PSA PSA; Probabilistic Safety Assessment

Esitys aiheesta: "PSA PSA; Probabilistic Safety Assessment"— Esityksen transkriptio:

1 PSA PSA; Probabilistic Safety Assessment
PRA; Probabilistic Risk Assessment alkujaan ydinvoimalaitosten turvallisuustarkasteluihin kehitetty menetelmä (WASH-1400, GRS, jne.) myöhemmin sovellettu myös muissa yhteyksissä 1 1 1 2

2 tarkoitettu hyvin laajojen teknisten järjestelmien riskien analyysiin
PSA tarkoitettu hyvin laajojen teknisten järjestelmien riskien analyysiin PSA hyödyntää luotettavuustekniikan menetelmiä (vikapuut, tilamallit, tilastolliset analyysit, tapahtumapuut) lisäksi tarvitaan myös fysikaalisia malleja esim. onnettomuuksien seurauksien arviointiin 1 1 2 2

3 tunnistaa onnettomuuksista johtuvat vahingolliset seuraukset
PSA PSA:n TAVOITTEET: tunnistaa erilaiset teknisen järjestelmän häiriöistä johtuvat onnettomuudet arvioida (kvantitatitiivisesti) em. onnettomuuksien esiintymistodennäköisyys tai -taajuus (vrt. riskin määritelmiä koskeva osuus kurssissa) tunnistaa onnettomuuksista johtuvat vahingolliset seuraukset arvioida seurauksien suuruutta (kvantitatiivisesti) 1 1 3 2

4 PSA MÄÄRITELMIÄ ONNETTOMUUS:
Alkuhäiriöstä (alkutapahtumasta) liikkeellelähtevä, turvallisuustoimintojen erilaisten vikayhdistelmien kautta epätoivottuun seuraukseen johtava tapahtumasarja ALKUTAPAHTUMA: prosessin häiriö tai vika, jonka hoitaminen vaatii turvallisuustoimenpiteitä (esim. prosessin pysäyttämisen), ja joka ilman onnistuneita turvallisuustoimenpiteitä johtaa epätoivottuihin seurauksiin 1 1 4 2

5 TURVALLISUUSTOIMINTO:
PSA MÄÄRITELMIÄ TURVALLISUUSTOIMINTO: alkutapahtuman edelleenkehittymisen estävä tai sitä lieventävä toiminto TURVALLISUUSJÄRJESTELMÄ: tekninen järjestelmä, joka toteuttaa turvallisuustoiminnon 1 1 5 2

6 PSA MÄÄRITELMIÄ ONNETTOMUUSKETJU:
onnettomuus, joka alkaa tietystä alkutapahtumasta ja josta tiettyjen turvallisuustoimintojen vikojen tai toimimattomuuden kautta päädytään tiettyyn epätoivottuun seuraukseen TASON 1 PSA: PSA, joka sisältää vain onnettomuusketjujen esiintymistaajuuden arvioinnin 1 1 6 2

7 PSA MÄÄRITELMIÄ TASON 2 PSA:
PSA, joka tason 1 lisäksi sisältää erilaisten seurausten suuruuden arvioinnin (esim. ympäristöön karkaavan myrkkymäärän arviointi) TASON 3 PSA: PSA, joka tasojen 1 ja 2 lisäksi sisältää fysikaalisten seurausten aiheuttamien terveys-, ympäristö- yms. haittojen kvantitatiivisen arvioinnin 1 1 7 2

8 ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa ONNETTOMUUS:
PSA ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa ONNETTOMUUS: kemikaalivarastossa syttyneen tulipalon aiheuttama vahingollinen tapahtuma ALKUTAPAHTUMA: varomattomasta tulenkäsittelystä johtuva palonalku staattisen sähkön aiheuttamasta kipinästä johtuva palonalku varastossa toimivan laitteen viasta aiheutuva palonalku jne. 1 1 8 2

