco prověřuje či kontroluje, nebo je sám někým kontrolován. Z tohoto pohledu musí v rozumné míře dokázat pracovat transparentně vzhledem k nadřazeným kontrolním institucím. Nejasnost kompetencí. V praxi nejsou při práci bezpečnostního manažera vždy jasně vymezeny jeho kompetence a může docházet i k profesním střetům uvnitř organizace, které je nutno citlivě a účelně řešit. Ne vždy je totiž jasně vymezena hranice mezi IT bezpečností, fyzickou a obecná bezpečností, a hlavně pak mezi interními auditní orgány, risk managementem apod. Konflikty mohou vznikat tehdy, jestliže v instituci je na bezpečnostní scéně více profesionálních hráčů bez stanovených pravidel, což má negativní dopad na celkovou bezpečnost. V organizaci pak interně dochází k vnitřním šarvátkám, na úkor primárního cíle zajišťovat bezpečnost.

Kvalifikační potenciál aneb požadavky a nároky na bezpečnostního manažera Pro názorné pochopení požadavků a tedy nároků na bezpečnostního manažera je účelné tento požadovaný kvalifikační potenciál rozčlenit do určitých logických kategorií, tak jak je znázorněno na Obr. 1. Autoři vycházejí ze teoretického, základního kvalifikačního potenciálu libovolného pracovníka, který dále bude podroben diskusi spojené se specifičnostní práce bezpečnostního manažera.

Oblast schopností

Obr. 1 Požadavky a nároky na (bezpečnostního) manažera.

71

Oblast schopností Při diskusi o práci bezpečnostního manažera se často setkáváme s otázkou, na kolik procent se jedná o práci manažerskou nebo práci odborného specialisty. V literatuře [11] můžeme najít poměr 60:40%, tj., že z 60% převládá manažerská činnost. Kloníme se však k názoru, že nelze jednoznačně stanovit žádný takový poměr, byť název bezpečnostní manažer nabádá k myšlence, že se jedná především o práci manažerskou (tedy „alespoň 50%“). Podstatná je spíše ale skutečnost, jaké je postavení bezpečnostního manažera v instituci, kam je organizačně začleněn, jaké jsou jeho zodpovědnosti a pravomoci, kolik má přímo podřízených osob v jím vedeném bezpečnostním útvaru, jak spolupracuje s managementem společnosti nebo jejími zaměstnanci. Podle výše uvedených různých modelů organizačního začlenění bezpečnostního manažera v organizační struktuře instituce a podle náplně činnosti je zřejmé, že se může jednat v krajních případech o práci úzkého IT specialisty (model minimální technologické bezpečnosti), kde se o manažerské činnosti téměř nedá hovořit až po skutečně manažerskou činnost (model rozsáhlé institucionální bezpečnosti), kde téměř 100% činnosti manažera je orientováno na spolupráci a koordinaci mezi nejrůznějšími odborníky, zaměstnanci, managementem a akcionáři instituce. V tomto příspěvku se nebudeme zabývat ani analýzou požadovaných zkušeností a dovedností, vědomostí, které jsou kladeny na bezpečnostního manažera. I zde platí, že požadavky vyplývají ze samotné instituce. V oblasti IT to můžou být např. znalosti nejrůznějších síťových protokolů, šifrovacích algoritmů a technologií, firewallů, databází atd. Obecně to může být ale i fyzické zabezpečení objektů, nejrůznější postupy při ochraně informací před defenzivním (kompetitivním) zpravodajstvím, personální bezpečnost atd.

Oblast osobnostních předpokladů Osobnost je člověk jako celek po stránce duševní. Osobnost má větší nebo menší svéráz. Psychologie osobnosti se proto zaměřuje jednak na rozbor celku, jednak na stanovení svérázu. Zkoumáme-li osobnost určitého člověka, odpovídáme na otázku jaký je. Zjišťujeme, co je pro něho po duševní stránce příznačné, typické, čím se podobá ostatním a v čem je odlišný. Snažíme se zjistit, co umí, o co a jakým způsobem usiluje. Pojem osobnost postihuje skutečnost, že naše chování a prožívání má ve své proměnlivosti a mnohotvárnosti celostní povahu, jednotný ráz. V každém okamžiku dění v nás pracuje "já", do kterého se začleňují (integrují) výsledky našeho konání. Osobnost tak garantuje kontinuitu prožívání v čase. Pojmem osobnost zdůrazňujeme tedy celostní, integrativní povahu duševního dění. Druhým podstatným znakem je jedinečnost. Osobnost člověka je vždy jedinečná. Z pohledu psychologie nemohou existovat dva lidé s identickou osobností. Zatímco je známo, že se vyskytují dvojníci ve smyslu fyzické podobnosti, je po psychické stránce shoda duševních parametrů vyloučena. Prakticky to znamená, že nikdo neuvažuje do detailů shodně jako "já". Psychologické chápání jedinečnosti nejlépe přibližuje známé tvrzení, že každý člověk je v některých ohledech:

72

stejný jako všichni ostatní stejný jako někteří ostatní a současně v některých ohledech jako žádný jiný člověk. Celostní uspořádání duševního dění je v tomto smyslu jedinečné a neopakovatelné. V psychologii existuje mnoho různých definic osobnosti. Pomocí různé terminologie vyjadřují podstatu pojmu: osobností rozumíme relativně trvalé uspořádání biologických, psychologických a sociálních charakteristik do jedinečného celku duševního dění, který každý z nás prožívá jako své vlastní "já". Pro hodnotitele, vnějšího pozorovatele představuje naše osobnost individuální, jedinečný "mix" obvyklých a třeba i neobvyklých, vzácných schopností a vlastností. Tím se dostáváme k otázce, co tvoří osobnost, z čeho se osobnost každého člověka skládá. Odborně řečeno jde o problém struktury neboli skladby osobnosti. Problém struktury osobnosti lze přiblížit názorně na jednoduchém příkladu. Je známo, že ve stejné situaci se různí lidé zachovají různým způsobem. Například na kritiku nadřízeného reagují někteří podrážděným odmítáním výtek, jiní obviňují z chyb druhé spolupracovníky a další si třeba odreagují svůj rozlad na rodinných příslušnících. Tyto rozdíly v pozorovaném chování lze vysvětlit rozdílností jejich osobností, tj. rozdíly ve struktuře a dynamice osobnosti. Abychom mohli postihnout, v čem se jednotlivci odlišují, je nutné rozčlenit osobnost na dílčí složky. Rozdíly mezi lidmi spočívají pak v tom, jaké složky jsou v jejich osobnosti zastoupeny a současně jakou silou působí, tj. jak intenzivně se projevují. Členění osobnosti na dílčí složky a jejich vzájemné vazby tvoří základní problematiku struktury osobnosti. Struktura osobnosti odráží to, co je na daném člověku po psychické stránce stálé, co ho charakterizuje a to, čím se v proměnlivých okolnostech vždy v nějaké míře projevuje. Z toho plyne, že na strukturu osobnosti běžně usuzujeme z chování jedince. Je důležité pochopit, že z osobnostní struktury se v každé situaci může projevit jen určitá část s tím, že dále je pozorované chování vyprovokováno situací. Vliv situace známe z vlastní zkušenosti. Každý z nás dovede být přátelský, ale i odměřený, nepříjemný. Který vzorec chování se projeví, záleží na aktuální situaci. Vůči osobě, kterou chceme zaujmout a kterou si chceme naklonit, dovedeme být přímo líbezní. A naopak, vůči jedinci, kterého nemůžeme vystát a který nás obtěžuje svou přítomností, vystupujeme odměřeně, přísně a podrážděně. Tato situační proměnlivost našeho chování je přirozená. Současně však každý z nás má tendenci či sklon vystupovat v (citově neutrálních) interakcích s druhými pro něho příznačným, typickým způsobem např. přátelsky a otevřeně či spíše rezervovaně, zdrženlivě. Hovoříme o dispozici neboli o vlastnosti, která jedince charakterizuje. Strukturou osobnosti se rozumí relativně stálé charakteristiky osobnosti, které jsou dispoziční povahy. Struktura osobnosti tvoří individuální základ pro chování a prožívání, který se v závislosti na situaci aktualizuje. Pojem struktury osobnosti přirozeně předpokládá strukturaci duševního celku, tj. členění jednotné osobnosti na ohraničitelné, relativně samostatné složky. V psychologii existují různé názory na to, jaké složky vytváří ve svém souhrnu strukturu osobnosti. Jednotlivé přístupy se liší zejména počtem a typem vyčleňovaných složek.

73

Interakční model osobnosti manažera Efektivní práce manažera a dlouhodobé dosahování vynikajících výsledků záleží především na třech základních faktorech, určujících výkonnost manažera: Schopnostech a motivaci manažera; Modelových i reálných situacích, ve kterých pracuje; Podmínkách pro výkon práce. Schopnosti a motivaci – zjišťujeme při výběru manažera pro danou pozici a dále v průběhu profesní praxe je neustále rozvíjíme.

Obr. 2 Interakční model osobnosti manažera.

Situace – je nezbytné vytvořit model profese, kde zachycujeme typické pracovní situace v nichž se pracovník nejčastěji ocitá, které představují psychickou zátěž. Patří sem ale i ty nepředvídané situace, v nichž se ocitá občas, jsou neznámé, a k jejich řešení je nutná vysoká kreativita. Podmínky – jsou o firemní kultuře, o právních, personálních, bezpečnostních a jiných opatřeních, o konkrétních materiálních a finančních podmínkách v konkrétní instituci (firmě). Jejich ovlivněním lze nepřímo působit na motivační sféru všech pracovníků a tedy i manažerů. Základní požadavky na bezpečnostního manažera (dle Obr. 1) jsou názorně shrnuty do tří následujících tabulek podle výše uvedeného členění. Požadavky na osobu bezpečnostního manažéra Charakterové a volní požadavky na osobnost bezpečnostního manažera Řešení problémů Nasazení a vytrvalost, motivace sebe i Bezpečnostní manažer projevuje dobré ostatních analytické dovednosti, zdravý úsudek a Předkládá řešení takovým způsobem, který patřičně zvažuje všechny podstatné okolnosti.

přesvědčí ostatní o jeho přijatelnosti. jasně identifikuje úkol; vytrvá a nepovolí v úsilí, setká-li se projevuje jasné chápání problému a s ním s odporem; souvisejících otázek; projevuje vysokou úroveň motivace, analyzuje problém přesně a s patřičným zaujetí a angažovanosti při řešení zdůvodněním; úkolu či problému; umí stanovit jádro problému a klíčové projevuje schopnost motivovat jiné a budit body; důvěru dokáže vzít v úvahu všechny podstatné informace; dokáže samostatně získávat informace z různých Zvládání zátěže informačních zdrojů a nezávisle, Konstruktivně reaguje na frustraci, je schopen nezaujatě je umí ověřovat,

74

přijmout kritiku, zachovává klid a umí řešit několik problémů najednou.

analyzovat; je schopen samostatně získávat informace z různých informačních zdrojů a nezávisle, nezaujatě je dokázat ověřovat, analyzovat; umí zdravý úsudek; projevuje dobře organizovaný, naplánovaný a logický přístup; je samostatný při řešení úkolů nebo problémů;

konstruktivně reaguje na neúspěch nebo frustraci; je schopen zvládnout několik problémů najednou; zůstává klidný, ovládá se a dokáže chladně uvažovat; umí se vyhnout přehnaným reakcím; zůstává tolerantní v konfliktní situaci, setká-li se s odporem. je asertivní; umí přijmout konstruktivní kritiku; efektivně využívá čas

Rozhodování

Projevuje předvídavost, činí realistická rozhodnutí vycházející z dostupných zdrojů a je ochoten je převzít odpovědnost za svá rozhodnutí Bezúhonnost činí rozhodnutí bez zbytečné prodlevy a jsou jasně formulovány; opírá svá rozhodnutí o dodané informace a fakta; prokazuje předvídavost a zvažuje krátko i dlouhodobé důsledky svých rozhodnutí; stanovuje priority;

Bezpečnostní manažer má takovou dosavadní praxi, která je příkladná a je nenapadnutelná, nezpochybnitelná z pohledu jeho důvěryhodnosti, spolehlivosti. Neexistují žádné předpoklady pro závislosti, ovlivňování, vydírání: je beztrestný nepoužívá návykové látky (drogy, alkohol apod.) není rizikově závislý na penězích (zadluženost, hazardní hry, …)

Tvořivost Projevuje inovační přístup a originalitu při reagování na problémy a pružně posuzuje průběh akce. zachovává si flexibilní přístup; iniciuje používání alternativních postupů; projevuje ochotu přijímat nové myšlenky, plány činností a rozhodnutí; projevuje inovační, originální či laterální myšlení (využívající neobvyklých souvislostí) vidí otázky a problémy se širší perspektivy, má cit pro detail ale neutápí se v něm; je vizionářem, dokáže formulovat strategické vize a cíle ve svěřené oblasti;

Osobní charisma je společensky i odborně uznávaný nebo akceptovatelný pro vrcholový i střední management, pro své bezprostřední spolupracovníky.

75

Požadavky na osobu bezpečnostního manažéra Předpoklady ve vztahu ke spolupracovníkům Prezentační a pedagogické schopnosti

Komunikační dovednosti Bezpečnostní manažer je schopen komunikovat jasně a stručně, jak ústně, tak i písemně, bere ohled na potřeby příjemce. Při výběru musí umět prokázat: jasné a výstižné vyjadřování; vhodné používání slovní zásoby, stylistiky a gramatiky; než začne mluvit nebo psát, přemýšlí; vyjadřování je takové, že jeho projev je plně srozumitelný; je schopen volit takovou komunikaci, která odpovídá typu příjemce; dokáže se vyhnout žargonu a slangu; dokáže komunikovat ve složitých krizových situacích;

přesvědčivě prezentuje myšlenky, plány činností a rozhodnutí; dokáže prodávat sebe, svůj tým, organizační celek, řešený problém; dokáže využívat nejrůznější technologie pro svou prezentaci; dokáže složité a odborné věci vysvětlovat jasně, srozumitelně i laikům; je trpělivý; má dobrý písemný projev, dokáže tvořit jasné, srozumitelné a závazné dokumenty

Mezilidské vztahy Je vnímavý k přáním a názorům jiných lidí a je schopen s nimi spolupracovat. Je taktní a diplomatický. je schopen projevit takt a diplomacii při jednání s jinými lidmi a při řešení situací; dokáže projevit vnímavost, citlivost a vstřícnost k názorům a pocitům jiných lidí; zajímá se o účinek svých slov na jiné osoby; rozvíjí pracovní spolupráci s jinými, i lidmi. . Umí být členem týmu i jej vést. Je schopen týmové spolupráce; vyhýbá se předsudkům a dogmatickým názorům.

Požadavky na osobu bezpečnostního manažéra Předpoklady ve vztahu k instituci Reprezentace zaměstnávající instituce a identifikace se s ní. Bezpečnostní manažer vytváří celkový kladný

76

dojem a příznivý obraz instituce, ztotožňuje se s jejím posláním a způsoby jejího prosazování. působí pozitivním a přijatelným dojmem, a to neustále; je k instituci loajální; zůstává věrný ideím, zásadám, kultuře a institucionální etice.

Požadavky na bezpečnostního manažera vyplývají především z poslání instituce a mohou se zásadním způsobem mezi rozličnými institucemi lišit. Jiné požadavky (zejména ve vztahu k instituci) budou v menší firmě vlastněné českým majitelem, v nadnárodní společnosti (kde může být potlačována jakýkoliv vztah k českému jazyku, kultuře, náboženství, politické příslušnosti apod.), ve státních bezpečnostních složkách (apolitičnost, hájení českých zájmů a zájmů koaličních partnerů či spojenců), v bezpečnostních orgánech politických stran (zde naopak je požadován pozitivní stav, oddanost k určité politice apod.).

Problém poznávání osobnosti Poznávání osobnosti konkrétního člověka je prubířským kamenem psychologie. Prověřuje vztah mezi realitou a její psychologickou reflexí. Popíšeme-li osobnost určitého člověka, umožní nám to předpovědět v nějaké míře jeho chování a prožitky v různých situacích. Čím přesnější bude popis osobnosti, tím přesnější bude predikce pravděpodobného chování a prožívání. Praktická využitelnost poznatků o osobnosti se koncentruje do dvou výstupů. Jde o to : 1. porozumět již ukončenému chování (tj. vysvětlit vnitřní pohnutky překvapivého činu nebo přiřadit určité chování jeho pravděpodobným původcům). U bezpečnostních manažerů může jít např.o to, objasnit, proč doposud spolehlivý a loajální manažer se dopustil hrubého prohřešku či o problém vytipovat, kdo pravděpodobně vězí za objasňovaným incidentem, kdo byl pravděpodobně jeho iniciátorem a vůdčí osobností a kdo se pouze "svezl". 2. odhadnout či predikovat chování člověka (např. vybrat nejvhodnějšího uchazeče pro manažerský post apod.). V obou dvou případech vycházíme z úvah o osobnosti, z postřehů o tom, jak se nám posuzovaní jednotlivci jeví. Místo hledání a objevování osobnostních (trvalejších) vlastností a rysů, které představují výčet obecných vlastností „ideálního“ manažera, považujeme za funkční interakční, dynamický přístup ke konkrétní osobnosti manažera. V požadavcích a profilech, modelech profese se vymezují maximalistické, často nereální požadavky ideálního plnitele, často saturované nicneříkajícími všeobecnými pojmy jako jsou spolehlivost, flexibilita, loajalita, kreativita (co když je „kreativní“ proti zájmům instituce, firmy?). Stačí, aby z nějakého důvodu manažer ztratil motivaci být loajální pro svého zaměstnavatele a v tento okamžik se všechny jeho původně pozitivní vlastnosti a schopnosti, původně požadované ve výběrovém řízení, obracejí proti samotnému zaměstnavateli, kterému má sloužit. Navíc je dobré si uvědomit, že loajalita a spolehlivost

77

není něco je jednou provždy dané, neměnné, je třeba to pěstovat, kultivovat, vytvářet podmínky, posilovat vztah ke instituci. I ten nejloajálnější pracovník je uplatitelný, je to jen otázka ceny. Vstupní psychologické vyšetření, sestávající se často z psychologických metod a postupů, využívaných v klinické praxi, poskytuje pouze vstupní orientační údaje, informace o dispozicích, které je nutno průběžně verifikovat, doplňovat, registrovat eventuelní změny, mít o nich přehled, hodnotit je – k tomu je určen forenzně psychologický audit. Psychologickým základem zmíněného přístupu a zároveň psychologickým nástrojem k poznání osobnosti, je identifikace a porozumění postojům, které jedinec zaujímá v konkrétních (pracovních, řídících) situacích (zejména v podmínkách zvýšeného psychického zatížení). Jedná se především o postoje jedince k ostatním lidem (vztahově významným osobám a jejich prostřednictvím k referenčním skupinám a celé společnosti), k vykonávané profesionální činnosti, včetně podmínek, v nichž svoji činnost realizuje (a potažmo k instituci a jejím cílům) a k sobě samému (v nichž se odráží jeho sebepojetí a sebehodnocení), k situacím, v nichž se ocitá. V postojích se odráží kognitivní (poznávací), emocionální a konativní pohotovost jednat určitým způsobem. Kognitivní procesy nám přinášejí poznatky. V emocích prožíváme jejich význam. V postojích, které kognitivní a emotivní aspekty psychiky integrují, zaujímáme vůči objektům hodnotící vztahy, tj. přiřazujeme jim určitou hodnotu, jeví se nám v určité míře žádoucí nebo nežádoucí, dobré nebo špatné. V každém postoji je přítomná anticipace – tj. hodnocení předpokládaného efektu činnosti. Postoj není jen subjektivním odrazem skutečnosti. Úzce souvisí se sebepojetím člověka. Postoj si vytváříme nejen na základě poznání reality, a zároveň odpovídá tomu, co je pro nás žádoucí. Obecně lze říci, že postoje determinují způsob jednání, resp. jsou konzistentní se způsoby jednání, pokud to situace dovoluje. Postoj tedy zakládá určitou konativní pohotovost, jejíž realizace v příslušném jednání však závisí na situačních podmínkách. V kognitivní složce postojů, jako nezbytného předpokladu podání jakéhokoliv výkonu se projevují schopnosti a motivace jedince. Požadavky na osobu bezpečnostního manažera Při vymezování osobnostních předpokladů nutno vycházet ze specifik činnosti při výkonu funkce bezpečnostního manažera (při naplňování obsahu sociální- profesionální role bezpečnostního manažera) v každé konkrétní instituci.

Hlavní činnosti, které vykonává bezpečnostní manažer K základním činnostem, které vykonává bezpečnostní manažer, patří zejména: vytváření koncepce a systému (plány, opatření) bezpečnostních opatření v instituci; činnosti na úseku prevence (předcházení), zamezování a odhalování jevů, ohrožujících vnitřní a vnější bezpečnost instituce, informační bezpečnost;

78

analýza hrozeb, typování rizik, rizikových pozic (součinnost s personálním útvarem – prověrky osob na bezpečnostně citlivých pozicích); kontrolní činnost; šetření mimořádných událostí (úniky informací, narušení systému, materiální a finanční škody atd.); návrh, realizace adekvátních a včasných, proaktivních opatření; školící (a osvětová) činnost;

Požadavky na osobu bezpečnostního manažera: Co považujeme za podstatné osobnostní kvality jsou schopnosti a motivační sféra jedince. (schopnosti – projevují se jako kompetence odborná, sociální – jednat s lidmi, motivovat je, úkolovat, hodnotit apod. V jeho motivační sféře se odráží i hodnoty, které jedinec uznává). Jako každý manažer – těžištěm jeho činnosti je práce s informacemi. Projevuje se jako schopnost získávat, zpracovávat, analyzovat, hodnotit, využívat informace, a chránit je. Oproti jiným manažerským pozicím – jejichž činnost je také založena na práci s informacemi – to, co odlišuje bezpečnostního manažera od ostatních manažerů je charakter a obsah informací s nimiž pracuje, způsob jejich získávání a zacházení s nimi, využívání. Pro práci bezpečnostního manažera jsou vyžadovány klíčové kompetence, které mají následující strukturu:

Sociální kompetence: - schopnost týmové práce - kooperativnost - schopnost čelit konfliktním situacím - komunikativnost Kompetence ve vztahu k vlastní osobě: - kompetentní zacházení se sebou samým, nakládání s vlastní hodnotou - schopnost reflexe vůči sobě samému - vědomé rozvíjení vlastních hodnot lidského obrazu - schopnost posuzovat sám sebe a dále se rozvíjet Kompetence v oblasti metod: - plánovitě se zaměřením na cíl uplatňovat odborné znalosti - vypracovávat tvořivé, neortodoxní řešení - strukturovat a klasifikovat nové informace - dávat věci do kontextu, poznávat souvislosti - kriticky přezkoumávat v zájmu dosažení inovací - zvažovat šance a rizika Kompetence sestávají z různých schopností a z jejich vzájemného ovlivňování. Získávají se reflexivně. V praxi jsou požadovány na bezpečnostním manažerovi především následující schopnosti:

79

Komunikace a kooperace – jako schopnost vědomě komunikovat a aktivně, tvůrčím způsobem přispívat ve skupinových procesech. Řešení problémů a tvořivost jako schopnost poznávat problémy a odpovídajícím způsobem je tvořivě řešit Samostatnost a výkonnost – jako schopnost samostatně plánovat, provádět a kontrolovat průběh prací a jejich výsledky. Odpovědnost jako schopnost přijmout v přiměřeném rámci spoluodpovědnost. Přemýšlení a učení jakožto schopnost dále rozvíjet proces vlastního učení a myšlení v souvislostech a systémově. Argumentace a hodnocení jakožto schopnost věcně posuzovat a kriticky hodnotit vlastní, společné i cizí způsoby práce a výsledky.

Tyto kompetence nestojí vedle sebe izolovaně, ale tvoří harmonický celek. Jak hledat a vybírat bezpečnostního manažera Řada vlastností bezpečnostního manažera je obecně shodná s požadovanými vlastnostmi na výběr excelentního a v praxi úspěšného manažera v jakékoliv jiné lidské činnosti. Americký týdeník Business Week každoročně vyhodnocuje nejlepší a nejhorší manažery nadnárodních gigantů. Při podrobné analýze rozhodujících kritérií, které určují „životnost“ bezpečnostního manažera, tj, jak dlouho se dokáže udržet ve funkci a vyhovět zájmům akcionářů, nezklamat jejich důvěru, uvádí tyto tři minimální a hlavní kritéria: 1) vysoký inteligenční a emoční kvocient; 2) vysoká odborná kvalifikace 3) dlouholetá zkušenost z výkonu manažerských funkcí Dalšími rozhodujícími kritérii podle amerického týdeníku jsou kreativita a schopnost nést vysoké riziko. Zajímavou skutečností je fakt, že ani na dalších příčkách žebříčku nenalezneme nikde kritérium poctivosti. Čtenáři jistě očekávají, že při vyhledávání a obsazování postu bezpečnostního manažera je třeba dodržovat velké množství specifických zásad. Je však účelné si uvědomit, že platí především zásady pro dobrou personální práci s následujícími aspekty: Bezpečnostního manažera vybíráme jako každého jiného manažera, tj. při výběru dbáme na obvyklé požadavky na tuto pozici. Při výběru navíc bereme v úvahu aspekty, týkající se specifik jeho bezpečnostní praxe v naší instituci (firmě). Cíle, poslání, postavení instituce ve společnosti, ve státě nebo na trhu, kultura nebo mezilidské vztahy v instituci apod. mají rozhodující vliv jak na bezpečnostní politiku instituce, tak i na definování specifických požadavků a tedy i výběrových kritérií pro práci bezpečnostního manažera. Tato kritéria mohou být jedinečná a neopakovatelná, odlišná od běžné, podobné praxe v jiných institucích. Velmi záleží na budoucím organizačním začlenění bezpečnostního manažera do hierarchické struktury organizace, na požadavcích na něj kladených a kompetencích, které má pro jejich realizaci.

80

Mimořádnou pozornost je žádoucí věnovat motivaci bezpečnostního manažera. Nemůžeme hodnotit motivaci jen v okamžiku výběru (nástupu), ale následně průběžně po celou dobu jím zastávané funkce. Musíme zajistit takové podmínky, aby bezpečnostní manažer pracoval loajálně ve prospěch instituce a minimalizovali jsme možnost personální fluktuace, která je z bezpečnostního pohledu velmi vysokým rizikem. I s bezpečnostním manažerem je nutné neustále pracovat, motivovat jej, dávat prostor pro osobní rozvoj, kariérní růst, uplatnění, celkovou spokojenost. V organizaci se doporučuje provádět forenzní audit (viz dále)s cílem nalézt všechny rizikové faktory personálního charakteru. Musíme si rovněž uvědomit, že při výběru bezpečnostního manažera je třeba věnovat dostatek času i finančních prostředků. Při obsazování pozice bezpečnostního manažera v malé organizaci, která se začíná bezpečností teprve zabývat, může být alternativním řešením přijetí člověka bez potřebných bezpečnostních znalostí a odborností (ale při naplnění ostatních požadovaných kritérií) a následně zabezpečit jeho odborně-bezpečnostní růst. Při obsazování pozice bezpečnostního manažera ve velké instituci musí být na tuto pozici přijímán již „hotový“ profesionál s odpovídající praxí. Zde je nutné ji věrohodně vyhodnotit. Běžně se používá ověřování referencí, ve státní sféře pak operativní bezpečnostní prověrky, které mohou trvat řádově i měsíce a které mají obvykle utajovaný charakter. Je tedy zřejmé, že toto úsilí mnoho stojí a musíme mít předem jasno, jaké bude mít bezpečnostní manažer v dané instituci úkoly.

Forenzně psychologický audit K poznávání a odhalování příčin selhání lidského faktoru v instituci slouží tzv. forenzně psychologický audit (jako součást dalších auditorských aktivit instituce). Forenzně psychologický audit představuje postup, při kterém se pomocí psychologických prostředků, postupů a metod získává přehled o kvalitě lidského činitele v instituci, s cílem odhalit existenci faktorů a podmínek, které zvyšují potenciální či reálně nebezpečí projevů nepoctivosti ze strany zaměstnanců, vytváří vhodné podmínky pro vznik institucionální (firemní) kriminality. Je zaměřen k posouzení sociálně psychologických podmínek v instituci (ve firmě), k analýze rizikových pozic (zejména manažerských) a osobností, tyto pozice zastávající. Cílem forenzně psychologického auditu je na základě posouzení rizikovosti konkrétní pracovní pozice, s důrazem na zjištění zdrojů a oblastí forenzně psychologického zájmu (kdy výkon profesionální role s sebou nese potenciální možnost - příležitost k nepoctivému, neloajálnímu jednání jejího realizátora), a současně s tím posoudit spolehlivost (loajalitu) pracovníka zastávajícího tuto pracovní pozici. Rizikovost konkrétní pracovní pozice představuje statickou část (související s funkčním zařazením), spolehlivost pracovníka při výkonu této pozice pak část dynamickou, jejíž smyslem je zachytit změny v chování, jednání, postojích, činnosti, profesní kariéře, osobním životě pracovníka za určité (hodnocené) období.

81

Výsledkem forenzně psychologického auditu je soubor psychologicky relevantních informací o faktorech a činitelích osobnostního i situačního rázu, a jejich vlivu na chování, jednání, postoje pracovníka. Jejich analýza a syntéza umožňuje vyslovit závěr o míře loajality (poctivosti) pracovníka vůči instituci, o změnách, k nimž ve sledovaným období u pracovníka došlo (a jejich vlivu na jeho spolehlivost), o přítomnosti potenciálních či reálných nebezpečí selhání, příp. o možných příčinách takového selhání (v případě provádění auditu ex post). Závěry forenzně psychologického auditu umožňují vedení instituce přijímat potřebná opatření právního, organizačního, bezpečnostního a personálního rázu. Forenzně psychologický audit je proto zaměřen k postižení především následujících skutečností: 1. týkajících se rizikovosti pracovní pozice - jaký je charakter (klíčové charakteristiky) činnosti, kterou pracovník na konkrétní pracovní pozici vykonává, pracovní režim (pracovní doba) - začlenění zastávané pracovní pozice v hierarchii instituce - prostředky, užívané pracovníkem k výkonu jeho pracovní pozice - které zájmy instituce při výkonu své profesní role může pracovník ohrozit (materiální, finanční informační zdroje), jakým způsobem a v jakém rozsahu (problém jeho kompetencí) - jaké kontrolní mechanismy (jejich četnost, hloubka) se ve vztahu k zastávané pracovní pozici uplatňují - jaký je charakter (četnost, pravidelnost, obsah) kontaktů (v horizontální i vertikální rovině, uvnitř instituce a mimo ní), které souvisí s výkonem zastávané pozice - materiální, finanční a další podmínky, související s výkonem zastávané pracovní pozice - jaká bezpečnostní a režimová opatření ze strany instituce se vztahují na zastávanou pozici (ve vztahu k ochraně pracovníka na dané pozici) 2.týkajících se spolehlivosti pracovníka - jak pracovníka uspokojuje jeho pracovní zařazení a činnost, která z něho vyplývá (uplatňuje své zkušenosti, dovednosti, znalosti) - jak hodnotí kompetence, kterými s výkonem profesní role disponuje - jak je spokojen s prostředky a podmínkami, které k výkonu své funkce má k dispozici - jak je spokojen s finančním ohodnocením za vykonávanou práci, jaká je jeho představa o odpovídajícím hodnocení - jak je spokojen s materiálním a technickým zabezpečením, případně dalšími firemními (zaměstnaneckými) výhodami - jaké charakter interpersonálních vztahů na pracovišti převládá při kontaktu s nadřízenými, podřízenými, kolegy - jak hodnotí kontrolní mechanismy v instituci (ve vztahu ke své pracovní pozici) - jak hodnotí kontakty, do kterých vstupuje při výkonu své profesní role (dovnitř instituce, navenek) - jak hodnotí své mimopracovní kontakty a vztahy

82

-

v jakých interpersonálních konfliktech se v hodnoceném období pracovník ocitnul, s kým, z jakých důvodů potkaly zaměstnance v hodnoceném období závažné změny v pracovním či osobním životě (stresující události) jaké cíle chce pracovník dosáhnout v nejbližším období (profesní, životní) co ovlivňuje celkovou životní spokojenost pracovníka (zejména co snižuje jeho spokojenost?) aj.

Literatura 1. BRABEC, F. a kol., Bezpečnost pro firmu, úřad, občana. Public History: 2001. ISBN 80 86445-04-06 2. ČÍRTKOVÁ, L., Kriminální pasychologie. Praha: Eurounion, 1998. ISBN 80-8585870-3 3. HALL, C., S., LINDZEY, G., Psychológia osobnosti. Bratislava: Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 2002. ISBN 80-08-03384-3 4. JANÍČEK, P., ONDRÁČEK, E., Řešení problémů modelováním, Brno, Vysoké učení technické, 1998, ISBN 80-214-1233-X 6. KAPLANOVÁ, V., NOVÁČEK, J., Teorie a praxe řízení ICT pro vrcholový management I., zápisky z workshopu, 5.11.2003. Praha: Akademie ICT managementu. 7. KOHOUTEK, R., ŠTĚPANÍK, J., Psychologie práce a řízení. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 1999. ISBN 80-214-1552-5 8. KULAJOVÁ, T., HALOUZKA, J., SEIGE, V., Genesis aneb Jak vzniká bezpečnostní útvar, DSM, č. 2, 2001, str. 32-35 9. MIKULÁŠTÍK, M., Komunikační dovednosti v praxi. Praha: Grada, 2003. ISBN 80247-0650-4 10. MITNICK, K., SIMON, W., Umění klamu (překlad z originálu „The Art of Deception: Controlling the Human Element of Security“). Praha: HELION S.A., 2003. ISBN 837361-210-6 11. SPURNÝ, J., Psychologie výslechu. Praha: Portál, 2003. 114 s. ISBN 80-7178-846-5 12. Průzkum stavu informační bezpečnosti v ČR 2003, Praha, Ernst & Young, DSM, NBÚ, 2003. ISBN 80-902858-8-0 Summary Safety is a theme discussed from the point of view of various aspects very often. In the commercial sphere, it is given into relation to the issues of financing, i.e. it must be economically worthwhile for the institution (firm, non-profit-making organisation, state agency and authority). It is not important whether it is a question of general (physical) safety or the safety of information systems, i.e. “information safety” as such. At selection, by filling the position of safety manager by a specific person we always take into account requirements in relation to the abilities of the candidate. We analyse his/her experience and qualifications, knowledge and general intellectual capabilities, character traits and will qualities, prerequisites for good relations to colleagues and to the employer. In the contribution, all these attributes are analysed in detail.

83

Effective manager's work and long-term excellent results depend especially on the three basic factors that determine manager's performance, capabilities and motivation, on model and real conditions in which the manager works and on the conditions for performing his/her work. In the contribution basic aspects of searching for and selecting a person for the position of safety manager are summarised. In the final part attention is paid to the forensic psychological audit, which is a tool for understanding and identifying causes of human failures in the institution. As far as safety is concerned, it is not only the moment of selection of persons for safetysensitive positions, but also the capabilities of these persons to be loyal to assigned tasks and the employer in the course of time that is decisive.

84

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Milan SABO* INTERAKCIE MEDZI SPOĽAHLIVOSŤOU A BEZPEČNOSŤOU TECHNICKÉHO SYSTÉMU INTERACTION BETWEEN TECHNICAL SYSTEM RELIABILITY AND SAFETY Abstrakt Príspevok sa zaoberá v súčasnosti veľmi aktuálnymi vzťahmi rozhodujúcich parametrov kvality výrobku (technického systému), teda vzťahmi medzi jeho spoľahlivosťou a bezpečnosťou. V prispevku sú uvedené definície pojmov kvality, spoľahlivosti a bezpečnosti a sú analyzované ich vzťahy pomocou aparátu množinového počtu a počtu pravdepodobnosti. Z úvahy uvedenej v príspevku jednoznačne vyplýva, že za rozhodujúci parameter kvality výrobku (technického systému) môžeme považovať je jeho bezpečnosť, to konštatovanie potvrdil v príspevku uvedený experiment s tvárniacimi strojmi a je potvrdené aj platnou legislatívou, teda zákonmi, vyhláškami a normami z oblasti kvality a bezpečnosti. Abstrakt The contribution deals with very topical parameters of product (technical system) quality, i.e. its reliability and safety. On the basis of analysis of the basic conceptual apparatus in reliability and safety, it analyses the interaction of three basic subsystems of safety and the influence of reliabilities on system quality. Through an undesirable event (failure) in function it tries to define system hazardousness by means of a multiple calculus and schemes to determine conditions under which such an event may appear. The author analyses conditions for failure occurrence (health damage, or injury) and the decisive “merit” of a man in the occurrence of this failure. It follows from this consideration unambiguously that if a product is to be of high quality also from the point of view of safety, its compliance with requirements of safety legislation is not sufficient; safety devices or their functions must be sufficiently reliable as well. The author verifies theoretical considerations by experiment conducted on a group of forming machines and presents an interesting parameter of system safety, i.e. the probability of injury occurrence, P(U). On the basis of performed observation of reliability of the operation of the given group of machines, the author also presents the probable behaviour of failure rate of function groups participating in system safety. From the consideration given in the contribution it follows unambiguously that as a decisive parameter of product (technical system) quality its safety can be taken; this was confirmed by the experiment carried out by the author on the selected group of hazardous technical systems (forming machines), which is described briefly in the contribution. Key words:. Quality, reliability, safety, analysis. Probability.

* doc. Ing. , Ph.D., Katedra environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva, Materiálovotechnologická fakulta STU so sídlom v Trnave, Paulinská 16, 917 24 Trnava

85

Základné pojmy a vzťahy Rozhodujúcim znakom užitkovosti výrobku (technického systému), ktorý rozhoduje o jeho uplatnení na trhu resp. jeho konkurenčnej schopnosti, je akosť, ktorej definícia podľa STN 01 0101 „Názvoslovie v odbore riadenia akosti“ je nasledovná: „Je to schopnosť plniť požiadavky užívateľa a verejného záujmu“, resp. definícia akosti výrobku (technického systému), ktorá je definovaná ako: „Súhrn vlastností, ktorý vyjadruje spôsobilosť výrobku plniť funkcie, pre ktoré bol určený“. Súčasne sa berú do úvahy aj ekonomické ukazovatele výrobku, jeho vybavenie príslušenstvom, náhradnými dielmi a pod., ako aj predpokladmi, ktoré výrobca vytvára pre poskytovanie služieb spojených s užívaním výrobku“. Medzi rozhodujúce znaky akosti výrobku (technického systému) patrí jeho spoľahlivosť. Pojem spoľahlivosť je vo všeobecnosti spojený so slovnými výrazmi, ktorými sa dajú vyjadriť vlastnosti strojov, zariadení alebo systémov, ako napr. „je schopný", „dlho funguje", „má málo porúch" a pod. Definícia spoľahlivosti uvedená v STN 010101 je nasledovná: „Je to vlastnosť výrobku, ktorá znamená jeho schopnosť plniť požadovanú funkciu za stanovených prevádzkových podmienok, pričom po určený čas alebo do vykonania určenej práce zostávajú prevádzkové ukazovatele v stanovených medziach“. Číselne sa spoľahlivosť technického systému vyjadruje pravdepodobnosťou výskytu poruchy (neželanej udalosti), pravdepodobnou dĺžkou bezporuchovej prevádzky, intenzitou výskytu porúch a pod. v danom časovom intervale. Pojem bezpečnosť je vo všeobecnosti spojený so slovnými výrazmi, ktorými sa dá vyjadriť táto vlastnosť technického systému, ako napr. „bezpečný stav", „bezpečné správanie", „zdraviu neškodný stav“ a pod. Pojem bezpečnosť sa môže definovať nasledovne: „Bezpečnosť je nezávislosť na nebezpečenstve". Tu treba poznamenať, že takto definovaná absolútna bezpečnosť sa dá dosiahnuť len vo vzťahu k určitému nebezpečenstvu. V praxi sa potom stretávame s bezpečnosťou, pri ktorej existuje určité neželané, ale akceptovateľné zostatkové nebezpečenstvo.

Akosť Bezpečnosť Spoľahlivosť

Obr. č. 1. Schématické znázornenie vzťahov medzi kvalitou, spoľahlivosťou a bezpečnosťou výrobku (technického systému) V STN 010102 „Názvoslovie spoľahlivosti v technike" je definovaný pojem bezpečnosť, ako: „Vlastnosť objektu neohrozovať ľudské zdravie alebo životné prostredie pri

86

plnení predpísanej funkcie v stanovenom čase a za stanovených podmienok". Číselne sa bezpečnosť vyjadruje, napr. pravdepodobnosťou výskytu nebezpečnej poruchy, intenzitou nebezpečných porúch, stredným časom do nebezpečnej poruchy a pod. v danom časovom intervale.

Vzťahy v systéme človek - technický systém - prostredie Neželaná udalosť môže mať za následok škodu, t.j. poškodenie zdravia alebo majetku v zásade len v systéme „človek - technický systém - prostredie“ a to buď pri

TECHNICKÝ SYSTÉM

PROSTREDIE

ČLOVEK

Obr. č. 2. Schéma systému človek - technický systém - prostredie a ich vzájomné pôsobenie pôsobení všetkých troch elementov (subsystémov) systému (veľmi zriedkavý prípad) alebo v kombinácii len dvoch prvkov systému, napr. v prípade poškodenia zdravia alebo majetku „človek - technický systém“ (veľmi častý prípad), v prípade poškodenia zdravia „prostredie človek“ (málo častý prípad) a v prípade škôd na majetku „prostredie - technický systém“ (veľmi málo častý prípad). V požiadavkách, ktoré sú uvedené v bezpečnostných predpisoch, sú zohľadnené technické a ekonomické možnosti riešenia problémov súvisiacich s ochranou zdravia, života a majetku osôb v pracovnom procese, ale aj mimo neho. Kvalita bezpečnostnej techniky, ktorá je vlastne aplikáciou požiadaviek bezpečnostných predpisov do praktickej činnosti, je daná spoľahlivosťou jej funkcie. To znamená, že je dôležité, ak technický systém v plnej miere spĺňa požiadavky bezpečnostných predpisov, ale rovnako dôležité je, aby jeho ochranné zariadenia spoľahlivo fungovali, t.j. aby poskytovali ochranu vo vyžadovanom čase. Nebezpečnosť technického systému je spôsobovaná odchylkami od jeho normálnej alebo očakávanej činnosti, ktorých následkom môže byť vznik neželaných, resp. neúmyselných udalostí, ktoré pôsobia v nebezpečnom priestore. Tieto neúmyselné alebo neželané udalosti, ktorých následkom môžu byť úrazy, choroby z povolania alebo škody na majetku, sú stochastické veličiny, pre ich charakter náhodne premenných. Ich príčiny, pri prírodných katastrofách ale aj zlyhaniach technických systémov, sú fyzikálnotechnickej povahy. Rovnako za stochastický proces sa môže považovať aj chybné ľudské správanie, pretože je tiež funkciou náhodne premennej.

87

Pravdepodobnosť chybného konania človeka

Pravdepodobnosť neželaného stavu životného prostredia

ÚRAZ

Pravdepodobnosť, že technický systém je v neželanom stave

Pravdepodobná prítomnosť osoby v nebezpečnom priestore

Obr. č. 3 Zjednodušené predpoklady pre vznik úrazu (poškodenia zdravia) v schéme systému človek - technický systém – prostredie

Aby sa mohlo ohrozenie realizovať do úrazu, musia byť splnené predpoklady pre vznik úrazu. Tieto predpoklady v zjednodušenej forme sú uvedené na obr. č. 3. Ako vyplýva z obrázku č. 3 úraz môže vzniknúť, len ak existuje ohrozenie spôsobené nebezpečným (chybným) správaním človeka, prípadne nebezpečným (neželaným) stavom technického systému alebo stavom životného prostredia (blesk, povodeň, búrka, zemetrasenie a pod.) za prítomnosti človeka v priestore pôsobenia ohrozenia. Predpoklady pre vznik úrazu sú splnené, ak súčasne pôsobia aspoň dva faktory, pričom je nevyhnutné aby sa človek nachádzal v priestore pôsobenia ohrozenia (faktor pravdepodobnej prítomnosti človeka v priestore pôsobenia nebezpečenstva). Toto je častý prípad, avšak sa nedá vylúčiť ani stav kedy pôsobia naraz všetky faktory, avšak je to veľmi zriedkavý prípad.

Vzťahy medzi spoľahlivosťou a bezpečnosťou Je nevyhnutné, aby sa teória bezpečnosti opierala o teóriu spoľahlivosti, ale nemala by mať v strede pozornosti odchylky od normálneho alebo očakávaného stavu technického systému, ktoré majú za následok vznik ohrozenia, ale ich posudzovala ako dôležitú podmnožinu javov spôsobujúcich nespoľahlivosť systému. Formálna podobnosť teórie bezpečnosti s teóriou spoľahlivosti nesmie byť zastieraná skutočnosťou, že v teórii bezpečnosti musia byť zohľadnené parametre ktoré ju podstatne ovplyvňujú, ako napr. intenzita nebezpečných porúch, stredný čas do nebezpečnej poruchy aj ďalšie parametre

88

vyplývajúce z pravdepodobnosti možných účinkov ohrození a z pravdepodobnosti možného chybného konania človeka.