9 ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa TURVALLISUUSTOIMINTO:
PSA ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa TURVALLISUUSTOIMINTO: palon automaattinen sammuttaminen sprinklerijärjestelmällä palon havaitseminen ajoissa ja ”manuaalinen” sammutus automaattinen palohälytys ja palokunnan toteuttama sammutus TURVALLISUUSJÄRJESTELMÄ: sprinklerijärjestelmä palohälytysjärjestelmä palokunta 1 1 9 2

10 ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa ONNETTOMUUSKETJU:
PSA ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa ONNETTOMUUSKETJU: staattisen sähkön kipinästä syttyvä palo, joka etenee sprinklerijärjestelmän toimimattomuuden takia, mutta jonka automaattisen palohälytyksen kutsuma palokunta saa sammutetuksi tietyn ajan kuluessa staattisen sähkön kipinästä syttyvä palo, joka etenee totaaliseksi tuhoksi, sprinklerijärjestelmän ja automaattisen palohälytyksen toimimattomuuden takia 1 1 10 2

11 ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa TASON 1 PSA:
analyysi, jossa lasketaan eri palo-onnettomuusketjujen esiintymistaajuudet TASON 2 PSA: analyysi, jossa edellisen lisäksi arvioidaan kunkin onnettomuusketjun seurausten suuruus automaattisen sammutusjärjestelmän sammuttamasta palosta (taajuus x/vuosi) syntyy pienet vesivahingot, eikä myrkkypäästöjä synny 1 1 11 2

12 ESIMERKKEJÄ: 1) tulipalo kemikaalivarastossa TASON 2 PSA:
tai kaikkien turvallisuustoimintojen epäonnistuttua varasto räjähtää, josta seuraa suuri paineaalto ja erittäin suuri myrkkypäästö TASON 3 PSA: edellisten lisäksi arvioidaan myrkkypäästöjen lyhyt- ja pitkäaikaisia ympäristön asukkaille aiheutuvia terveyshaittoja 1 1 12 2

13 ONNETTOMUUSKETJUN ESIINTYMISTAAJUUS:
PSA MÄÄRITELMIÄ ONNETTOMUUSKETJUN ESIINTYMISTAAJUUS: missä 1 1 13 2

14 ONNETTOMUUSKETJUN ESIINTYMISTODENNÄKÖISYYS:
PSA MÄÄRITELMIÄ ONNETTOMUUSKETJUN ESIINTYMISTODENNÄKÖISYYS: todennäköisyys, että tietty onnettomuusketju esiintyy tietyn ajanjakson kuluessa = tn. että ko. ajanjaksolla esiintyy alkutapahtuma ja tietyt turvallisuustoiminnot eivät toteudu alkutapahtuman esiintyessä 1 1 14 2

15 ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA
PSA ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA VAIHEET: 1. Alkutatapahtumien tunnistaminen ja järjestelmävasteen määritteleminen kvalitatiiviset tunnistusmenetelmät (HAZOP, VVA; esitellään myöhemmin) periaate: käydään tarkasteltavan prosessin tilat läpi järjestelmällisesti ja tunnistetaan eri häiriöiden syyt ja esiintymismahdollisuudet kussakin tilassa 1 1 15 2

16 ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA
PSA ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA VAIHEET: 1. Alkutapahtumien tunnistaminen ja järjestelmävasteen määritteleminen selvitetään, mitkä turvallisuustoiminnot tai onnettomuuksien etenemistä estävät keinot ovat käytettävissä ko. alkutapahtuman yhteydessä selvitetään turvallisuustoimintojen onnistumiskriteerit 1 1 16 2

17 ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA
PSA ONNETTOMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA VAIHEET: 2. Onnettomuuden etenemisen mallintaminen kuvataan sopivalla loogisella (tai rakenteellisella) mallilla onnettomuuden kulku malli sisältää aikajärjestyksessä turvallisuustoimintojen onnistumisten ja vikaantumisten aiheuttamat onnettomuuden kulun haarautumat tapahtumapuuanalyysi 1 1 17 2