M:= M(B)+ M(N) M(B): M∗(B)

M(B):= M(B) - M∗(B)

M(N): M∗(N)

Bezpečnostnetechnické opatrenia

M(N):= M(N) - M∗(N)

M∗(B)= M∗(N) (zo skúseností) Obr. č. 4 Znázornenie podmnožín stavov dôležitých pre bezpečnosť technického systému Ak vychádzame z toho, že M je množina všetkých poruchových stavov (odchyliek od normálneho alebo očakávaného stavu) technického systému a prípadne aj množina všetkých chybných konaní človeka, môžeme túto množinu rozdeliť na podmnožinu M(N) všetkých poruchových stavov, resp. chybných konaní človeka s nebezpečnými účinkami a podmnožinu M(B) všetkých poruchových stavov, resp. chybných konaní, ktorá nemá nebezpečné účinky (pozri obr. č. 4). Z obrázku č. 4 je zrejmé, že pre bezpečnosť technického systému má význam len podmnožina nebezpečných stavov M(N). Naproti tomu pri výpočte spoľahlivosti technického systému je zohľadňovaná množina M všetkých odchyliek od normálneho alebo očakávaného stavu (porúch) systému vrátane chybného konania človeka. Zo schémy, ktorá je uvedená na obrázku č. 4 môžu vyplynúť nasledovné hraničné situácie: - technický systém je bez nebezpečných poruchových stavov, teda M(N) = 0 a je absolútne bezpečný a má bezpečnosť R(B) = 1. Spoľahlivosť technického systému R môže byť pritom veľmi malá, najmä ak platí M(N) << M(B) (v praxi veľmi často sa vyskytujúca situácia) a teda ďalšie opatrenia na zvýšenie bezpečnosti technického systému nemusia vždy zvýšiť aj jeho spoľahlivosť. Toto „zhoršenie“ spoľahlivosti technického systému môže vzniknúť najmä v tedy, keď zvýšenie bezpečnosti sa dosiahne dodatočným zväčšením podmnožiny stavov, ktoré nemajú za následok nebezpečenstvo M(B),

89

- dá sa dokázať, že technický systém s veľmi veľkou spoľahlivosťou, kedy M množina všetkých poruchových stavov je veľmi malá, má v porovnaní s iným technickým systémom s rovnakou spoľahlivosťou menšiu bezpečnosť (M1 = M2 a M(N1) > M(N2)). Predpoklady pre vznik úrazu V každom technickom systéme pri narastajúcom prevádzkovom čase sa zväčšuje pravdepodobnosť vzniku poruchy. Niektoré zo vzniknutých porúch môžu mať „nebezpečné účinky“, t.j. za určitých okolností môžu spôsobiť úraz. Tieto „nebezpečné účinky“ alebo lepšie povedané ohrozenia sa môžu považovať za funkčnú nebezpečnosť technického systému. Funkčná nebezpečnosť technického systému môže byť spôsobená normálnymi účinkami nebezpečného výrobného procesu, t.j. bez priameho vzťahu k jeho prevádzkovej nespoľahlivosti, napr. výrobný proces na stojanovej brúske, kotúčovej píle, tvárniacom stroji, pri zváraní a pod., alebo je spojená s jeho nespoľahlivosťou. Pred ohrozeniami tohto „nebezpečného

TS Q(N)i Q(NP)

Osoba v nebezpečnom priestore P(U)

Q(PO)i Q(CH)

Osoba

Q(NP) - nebezpečné poruchy technického systému Q(PO) - faktor priblíženia osoby do priestoru pôsobenia nebezpečenstva Q(CH) - chybné chovanie osoby (obsluhy) Obr. č. 5 Zjednodušená schéma vzniku úrazu v dôsledku vzniku nebezpečnej poruchy a nesprávnej činnosti obsluhujúcej alebo náhodne prítomnej osoby výrobného procesu“ je obsluhujúci personál chránený ochrannými prostriedkami bezpečnostnej techniky, ako sú napr. pevné a pohyblivé ochranné kryty, dvojručné ochranné spúšťanie, bezdotykové ochranné prostriedky a pod. Ochranné prostriedky majú za cieľ chrániť pred ohrozeniami obslužný personál technického systému ako aj ďalšie osoby, ktoré sa náhodne nachádzajú v jeho blízkosti a to zabránením ich prítomnosti v priestore pôsobenia nebezpečného výrobného procesu. V tomto prípade úraz môže vzniknúť len v prípade zlyhania ochranného prostriedku v dôsledku jeho poruchy, teda ako priamy následok nespoľahlivosti technického systému Q. Pravdepodobnosť vzniku úrazu, ktorý je podmienený poruchou technického systému za predpokladu prítomnosti osoby v priestore pôsobenia nebezpečenstva sa môže na základe obr. 5 vyjadriť vzťahom: P(U) = Q(N) . Q(PO) . (1 - R(N) )

[1]

kde P(U) - je pravdepodobnosť vzniku úrazu pri obsluhe technického systému Q(N) - je pravdepodobnosť vzniku ohrozenia v dôsledku vzniku nebezpečnej poruchy technického systému Q(PO) - je pravdepodobná prítomnosť osoby v priestore pôsobenia ohrozenia ako dôsledok jej chybného konania

90

R(N) - je pravdepodobnosť spoľahlivej t.j., bezporuchovej činnosti ochranných prostriedkov technického systému na ochranu obsluhy pred ohrozeniami pôsobiacimi v jeho nebezpečnom priestore Z vyššie uvedeného vzťahu je zrejmé, že vznik úrazu je závislý na nespoľahlivej činnosti technického systému a/alebo obsluhy, t.j. na vzniku nebezpečenstva spôsobeného poruchou technického systému, ale predovšetkým na nespoľahlivej činnosti jeho bezpečnostných zariadení a/alebo nesprávnej činnosti obsluhy, čo v konečnom dôsledku umožní prítomnosť osoby v nebezpečnom priestore.

Praktická aplikácia hodnotenia bezpečnosti reálneho technického systému Zisťovanie pravdepodobností, ktoré sú uvedené vo vzťahu [1] je náročné a môže byť vykonávané viacerými spôsobmi. Veľmi často sa používajú dva nasledovné postupy: - dlhodobé sledovanie spoľahlivosti prevádzky technického systému alebo - určovanie príslušných pravdepodobností štatistickými odhadmi. Výpočet pravdepodobnosti vzniku úrazu P(U) bol aplikovaný na skupine tvárniacich strojov troch výrobcov na Slovensku, o ktorých existoval súbor údajov o ich prevádzkovej spoľahlivosti. Prevádzková spoľahlivosť sa sledovala počas piatich rokov na nových strojoch práve uvádzaných do prevádzky. Čas sledovania prevádzkovej spoľahlivosti bol rozdelený na dve časti a to: - obdobie skorých porúch (záručná lehota) a - obdobie konštantných porúch (normálna prevádzka). Ďalšou dôležitou podmienkou, avšak ťažko dôsiahnuteľnou, bolo dodržanie približne rovnakých prevádzkových podmienok pre všetky skúmané výrobné stroje. Za účelom vypočítania ukazovateľa P(U) boli funkčné skupiny skúmaných tvárniacich strojov rozdelené nasledovne: a) funkčné skupiny zabezpečujúce bezpečnosť (napr. dvojručné ochranné spúšťanie, pevné ochranné kryty, poistka proti preťaženiu a pod.), b) funkčné skupiny ovplyvňujúce bezpečnosť (napr. elektropneumatický rozvádzač tlakového vzduchu, spojka a brzda a pod.) a c) funkčné skupiny neovplyvňujúce bezpečnosť (napr. stojan, počítadlo zdvihov a pod.). Z údajov o prevádzkovej spoľahlivosti uvedených funkčných skupín tvárniacich strojov boli vypočítané nasledovné hodnoty pravdepodobnosti vzniku úrazu: - výstredníkový lis LE 160 C, výrobca VSS Košice, P(U) = 0,1935.10-6, - výstredníkový lis LEN 40 C, výrobca TOMA, s.r.o. Trnava, P(U) = 0,33261.10-6, - strojné tabuľové nožnice NTE 2000/6,3 C, výrobca Strojáreň Piesok, P(U) = 0,22357.10-6.

91

λ A

B

C

t A - Obdobie skorých porúch (cca 2 000 pracovných hodín) B - Obdobie konštantných porúch (cca 20 000 pracovných hodín) C - Obdobie dožívania (cca 4 000 pracovných hodín) Obr. 6 Možný priebeh intenzity porúch λ v závislosti na čase tzv. „Vaňová krivka“ Na obrázku č. 6 je znázornený pravdepodobný priebeh intenzity poruch λ technického systému (bol zvolený výstredníkový lis LE 160 C), ktorý je charakteristicky pomerne častým výskytom porúch v jeho prvom období životnosti a krivka pomerne prudko klesá po odstránení začiatočných porúch. V druhom období krivka v má konštantný priebeh, ktorý ku koncu životnosti stroja znova stúpa. Spoľahlivosť technického systému (výrobku) je jednou z rozhodujúcich ukazovateľov jeho akosti, pretože čím tento dlhšie vykonáva svoje funkcie bez odchyliek od normálneho alebo očakávaného stavu, tým je jeho prevádzka hospodárnejšia (vyššia výkonnosť, nižšie náklady na prevádzku a pod.). So spoľahlivosťou je úzko spojená aj bezpečnosť technického systému, pretože čím sú spoľahlivejšie jeho bezpečnostné zariadenia, resp. ochranné funkcie, tým je pravdepodobnejšie, že nenastanú v jeho činnosti neželané udalosti, ako napr. porucha, havária, katastrofa, ktoré môžu mať za následok poškodenie zdravia, straty životov, škody na majetku, poškodenie životného prostredia a pod. Záver Z doteraz uvedeného je zrejmé, že z parametrov kvality technického systému (výrobku) má najväčšiu váhu jeho spoľahlivosť a je nesporné, že z faktorov spoľahlivosti má najväčšiu váhu jeho bezpečnosť. Toto tvrdenie je podporované aj zákonom NR SR č. 330/1996 Z. z. o bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci, ktorý okrem iného nedovoľuje vyrábať, predávať, propagovať a používať výrobky (technické systémy), ktoré nemajú výžadovanú úroveň bezpečnosti, teda nespĺňajú požiadavky platných bezpečnostných predpisov. Na základe tohto možno konštatovať, že výrobok (technický systém), ktorý nespĺňa požiadavky bezpečnosti nie je možné považovať za kvalitný aj napriek tomu, ostatné parametre kvality má na veľmi

92

vysokej úrovni, pretože ohrozuje zdravie, životy ľudí, resp. spôsobuje škody na majetku, či životnom prostredí. Literatura 1. Sabo, M.: Riadenie rizík vo výrobnej činnosti. Zborník prednášok zo VI. medzinárodnej konferencie „Prevádzková spoľahlivosť výrobných zariadení v chemickom a potravinárskom priemysle“, Slovnaft, a.s. Bratislava, Bratislava 1997. 2. Sabo, M.: Možnosti riadenia rizík v podnikateľskom subjekte. Zborník prednášok z X. konferencie s medzinárodnou účasťou „Aktuálne otázky bezpečnosti práce“, Výskumný a vzdelávací ústav bezpečnosti práce Bratislava, Vysoké Tatry, Stará Lesná. 3. Sabo, M.: Uplatňovanie systémovej bezpečnosti práce v podniku. Zborník prednášok z 2. medzinárodného sympózia „Kvalita a spoľahlivosť strojov“ (Quality and Reliability of Machines), Mechanizačná fakulta Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Nitra 1997. 4. Sabo, M.: Úlohy bezpečnostného manažmentu v priemyselnom podniku. Zborník prednášok z medzinárodnej konferencie „Nové trendy v strojárstve na prahu tretieho tisícročia“, Strojnícka fakulta Technickej univerzity v Košiciach, Košice 1997.

93

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Václav SEDLATÝ*, Štefan KEMENYÍK**, Blanka JAŠKOVÁ***, Milan KRKOŠKA****, Juraj BLANÁR***** PRÍSPEVOK K POŽIARNEJ BEZPEČNOSTI DIAĽNIČNÉHO TUNELA BRANISKO (SR) THE CONTRIBUTION TOWARDS THE FIRE SAFETY OF EXPRESSWAY - TUNNEL BRANISKO (SR) Abstrakt Príspevok sa zaoberá problematikou skúšania samozhášavej schopnosti prefabrikovaných železobetónových štrbinových odvodňovacích žľabov5) a čistiacich šácht, ktoré budú slúžiť pre líniové odvodnenie povrchu vozovky v tuneli Branisko. Súčasťou oboch typov prefabrikátov, vyrábaných spoločnosťou Váhostav a.s., je obrubník, slúžiaci pre výškové oddelenie vozovky od susediacich konštrukcií. Čistiace šachty navyše obsahujú ponornú stenu, zabraňujúcu šíreniu ohňa prostredníctvom horľavých kvapalín. Z dôvodu spracovania projektu protipožiarneho zabezpečenia bolo potrebné experimentálne overiť samozhášavú schopnosť vyššie uvedených prefabrikátov. Abstract The contribution deals with problems of testing self - extinquish ability of prefabricated ferroconcrete slit drain canals and cleaning shafts, which will serve for linear drainage the surface of road in tunnel BRANISKO. The part of the either types of this prefabricated elements, producing by VAHOSTAV,a.s. company, is the kerb, which is used for elevated isolation the road from adjacent constructions. The cleaning shafts in addition contains submergible wall, prevent from spreading the fire by means of flammable liquids. By reason of processing a project of fire-fighting safety it was necessary to verify by experiment the self - extinquish ability of thereinbefore prefabricated elements Key words: tunnel, test, fire, spreading, petrol, oil, drain *

doc., Ing., Ph.D., Technická univerzita v Košiciach, Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnologií, Katedra dobývania ložísk a geotechniky, Letná 9, 042 00 Košice ** Ing., doc., Ing., Ph.D., Technická univerzita v Košiciach, Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnologií, Katedra dobývania ložísk a geotechniky, Letná 9, 042 00 Košice *** Ing., doc., Ing., Ph.D., Technická univerzita v Košiciach, Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnologií, Katedra dobývania ložísk a geotechniky, Letná 9, 042 00 Košice **** Ing., Váhostav, a.s., Hlinská 40, 011 18 Žilina ***** Ing., Váhostav, a.s., Hlinská 40, 011 18 Žilina

95

Úvod Cieľom skúšky bolo experimentálne overiť samozhášavú schopnosť ŠOŽ pre prípad horenia horľavých kvapalín v tuneli v zmysle projektu protipožiarneho zabezpečenia tunela Branisko. Nakoľko na vykonanie požadovanej skúšky preukázateľne neexistuje u nás ani v zahraničí spracovaná norma, alebo skúšobná metodika, potrebnú metodiku na žiadosť a.s. Váhostav spracovali pracovníci Katedry dobývania ložísk a geotechniky, Fakulty baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií, Technickej univerzity v Košiciach. Spracovaná metodika s názvom »Metodika skúšania samozhášavej schopnosti ŠOŽ« bola v štádiu spracovávania konzultovaná a pripomienkovaná pracovníkmi Úradu požiarnej ochrany Ministerstva vnútra Slovenskej republiky a Požiarno-technického a expertízneho ústavu Ministerstva vnútra Slovenskej republiky.

Príprava a vykonanie skúšky Skúška sa vykonala v zmysle vyššie uvedenej metodiky po predchádzajúcej príprave ŠOŽ, skúšobnej plochy a za asistencie požiarnej hliadky a rýchlej záchrannej služby. Príprava ŠOŽ pozostávala z uzavretia prietočnej plochy žľabu vrstvou betónu na oboch koncoch žľabu, montáže vodoznaku so sklenenou trubicou pre meranie výšky horľavej kvapaliny v žľabe a upevnenia zariadenia pre iniciáciu horenia. Celý priebeh skúšok bol snímaný dvomi kamerami, tretia kamera z čiastočného nadhľadu snímala detaily tesne pred zapálením – iniciovaním požiaru, počas hasenia a uhasenie ohňa. Schéma skúšobnej plochy s umiestnením ŠOŽ, záznamových zariadení, ďalších pre skúšku potrebných zariadení, stanoviskom členov skúšobnej komisie je na obr.1.

Obr.1

Schéma skúšobnej plochy

96

V zmysle metodiky boli z možných horľavých médií použité motorová nafta a automobilový benzín Natural 95. Plnenie žľabu horľavými médiami sa z bezpečnostných dôvodov vykonávalo pri štrbine zakrytej kovovou rúrou a za asistencie požiarnej hliadky (obr.2).

Obr.2

Použitie oceľovej rúry pri plnení žľabu horľavým médiom a hasení

Pre iniciáciu horenia motorovej nafty sa použilo manuálne zapálenie prostredníctvom 2 m dlhého oceľového drôtu, pri použití plameňa, ktorého nosičom bol živicový nástavec. Iniciácia horenia automobilového benzínu Natural 95 sa vykonala pomocou iskrového generátora (automobilovej sviečky), umiestneného nad štrbinou, v strede prefabrikátu. Jednotlivé typy skúšok sa od seba odlišovali druhom a množstvom zapaľovaného horľavého média. Pre hodnotenie samozhášavej schopnosti ŠOŽ sa v zmysle metodiky použili nasledujúce kritéria: Tabuľka 1: Kritéria hodnotenia samozhášavej schopnosti ŠOŽ SAMOZHÁŠAVÁ SCHOPNOSŤ ŠTRBINOVÉHO ODVODŇOVACIEHO ŽĽABU

Čas samozahasenia plameňov v prietočnej časti ŠOŽ ts [min:s]

Výsledná samozhášavá schopnosť ŠOŽ [-]

≤ 5:00 bez znovuobnovenia

plná

≤ 5:00 so znovuobnovením

čiastočná

> 5:00

žiadna

Celkovo bolo vykonaných 5 základných a 2 doplňujúce skúšky:

97

Skúška 1: Skúška 2: Skúška 3:

Skúška 4:

Obr.3

použitá bola motorová nafta, pričom žľab bol naplnený do ¼ výšky prietočnej časti (v žľabe bolo 43,2 ℓ nafty). Počas tejto skúšky sa otvoreným plameňom ani po cca dvojminútovej iniciácii nepodarilo naftu zapáliť. sa vykonávala za rovnakých podmienok ako skúška 1, žľab bol však naplnený naftou do ½ výšky prietočnej časti (to je 102,8 ℓ nafty). Ani za týchto podmienok sa naftu nepodarilo zapáliť. bola vlastne opakovaná skúška 2. Pre podporenie iniciácie horenia bol na hladinu nafty naliaty automobilový benzín Natural 95 v objeme cca. 2 litre. Po iniciácii začala horľavina v žľabe horieť. Na horení bolo pozoruhodné, že nebolo spontánne súvislé, ale po fáze akoby aktívneho horenia dochádzalo k útlmu, v niektorých momentoch sa zdalo, akoby došlo k zahaseniu, ale následne došlo k opätovnému vzplanutiu. Horenie sa prenášalo z jedného konca žľabu k druhému koncu. Vysvetlenie tohto javu je možné hľadať v tom, ako sa predpokladalo pred skúškou, že splodiny horenia uzavreli požiarisko i prívod kyslíka k horeniu a pri dohorievaní došlo k zriedeniu splodín a nasatiu vzduchu s O2 a opätovnému vzplanutiu. Uvedený jav nie je možné v zmysle spracovanej metodiky skúšania hodnotiť ako samozhášavú schopnosť žľabu, ale ako vlastnosť, ktorá do určitej miery obmedzuje horenie. K samozahaseniu ohňa však nedošlo. Oheň sa uhasil priložením oceľovej rúry na štrbinu žľabu (obr.2). Priebeh horenia v mieste štrbiny žľabu je zachytený na obr.3. pri skúške sa ako horľavé médium použil automobilový benzín Natural 95, ktorým sa žľab naplnil do ¼ výšky prietočnej časti, to je 43,2 ℓ. Po iniciácii horenia benzín horel s rovnakou intenzitou po celej dĺžke štrbiny bez akýchkoľvek prejavov schopnosti samozahasenia. Po stanovenej dobe bola skúška ukončená s výsledkom, že ŠOŽ v uvedenom prípade nemal žiadnu samozhášavú schopnosť.

Horenie v štrbine odvodňovacieho žľabu

98

Skúška 5:

pri skúške bol použitý automobilový benzín Natural 95, naplnený do ½ výšky prietočnej časti žľabu, to je 102,8 ℓ. Po iniciácii horenia benzín spontánne horel s rovnakou intenzitou po celej dĺžke štrbiny žľabu bez akýchkoľvek prejavov schopnosti samozahasenia. Po stanovenej dobe horenia bol rúrou uzavretý prívod vzduchu k požiaru a oheň bol uhasený. Komisia konštatovala rovnaký výsledok ako pri skúške 4, to je, že žľab nemal samozhášavú schopnosť. Po skúsenostiach zo skúšky 4 a 5 sa skúšobná komisia operatívne rozhodla nepokračovať so skúšaním pri hladine naplnenej do ¾ a do plnej prietočnej časti žľabu. Predpokladala dosiahnutie obdobných výsledkov. Pre získanie závislosti intenzity horenia, respektíve samozahasenia na smere a rýchlosti vetra, sme opakovali skúšku 5 pri zapnutom ventilátore. Aj keď sa fyziologicky zdalo, že ventilátor nemá žiaden účinok, na horení sa to prejavilo oveľa búrlivejším horením, čo môže byť porovnateľné s prípadom možného horenia v tuneli (obr.4). V nasledujúcej skúške sme sa snažili získať závislosť horenia (samozahasenia) na šírke štrbiny žľabu tým, že sme počas horenia prostredníctvom kovovej rúry, prikladanej na štrbinu žľabu v jej pozdĺžnom smere, štrbinu zmenšovali. K uhaseniu došlo až pri úplnom prekrytí štrbiny kovovou rúrou po jej celej dĺžke. Pri bezprostrednom odstránení rúry zo štrbiny došlo k opätovnému vzplanutiu horľaviny v žľabe. K zahaseniu ohňa bez opätovného znovu zapálenia došlo až vtedy, keď štrbina žľabu bola zakrytá kovovou rúrou po dobu minimálne 3 sekundy. V tomto prípade sme očakávali samovznietenie výparov zo žľabu od rozpálenej štrbiny. Aj napriek intenzívnym výparom a výstupu splodín horenia zo žľabu k takémuto javu nedošlo.