18 ONNETTUMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA
PSA ONNETTUMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA VAIHEET: 3. Turvallisuustoimintojen luotettavuusanalyysi kuvataan sopivalla loogisella (tai rakenteellisella) mallilla turvallisuustoimintojen vikaantumiset niiden osien vikaantumisten avulla vikapuuanalyysi 1 1 18 2

19 ONNETTUMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA
PSA ONNETTUMUUKSIEN ESIINTYMISTAAJUUDEN LASKENTA VAIHEET: 4. Mallin kvantifiointi johdetaan mallin perustapahtumien esiintymistodennäköisyydet (tai -taajuudet) lähtien tilastotiedoista, komponenttimalleista ja asiantuntija-arvioista lasketaan onnettomuusketjujen todennäköisyydet ja - taajuudet noudattaen tapahtuma- ja vikapuumallien logiikkaa ja todennäköisyyslaskun sääntöjä 1 1 19 2

20 TAPAHTUMAPUUANALYYSI
PSA TAPAHTUMAPUUANALYYSI tapahtumapuu esittää annetusta alkutapahtumasta seuraavat onnettomuusketjut loogisen puun muodossa tapahtumapuu etenee alkutapahtumasta aikajärjestyksessä esiintyvien turvallisuustoimintojen tilojen kautta lopputiloihin yleensä tapahtumapuu on binäärinen eli turvallisuustoiminnoilla on kaksi tilaa, onnistunut ja epäonnistunut (S, F), mutta ei-binääristen tapahtumapuiden käyttö on myös mahdollista vaikka aikajärjestys onkin mukana tapahtumapuussa, malli on pohjimmiltaan staattinen 1 1 20 2

21 TAPAHTUMAPUUN KONSTRUOINTI
ALKUTAPAHTUMIEN MÄÄRITTELY TARVITTAVIEN TURVALLISUUS- TOIMINTOJEN MÄÄRITTELY TURVALLISUUS- TOIMINTOJEN TILOJEN MÄÄRITTELY ALUSTAVA TAPAHTUMAPUU RIIPPUVUUKSIEN JA AIKATEKIJÖIDEN HUOMIOONOTTO LOPULLINEN TAPAHTUMAPUU 1 1 2 21

22 TAPAHTUMAPUUN KONSTRUOINTI
1 1 2 22

23 TAPAHTUMAPUUN KONSTRUOINTI
riippuvuudet otettu huomioon; A:n epäonnistuessa toiminnot B ja C eivät enää vaikuta tilanteeseen, B:n epäonnistuessa C:llä ei ole merkitystä 1 1 23 2

24 TAPAHTUMAPUUANALYYSI
PSA TAPAHTUMAPUUANALYYSI tapahtumapuun haarojen todennäköisyydet lasketaan vikapuilla riippuvuuksien (esim. usealla tuvallisuustoiminnolla on yhteisiä osia) huomioonotto tärkeää: vikapuun laskenta yleensä ottaa riippuvuudet huomioon mahdollisuus jakaa turvallisuustoiminnot riippumattomiin osiin haarautumistodennäköisyydet ehdollisia (ehtona aiemmin onnistuneet tai epäonnistuneet toiminnot) kompromissi vikapuu/tapahtumapuumallien välillä 1 1 24 2

25 Bell telephone Laboratories, 1962
Vikapuuanalyysi Bell telephone Laboratories, 1962 looginen kaavio, joka esittää järjestelmävikaan johtavat tapahtumat ja niiden syyt mahdollisuus kvantitatiiviseen tarkasteluun eräs yleisimmin käytetyistä luotettavuusanalyysin menetelmistä riskianalyysien perustyökalu 1 1 25 2

26 Vikapuun muodostaminen
vikapuu esittää perustapahtumien (= komponenttien vikatapahtumat) ja järjestelmän vikatapahtuman (= TOP-tapahtuma) välisen yhteyden loogisten kytkentöjen (= vikapuun porttien) avulla keskeisimmät käytetyt portit ovat AND-, OR-, K/N-, NOT-portit, jotka vastaavat luotettavuusteknisiä rakenteita esitys perustuu ”vikaantumislogiikkaan” tarkasteltavat tapahtumat ovat Boolen-algebran lausekkeita 1 1 26 2