Obr.4 Použitie axiálneho ventilátora pri skúške samozhášavosti ŠOŽ

99

Interpretácia dosiahnutých výsledkov V zmysle kritérií hodnotenia samozhášavej schopnosti ŠOŽ stanovenou metodikou je možné konštatovať, že ŠOŽ nepreukázal plnú samozhášavú schopnosť. K určitému obmedzeniu intenzity horenia, ale bez samozhášavej schopnosti, došlo v prípade ŠOŽ naplneného do ½ prietočnej časti motorovou naftou, čo predpokladáme by nastalo aj pri skúške 1 s naplnenou ¼ výšky prietočnej časti žľabu. Pozoruhodné však bolo, hlavne pri skúške 2, že horenie prebiehalo tesne nad ŠOŽ. V samotnom žľabe akoby nehorelo, zdalo sa, že horia len výpary nad štrbinou žľabu. Záver Pozitivní zkušeností z experimentů je možnost poměrně rychlého uhašení požáru v žlabu. V úseku tunelu, kde nehoří kapalina na vozovce, ale jen v žlabu, je možné podle zkušeností (možností zásahu hasičů) hasící pěnou, obdobně jako při zkouškách kovovou rourkou, požářiště uzavřít a zamezením přístupu vzdušného kyslíku požár uhasit. Negativním zjištěním bylo, že po deset minutovém hoření nebyl podle hladinoměřiče téměř viditelný úbytek hořlavé kapaliny v žlabu. V tunelu by však hořlavá kapalina měla odtéct skrz žlab v důsledku podélného sklonu díla. Zkušenosti získané při zkouškách jsou bezpochyby pozitivním přínosem v problematice případných požárů v tunelech jako i v oblastech vykonávání obdobných velkorozměrových zkoušek.

100

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Michail ŠENOVSKÝ* KRIZOVÉ PLÁNOVÁNÍ CRISIS PLANNING Abstrakt V příspěvku jsou uvedeny poznatky z přípravy a tvorby krizových plánů jak ze sféry podnikatelských subjektů, tak i ze státní správy a samosprávy. Pozornost je věnována ohodnocení katastrálního území a jeho zařazení do kategorie nebezpečí. V závěru pak je zdůrazněna paralela s hodnocením územních celků pro plošné pokrytí území silami a prostředky Hasičského záchranného sboru ČR. Abstrakt The contribution deals with knowledge gained from development of the crisis plans in the area of corporate subjects and also subject of civil service and self-government. Attention is particularly devoted to assessing of the cadastral territory and its categorization into category of the danger. There is emphasized parallel to assessment of territories for dislocation of the units of Fire services ČR in the end. Key words: Emergency situation, crisis plan, headquarters, Integrated rescue system Úvod

O krizových plánech obecně Součásti příprav na řešení krizových situací je i krizové plánování. Výstupem krizového plánování u orgánu krizového řízení a u dalších státních orgánů je krizový plán, u právnických a podnikajících fyzických osob je to plán krizové připravenosti. Tato skutečnost je dána platnou legislativou [1,2]. V praxi se však začínáme setkávat i s případy, kdy krizový plán si připravují právnické a podnikající fyzické osoby. Tento krizový plán nemá nic společného s krizovými plány výše uvedenými – pouze název. Nemusí být zpracováván dle doporučené osnovy [2,6] a jeho hlavním posláním je: 1. Stanovit co je považováno za krizi a čím může být vyvolána. 2. Vymezit řídící orgány v době krize (např. krizový štáb, krizové řídící operační středisko, atd.) a jejich práva a povinnosti. 3. Vymezit povinnosti zaměstnanců. 4. Stanovit, která pracoviště při vzniku krize jsou pro chod společnosti nepostradatelná včetně počtů zaměstnanců. 5. Stanovit postup při vzniku krize a řízení krizové situace. 6. Zajištění první pomoci - vlastní + lékař 7. Kontakt s okolím (veřejnost a státní správa a samospráva). * doc. Dr. Ing., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FBI, Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

101

Podnikatelská sféra se tímto způsobem začíná připravovat na krizové situace ve své firmě a hledá způsoby minimalizace ztrát, to většinou znamená obnovení činnosti (provozu). Může se také stát, že možná krizová situace v organizaci přeroste možnosti firmy a pak se samozřejmě obrátí o pomoc na Integrovaný Záchranný Systém (IZS). V těchto případech samozřejmě nehovoříme o finančních, personálních, výrobních, či jim podobných krizových situací firem, protože tam IZS nepomůže. Otázkou ale zůstává způsob poskytnutí pomoci, respektive její sjednávání při tvorbě krizových plánů. Zde se dle současné legislativy jeví jako určitý sjednocovací prvek Dokumentace Zdolávání Požárů (DZP). Tento dokument se zpracovává pouze v těch případech, kdy podmínky požárního zásahu jsou hodnoceny jako složité, nebo při dalších okolnostech, které podrobněji řeší [11]. Je to jediný dokument, který mají požární jednotky HZS ČR o dané organizaci k dispozici (za předpokladu, že je zpracována). Pro zpracování DZP existuje metodická příručka1. K ostatním událostem v souvislosti s krizovými plány organizací, bude vhodné vypracovat obdobnou metodickou příručku, zejména z důvodů sjednocení formy a obsahu dokumentace, kterou budou v případě potřeby používat jednotlivé složky IZS. Vraťme se ale ke krizovým plánům definovaným současnou legislativou. Krizový plán je dokument, který obsahuje souhrn krizových opatření a postupů k řešení krizových situací v působnosti orgánu krizového řízení. Plán krizové připravenosti je dokument upravující přípravu dotčené (určené orgánem krizového řízení) právnické osoby, nebo podnikající fyzické osoby k řešení krizových situací. Odpovědnost za zpracování krizového plánu má zpracovatel krizového plánu. Ten má rovněž za povinnost zpracovat plán akceschopnosti zpracovatele krizového plánu. V tomto dokumentu jsou stanoveny postupy a termíny zabezpečení připravenosti k řešení krizových stavů a opatření k zajištění ochrany před následky krizových situací.

Výchozí podklady pro krizového plánování V souvislosti s přípravou na krizové situace je nutné uvést některé skutečnosti. Zpracování krizových plánů předchází analýza rizik příslušného území. Dle [12] se mimořádné události, k jejichž řešení je vyhlášen některý z krizových stavů označují jako krizové situace. Expertním odhadem bylo stanoveno, že v podmínkách České republiky lze očekávat vyhlášení krizových stavů u omezeného počtu mimořádných událostí (celkem se jedná o 23 mimořádných událostí). Harmonogram přípravy a zpracování krizových plánů [3] stanovil, že pro tyto krizové situace se zpracují speciální plány označené jako typové plány. Typovým plánem rozumíme dokument, který stanoví pro určitý druh krizové situace doporučené (typové) postupy, zásady a opatření pro její řešení. Vlastní zpracování typových plánů je přeneseno na jednotlivé ústřední správní úřady podle jejich působnosti. Posici typových plánů v systému krizového plánování znázorňuje obr. č. 1. Typové plány se rozpracovávají pro konkrétní druh krizové situace na daném území do operačních plánů, které stanoví postupy, zásady, opatření, síly a prostředky pro její řešení, plány jejich nasazení a zabezpečení (obr. č. 1). Osnova typového plánu může být následující2 1. Stručný popis krizové situace a její možný výskyt na území ČR. 2. Dopady krizové situace. 1

Hanuška, Z.: Metodický návod k vypracování dokumentace zdolávání požárů. MV – ředitelství HZS ČR Praha 1996. 2 Adamec, V.: Typové plány – podklad pro tvorbu krizových plánů. In: Ochrana obyvatelstva 2004. Sborník z konference VŠB – TUO FBI Ostrava, 2004.

102

3. 4. 5. 6. 7.

Podmínky pro řešení krizové situace. Omezení pro řešení krizové situace. Doporučené typové postupy, zásady a opatření pro řešení krizové situace. Podklady pro vypracování typového plánu. Identifikační údaje o zpracovateli typového plánu.

Analýza rizik

Typové

Typové

Operační

krizové

plány

plány

situace

Katalog krizových opatření

Obr. č. 1 Pozice typových plánů v systému krizového plánování Údaje nezbytné pro zpracování krizových plánů pro přípravu a řešení krizových situací má oprávnění vyžadovat, shromažďovat a evidovat hasičský záchranný sbor kraje3Ten rovněž na vyžádání tyto údaje poskytuje4 V krizovém plánování rozlišujeme: Zpracovatel krizového plánu - správní úřad - jiné státní orgán a - orgány samosprávy, jimž zákon ukládá povinnost zpracovat krizový plán s ohledem na charakteristiku území.

Subjekt krizového plánování - orgány a organizační složky státu, - jejich organizační celky, - právnické osoby, - podnikající fyzické osoby (určené orgánem krizového řízení) podílející se na zajištění krizových opatření v rámci krizového plánování.

3

§ 15 odst. 3 zákona č. 240/2000 Sb. § 9 odst. 1) písm. e) a § 15 odst. 4 písm. b) a d) zákona č. 240/2000 Sb.

4

103

V souvislosti s krizovým plánováním rozlišujeme několik druhů plánovacích dokumentů, které mají charakter krizového plánu. Jejich přehled uvádí obr. č. 2. Krizový plán správního úřadu

Krizový plán kraje

Plán krizové připravenosti právnické nebo podnikající fyzické osoby

Plán akceschopnosti správního úřadu

Plán akceschopnosti kraje

Plán akceschopnosti právnické nebo podnikající fyzické osoby

Krizový plán jiného státního orgánu

Krizový plán určené obce6

Plán akceschopnosti Plán akceschopnosti jiného státního orgánu určené obce Obr. č. 2- Přehled krizových plánovacích dokumentů

Krizový plán správních úřadů a určených orgánů státní správy K zajištění připravenosti ministerstev a jiných správních úřadů na řešení krizových situací zpracovávají tyto orgány krizového řízení krizové plány. Zpracovaný krizový plán schvaluje ministr nebo vedoucí správního úřadu.6 Obdobně postupují i další státní orgány, které stanoví zákon.7 Jedná se zejména o Kancelář Poslanecké sněmovny, Kancelář Senátu, Kancelář prezidenta republiky, Úřad vlády, Nejvyšší kontrolní úřad a Bezpečnostní informační službu. Krizový plán schvaluje v případě Kanceláře Poslanecké sněmovny, Kanceláře Senátu a Kanceláře prezidenta republiky jejich vedoucí, v případě Úřadu vlády vedoucí Úřadu vlády, v případě Nejvyššího kontrolního úřadu prezident Nejvyššího kontrolního úřadu a v případě Bezpečnostní informační služby ředitel Bezpečnostní informační služby. Náležitosti krizových plánů správních úřadů a určených orgánů státní správy

Krizový plán správního úřadu a určených orgánů státní správy (dále jen „krizový plán správního úřadu“) se skládá ze základní části a přílohové části.

Krizový plán správního úřadu základní část

přílohová část

5

Rozpracování úkolů krizového plánu kraje obecním úřadem určené obce § 9 odst. 1 písm. b) zákona č. 240/2000 Sb. 7 § 28 odst. 2 zákona č. 240/2000 Sb. 6

104

Základní část obsahuje: a) vymezení působnosti, odpovědnosti a úkolů správního úřadu a jiného státního orgánu s ohledem na charakteristiku území, b) popis organizace krizového řízení, c) výčet a hodnocení možných krizových rizik, jejich dopad na území d) činnost orgánů a organizačních složek státu, jejich organizačních celků, právnických nebo podnikajících fyzických osob podílejících se na zajištění krizových opatření v rámci krizového plánování (dále jen "subjekt krizového plánování"), a e) další podklady a zásady potřebné pro používání přílohové části krizového plánu. Přílohovou část krizového plánu tvoří dokumenty nezbytné ke zvládnutí krizové situace, zejména: a) přehled sil a prostředků včetně jejich počtu a využitelnosti, b) katalog krizových opatření, c) typové plány, d) povodňové a havarijní plány zpracované podle zvláštních právních předpisů, e) další operační plány, které pro konkrétní druh krizové situace na daném území, f) plán nezbytných dodávek,8 g) plán hospodářské mobilizace,9 h) plán akceschopnosti zpracovatele krizového plánu, i) plány spojení, j) plány materiálně technického zabezpečení, k) topografické mapy s vyznačenými riziky a řešením ohrožení.

Postup při zpracování krizového plánu správního úřadu Ministerstvům a ostatním správním úřadů, jakož i zákonem vyjmenovaným státním orgánům zákon nepředepisuje, jak mají při zpracování krizového plánu postupovat. Rozsah spolupráce s dalšími orgány krizového řízení tedy tyto volí podle vlastních potřeb.

Krizový plán kraje V rámci opatření k zajištění připravenosti kraje na řešení krizových situací zabezpečuje hasičský záchranný sbor kraje10 zpracování krizového plánu kraje. Zpracovaný krizový plán kraje schvaluje hejtman. Náležitosti krizového plánu kraje11 Krizový plán kraje se skládá ze základní části a přílohové části. 8

§ 2 odst. 1 písm. c) zákona č. 241/2000 Sb. § 2 odst. 1 písm. e) zákona č. 241/2000 Sb. 10 § 14, zákona č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon) 11 § 15 Nařízení vlády č. 462/2000 Sb., k provedení § 27 odst. 8 a § 28 odst. 5 zákona č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon) 9

105

Krizový plán kraje Základní část

Přílohová část

Základní část krizového plánu kraje obsahuje: a) vymezení působnosti, odpovědnosti a úkolů kraje s ohledem na charakteristiku území kraje, b) charakteristika organizace krizového řízení kraje, c) výčet a hodnocení možných krizových rizik, jejich dopad na území kraje, d) činnost subjektů krizového plánování podílejících se na zajištění krizových opatření v rámci krizového plánování, e) další podklady a zásady potřebné pro používání přílohové části krizového plánu kraje. Přílohová část krizového plánu kraje obsahuje: a) přehled sil a prostředků včetně jejich počtu a využitelnosti, které jsou k disposici ve správním území kraje, b) katalog krizových opatření, c) typové plány očekávaných krizových situací na území kraje, d) povodňový plán uceleného povodí (kraje), e) havarijní plán kraje, f) operační plány pro řešení dalších očekávaných krizových situací na území kraje, e) plán nezbytných dodávek, f) plán hospodářské mobilizace, g) plán akceschopnosti kraje, h) plány spojení kraje, h) plány materiálně technického zabezpečení, h) plány zdravotnického zabezpečení kraje, i) topografické mapy území kraje s vyznačenými riziky a řešením ohrožení. V základní části krizového plánu kraje je pod bodem c) uvedeno: „výčet a hodnocení možných krizových rizik, jejich dopad na území kraje“. V tomto bodě spatřuji jeden ze základních problémů. Myslím si, že hodnocení by mělo ve všech krajích být podobné (vzhledem k tomu, že je prováděno různými lidmi a každý kraj má své specifické podmínky, ani nemůže být stejné. Postačilo by, aby bylo podobné). Jestliže identifikovaná rizika budeme hodnotit podobně, bude optimalizována i reakce záchranného systému na hrozící, případně vzniklou mimořádnou událost. Problém spočívá v tom, že není přijata jednotná metodika pro hodnocení rizika a co hůře, zcela určitě nám budou scházet informace a data. Vzhledem k tomu, že zákon jednoznačně stanoví termín zpracování krizových plánů 31.12.2004, pak mnoho času nezbývá. V praxi je snaha použít k těmto účelům například metodu definovanou v dokumentu TEC DOC 727. Osobně bych tuto metodu doporučil pouze jako doplňkovou, rozhodně ne jako hlavní. V ostatních případech to pak je snaha o implementaci některé ze zahraničních metod. Toto řešení se na první pohled jeví jako přijatelné. Problém však je v tom, že nejsme schopni posoudit vypovídací schopnost, respektive věrohodnost výstupů.

106

Jak se pak máme dívat na věrohodnost této metodiky, když s danou zemí nemáme ani společné hranice. Jakým způsobem provést jednotlivé kroky hodnocení? Pro ilustraci je jeden z možných postupů znázorněn na následujícím obrázku.

Pojem katastrofa* Obr. 3 Hodnocení rizika územního celku. 1) krok - Sumarizace možných mimořádných událostí představuje první krok. Je nutné se zabývat zejména takovými mimořádnými událostmi, u kterých lze předpokládat vysoký destrukční potenciál, potřebný k překonání ochranných systémů. *

Termín „katastrofa“ není v naší legislativě definován a protože není k disposici ani jednotná definice. Za katastrofu v tomto textu označuji mimořádnou událost extremních rozměrů s extrémními důsledky pro obyvatelstvo či životní prostředí.

107

Takové mimořádné události pravděpodobně budou představovat potíže pro bezpečnostní systém jako celek. Při analýze rizika však musíme znát další kvantitativní faktory rizika, které se uplatňují při rozvoji rizika až do vzniku mimořádné události. Jedná se o potenciál rizika (9), který můžeme vyjádřit takto: pr =

Xd Xo

[1]

Kde: pr = potenciál rizika Xd= destrukční potenciál Xo= odolnostní potenciál Potenciál rizika lze definovat jako poměr mezi veličinou vystihující destrukční děj a veličinou vyjadřující odolnost v rovnovážně dynamicky fungujícím systému. Hodnota pr dosahuje různých hodnot, podle kterých můžeme předvídat možnou intenzitu případné mimořádné události. 0 < pr < 1

když Xd << X0 nebo Xd < X0

Nedochází k destrukci systému, ale pouze k jeho zatěžování. Dosáhne-li však tlak destrukčního potenciálu takového účinku, že Xd = X0

pak

pr = 1

Dochází k postupnému dlouhodobému uvolňování prvků z celku, dochází k rozkladu systému. Je-li dosaženo vztahu Xd > X0

pak

pr > 1

Pak dochází k destrukci systému náhle. Jedná se například o výbuch plynu, výbušnin, par hořlavých kapalin, ale také například o náhlou migraci obyvatelstva a podobně. Extrémní situace nastává tehdy, je-li Xd >> X0

pak

pr >> 1

108

Pak jsou veškeré obranné systémy zbytečné, protože dochází k náhlému okamžitému rozbití systému. 2) krok – Zařazení mimořádné události do stupně ohrožení. Jako limitující prvek systému bereme člověka. Pokud hodnocená mimořádná událost významně neohrožuje člověka (jedná se především o ohrožení života, případně vážného poškození zdraví), pak se jí dále nezabýváme. Nesmíme však hledat pouze přímé ohrožení člověka. Velmi často se setkáme s nepřímým ohrožením, které dopadne na společnost s určitým časovým posunem. 3) krok – Stanovení rozsahu škod může být determinován například takto: • fyzické poškození zachycuje všechny osoby, které jsou následkem nebezpečí bezprostředně fyzicky ohroženy. Fyzické poškození tedy zahrnuje oběti na životech, těžké a lehké úrazy a také nemocné osoby. Potřeba podpory a pomoci je zde soustředěna do oblasti zdravotní péče. • evakuování jako důsledek hrozícího nebezpečí uvažujeme s krátkodobým nebo dlouhodobým přemístěním obyvatel do bezpečí. Potřeba pomoci se skládá z vyrozumění ohrožených osob a bezpečného přemístění mimo dosah nebezpečí. • potřeba humanitární podpory je míněna pro osoby, které již nejsou bezprostředně ohroženy, potřebují však přístřeší, jídlo, pití, ošacení, přikrývky apod. • poškození ekosystému na němž dochází k narušení přírodní rovnováhy. Potřeba podpory a pomoci je zde velice rozličná a závislá na vyskytujícím se nebezpečí a druhu poškozených základů (voda, půda, atd.). • věcné škody představují přímé finanční náklady na obnovení činností a zdrojů, u nichž došlo k výpadku. Výskyt věcných škod je spojován s výpadkem činností v oblasti bydlení, práce, zásobování, komunikací, atd.. 4) krok – Zařazení mimořádných událostí do stupně rizika. Dle zvyklostí12 v ČR zařazujeme do 1 – 4 stupně, kdy 4. stupeň je hodnocen jako katastrofa. 5) krok – Výpočet očekávaných škod. Přiměřená definice udává plochu pod křivkou součtu pro každý indikátor druhu nebezpečí – popřípadě způsob vývoje dlouhodobě statisticky důležité očekávané škody (např. kolektivní riziko Ro). Tato se zjišťuje pro každý indikátor dle [8] následovně: A j +1 log A j +1 − log A j kde: [2] Rijo = a ( H a +1 − H aj++11 ) a= H j +1 (a + 1) log H j +1 − log H j kde: A ….. rozsah škod H ….. kumulativní četnost k A 12

například ……..?

109

j i

….. index pro určitý rozsah A ….. indikátor (n1 – n2)

6. krok – Výpočet závažnosti rizika. Důsledná, systematická a kvantitativní analýza rizika tvoří důležitý podklad pro dosažení srovnávacího přehledu. Pro přímé srovnání rozdílných událostí a vývojů s ohledem na účinně vynaložené nasazení finančních prostředků se kladou zatím dvě otázky hodnocení: Z jedné strany není možné srovnání mezi velkými a malými rozsahy škod Na druhé straně se musí rozdílné druhy škod posuzovat bezprostředně společně. Rozdílné sociální aspekty, které rozhodně ovlivňují posouzení mimořádných událostí mimořádného rozsahu a nebezpečných situací, přihlížíme k faktoru averze. Číselné určení averze, má jasný charakter ocenění, následuje podle postižení společnosti (obec, region. stát), popřípadě v závislosti na definované třídě rozsahu. Čím větší je postižení společnosti, jejíž prostředky a struktury se katastrofami a nouzovými situacemi přetěžují, tím silněji narůstá averze proti těmto událostem a vývojům. Rozdílné následky vyšetřovaných nebezpečí a jejich vývoje, jsou v literatuře [8] popsány jednotně pěti indikátory. Otázkou však zůstává konkrétní vyjádření cenové hranice, kolik peněz je společnost připravena vynaložit, aby eliminovala rizika jednotných škod na přijatelnou míru. Vlastní výpočet se provádí dle uvedeného vzorce: 4

Rgi = ∑ ( Rij ⋅ φ j ( Ai ) ⋅ GK i )

[3]

i =1

kde:

Rij Fj GKi i j

….. statisticky očekávané škody ….. faktor averze ….. cenová hranice ….. indikátory škod (n1-n5) ….. rozsahové třídy (AK1-AK4)

7, 8. krok – Určení pořadí závažnosti MU a vlastní shrnutí představuje závěr. Důkladný popis rizik a vhodně provedena analýza pak může poskytnout celkový obraz o posuzovaném územním celku, kdy můžeme přijímat závěry k možným dopadům mimořádných událostí antropogeních a přírodních, případně vzájemnou kombinaci těchto dvou. Pro určení pořadí závažnosti je potřebné použít některou analytickou metodu, která dokáže seřadit zjištěná rizika dle závažnosti. Vhodná je například metoda analýzy souvztažnosti [9]. Pokud zde hovořím o mimořádných událostech, pak za krizovou situaci označujeme mimořádnou událost až po vyhlášení krizového stavu. Jaké výstupy nás budou zajímat? - charakteristika rozhodujících rizik, očekávané následky pro obyvatelstvo a životní prostředí, - predikovat významná místa, která mají dostatečně velký destrukční potenciál pro vznik závažných mimořádných událostí, - srovnání mezi nebezpečími v závislosti na postižené oblasti (následky pro obce, regiony a sousední státy).

110

Výsledkem provedené analýzy bude zařazení katastrálního území do stupně nebezpečí. Chtěl bych připomenout, že při plošném pokrytí sil a prostředků jednotkami požární ochrany se také hodnotily územní celky a zařazovaly do stupňů a kategorií nebezpečí [13]. Následně se určovaly síly a prostředky k lokalizaci a likvidaci mimořádné události. Zásadní rozdíl je v tom, že při plošném rozmístění jsme brali v úvahu pouze požáry, místo vzniku (střed města, .. samota na horách) apod. V případě krizového plánování musíme brát v úvahu daleko větší plejádu mimořádných událostí a možné vzájemné vazby mezi nimi.

Plošné rozmístění sil a prostředků Základní princip plošného rozmístění sil a prostředků je dán legislativou [14,15]. Podrobněji je pak rozpracován v literatuře [10,13].

Kritéria pro ohodnocení katastrálního území. Stupeň a kategorie nebezpečí katastrálního území se pro potřeby požární ochrany jsou stanoveny podle několika vybraných kritérií. Metoda pro určení stupně a kategorie nebezpečí je v podstatě velmi jednoduchá. Určení stupně a kategorie nebezpečí pro katastrální území se provádí podle hodnoty celkového kritéria Kc. Tato hodnota je dána součtem hodnot jednotlivých kritérií. Kc = Ko + Kui + Kz [4] kde: Ko Kritérium počtu obyvatel. Kui Kritérium charakteru území. Kz Kritérium zásahů. Tabulka č.2. Kritérium počtu obyvatel. Počet obyvatel Hodnota Ko nad 50 000 20 10 001 - 50 000 15 4 001 - 10 000 14 1 001 - 4 000 12 201 - 1 000 10 20 - 200 5 do 20 1 Tab. č. 3. Kritérium charakteru území. Popis kritéria Rekreační oblasti s přechodným zvýšením počtu obyvatel v katastru vyšším jak 2 000 osob. Historické centrum obce s komplexem historických budov, které mají charakter národní kulturní památky, nebo historicky chráněného území. Dopravní centrum státního a mezinárodního významu (železniční uzly, mezinárodní letiště a přístavy) s nepřetržitým provozem a skladovým hospodářstvím. Katastrální území s rozvinutou podnikatelskou, výrobní, skladovou a obchodní strukturou.

111

Hodnota Kui 1 2 3

Tab. č. 4. Kritérium zásahů. Počet zásahů Hodnota Kz do 40 0 40 - 120 1 nad 120 2 Součtem jednotlivých koeficientů se dostáváme k celkové hodnotě. Z následující tabulky pak přiřadíme danému katastrálnímu území Stupeň a kategorii nebezpečí. Základní tabulka plošného rozmístění je uvedena v příloze zákona13 a poskytuje informaci, kolik jednotek a v jakém čase se na místo mimořádné události dostaví. Tab. č. 5. Celkové kritérium. Stupeň a kategorie Hodnota Kc nebezpečí IA 25 a více IB 21 - 24 IIA 16 - 20 IIB 11 - 15 IIIA 6 - 10 IIIB 3-5 IV do 2 Závěr Samozřejmě, že provedení analýzy územního celku není tak jednoduché, jak snad z uvedeného vyplývá. Jedná se o složitý proces, kde na prvém místě budou stát dostupné podklady například pro statistické zpracování a samozřejmě znalosti a zkušenosti zpracovatelů. Výše uvedena metoda hodnocení územního celku „Plošné pokrytí“ může zpracovatelům poskytnout informace o závažnosti hodnoceného území z hlediska požární ochrany. Závěrem chci jen zdůraznit závažnost systému krizového plánování, protože chceme-li řídit, musíme plánovat. Literatura 1. Zákon č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů, ve znění zákona č. 320/2002 Sb. 2. Nařízení vlády č. 462/2000 Sb., k provedení § 27 odst. 8 a § 28 odst. 5 zákona č. 240/2000 Sb., o krizovém řízení a o změně některých zákonů (krizový zákon), ve znění nařízení vlády č. 36/2003 Sb. 3. Harmonogram přípravy a zpracování krizových plánů (novelizovaný), MV – generální ředitelství HZS ČR, Č.j.: PO – 2405/PLA-2003, schváleno usnesením BRS č. 79/2003 4. Zákon č. 239/2000 Sb., o integrovaném záchranném systému a o změněn některých zákonů, ve znění zákona č. 320/2002 Sb. 13

zákon. č. 133/1985 Sb. o požární ochraně, v aktuálním znění.

112

5. Zákon č. 241/2000 Sb., o hospodářských opatřeních pro krizové stavy, ve znění zákona č. 320/2002 Sb. 6. Vyhláška č. 328/2001 Sb., o některých podrobnostech a zabezpečení integrovaného záchranného systému, ve znění vyhlášky č. 429/2003 Sb. 7. Metodika zpracování krizových plánů dle § 15 a § 16 nařízení vlády č. 462/2000 Sb., ve znění nařízení vlády č. 36/2003 Sb., MV – GŘ HZS ČR, Č.j. : PO - 2675/PLA – 2003, ve znění pozdějších úprav 8. Bundesamt für Zivilschutz, - Ernst Basler und Partner AG.: Katastrophen und Notlagen in der Schweiz. Schweiz : August, 1995. 9. Šenovský, M.; Adamec, V.: Základy krizového managementu. SPBI spectrum. Ostrava 2001. ISBN: 80-86111-95-4. 10. Šenovský, M.; Hanuška, Z.: Organizace a řízení. Skriptum VŠB-TUO/FBI. Ostrava 2003. 11. Vyhláška č. 246/2001 Sb. o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru. 12. Adamec, V.: Současnost a budoucnost typových plánů. 13. Hanuška, Z.: Organizace jednotek požární ochrany I. SPBI Ostrava 1998, ISBN: 8086111-26-1 14. Zákon č. 133/1985 o požární ochraně v aktuálním znění 15. Vyhláška č. 247/2001 Sb. o organizaci a činnosti jednotek požární ochrany Summary The contribution presents the process of preparing the crisis plans that serve as basic documents for the system of crisis management. One of major areas in crisis plan formulation is the issue of risk assessment for a territorial unit. Such an assessment was made in the framework of the deployment of fire protection equipment and forces in the Czech Republic's territory. Unfortunately, it took merely into account problems of the determination of a sufficient number of fire brigades in the given cadastral area according to the degree and category of the risk calculated. However, for crisis planning a more detailed analysis must be done, i.e. assessment of risks to the given territorial unit. In more detail I am concerned with one of possible methods applied in Switzerland. I believe that this is one of possible ways of assessing the territorial unit. It is a financial expression that will be complicated because it should respect specifics of the Czech Republic. In the contribution, a procedure for algorithmbased calculations and specific steps are described, including the presentation and the explanation of mathematical formulae used.

113

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Ladislav ŠIMANDL*, Jaroslav DAMEC** NEBEZPEČÍ PŘI TANKOVÁNÍ DANGER DURING THE FUELLING Abstrakt Cílem příspěvku je upozornit na možné nebezpečí při tankování pohonných hmot od statické elektřiny. Příspěvek je orientován na vznik náboje na řidiči, který by následně mohl iniciovat páry pohonných hmot. Je zde uvedeno praktické měření energie elektrostatického náboje, který vzniká při triboelektrickém jevu (tření). Měření bylo prováděno na člověku, který se elektrizoval na židli. Byly použity různé druhy oblečení. Naakumulovaná energie elektrostatického pole dosahovala až dvacetinásobku minimální iniciační energie par benzínu. Tím bylo zjištěno, že při tankování pohonných hmot teoreticky hrozí velké nebezpečí od výboje statické elektřiny. Příspěvek dále pojednává o vlivech výrazně zmenšujících dané nebezpečí jako např. relativní vlhkost vzduchu aj. Abstrakt The aim of the submitted contribution is to warn of a possible danger of static electricity while fuelling. The article is focused on an electrostatic charge electrified on a driver that could consequently ignited fuel vapours. The authors have performed practical measurements of the energy of electrostatic charge produced by triboelectric effect (friction). A person in various kinds of clothing materials was electrified on a chair. The accumulated energy of electrostatic reached a value twenty times higher than the minimal ignition energy of gasoline vapours. So it was found out that the danger of a possible discharge of static electricity could be very high. However, the mentioned danger could be influenced for example by relative humidity of air etc. Key words: electrostatic charge, electric capacity, electrization of insulants, human body, minimal ignition energy, fuels, relative humidity of air Úvod Statická elektřina je první druh elektřiny, kterou člověk dokázal pozorovat. A nepotřeboval k tomu žádné složité přístroje. Statická elektřina je všude kolem nás. Je až někdy paradoxní, že na ní člověk zapomíná a „ona se ukáže“ v tu nejméně vhodnou dobu a nastane problém. A právě nemalé problémy můžou nastat při tankování pohonných hmot. Protože se zde vyskytuje hořlavý soubor par PHM se vzduchem, hrozí nebezpečí iniciace tohoto výbušného souboru jiskrovým výbojem elektostatického náboje [4]. Svědčí o tom i skutečné události [3]. * Ing., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FBI, Katedra bezpečnostního managementu, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected] ** doc., Ing., CSc., Technická univerzita Ostrava, FBI, Katedra bezpečnostního managementu, 700 30 Ostrava – Výškovice, e-mail: [email protected]

115

Úvod Statická elektřina je první druh elektřiny, kterou člověk dokázal pozorovat. A nepotřeboval k tomu žádné složité přístroje. Statická elektřina je všude kolem nás. Je až někdy paradoxní, že na ní člověk zapomíná a „ona se ukáže“ v tu nejméně vhodnou dobu a nastane problém. A právě nemalé problémy můžou nastat při tankování pohonných hmot. Protože se zde vyskytuje hořlavý soubor par PHM se vzduchem, hrozí nebezpečí iniciace tohoto výbušného souboru jiskrovým výbojem elektostatického náboje [4]. Svědčí o tom i skutečné události [3].

Statická elektřina V oblasti statické elektřiny je jen relativně málo poznatků, praktických aplikací a měření. Existence statické elektřiny je zřejmá, ale lze ji obtížně kvantifikovat. Měření statické elektřiny je problematické (vysoká frekvence, velikost napětí a proudu) a klade velké požadavky na měřící techniku [1]. Také níže uvedená měření se neobešla bez určitých zjednodušení [1]. Výpočet vychází z následujících předpokladů: 1.) 2.) 3.) 4.)

Člověk je dokonale vodivý. Obuv je elektrostaticky nevodivá. Lidské tělo má vlastní kapacitu. Nabíjení je jen mezi materiálem oblečení a židlí.

Měření Uspořádání měření je schématicky zobrazeno na obrázku č. 1. 1. Digitální osciloskop M221 2. Odporová sonda RU-52 3. Člověk 4. Židle s kovovou konstrukcí, sedátko a opěrátko bylo z nalakovaného dřeva 5. a 6. Uzemnění

Obrázek č. 1. Uspořádání měření. Třením mezi látkou a sedačkou se na sedačce židle vytváří záporný náboj, kterým se nabíjí kovová konstrukce židle. Na člověku se hromadí kladný náboj. Kapacita člověka vůči židli a jeho náboj pak určují velikost energie jiskry, která by se vytvořila po přiblížení části těla k uzemněné součásti. Při zvedání člověka ze židle bude kapacita mezi tělem člověka a židlí postupně klesat a napětí tedy bude naopak narůstat [1]. Současně se však bude náboj vybíjet přes svodové odpory a především přes odpor sondy a osciloskop, který zaznamenává průběh napětí (viz obr.2.).

116

RSondy

G

O

ROsc

Obrázek č. 2. Zjednodušené blokové schéma měření: G – generátor impulsů (blokové nahrazení člověka, který se zvedá a vytváří napěťový impuls) RSondy – odpor sondy RU-S2 (1GΩ) ROsc – vnitřní odpor osciloskopu (1MΩ) O – osciloskop Z daného schématu vyplývá, že měření vzniku a zániku náboje bylo převáděno napěťovým děličem, který tvořil odpor sondy RU-S2 a vnitřní odpor osciloskopu. Dělicí poměr tedy je 1:1000 a tím bylo zabezpečeno, že se nepřekročilo maximální vstupní napětí na osciloskopu i přes to, že se v elektrostatice jedná o několik kV. Průběh napětí na osciloskopu pak je znázorněn na grafu č.1. Průběh napětí na osciloskopu při zvedání ze židle 3,5

Zvedání ze židle - kapacita klesá

Vybití zbylého náboje - kapacita je konstatní

3

2,5

u (kV)

2

1,5

1

0,5

0 0

200

400

600

800

1000

1200

čas (ms)

Graf č. 1: Průběh napětí v časové závislosti na člověku při jeho zvedání ze židle.

117

1400

Graf znázorňuje celý průběh vzniku a zániku elektrostatického potenciálu. Z toho vyplývá, že na vnitřním odporu osciloskopu a sodně byla zmařena veškerá energie vzniklého elektrostatického náboje. Energii lze vyjádřit vztahem (1): W =∫ kde

u (t ) ⋅ dt R 2

(1)

W je energie v J u( t ) je časový průběh napětí ve V R je celkový odpor v Ω t je čas v s

Výsledné průběhy napětí tedy pak byly numericky integrovány obdélníkovou metodou.

Vyhodnocení měření: Pro názornost budou následovat výsledky dvou měření. Při dvou různých relativních vlhkostech vzduchu (dále jen vlhkosti). Při vlhkosti 30% a 40%.

Elektrizování oblečení při vlhkosti 30%

3

2,5

2,13

Energie (mJ)

2

2,13

1- Šusťáky – polyester s bavl. vl. 2 - Rifle – bavlněné 3 - Manšestrové kalhoty- bavlněné 4 - Černý svetr – polyakryl 5 - Flaušová mikina – polyester 6 - Manšestr. kalh. s podvlík. – bavlna 2,22 7 - Podvlíkačky – bavlna

3,00

1,75

1,5

1,00

1,12

1

0,5

0 1

2

3

4

Čísla materiálů

Graf č. 2: Elektrizování oblečení při vlhkosti 30%.

118

5

6

7

Elektrizování oblečení při vlhkosti 40%

3

1- Šusťáky – polyester s bavl. vl. 2 - Rifle – bavlněné 3 - Manšestrové kalhoty- bavlněné 4 - Černý svetr – polyakryl 5 - Flaušová mikina – polyester 6 - Manšestr. kalh. s podvlík. – bavlna 7 - Podvlíkačky – bavlna

2,5

2,02

Energie (mJ)

2

2,46

2,03

1,81

1,5

1,06

1,04 0,91

1

0,5

0 1

2

3

4 Čísla materiálů

5

6

7

Graf č. 3: Elektrizování oblečení při vlhkosti 40%. Nebezpečí iniciace hrozí jestliže: E > MIE kde E energie skutečná v J MIE minimální iniciační energie v J (pro benzín MIE = 0,15 mJ [5]). Z porovnání naměřených energií (viz grafy 4. a 5.) vyplývá, že E je mnohonásobně vyšší, než MIE. Elektrizování oblečení při vlhkosti 30%

Energie (mJ)

3,00 3 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

2,13

2,13 1,75

1- Šusťáky – polyester s bavl. vl. 2 - Rifle – bavlněné 3 - Manšestrové kalhoty- bavlněné 4 - Černý svetr – polyakryl 5 - Flaušová mikina – polyester 6 - Manšestr. kalh. s podvlík. – bavlna 7 - Podvlíkačky – bavlna

2,22

1,12 1,00

0,15 1

0,15 2

Minimální iniciační energie benzínu

0,15 3

0,15 4

0,15 5

0,15 6

0,15 7

Čísla materiálů

Graf č. 4.: Porovnání výsledných energií nábojů s minimální iniciační energií benzinu. Měření bylo prováděno při relativní vlhkosti 30%.

119

Energie (mJ)

Elektrizování oblečení při vlhkosti 40%

2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

2,02 1,81

2,46

1- Šusťáky – polyester s bavl. vl. 2 - Rifle – bavlněné 3 - Manšestrové kalhoty- bavlněné 4 - Černý svetr – polyakryl 5 - Flaušová mikina – polyester 6 - Manšestr. kalh. s podvlík. – bavlna 7 - Podvlíkačky – bavlna

1,06

2,03

1,04

0,91

0,15 1

0,15 2

0,15 3

Minimální iniciační energie benzínu

0,15 4

0,15 5

0,15

0,15

6

7

Čísla materiálů

Graf č. 5.: Porovnání výsledných energií nábojů s minimální iniciační energií benzinu. Měření bylo prováděno při relativní vlhkosti 40%. Jiskry vzniklé z těchto naměřených energií jsou schopné iniciovat hořlavý soubor par benzinu se vzduchem. Potvrzují to praktické měření, uvedená v literatuře [2] (autor inicioval směs par benzinu se vzduchem u hrdla otevřené nádrže jiskrou statické elektřiny; statický náboj byl vytvořen při tření člověka o sedačku z automobilu).

Některé vlivy ovlivňující velikost energie při elektrizování. 1) Vlhkost Se zvětšující se vlhkostí se materiály hůře elektrizují. (viz Tabulka č. 1.) Tabulka č. 1.: Hodnoty energií elektrostatického pole v závislosti na materiálu a relativní vlhkosti vzduchu (podle[1]). Mat. č.: 1 2 3 4 5 6 7

Popis materiálů: Šusťáky – polyester s bavl. vl. Rifle – bavlněné Manšestrové kalhoty- bavlněné Černý svetr – polyakryl Flaušová mikina – polyester Manš. kalh. s podvlík. – bavlna Podvlíkačky – bavlna

Energie* (mJ) Relativní Relativní Relativní vlhkost 30% vlhkost 40% vlhkost 54% 2,13 1,75 2,13 1,00 1,12 2,22 3,00

120

2,02 1,06 1,81 0,91 1,04 2,03 2,46

0,49 0,12 0,13 0,53 0,82 -

Průběh naměřené relativní vlhkosti vzduchu v lednu v 7:00,14:00 a 21:00 hodin 100 90

relativní vlhkost (%)

80 70

Leden 7:00 hod Leden 14:00 hod Leden 21:00 hod

60

50

50%

40

40% 34%

30 20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

dny

Graf č. 6.: Průběh naměřené relativní vlhkost v měsíci lednu v 7:00, ve 14:00 a ve 21:00 hodin. Průběh naměřené relativní vlhkosti vzduchu v dubnu v 7:00,14:00 a 21:00 hodin 100 90

relativní vlhkost (%)

80 70 60 50

50%

40

40%

Duben 7:00 hod Duben 14:00 hod Duben 21:00 hod

34%

30 20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

dny

Graf č. 7.: Průběh naměřené relativní vlhkost v měsíci dubnu v 7:00, ve 14:00 a ve 21:00 hodin.

121

Průměrná relativní vlhkost vzduchu v závisloti na měsících v roce 1998,1999 a 2000 90

rok 1998 rok 1999 rok 2000

80

70

rel.vlhkost (%)

60

50

40

30

20

10

0 Leden

Únor

Březen

Duben

Květen

Červen

Červenec

Srpen

Září

Říjen

Listopad

Prosinec

měsíce

Graf č. 8.: Průběh průměrné relativní vlhkosti vzduchu v průběhu celého roku 1998,1999 a 2000.

Z tabulky č. 1. vyplývá, že jedním z významných vlivům na elektrostatické nabíjení je relativní vlhkost vzduchu. Proto je důležité znát její hodnoty v průběhu roku.Grafy č. 6, 7 a 8 uvádějí hodnoty relativní vlhkosti naměřené v hydrometeorologickém ústavu Ostrava-Poruba. Vlhkost je měřena vždy v 7:00, ve 14:00 a ve 21:00 hodin. Z výsledků měření uvedených v tabulce č.1 vyplývá, že¨za nebezpečnou lze považovat hodnotu relativní vlhkosti pod 50%. V průběhu roku klesne pod padesát procent jen v některých měsících a po určitou část dne. Například v měsíci lednu neklesne pod 50% vůbec (viz graf 6.) zatím co v měsíci dubnu až několikrát a to především kolem čtrnácté hodiny (viz graf 7.). Z celkového grafu průběhu vlhkosti během roku (viz graf č. 8) vychází, že vlhkost klesá pod padesát procent pouze v období od dubna do konce srpna. Z toho lze usoudit, že nebezpečí hrozí jen v krátkých časových intervalech. 2) Použité materiály oblečení Při elektrizování materiálů se vyskytly určité odchylky. Například přiléhavé oblečení, jako jsou podvlíkačky (materiál č.7. viz tab. č.1.) nabíjí lidské tělo na větší energii ve srovnání s několikavrstvým oblečením, jako je např. materiál č. 6. (viz tab. č.1). Přiléhavý materiál pravděpodobně snáze předá vzniklý náboj lidskému tělu a tím i vyšší energii. To svědčí o nebezpečí především u dámských punčochových kalhot, které jsou vhodné na elektrizaci a jsou přilehající k tělu. To také potvrzují praktické pokusy [2]. 3) Vlhkost kůže a rychlost zvedání člověka ze sedačky

122

Pokusy s těmito vlivy uvádí lit [1]. Při zvyšování vlhkost kůže klesá schopnost statického nabíjení. Se zvětšující se rychlostí zvedání člověka ze sedačky roste napětí i velikost náboje. Pro kvantifikaci těchto vlivů bude zapotřebí provést další měření. Závěr Z výše uvedených skutečností vyplývá, že při tankování benzínu hrozí nebezpečí iniciace směsi benzinových par se vzduchem. Literatura 1. ŠIMANDL, L. Iniciační energie potřebná k iniciaci par pohonných hmot. Diplomová práce. Ostrava: VŠB-TU, 2001, 70 s. 2. KALOUZ, S. Nebezpečí výbuchu par benzinu v nádržích automobilů. Diplomová práce. Ostrava: VŠB-TU, 2001. 3. ŠROM, I. Spis o požáru oděvu na řidiči nákl. automobilu LIAZ. Frýdek-Místek: HZS okr. Frýdek-Místek, 1995, č.j. PO-2220/95, evid. č. požáru 3802950406. 4. DAMEC, J. Protivýbuchová prevence. 1 vyd. Ostrava: SPBI VŠB - TU, 1998. 188 s. ISBN 80-86111-21-0 5. PETŘINA, V. Statická elektřina a požární ochrana. 1 vyd. Praha: Svaz požární ochrany ČSSR, sv.58, 1979. 265 s. Summary The accumulated energy of electrostatic on human body reached a value twenty times higher than the minimal ignition energy of gasoline vapours. So it was found out that the danger by fuelling of a possible discharge of static electricity could be very high. However, the mentioned danger could be influenced for example by relative humidity of air etc.

123

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Pavel ŠŤÁVA*, Vladimír SKÝBA** ROZPAD VODNÍCH PAPRSKŮ A VELIKOST KAPEK ROZPRÁŠENÉHO PROUDU BREAKUP OF WATER JETS AND DROPLET SIZES IN THE JET SPRAY Abstrakt Problematika hašení plným proudem je tak stará, jak staré jsou hasící stříkačky. Proud i velikost dostřiku jsou zajímavou veličinou pro hasiče. Poměrně jednoduchý matematický aparát popisuje chování vodního paprsku ve vakuu, kde základní veličinou je výtoková rychlost z proudnice a elevační úhel. V posledních letech bylo věnováno dosti velké úsilí rozpadu plných paprsků. Analogicky s tím byly vyhodnocovány trysky na rozstřikovaný proud a sledován mechanismus vzniku vodních kapek. V této práci je snaha zhodnotit a shrnout výsledky dosažené při výzkumu rozpadu plného vodního paprsku a prezentovat nové trendy v stanovení velikosti kapky. Abstract Problematic of fire quenching with full water jet is as old as fire-engine. Jet as well as reaching distance of the jet are interesting quantification for fire fighters. Relatively simple math apparatus describes water jet behavior in vacuum, where basic parameters are jet velocity in the nozzle tip and elevation angle. Quite big afford was put to investigation of full jet breakup in the recent years. Spraying nozzles were evaluated and droplets creation mechanism was investigated similar way. Key words: water jet, breakup, droplet diameter, distribution, elevation angle

Rozpad vodních paprsků a velikosti kapek rozprášeného proudu Úvod: V řadě úvah o hašení, jehož mechanismem je odvod tepla z hořící látky vystupuje plocha, na níž dochází k odvodu tepla. Je to obvykle plocha kapalného hasiva. Je snaha, aby byla co největší a proto úvahy vedou na rozprašování hasiva – t.j. hašení roztříštěným proudem popř. vodní mlhou. Kompaktní paprsek je roztříštěn na kapky. Při úvahách o roztříštěném proudu vystupuje intuitivně velikost kapek rozprášeného hasiva. Jedná se však o složitý problém a hodnoty o velikosti kapek, pokud jsou udávány je třeba brát s rezervou. * prof. Ing., CSc., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, e-mail: [email protected] ** Dr. Ing., VŠB – Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení, e-mail: Vladimí[email protected]

125

U kompaktních paprsků způsobuje okolní ovzduší rozpad kompaktního proudu, což snižuje dostřik proudu. Rovněž zde při analýze se zjistí, že jde o nejednoduchý avšak zákonitý jev. Nelze tudíž rozpad proudu potlačit úpravou proudnic. V příspěvku se uvádí podstata jevu a parametry délky kompaktních (nerozpadlých) paprsků a úvahy o stanovení velikosti vodních kapiček. Trajektorie, která vzniká je tímto ovlivněna a má v porovnání s parabolou tvar dle obr.1. y

v0 α x Obr. 1 Trajektorie a balistická křivka Balistickou křivku ovlivňuje řada fyzikálních faktorů (teplota, vítr apod). Při tom výpočty jsou náročnější než u parabolické teorie. Klasická teorie uvádí pouze srovnání obálek balistických čar a trajektorií ve vakuu, kde se balistická čára určuje z empirických formulí

HS =

Ht 1 +ψ ⋅ Ht

a kde platí pro poměry na ose

Ht 1 = xt 2

Hs = 1,4 xs

1 HS Ht

2

xS xt Obr.2 Srovnání obálky trajektorií ve vakuu 1 a obálky balistických čar 2

126

Obě teoretické úvahy však nerespektují jeden závazný fyzikální jev. Jestliže se vstřikuje paprsek o rychlosti vt do media o určité rychlosti, pak hranice mezi nimi není stabilní. Pokud se ještě obě media liší hustotou, je nestabilita ještě výraznější. Jde o KelvinHelmholzovu nestabilitu, která způsobuje zvlnění plochy oddělující obě media.

Obr.3 Helmholz – Kelvinova nestabilita My tento jev známe např. jako zvlnění hladiny vodní plochy vlivem větru. Z předchozího obrázku je možno tušit velkou citlivost tohoto jevu na počáteční parametry. Vlny se zvětšují a nakonec se oddělují kapky těžší kapaliny. U vodního paprsku pak dochází k jeho postupnému rozpadu. Z toho vyplývá, že z trysky může vystoupit kompaktní paprsek. Po jisté délce se paprsek začíná na povrchu vlnit a dále se začínají z povrchu od jádra paprsku oddělovat jednotlivé kapičky. Nakonec je paprsek souborem letících kapek. Kompaktní vodní paprsek a jeho rozpad Úloha o vodním paprsku ve vakuu je analogická středoškolské úloze z mechaniky o šikmém vrhu ve vakuu. Neuvažuje se odpor vzduchu a výsledkem je elegantní řešení o parabolické trajektorii, analyticky lze řešit úvahu o maximu dostřiku, obalové křivce, trajektorii apod. [1,2]. V této literatuře je pak možno najít i řešení o obalových křivkách balistických čar a obalové křivce kompaktních části paprsku [1]. Tyto teorie jsou zatíženy empirismem a nezabývají se fyzikální podstatou jevu. Pohyb vodního paprsku v ovzduší je ovlivněn vzduchem, do něhož vstupuje pohybující se voda. Třením o vzduch se povrch paprsku brzdí, takže téměř odtokový rychlostní profil přechází na rychlostní profil odpovídající postupné výměně hybností mezi okolním vzduchem a kapalinou.

vzduch

vodní proud

Obr.4 Rychlostní profily

127

Rozpad vodního paprsku Vodní paprsky, které vystupují z vhodně tvarované trysky mají téměř obdélníkový rychlostní profil. Zde se cele přeměňuje tlaková energie před přiváděné kapaliny pT na kinetickou energii proudu. Pro ideální kapalinu platí: 2 PT U=

ρ a při vhodně tvarované trysce jsou ztráty, které lze vyjádřit součinitelem minimální ( 1). Pokud by vodní paprsek vstupoval do vakua, zachoval by si válcovou podobu po celé trajektorii. V ovzduší je situace jiná. Jednak paprsek vlivem viskozity okolního ovzduší je bržděn, rychlostní profil se přetváří z obdélníku až na Gaussovou křivku, která se pak bržděním deformuje. To je situace pro stejná media, jak okolní tak proudící. Pokud jde o media s různou měrnou hmotností lze dokázat, že hraniční plocha není stabilní, přičemž nestabilita se projevuje zvlněním této plochy s rostoucí tendencí. Zvlnění tudíž přechází v separací kapek z povrchu a tudíž k rozpadu paprsku na jednotlivé kapky. Délka kompaktního paprsku od ústí trysky do konce kompaktního paprsku pak závisí od řady fyzikálních parametrů. Vezmou-li se za základ poměry v ústí trysky, tj. rychlost u potenciálního jádra, průměr D u kruhového paprsku a dh u tenkého plochého paprsku (dh= 4S/o, kde S je plocha průřezu paprsku a o jeho obvod) lze definovat Reynoldsovo číslo:

Re =

DU

υ

které sleduje vliv vazkých a setrvačných sil. Číslo Weberovo je důležité u vodních paprsků s ohledem na velikost kapek. Weberovo číslo

U R2 vůči sjednocující síle povrchového napětí je hodnota destrukční aerodynamické síly ρ A 2

σ

D Podmínka rozpadu je tedy

π 2 U 2R D ρA = πDσ 4 2 kde CD je odporový součinitel kapky úpravami se dostane CD

tedy

8 ⎛ U 2D ⎞ ⎜ ρA ⎟ = σ ⎠ krit C D ⎝ 8 We kr = CD

a pro nízkovizkozní kapaliny je

We kr = 12

128

Z toho plyne maximální velikost kapky

D max =

12σ

ρ A U R2

Pro uvažování vlivu viskozity kapaliny Hinze zavedl Ohvesorgovo číslo

Oh = We0, 5 Re −1 Tyto úvahy jsou provedeny pro časově středované rychlosti. Pro rychlostní pole s fluktuací rychlostí, lze definovat

WeCr = ρ A u 2

Dmax

σ

Rozpad paprsků a vrstvičky (sheet) Paprsek vlivem již uvedené nestability se vlní, což vede nakonec k jeho rozrušení. Obecně jsou známy 4 typy rozpadu a) Rayleighův paprsek je laminární a kruhový. Zde vlnové rozruchy mají vlnovou délku λ ~ 4,51, kde DT je počáteční průměr Po rozpadu přejde váleček o délce 4,51DT na kapku v průměru DK

4,1DK ⋅

π

D=

4 což je DK = 1,89 DT

π

6

DK3

Weber toto doplnil o vliv viskozity kapaliny a dostal

λopt = 4,44 DT (1 + 3Oh)

3

b) S rostoucí rychlostí paprsku sice původní mechanismus zůstává, avšak interakce mezi paprskem a okolím zmenšuje optimální vlnovou délku, což značí, že se kapky zmenšují. Je tedy DK~ DT. c) S dalším zvyšováním rychlosti paprsku jsou kapičky prezentovány nestabilním růstem povrchových vlnek vlivem interakce mezi kapalinou a vzdušinou. Tyto vlny se oddalují od plochy ve tvaru podlouhlých částic (ligament), které se rozpadají na kapky DK < DT d) u velmi rychlých paprsků pak dochází k atomizaci DK<
(

)(

1 + 0.45Z 0.5 1 + 0.4T 0.7 λ = 9.02 0.6 r 1 + 0.87 W21.67 pro ( r = )

(

)

)

ρ1 r 3 0.34 + 0.38W21.5 = σ 0.5 (1 + Z)(1 + 1.4T )0.6 index 1-voda, 2-vzduch Bezrozměrné parametry jsou dále definovány jako We10.5 Z= Re1 Ω

129

T = Z ⋅ We 02.5 ρ1 U 2r σ ρ U2 We 2 = 2 r σ U⋅r Re1 = υ U ω L = U ⋅ τ = ln Ω η0 U Railegha ⎛ r ⎞ ln⎜⎜ ⎟⎟ = 12 ⎝ η0 ⎠ We1 =

r – poloměr oblasti

⎛ρ ⎞ L = B⎜⎜ 1 ⎟⎟ a ⎝ ρ2 ⎠

Režimy rozpadu vodního paprsku Režimy jsou pojmenovány podle dominantních sil působících na rozpad 1, Raileighův – kapilární síly dK ~dT 2, 1-režim indukovaný od větru dK ~dT řádově 1.2+3.41< Weg < 13 3, 2-režim indukovaný od větru dK

13 13<Weg<0.3 4, atomizace dK << Weg>40.3

Roztříštěný proud - velikost kapky U roztříštěného proudu či u trysek pro roztříštěný proud, zajímá hasiče velikost kapky. Existují i technické předpisy, které povinně vyžadují stanovit velikost kapky v roztříštěném proudu. K čemu je mimo jakéhosi hodnotícího faktoru zařízení potřebná velikost kapičky roztříštěného proudu je druhá věc. Zaměříme se nyní jak definovat a jak zjistit velikost kapky v roztříštěném proudu. Je známo, že roztříštěný proud se získá třemi základními způsoby: a) nárazem na překážku b) interakce proudů c) odstředivým principem První a třetí jsou velmi využívané a je zajímavé, že varianta c poskytne i exaktní řešení pro charakteristiku trysky. Jakýkoliv výpustný orgán v němž je turbulentní proudění, představuje nelineární hydraulický odpor, pro nějž platí

∆p = pT − po = Rn Q 2 což vede na vztah

130

1 pT = K PT Rn K-faktor je ovšem odvozen ze vztahu pro výtok z otvoru v nádobě pT − p 0 Q = µ ⋅ S T 2 gh ≈ µ ⋅ S T 2 g = K PT Q=

ρ Pro odstředivý princip je možno z geometrických rozměrů určit výtokový součinitel , tedy i K faktor. Podmínkou je ovšem znalost závislosti na geometrickém parametru A. µ ϕ α

A Obr.6 Závislost součinitelů µ, ϕ, α na geometrickém parametru A

Odstředivý princip – rozprašovací schopnost trysky daná střední velikosti kapek Rozprašovací schopnost trysky se udává empirickými závislostmi. Vyhodnocením četných experimentů se udává střední velikost kapky rozprášeného proudu kapaliny ve tvaru mocninné funkce ds 0 , 35 = 1415 ⋅ Lp −0.463 We ⋅ M −1 ∂0 kde parametr δ0 je udáván jako tloušťka vrstvy vody ve výstupním otvoru ∂ 0 = rT − rVZ

(

)

ρK ⋅ δ0 ⋅ σK ρ ρ VZ ⋅ ∂ 0 ⋅ w 2 a M = VZ a a Laplaceovo číslo L p = , Weberovo číslo We = 2 ∂K ρK ηK rychlost kapaliny je w = u 2 + v 2 , ρK je měrná hmotnost, ηK je dynamická viskozita, σK je povrchové napětí kapaliny a ρVZ je měrná hmotnost vzdušiny, do níž je proud kapaliny rozprašován. Dle teorie Abramoviče se v ústí trysky vytvoří právě takový vír, při němž je hodnota průtokového součinitele největší, tedy δµ/δϕ = 0, z čehož platí A=

(1 − ϕ )

2

ϕ ϕ

A ∈ 0, ∞ )

a následně dosazením

131

µ=

ϕ3 2 −ϕ

µ ∈ 0,1

Úhel rozšíření paprsku (kužele) je α u tg = 2 v kde střední hodnota složek rychlosti je definována na středním poloměru vztahy r +r r (1 + S ) r = T VZ = rT S = VZ 2 2 rT u=

P 2µ ⋅ A 2 T ρ 1+ S

a

v = 1−

4µ 2 ⋅ A 2

(1 + S )

2

2

PT

ρ

pak úhel kužele je po dosazení α 2µ ⋅ A tg = 2 (1 + S )2 − 4µ 2 ⋅ A 2 V důsledku mechanismu rozpadu proudu, zformované kapky nemají jednotný průměr. Rozložení průměru ve spreji může být popsáno celou řadou rozdělovacích funkcí. Empiricky se potvrzuje, že dostatečně přesným je Rosin-Rammlerovo rozdělení, původně vytvořeno pro popis rozdělení průměrů prachových částic. V mnoha případech je potřeba nahradit distribuční funkci popisující velikosti kapek jedním, ekvivalentním průměrem. Proto se zavádí Sauterův střední průměr kapky, SMD Sauter Mean Diameter. Jedná se o takový průměr, při kterém je poměr objemu kapky k její ploše roven poměru objemu kapaliny k její ploše v celém spreji. Pro jednoduchou trysku bez zavíření je udáván pro SMD následující vztah (Elkobt): SMD = 3.08 ⋅ v L0.385 ⋅ (σ ⋅ ρ ) 0.737 ⋅ ρ A0.06 ⋅ ∆PL−0.54 Pro tlakové trysky se zavířením bylo různými autory dosaženo následujících výsledků: Po celé uplynulé půlstoletí byla používána následující korelace: SMD = const ⋅ σ a ⋅ µ Lb ⋅ m Lc ⋅ ∆PL− d Radcliffe uvádí: SMD = 7.3 ⋅ σ 0.6 ⋅ µ L0.2 ⋅ ρ L−0.2 ⋅ m L0.25 ⋅ ∆PL−0.4 Jasuja ve své práci dospěl ke vztahu: SMD = 4.4 ⋅ σ 0.6 ⋅ µ 0.16 ⋅ ρ L−0.16 ⋅ m L0.22 ⋅ ∆PL−0.43

132

Rovnice Radcliffe a Jasuja byly získány při malých změnách povrchových napětí, při poměrně značných rozdílech ve viskozitě. Dalším obdobným typem rovnic je následující výraz: SMD = 2.25 ⋅ σ 0.25 ⋅ µ L0.25 ⋅ ρ L−0.2 ⋅ m L0.25 ⋅ ∆PL−0.5 ⋅ ρ A0.25 Lefebvre přišel s následujícím vztahem. SMD = 4.52 ⋅ (σ ⋅ µ L0.2 / ρ A ⋅ ∆PL2 ) 0.25 ⋅ (t ⋅ cos Φ ) 0.25 + 0.39 ⋅ (σ ⋅ ρ L / ρ A ⋅ ∆PL ) 0.25 ⋅ (t ⋅ cos Φ ) 0.75 Značení proměnných: CD ... odporový součinitel kapky D ... průměr Q ... průtok H ... výška U ... rychlost SMD … Sauterův střední průměr σ … povrchové napětí µ … dynamická viskozita γ ... kinematická viskozita m … hmotový průtok ρ … hustota Θ … 1/2 vrcholového úhlu proudu vystupujícího z trysky t … tloušťka filmu odtržené kapaliny od hlavního proudu (ligament) na výstupu z trysky ∆P … tlaková diference λ ... vlnová délka Dolní indexy: L … kapalina (liquid) A … vzduch (Air) Jednotky proměnných, není li uvedeno jinak, jsou v SI. Literatura 1. Šťáva, P. Zásobování hasivy: Skripta VŠB. Ostrava: Vysoká škola báňská 1996 2. Hoyt J.W; Taylor J.J. Waves on water jets: Fluid Mechanics vol.83, part 1, pp.119-127: 1977 3. Lin S.P. ; Reitz R.D. Drop and spray formation from a liquid jet: Annual Rew. Fluid Mechanics, pp. 85-105: 1998 4. Lefebrre A.H.: Gas turbine combustion 5. Podklad fy Dantec Summary Problematic of fire quenching with full water jet is as old as fire-engine. Jet as well as reaching distance of the jet are interesting quantification for fire fighters. Relatively simple math apparatus describes water jet behavior in vacuum, where basic parameters are jet

133

velocity in the nozzle tip and elevation angle. Hydraulics specialist has common language with expert on ballistics here. One can learn, that jet trajectory is parabola, that maximum reaching distance of jet is achieved with nozzle elevation angle 45O and that is also possible to define cover curve (curve covering trajectories for all elevation angels). These problematic is described, apart from high school textbooks, in specialized literature. There are less information available on jet behavior in air, at least information describing trajectory in some simple form. It is usually believed, that ballistic curve is not expressible by usual approaches. It is only possible to get some approximation cover curve of trajectories and length of compact jets. Rather big afford was put to investigation of full jet breakup. Jet breakup regimes are discussed and results achieved by different researchers presented. Also spraying nozzles were evaluated and droplets creation mechanism investigated. Droplet diameters are not uniform within spray. Droplets with size in certain range form certain portion of the jet. Distribution of drop diameters is usually described by Rosin-Rammlerovo distribution function. Sauter Mean Diameter (SMD) is defined to describe average drop diameter in spray. Equations for SMD calculation for various nozzle types from various authors are presented as well. Aim of this work is to evaluate and summarized results achieved during jet breakup research and present new trends in finding droplet sizes.

134

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství Ivana TUREKOVÁ* ŠTÚDIUM TERMICKEJ STABILITY PVC KÁBLA METÓDAMI TERMICKEJ ANALÝZY STUDY OF THERMAL STABILITY OF PVC CABLE Abstrakt Polyméry patria k najrozšírenejším organickým horľavým látkam. S ich využitím sú spojené takmer všetky oblasti ľudskej činnosti, preto štúdium ich vlastností, vrátane ich teplotnej degradácie, je dôležitým predmetom výskumu. K tomu slúžia mnohé metódy ako termogravimetria (TG) a diferenčná snímacia kalorimetria (DSC). Tieto termoanalytické metódy boli použité na štúdium termickej stability komerčného PVC kábla. Abstract The polymers are the most extensive organic combustible materials. There are connected all areas of human activity with them used, so the study of their properties is the important point of research, including the thermal degradation, too. With their are used many testing methods so Thermogravimetrics (TG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). These methods were applied to study of thermal stability of commercial PVC cable. Key words: PVC cable, thermal analysis, thermal degradation, combustion Úvod Pri aplikácii polymérov v praxi je ich horľavosť závažným problémom. Ani jeden druh plastu nemožno považovať za nehorľavý. Väčšina polymérnych materiálov je vysoko horľavá. Pri pyrolýze a horení polymérnych materiálov vzniká pestrá zmes plynných, kvapalných, polotuhých (dechtovitých) a tuhých (sadzových a uhlíkatých) produktov, ktoré majú negatívny dopad na životné prostredie a tiež na pracovné prostredie hasičov. Vzhľadom k tomu, že polymérne materiály sú aplikované prakticky vo všetkých oblastiach života, dochádza k ich horeniu pri každom väčšom požiari, pri horení tuhých odpadov na skládkach a taktiež pri tzv. účelovom spaľovaní odpadov z priemyslových výrob a technologických procesov. Požiare polymérnych materiálov sa vyznačujú veľmi rýchlym priebehom. Pri horení vzniká množstvo toxických nízkomolekulových produktov ako napr. oxid uhoľnatý, kyanovodík, rôzne deriváty uhľovodíkov, aldehydy a iné. Niektoré produkty majú okrem toxických účinkov aj dráždivé účinky (chlorovodík, amoniak) alebo silno korozívne účinky (oxidy síry, kyselina chlorovodíková). * Ing., Ph.D., Katedra environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva, Materiálovotechnologická fakulta STU, Paulínská 16, 917 24 Trnava

135

Polyvinylchlorid je jeden z najznámejších a najpoužívanejších plastických hmôt. Má širokú oblasť aplikácií, je lacný a odolný vode, pričom sa môže vyrobiť vo variante ako pevný, alebo flexibilný. Vyrába sa v dvoch základných typoch: ¾ tvrdený PVC (konštrukčný materiál , trubky, automobilové časti, štíty a znaky), ¾ mäkčený PVC (obaly drôtov a káblov, nízkotlakové hadice pre domácnosť, obaly potravín, imitácie kože, čalúnenia, ozdoby, príruby, dosky, obrazy a tesnenia).

Horľavosť polymérov a tvorba uhlíkatého zvyšku Horenie polymérov je veľmi zložitý proces závisiaci od štruktúry a niektorých fyzikálnych vlastností polymérov. Vysoká horľavosť sa prejavuje najmä u polymérov, ktoré teplom depolymerizujú na horľavý monomér alebo sa rozkladajú na horľavé splodiny (tab.1). Prítomnosť nehorľavých prvkov v makromolekule plastov (napr. Cl, Al, Si, P) znižuje ich horľavosť, ktorá klesá zvýšovaním množstva týchto prvkov v reťazci makromolekuly (napr. chlórovaný polyvinylchlorid, chlórovaný polyetylén). Tab.1 Požiarnotechnické charakteristiky niektorých plastov a produkty ich horenia Kyslíkové Teplota Rýchlosť číslo Produkty Produkty vznietenia Polymér horenia pyrolýzy horenia (LOI [cm.min-1] [°C] [obj. % O2] Polyakrýláty akrylové monéry CO, CO2 338 16,2 2,5 CO, CO2, Polyamid 66 amíny, CO, CO2 424 28,7 samozhášavý NH3 HCl, aromatické Polyvinylchlorid CO, CO2 454 47 samozhášavý uhľovodíky styrén, diméry, Polystyrén CO, CO2 360 18,3 2,5 – 3,7 triméry Množstvo uhlíkatého zvyšku a množstvo nehorľavých plynov, ktoré sa v priebehu tepelnej degradácie tvoria, sú veľmi dôležitými kvantitatívnymi ukazovateľmi pri študovaní odolnosti voči horeniu. Predpokladané množstvo uhlíkatého zvyšku možno zistiť zo štruktúry zlúčeniny a z prítomnosti funkčných skupín. Množstvo uhlíkatého zvyšku vznikajúceho pri pyrolýze v závislosti od zloženia polyméru je možné popísaťnasledujúcim vzťahom: 12 ∑ (CFT)i CR = 100 M kde: CR - predstavuje uhlíkový zvyšok v hmotnostných % vzniknutý pyrolýzou pri 850 °C, M je molekulová hmotnosť štrukturálnej jednotky polyméru, CFT vyjadruje ekvivalentnú časť uhlíka vo zvyšku, pripadajúcu na štrukturálnu jednotku polyméru, t.j. množstvo uhlíka vzniknutého zo štrukturálnej jednotky delené 12.

136

Bol zistený aj kvantitatívny vzťah medzi horľavosťou polyméru, vyjadrenou kyslíkovým číslom, a hmotnostným zlomkom uhlíkatého zvyšku po pyrolýze ako lineárna závislosť v tvare: LOI = 17,5 + 0,4 CR kde LOI je kyslíkové číslo (obj. % kyslíka). Vyhodnotenie týchto závislostí vedie k nasledovnému záveru: ¾ odolnosť voči horeniu sa zväčšuje so znižujúcim sa obsahom vodíka. Pritom je rozhodujúci atómový pomer k uhlíku (H/C), ¾ odolnosť voči horeniu rastie s množstvom uhlíkového zvyšku pri pyrolýze. Výnimkou sú iba polyméry s obsahom halogénov. Napr. PVC, ktorý má pomerne vysokú hodnotu kyslíkového čísla, horí až po pyrolýze (200 –250 °C), pretože sa pri nej zbaví všetkého HCl, ktorý má retardačné účinky.

Vysokoteplotná degradácia PVC Tuhý PVC horí len v priamom plameni, po oddialení zdroja zapálenia zháša v dôsledk prítomného chlorovodíka. Ťažko sa zapaľuje bežnými zdrojmi vznietenia ako sú plameň zápalky, mechanická iskra, horiaca cigareta a pod. Niektoré požiarnotechnické vlastnosti PVC sú uvedené v tab.2. Tab.2 Požiarnotechnické vlastnosti PVC Charakteristika Mäkký PVC

Tvrdý PVC

Skúšobná metóda

Teplota vznietenia

340-360 °C

450-465 °C

STN 64 0149

Teplota vzplanutia

240-300 °C

390-405 °C

STN 64 0149

25,2 MJ.kg-1

21,4 MJ.kg-1

STN ISO 1928

Výhrevnosť

PVC už pri nízkych teplotách podlieha degradácii (cca 100 °C) a uvoľňuje chlorovodík, pričom vznikajú polyénové štruktúry, ktoré zafarbujú polymér. Skutočnosť, že pri teplotách 100 až 300 °C sa uvoľňuje z PVC takmer teoretické množstvo chlorovodíka (HCl), má aj dopad na spracovateľské technológie. Z čistého PVC sa HCl začína uvoľňovať pri teplotách okolo 100 °C a zo stabilizovaného až pri teplotách okolo 200 °C. Rýchlosť tvorby HCl sa zvyšuje s teplotou a začína byť vysoká pri teplotách 230 °C. Pri teplote 300°C dochádza k rýchlej dehydrochlorácií PVC, pričom sa môže odštiepiť všetok chlorovodík. Pri teplotách 250 – 400 °C prebieha súčasne štiepenie uhlíkových väzieb a aromatizácia. Pri teplotách nad 400 °C sa vytvárajú vo väčšej miere uhlíkové zvyšky. Dehydrochlorácia je prevládajúcou degradačnou reakciou a prebieha už pri pomerne nízkych teplotách spracovania PVC (nad 100 °C). Do teploty 200 – 220 °C je HCl prakticky jediným prchavým produktom. Aktiváciou atómu chlóru sa uvoľní molekula HCl a vznikne dvojitá väzba, ktorá aktivizuje elimináciu ďalšej molekuly HCl. Výsledkom reťazovej reakcie je systém konjugovaných dvojitých väzieb v degradovanom PVC – [-CH = CH-]–.

137

Dôležitým zdrojom tepelnej nestálosti PVC sú vnútorné nenasýtené štruktúry v reťazci. Príčiny ich vzniku nie sú však zatiaľ celkom jasné. Predstavy o štruktúrnych nepravidelnostiach, spôsobujúcich iniciáciu dehydrochlorácie, sa sústreďujú na kyslíkaté funkčné skupiny v polymérnom reťazci. Oxidačné produkty môžu vznikať počas polymerizácie, skladovania a spracúvania za prístupu vzduchu.

Experimentálna časť Použité materiály Na experimentálne práce bol použitý celoplastový elektrický PVC kábel AYKY 4 x 16. Pozostáva z troch druhov izolácií, ktoré boli mechanicky oddelené a stabilizované po dobu 48 hodín v exikátori pri laboratórnej teplote. Cieľom meraní bolo zistiť správanie sa jednotlivých typov PVC izolácií v procese vysokoteplotnej degradácie.

Použité testovacie metódy K testovaniu jednotlivých častí izolácií kábla bola použitá termoanalytická technika TG a DSC.

Termogravimetria (TG) Termogravimetria je najdôležitejšia termoanalytická metóda, ktorá sa používa pri štúdiu priebehu termolýzy polymérov. Ide o metódu, pri ktorej sa sledujú zmeny hmotnosti zahrievanej vzorky a umožňuje stanoviť termickú stabilitu, ale aj obsah niektorých prísad v polymérnych kompozíciách. Môžeme tiež zistiť vplyv prísad na stabilitu základného polyméru. Väčšina moderných termováh je opatrená derivačným zariadením. TG-DTG merania poskytujú informácie o tvorbe paliva v plynnej fáze, t.j. o teplote, pri ktorej dochádza k prevodu materiálu z kondenzovanej fázy do plynnej, ktorá súvisí so schopnosťou polymérov horieť najmä plameňovým spôsobom a o tvorbe uhlíkových zvyškov, ich rezistencii za definovaných podmienok. Pri meraní bol použitý prístroj fy Mettler, a to modul pre termogravimetrickú analýzu TG. K termogravimetrickej analýze boli použité skúšobné vzorky PVC o hmotnosti cca 10 mg a rýchlosť ohrevu bola 10 oC.min-1. Termogravimetrická analýza bola vykonaná do teploty 800 0C a na základe výsledkov merania v dynamickej atmosfére vzduchu boli stanovené jednotlivé stupne rozkladu a zodpovedajúce rezistentné zvyšky analyzovanej skúšobnej vzorky PVC.

138

Difenčná snímacia kalorimetria (DSC) Pomocou diferenčnej snímacej kalorimetrie (prístroj Mettler, rýchlosť ohrevu 0 10 C.min-1) sa stanovili reakčné teplá termickej degradácie skúšobnej vzorky PVC v teplotnom intervale 25 – 600 0C v dynamickej atmosfére vzduchu. Vo zvolenom teplotnom intervale boli stanovené reakčné teplá entalpických zmien. Maximálna rýchlosť tvorby tepla bola charakterizovaná teplotou maxima exotermického píku na termoanalytickej krivke.

Výsledky neizotermických termogravimetrických meraní Závislosť zmeny hmotnosti od rastúcej teploty mala pri dynamickej termogravimetrickej analýze sigmoidný tvar. Zmena hmotnosti bola zo začiatku pomalá, potom veľmi rýchla v úzkom rozpätí teplôt a nakoniec konštantná, keď sa celá vzorka rozložila. Výsledky termického rozkladu jednotlivých častí izolácie sú uvedené v tab. 3, 4 a 5. Tab.3 Teplotná charakterizácia jednotlivých medzistupňov rozkladu PVC kábla (vrchnej časti izolácie) pomocou termoanalytickej krivky TG Medzistupne rozkladu rozkladu I. stupeň II. stupeň III. stupeň IV. stupeň

Teplotný interval

Úbytok hmotnosti

[0C ] 188,4 – 384,2 384,2 – 500,5 500,5 – 578,6 578,6 – 738,8

[% ]

Teplota pri maximálnej rýchlosti úbytku [0C ]

48,65 10,17 8,12 11,40

301,7 448,3 523,8 688,3

Termický rozklad vrchnej izolácie PVC kábla mal stupňovitý charakter a počiatočná teplota degradácie v atmosfére vzduchu sa začínala pri teplote 188,4 0C. Maximálna rýchlosť degradácie bola zaznamenaná pri teplote 301,7 0C v teplotnom intervale 188,4 -384,2 0C pre celý teplotný rozsah. Možno konštatovať, že vrchná izolácia elektrického PVC kábla je tepelne stabilná do 188 0C a má sklon vytvárať uhlíkový zvyšok, čoho dôkazom je rezistentný zvyšok 21,6 % hmot. pri teplote 738,8 0C. Ďalším zahrievaním vzorky do 800 0C nedošlo k výraznejšiemu úbytku hmotnosti na skúšobnej vzorke. Tab.4 Teplotná charakterizácia jednotlivých medzistupňov rozkladu PVC kábla (vnútornej výplňovej časti) pomocou termoanalytickej krivky TG Medzistupne rozkladu I. stupeň II. stupeň III. stupeň

Teplotný interval

Úbytok hmotnosti

[0C] 169,2 – 359,5 359,5 – 523,8 523,8 – 800,0

[%] 09,87 15,84 30.06

139

Teplota pri maximálnej rýchlosti úbytku [0C] 271,7 471,7 768,3

Vnútorná výplňová časť elektrického PVC kábla bola tepelne stabilná do 169 0C a pri teplote 523,8 0C mala vysoký obsah uhlíkového zvyšku (73,89 % hmot.). Ďalším zahrievaním vzorky do 800 0C došlo k výraznejšiemu úbytku hmotnosti na skúšobnej vzorke a rezistentný zvyšok pri teplote 768,3 0C bol 43,83 % hmot. Tab.5 Teplotná charakterizácia jednotlivých medzistupňov rozkladu PVC kábla (plastovej izolácie kovových žíl) pomocou termoanalytickej krivky TG Medzistupne rozkladu

Teplotný interval [0C]

Úbytok hmotnosti [%]

196,6 – 382,3 382,3 – 493,7 493,7 – 563,5 563,5 – 757,9

48,46 09,70 06,39 14,47

I. stupeň II. stupeň III. stupeň IV. stupeň

Teplota pri maximálnej rýchlosti úbytku [0C] 301,7 448,3 515,6 695,0

Termický rozklad plastovej izolácie kovových žíl PVC kábla prebiehal v štyroch stupňoch. Počiatočná teplota degradácie v atmosfére vzduchu sa začínala pri teplote 196,6 0C. Maximálna rýchlosť degradácie bola zaznamenaná pri teplote 301,7 0C. Možno konštatovať, že vrchná izolácia elektrického PVC kábla je tepelne stabilná do 196 0C a má sklon vytvárať veľké množstvo uhlíkového zvyšku, čoho dôkazom je rezistentný zvyšok 20,23 % hmot. pri teplote 757,9 0C. Ďalším zahrievaním vzorky do 800 0C nedošlo k výraznejšiemu úbytku hmotnosti na skúšobnej vzorke.

Výsledky meraní zmien reakčných entalpií metódou DSC Metódou DSC boli zmerané zmeny v reakčných entalpiách palivotvorného a teplogeneračného procesu pri tepelnom rozklade plastových izolácií elektrického PVC kábla (tab. 6). Tab. 6

Závislosť priebehu zmien reakčnej entalpie pre jednotlivé časti PVC izolácie elektrického kábla AYKY stanovenej pomocou termoanalytickej metódy DSC

Izolácia PVC kábla Vonkajšia izolácia Vnútorná výplňová časť Izolácia kovových žíl

Teplotný interval [ 0C] 307,0 – 590,4 414,5 – 529,2 301,8 – 599,8

Zmena reakčnej entalpie [ J.g-1] 3 774,4 904,4 2 989,0

Exotermické entalpické zmeny degradácie vrchnej časti plastovej izolácie elektrického kábla AYKY v atmosfére vzduchu začínali prevažovať pri teplote 307,0 0C. V teplotnom intervale 307 0C až 600 0C boli tri píky spôsobené zmenami reakčných entalpií v exotermickej oblasti. Prvé dva píky zodpovedajú procesu horenia čiastočne degradovaného PVC a posledný pík zodpovedá oxidácii uhlíkového zvyšku PVC v atmosfére vzduchu. Maximum píku bol zaznamenaný pri teplote 523,5 0C, čo zodpovedá najväčšej rýchlosti tvorby tepla pri termickej

140

degradácii skúšobnej vzorky. Celková zmena reakčnej entalpie bola 3774,4 J.g-1 v teplotnom intervale 307,0 0C až 590,4 0C. Podobný priebeh termoanalytickej krivky bol zaznamenaný pre vnútornú výplňovú časť PVC izolácie s tým rozdielom, že teplogeneračný proces sa zúžil do intervalu teplôt 414,5 0C až 529,2 0C. Celkové množstvo tepla generovaného v priebehu tepelného rozkladu skúmanej vzorky bolo 904,4 J.g-1, čo je štyrikrát menej ako pre vrchnú časť izolácie. Pík s exotermickým maximom bol zaznamenaný pri teplote 506,2 0C. PVC materiál použitý na izoláciu kovových žilových častí kábla mal podobnú charakteristiku z hľadiska teplogeneračného procesu ako vrchná časť plastovej izolácie. Pre túto časť izolácie boli taktiež zaznamenané v teplotnom intervale 301,8 0C až 599,8 0C tri exotermické píky a celkové množstvo tepla generovaného v priebehu tepelného rozkladu bolo 2989,0 J.g-1. Pík s exotermickým maximom bol zaznamenaný pri teplote 522,7 0C. Záver V rámci experimentálneho štúdia termickej degradácie PVC z elektrického kábla bola použitá termoanalytická technika a to v prevedení termogravimetrie a diferenčnej snímacej kalorimetrie. Na základe analýzy vykonaných experimentálnych prác na skúšobných vzorkách PVC (vonkajšia izolácia, vnútorná výplňová časť a izolácia kovových žíl) je možné konštatovať, že najhorľavejšia časť je vonkajšia izolácia a najmenej horľavá je vnútorná výplňová časť elektrického kábla. Táto časť kábla bola stabilná do 169 0C s vysokým obsahom uhlíkatého zvyšku (73,89 % hmot.) pri teplote 523,8 0C. Literatura 1. HRIVŇÁK, I. Úžitkové vlastnosti a voľba materiálu. Bratislava: STU, 1999. ISBN 80-227-1162-4. 2. ŠEVĚČEK, P. Nauka o materiálu. Návody ke cvičením. Ostrava: 1986. 3. BALOG, K., KOŠÍK, S. Využitie termickej analýzy tepelnej degradácie niektorých kábelárskych zmesí..In Spravodajca 5, HZPO, 1989, s 14 – 21. 4. MLEZIVA, J. Polymery – výroba, struktura, vlastnosti, použití. Praha: 1992. 5. BALOG, K., ZAPLETALOVÁ-BARTLOVÁ, I. Toxické a environmentálne nebezpečenstvo požiarov na báze PVC. In FIRECO 1999. Trenčín: 1999, s 7. 6. MASAŘÍK., I. Plasty a jejich požití. Ostrava: SPBI, 2003. ISBN 80-86634-16-7. Summary The article presents results of verification of thermal stability polyvinyl chloride (PVC), which is used on electric cable works production. It is the most frequent synthetic polymer, which is used in electrical engineering and energetic production. In this experimental study were applied termoanalytic techniques as Thermogravimetric analysis and Differential Scanning Calorimetry. On the basis analyses of carried experimental works on test PVC samples (add-on isolation, inside spaces element and isolation metal wires), is possible to observe, that the most combustible is add-on isolation and at least combustible is inside infilling element of electric cables. The thermal decomposition process of PVC had step wave in air atmosphere. DSC and TG methods allow observing and comparing thermal stability materials in individual steps of thermal decomposition.

141

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství XéniaVRÁBEĽOVÁ*, Milan SABO EFEKTÍVNOSŤ PRACOVNEJ ČINNOSTI ČLOVEKA V ZÁVISLOSTI NA ŠTRUKTÚRE PRACOVNEJ SKUPINY EFFECTIVENESS OF EMPLOYMENTS ACTIVITY OF HUMAN IN DEPENDABILITY OF STRUCTUR OF EMPLOYMENTS TEAM Abstrakt Príspevok sa zaoberá problematikou efektívnosti pracovnej skupiny na základe jej periférnosti a centrálnosti. Príspevok kladie dôraz na dôležitosť skúmania vzťahov štruktúry pracovnej skupiny. Abstract The paper thesis analyses problems of effectiveness of employments team following its peripherability and centralibility. The paper lays stress upon importance of relations of structure employments team. Key words: human reliability, efficiency of operator's activity, efficiency of activity of group tasks, peripherality and centrality of work tasks Úvod Spoľahlivosť človeka je významný faktor systému človek - technický systém environment. V systéme človek – technický systém – environment existujú vzájomné väzby. Medzi človekom a technickým systémom sú väzby priestorové, informačné a antropometrické, ktoré zahŕňajú pracovné možnosti človeka. Funkčnosť technického systému je závislá i od psychofyziologických možností a psychologických vlastností človeka. Environment pôsobí na človeka a na technický systém svojimi fyzikálnymi a chemickými vplyvmi, ako sú teplota a vlhkosť vzduchu, prašnosť, vibrácie, hluk, žiarenie, osvetlenie, a iné. Technický systém pôsobí na environment pri zmene svojich fyzikálnych a chemických vlastností, ak sa napr. zmení teplota stroja svojou činnosťou, postupne sa mení aj teplota okolia. Spoľahlivosť človeka v tomto zložitom systéme sa definuje ako spôsobilosť človeka na zachovanie určitej efektívnosti práce v stanovených podmienkach okolitého prostredia. Kvalita práce človeka sa v systémoch človek - technický systém definuje efektívnosťou prevádzky, osobitosťou a pravidelnosťou prijatia riešení, no i koncepčnými modelmi činností reálnych podmienok využívaných systémom. * Ing., Katedra environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva, Materiálovotechnologická fakulta STU, Paulínská 16, 917 24 Trnava ** doc. Ing., Ph.D., Katedra environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva, Materiálovotechnologická fakulta STU, Paulínská 16, 917 24 Trnava

143

Efektívnosť práce človeka v systéme človek - technický systém závisí od spoľahlivosti ľudského subjektu. Preto sa v tomto texte budeme zaoberať podmienkami rozdelenia povinností a nakladania s informáciami medzi členmi pracovného tímu, ktoré môžu byť príčinou nesprávneho riadenia bezpečnosti. Zistíme nakoľko je formálna štruktúra zhodná s neformálnou.

Kritériá hodnotenia efektívnosti činnosti operátora Človek - operátor sa ako subsystém systému človek - technický systém je charakterizovaný jeho bezpečnosťou a spoľahlivosťou. Jedným z kritérií bezpečnosti operátora je čas riešenia úloh, t.j čas od momentu objavenia signálu do momentu ukončenia riadiaceho vplyvu. Tento čas obvykle lineárne závisí od množstva informácií, ktoré sú za určitý čas spracované. Čas riešenia úloh je

t ru = a + bH definovaný: (1), kde H je množstvo informácií, a ≈ 2 sek. je latentný čas reakcie, t. j. interval času od momentu objavenia signálu do rekcie operátora naň, b ≈ 0,5 ÷ 0,35 sek/bit je prevrátená hodnota rýchlosti prepracovania signálu operátorom. Jednotlivé signály prichádzajú k operátorovi, ktorý ich spracúva podľa dôležitosti riešenia a nie ihneď po jeho uvedomení si operátorom. Počas čakania obsluhy na signál plynie čas tč. Rýchlosť operátora je potom charakterizovaná ako:

t pi = t č + t vp

(2),

kde tpi je čas pobytu informácii u obsluhy, tvp je vlastný čas prepracovania signálu. Požadovaná rýchlosť operátora Rc sa definuje ako trvalý cyklus upravovania signálu. Definuje sa ako:

R c = t pi +

n

∑ ti i =1

(3),

kde ti je čas prieťahov signálu v i-tom stupni stroja, n - množstvo strojových článkov. Pri danom Rc a známej ti platí: n

t pi ≤ Rc − ∑ ti i =1

(4),

Čas riešenia úloh tvp môže byť súhrnom jednotlivých etáp prepracovania signálov:

tvp = t1 + t2 + t3

(5)

kde t1 prijatia a vnímania signálu, t2 je čas analýzy a prijatia riešenia, t3 je čas realizácie riadiacich úkonov. Každý zo sčítancov, podieľajúcich sa na výraze (5), môžeme vypočítať podľa vzťahu (1). Spoľahlivosť činnosti operátora Pop sa obvykle charakterizuje ako pravdepodobnosť správneho riešenia úlohy. Pre spoľahlivosť činnosti operátora platí vzťah:

P

op

=

144

m N

(6),

kde m je množstvo správneho riešenia úloh, N je celkové množstvo riešených úloh. Táto veličina určuje spoľahlivosť zavedenia cyklu riadenia: n

Pc = Pop ∏ Pi (R c ) i =1

(7),

kde Pi(Rc) je spoľahlivosť práce i-teho článku technického systému v čase požadovanej rýchlosti Rc, Pc je spoľahlivosť zavedenia cyklu riadenia. Pri danom Pc a známych Pi(Rc) sa žiadaná spoľahlivosť operátora môže definovať ako:

p op ≥

n

pc

∏ (R c )

(8),

i =1

Závislosť rýchlosti príjmu informácií od veľkosti rozdielu medzi signálmi je znázornená na nasledujúcom obrázku č. 1. veľkosť rozdielu medzi signálmi [Vbit/sek]

rýchlosť príjmu Obr. č.1: Závislosť rýchlosti príjmu informácií od veľkosti rozdielu medzi signálmi. Zhodnotenie spoľahlivosti a rýchlosti činnosti operátora sa realizuje štruktúrnymi metódami. Prvý spôsob analýzy je inžiniersko-psychologická analýza podmienok činnosti operátora. Hodnotí sa práca operátora ovplyvnená informačnými záťažami. Týmto sa kvantitatívne hodnotí operačná záťaž človeka. Druhým spôsobom sa hodnotí reakcia organizmu na predpokladané informačné záťaže. Touto metódou sa realizuje fyziologické skúmanie organizmu, čiže sa definuje integrálna reakcia organizmu na celý komplex záťaží z technologického procesu. Týmto sa kvantitatívne hodnotí operačná ale i emociálna záťaž operátora. Pôsobenie každého z rizikových faktorov systému človek - technický systém environment, ktoré sú potenciálnym zdrojom chýb, vyvoláva u operátora záťaž nervovej sústavy. Celková reakcia organizmu na účinky informačného toku sa hodnotia s pomocou radu rôznych fyziologických údajov. Nevyhnutné je pripomenúť, že charakteristiky činnosti operátora sú závislé od jeho návykov a zručnosti, ďalej od motívov konania v tých podmienkach, v ktorých pracuje. Preto sa k hodnoteniu osobitých úkonov musí pristupovať s väčšou pozornosťou. Každý z pracovných úkonov v rôznych podmienkach aj u jedného operátora, môže mať rozličné významy. Jednou z dôležitých vlastností operátora je výberovosť, ktorá spočíva v schopnosti nepretržite z množstva podnetov, ktoré pôsobia na človeka, vyčleňovať v závislosti od podmienok len určité podnety.

145

Kritériá hodnotenia efektívnosti činnosti skupinových úloh Efektívnosť riešenia skupinových úloh závisí od štruktúry skupiny, čiže od charakteru prepojenia operátorov. Toto prepojenie môže mať rôznu štruktúru: ♦ reťaz, ♦ hviezda, ♦ kruh, ♦ "ypsilon" Y, ♦ všekanálová sieť. Príklad zobrazenia skupiny je znázornený na obrázku č. 2. 1 1

2 5

2

3

4

5

3

2 1

4

3

4

5

Obr. č. 2: Skupina 5 operátorov a ich vzájomné prepojenie.

Všetky línie siete skupiny spájajú 2 rovnaké uzly, s rovnakou vzdialenosťou. Vzdialenosť dij je vzdialenosť medzi dvoma uzlami i a j. Je to najmenšia hodnota úseku, po ktorom sa môže prejsť od jedného uzla k druhému. Napr. d34=3, d23=2, d35=1. Každú i-tý uzol siete charakterizuje svojimi ukazovateľmi centrálnosť Ci:

C

i

=

∑ ∑ ∑ d i

d

i j

j

(1)

i j

j

S centrálnosťou uzlov úzko súvisí relatívna periférnosť uzla fi a totálna periférnosť siete f, definujú sa ako:

f = ∑ fi

f i = C max − Ci

(2), (3).

i

146

Pojem relatívna periférnosť hovorí o pozícii uzla. Periférnosť f definuje efektívnosť riešenia skupinových úloh.

Prínos k danej problematike V reálnom živote je prepojenie pracovných skupín komplikovanejšie. Komplikované siete sú vytvorené kombináciou prepojení. Tie môžu vytvárať rôzne siete, ako napr.: Pri kombinovanom prepojení v skupine vznikajú uzly na niekoľkých rovinách. Na obr.č.2 a) je príklad rebrovo-centralizovaného prepojenia. Uzol 1 je primárny uzol a jeho periférnosť f1= f2= 0. Uzol 2 a 3 sú sekundárne uzly, ich periférnosť f3= 1,6 .Uzly 4 až 10 vytvárajú terciálnu rovinu. Sú na najnižšom stupni prepojenia pracovnej skupiny pre ne platí f4=f6=f8=f10=4,7, f5=f7= f9=5,4. Na obr. č. 2 b) je príklad kombinácie centralizovaného a decentralizovaného prepojenia. Uzly 1 až 3 sú decentralizovane prepojené, majú primárne postavenie. Ich periférnosť f2=0, f1= f3=1,1. Uzly 4 až 10 sú sekundáre centralizovane prepojené. Periférnosť takto postavených uzlov je f4= f5= f9=f10=6,1 a f6=f7= f8=5,7.

Vyhodnotenie centrálnosti a periférnosti pracovných skupín Z obr. č. 1 analogicky vyplýva pre uzol 1a: d12=d13=1, d14=d15=2 a 2a vyplýva: d21=d24=1, d23=2, d25=3 a teda a

∑d

=

4j

∑d

5j

∑d

2j

= 10 . Pre všetky uzly platí

∑d

1j

= 6 . Pre uzol

= 7 . Pre zvyšné uzly nájdeme

∑d

i, j

∑d

3j

=7

= 6 + 7 + 7 + 10 + 10 = 40 . Centrálny

i, j

uzol má vždy hodnotu fi=0. Centrálnosť uzla 1 C1=6,7. C2=C3=5,7, C4=C5=4. V prípade 1b periférnosť f=0 platí pre všetky uzly, v prípade 1c periférnosť f1= 0, f1=f2= f3= f4=3,4. Z obr.č.2 a) periférnosť uzla 1 f1= 0 je zhodná s periférnosťou uzla 2 f2= 0, napriek tomu, že ich postavene je rôzne. Rovnako postavený uzol 3 má periférnosť f3= 1,6 .Uzly 4 až 10 majú periférnosť závislú od počtu uzlov prislúchajúcich k danému vyššie postavenému uzlu. f4=f6=f8=f10=4,7, f5=f7= f9=5,4. Z obr. č. 3 b) vyplýva, že uzol 2 ,f2=0, má najcentrálnejšie postavenia vzhľadom k ostatným dvo uzlom na rovnakej úrovni, f1= f3=1,1. Uzly 4 až 10majú periférnosť závislú od počtu uzlov prislúchajúcich k danému vyššie postavenému uzlu. Záver 4

1

1 5

4 6

3

2 8

5

9

10

6 2

7 7

a)

3 8 b)

Obr.č. 3: Skupina 10 operátorov a ich vzájomné prepojenie. 147

10 9

Jedným zo základných faktorov efektívnosti riešenia skupinových úloh je centrálnosť. Riešenie úloh v čo najkratšom čase a pri najmenšom počte chýb sa ukazuje v prípade komplexnej centralizácii. Pracovná skupina s centralizovanou štruktúrou má lepšiu schopnosť riešenia zložitých skupinových úloh. Efektívnosť riešenia skupinových úloh nezávisí len od štruktúry skupiny, ale i od stupňa vzájomného pôsobenia operátorov, od autoritatívnosti operátora, jeho schopnosti organizovať, od jeho osobných kvalít. Pôsobenie skupiny ovplyvňuje sila postavenia vedúceho, štruktúra úlohy a skupinová atmosféra, ktorá charakterizuje kvalitu medziľudských vzťahov v skupine. Pri výbere štruktúry sa treba usilovať o čo najmenšiu hodnotu periférnosti o zjednodušenie štruktúry siete, pri ktorej však môže dôjsť k nežiadúcej informačnej záťaži prechodom na jedného operátora. Pri kombinovaných prepojeniach pracovných skupín sa dá výpočtom centrálnosti a periférnosti zistiť optimálne zloženie pracovnej skupiny a tým sa dosiahne lepšia schopnosť riešenia zložitých skupinových úloh. Literatúra: 1. ŠIBANOV, G. P., Količestvennaja ocenka dejateľnosti čeloveka v sistemach čelovek technika. Moskva: Mašinostrojenie, 1983. s. 263. 2. SABO, M. Analýza spoľahlivosti obsluhy výrobných zariadení. In Bezpečnosť a ochrana zdraví při práci 2002. Ostrava, 2002. s.97-105. ISBN 80-86634-05-1 3. KOLLÁRIK, T., Sociálna psychológia . SPN. Bratislava.1993. s. 194. ISBN 80-0801828-3 4. LOMOV, B. F., DUŠKOV, B. A., RUBACHIN, V. F., SMIRNOV B. A., Základy inžinierskej psychológie. SPN. Bratislava. s. 328. Summary The paper thesis analyses problems of effectiveness of employments team following its peripherability and centralibility. The operating team with the central structure is in a position better solve the coplicated teams offices. By the combined interconnections of the operating teams is possible determine design peripherability and centralibility of the optimal structure of the operating team.

148

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2005, ročník LI, řada bezpečnostní inženýrství

KRÁTKÉ ZPRÁVY Fakulta bezpečnostního inženýrství Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava Počátek nového tisíciletí je provázen nejen výskytem a někdy i prohlubováním dřívějších bezpečnostních rizik, ale ve zvýšené míře se objevila i nová rizika vyplývající z možného teroristického útoku. Probíhající průmyslový rozvoj značně zvyšuje a diverzifikuje zejména technologická rizika. Množství zpracovávaných, přepravovaných a skladovaných nebezpečných látek se významně zvýšila, vzrostla i aktivita vyráběných látek. Případné havárie a nehody tak mohou mít, a jak ukazují zkušenosti z minulých havárií např. v Sevesu, Bhôpalu, Basileji, Černobylu a dalších, v mnoha případech také mají katastrofální následky. To vše vede k nutnosti studia nebezpečí a rizik spojených zejména s chemickým a petrochemickým průmyslem a dalšími průmyslovými odvětvími, kde mohou havárie dosáhnout katastrofálních rozměrů. Navazujícím krokem je potom zpracování metodik a postupů pro minimalizaci identifikovaných nebezpečí a rizik, resp. k omezení následků případných havárií a nehod. Uvedenou velmi širokou oblastí se zabývá bezpečnostní inženýrství, které je ve světě označováno názvy Safety Engineering, resp. Safety Science. Jedná se o multidisciplinární obor, který kloubí nejen základní a aplikované přírodovědné a technické disciplíny, ale zasahuje i do oblastí psychologie, ergonomie, fyziologie, toxikologie a celé řady dalších oblastí. K těmto „již tradičním“ rizikům výrazně v posledních letech přistoupila bezpečnostní rizika vyplývající z možného teroristického útoku. Teroristické útoky ať již v USA, na Bali nebo v Madridu dodaly těmto rizikům značnou váhu a jednou z reakcí je odstartování nového bezpečnostního výzkumu na úrovni EU i na národní úrovni. Stranou nezůstávají ani přírodní katastrofy. V posledních 10 letech proběhly v ČR dvakrát katastrofální povodně a sdělovací prostředky přinášejí poměrně často informace o přírodních katastrofách ve světě. Pro řešení takto pojatých problémů spojených s bezpečností je zapotřebí vysoce kvalifikovaných odborníků s širokým, multidisciplinárním vzděláním. V přípravě těchto odborníků musí sehrávat rozhodující a nezastupitelnou roli univerzity. Pod1e Yacova Y. Haimese (Risk Modeling, Assessment, and Management - John Wiley & Sons, Inc. 1998) však jen velmi málo univerzit ve světe reagovalo ve svých osnovách na složitost a multidisciplinární povahu hodnocení a zdolávání rizik, zavádí studijní obory nebo bloky studijních předmětů zabývajících se aplikacemi náhodných procesů, spolehlivosti, aplikované statistiky, rozhodování za stavu nejistoty apod. na problematiku bezpečnosti. Je otázkou, co je příčinou tohoto stavu, zda je to zajetí pedagogů do vlastních disciplín a původních studijních oborů, konzervativní systém na řadě univerzit bránící změnám nebo ztráta určité schopnosti univerzit reagovat na naléhavý společenský požadavek. Avšak pouze dlouhodobým investováním do výuky nových inženýrů je možné očekávat adekvátní inkorporaci hodnocení a zdolávání rizik v rámci holistického řízení technologických systémů a dosažení harmonizovanější souhry a spolupráce různých vědních a technických disciplín této oblasti. Přístup ke vzdělávání a výzkumu v oblasti bezpečnosti se začal dramaticky měnit s nárůstem 149

rizika teroristických útoků ve světě. Ve většině případů se však jedná o relativně úzce zaměřené oblasti vzdělání bez potřebných širokých interdisciplinárních vazeb. Nově koncipovaný bezpečnostní výzkum je nyní zahajován v rámci EU připravuje se i v rámci ČR. Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava patří mezi univerzity s několik desítek let starou tradicí výchovy vysokoškolsky vzdělaných odborníků v oblasti bezpečnosti. Ke vzniku prvního vysokoškolského studijního oboru zaměřeného na požární ochranu a bezpečnost průmyslu bezprostředně vedl nedostatek kvalifikovaných odborníků pro posílení státních orgánů PO všech úrovní řízení a neexistence možnosti jejich výchovy v rámci tehdejší ČSSR. V červenci 1968 rozhodlo ministerstvo školství o zřízení vysokoškolského studijního oboru „Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu“ (TPO a BP). Nový obor byl zařazen na Hornicko-geologickou fakultu Vysoké školy báňské v Ostravě, a to i proto, že tam existovala zkušenost s výukou odborníků v oboru bezpečnosti a větrání hlubinných a povrchových dolů. Stal se tak prvním „nehornicky“ orientovaným studijním oborem na této fakultě. Prvních 93 studentů nastoupilo ke studiu 1.10.1968. Vývoj studijního oboru a jeho odlišnost od studijních oborů „hornicky orientovaných“ vedly v roce 1972/73 k ustanovení samostatné katedry techniky požární ochrany a bezpečnosti průmyslu. Od počátku smluvně participovalo na výstavbě studijního oboru i republikové a federální ministerstvo vnitra, a to jak v oblasti odborné, tak i personální. Vzhledem k dislokaci VŠB v Ostravě byla postupně zahájena výuka dálkového studia i v konzultačním středisku Praha a od roku 1987 i v konzultačním středisku Žilina, kde výuka probíhala až do rozpadu federace. V roce 1989 vědecká rada Hornicko-geologické fakulty projednala a schválila návrh na zřízení vědního oboru „Požární ochrana a bezpečnost průmyslu“, který byl řádně akreditován a následně bylo akreditováno i habilitační řízení a řízení ke jmenování profesorem ve stejném oboru. V souvislosti se změnami v možnostech uplatnění absolventů po roce 1989 došlo i ke změnám ve struktuře Hornicko-geologické fakulty. Katedra TPO a BP spolu s Katedrou větrání a techniky bezpečnosti dolů vytvořila od roku 1994 Institut bezpečnostního inženýrství, který se vnitřně dělil na oddělení požární ochrany a bezpečnosti průmyslu a oddělení větrání a techniky bezpečnosti. Institut tak pokrýval širokou problematiku požární ochrany, bezpečnosti průmyslu a bezpečnosti práce v různých oblastech lidské činnosti včetně bezpečnosti dolů. Od října 2001 došlo, již v souvislosti s přípravami na vznik Fakulty bezpečnostního inženýrství, k reorganizaci Institutu bezpečnostního inženýrství a Institutu hornického inženýrství tak, že problematika úzce specifická pro důlní bezpečnost byla přiřazena k Institutu hornického inženýrství, který byl přejmenován na Institut hornického inženýrství a bezpečnosti. Institut bezpečnostního inženýrství se nadále zabýval širokou sférou bezpečnosti a požární ochrany v různých oblastech lidské činnosti a stal se základem pro vybudování nové Fakulty bezpečnostního inženýrství. Se zvyšováním technologické a technické úrovně průmyslu, stále širším používáním řady nebezpečných látek a podobně se stupňovaly i požadavky na absolventy studijního oboru. Jako prioritní se začala jevit otázka analýzy a prevence technologických rizik a rizik bezpečnosti práce, problematika řešení požární bezpečnosti staveb včetně požárně bezpečnostních zařízení, otázka havarijní připravenosti, krizového řízení a dalších oblastí spojených zejména s průmyslovými haváriemi a přírodními katastrofami a jejich zvládáním. Změna v přístupu k projektování bezpečnosti staveb a technologií od závazných norem k prokázání splnění požadovaných parametrů spolu s používáním řady nových materiálů a technologií klade a v budoucnu bude klást výrazně vyšší nároky na kvalifikaci nejen požárních ale i dalších bezpečnostních specialistů. Výrazně stoupá také ohrožení podniků a objektů různou nežádoucí a protiprávní činností až terorizmem. To vše vyžaduje 150

kvalifikované posouzení a vyhodnocení hrozících rizik a stanovení a realizování odpovídající bezpečnostní strategie podniků a potřebných preventivních opatření. Přebírání evropské legislativy v oblasti bezpečnosti práce zcela zásadně mění dosavadní přístupy používané v České republice a vyžaduje výrazně vyšší kvalifikaci pracovníků hodnotících rizika. Protože studijní obor inženýrského studia Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu s denní formou výuky a výukou při zaměstnání pokrýval jen oblast požární ochrany a část oblasti bezpečnosti průmyslu, byly připraveny nové studijní obory pokrývající oblast bezpečnosti průmyslu a bezpečnosti práce. Další změnou bylo rozhodnutí rozšířit studijní obor Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu o bakalářské studium s formou výuky při zaměstnání. Nově byly připraveny studijní obory inženýrského studia Bezpečnostní inženýrství a bakalářského studia Technická bezpečnost osob a majetku. Zřízení těchto oborů reagovalo zejména na: • požadavky státu vůči činnostem, které mohou ohrozit životy lidí, regionální systém zabezpečení provozu technologií a výrobních činností, ať již např. z hlediska zásobování energiemi, dopravy, bezpečnosti bydlení, skladování apod. • přechod některých regulačních a kontrolních funkcí státní správy v oblasti bezpečnosti na ekonomickou bázi zabezpečovanou zejména pojišťovnami • požadavky na přípravu specialistů pro zajištění bezpečnosti podniků, a to jak z hlediska havárií, nehod a požárů, tak i ochrany důvěrných informací, ochrany před neoprávněným vniknutím, sabotáží, teroristickým útokem apod. • požadavky státní správy a samosprávy na přípravu specialistů pro havarijní plánování a krizové řízení • harmonizaci našich předpisů a norem s mezinárodními standardy a směrnicemi a zejména pak směrnicemi EU v oblasti bezpečnosti. Studijní obor Bezpečnostní inženýrství byl koncipován jako široce zaměřené interdisciplinární studium s možnou profilací volbou povinně volitelných předmětů. Ze stávajících studijních oborů byly následně odvozeny nové bakalářské studijní obory Havarijní plánování a krizové řízení a Bezpečnost práce a procesů, které zaplňují mezeru ve struktuře oborů studijního programu Požární ochrana a průmyslová bezpečnost. Také tyto studijní obory připravují specialisty nejen pro podnikovou sféru, ale i pro státní správu a samosprávu. Začlenění studijního programu Požární ochrana a průmyslová bezpečnost na Hornickogeologickou fakultu výrazně zkreslovalo pohled na zaměření jeho absolventů a komplikovalo i vztahy s partnerskými univerzitami a dalšími institucemi. Zřízení Fakulty bezpečnostního inženýrství představuje systémové řešení jasně deklarující zaměření součásti, na které je studijní program uskutečňován a umožňuje další dynamický rozvoj bezpečnostního inženýrství na VŠB – TU Ostrava. Od svého vzniku 1. srpna 2002 FBI více než zdvojnásobila počet studentů, který dosahuje již více než 1 800. Stoupl a nadále bude narůstat počet pedagogických pracovníků. Fakulta je zapojena do řady mezinárodních i národních výzkumných projektů v oblasti bezpečnostního inženýrství, spolupracuje jak s dalšími univerzitami a výzkumnými pracovišti v ČR i v zahraničí tak i s průmyslem, orgány státní správy a samosprávy apod. FBI v současné době nabízí studium v níže uvedených čtyřech bakalářských, dvou navazujících magisterských a jednom doktorském studijním oboru. Bakalářské studium: • Bezpečnost práce a procesů • Havarijní plánování a krizové řízení 151

• •

Technická bezpečnost osob a majetku Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu

Navazující magisterské studium: • Bezpečnostní inženýrství • Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu Doktorské studium: • Požární ochrana a bezpečnost průmyslu. Fakulta má akreditováno i habilitační řízení a řízení ke jmenování profesorem v oboru Bezpečnost průmyslu, větrání a požární ochrana. Jedním z konkrétních výstupů práce FBI je i vznik tohoto prvního čísla nové řady Sborníku vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava – řady bezpečnostního inženýrství. Tato řada Sborníku vědeckých prací poskytne prostor pro prezentaci původních prací v oblasti bezpečnostního inženýrství autorům jak z České republiky tak i ze zahraničí a zpřístupní je tak dalším vědeckým a pedagogickým pracovníkům.

doc. Dr. Ing. Aleš Dudáček děkan Fakulty bezpečnostního inženýrství

152

VŠB – TECHNICAL UNIVERSITY OF OSTRAVA CONTENTS: Karol BALOG Study of the Influence of Oxygen Concentration on the Process of White Phosphor Selfignition .....................................................................................................

1

Aleš BERNATÍK Assessment of Risks of Major Accidents of Chosen Installations Containing Ammonium .....................................................................................................................

11

Sylva DRÁBKOVÁ, Milada KOZUBKOVÁ Wind Tunnel Simulations and their Importance for the Numerical Modelling of Atmospheric Flow and Pollutant Dispersion .................................................................... 25 Alexander CHUBENKO Deductive Method of Mathematical Model Formation for Research of Measure of Acceptable Technogenic Risk ....................................................................................... 37 Lubomír KELNAR Case Study of Methodologies for Risk Analyses and Assessment ................................

43

Ingrid MATOUŠKOVÁ, Roman RAK Safety Manager - Role and Personality ………………………………………............

65

Milan SABO Interaction between Technical System Reliability and Safety ……………....................

85

Václav SEDLATÝ, Štefan KEMENYÍK, Blanka JAŠKOVÁ, Milan KRKOŠKA, Juraj BLANÁR The Contribution Towards the Fire Safety of Expressway – Tunel Branisko (SR) ……… 95 Michail ŠENOVSKÝ Crisis Planning ……………………………………………………………………….

101

Ladislav ŠIMANDL, Jaroslav DAMEC Danger during the Fuelling …………………………………………………………….

115

Pavel ŠŤÁVA, Vladimír SKÝBA Breakup of Water Jets and Droplet Sizes in the Jet Spray ……………………………… 125 Ivana TUREKOVÁ Study of Thermal Stability of PVC Cable……………………………………………... 135 Xénia VRÁBEĽOVÁ, Milan SABO Effectiveness of Employments Activity of Human in Dependability of Structures of Employments Team ………………………………………………………………… 143 153

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava

řada bezpečnostní inženýrství, č. 1 – 2005 ©Vydala Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Vytiskl Jiří Němec REPRONIS Nádražní 93/2967 702 00 Moravská Ostrava publikace č. 1 – 2005 / FBI náklad: 100ks Odpovědný redaktor: doc. Ing. Jiří Lošák, CSc. Vydání I Za obsah článků odpovídají jednotliví autoři

154

ISBN 80-248-0940-0 ISSN 1801 - 1764

155