27 Vikapuun muodostaminen
OR- portti portin ulostulo tosi, kun kun yksikin sisäänmenoista tosi vastaa luotettavuusteknistä sarjarakennetta vastaava Boolen lauseke on looginen summa: 1 1 27 2

28 Vikapuun muodostaminen
AND- portti portin ulostulo tosi, kun kun kaikki sisäänmenoista tosia vastaa luotettavuusteknistä rinnakkaisrakennetta vastaava Boolen lauseke on looginen tulo: 1 1 28 2

29 Vikapuun muodostaminen
K/N- portti portin ulostulo tosi, kun kun vähintään k n:stä sisäänmenoista tosia vastaa luotettavuusteknistä k/n-rakennetta vastaava Boolen lauseke on loogisten tulojen summa: 1 1 29 2

30 Vikapuun muodostaminen
muut portit harvinaisempia NOT-portti:ulostulo tosi, jos sisäänmeno epätosi: johtaa epäkoherenttiin rakennefunktioon XOR-portti jne. 1 1 30 2

31 Vikapuun muodostamisen vaiheet
1. Ongelman ja reunaehtojen määrittely 2. Vikapuun muodostaminen 3. Minimikatkosjoukkojen tunnistaminen 4. Kvalitatiivinen analyysi 5. Kvantitatiivinen analyysi 1 1 31 2

32 1. Ongelman ja reunaehtojen määrittely
TOP-tapahtuman ja reunaehtojen tunnistaminen yksikäsitteinen ja selkeä määrittely TOP-tapahtuman määrittelyn tulisi vastata täsmällisesti kysymyksiin: mitä, missä ja milloin mitä: mikä on tarkasteltavan tapahtuman tyyppi ja luonne (esim. tulipalo, jäähdytysveden syötön menetys, jne.) missä: tapahtuman esiintymispaikka määriteltävä tarkasti (esim. veden syöttö lauhdutinaltaaseen) milloin: tapahtuman esiintymistilanne määriteltävä tarkasti (esim. vuosihuoltoseisokin aikana) TOP-tapahtuman tarkka määrittely esim. ”Tulipalo polttoainesäiliössä vuosihuoltoseisokin aikana” 1 1 32 2

33 1. Ongelman ja reunaehtojen määrittely
TOP-tapahtuman ja reunaehtojen tunnistaminen reunaehdot voivat olla: järjestelmän fyysiset rajat: mitkä järjestelmän osat otetaan mukaan analyysiin alkutilanteet: mikä on järjestelmän toiminnallinen tila, kun TOP-tapahtuma voi esiintyä; missä tilassa järjestelmä on (täydellinen toiminta tila, rajoitettu toiminta, huoltoseisokki jne.), missä tilassa komponentit ovat (esim.venttiilien asento, prosessilaitteiden tila jne.) ulkoisten tekijöiden vaikutus: mitkä ulkoiset tekijät otetaan mukaan (esim. poikkeukselliset sääolot, sabotaasi, jne.) yksityiskohtaisuuden taso: kuinka tarkasti eri vikaantumistavat tai järjestelmän osat mallinnetaan (esim. mitkä järjestelmät mallinnetaan komponenttitasolla, otetaanko inhimilliset virheet mukaan, jne.) 1 1 33 2

34 2. Vikapuun muodostaminen
aloitetaan TOP-tapahtuman analyysista: selvitetään, mitkä ovat TOP-tapahtuman välittömät, välttämättämät ja riittävät syyt ko. syyt liitetään TOP-tapahtumaan tarkoitukseen sopivalla vikapuun portilla tarkasteltavat syyt ovat esim. järjestelmän osajärjestelmien vikaantumisia sen jälkeen edetään hierarkisesti perustapahtumiin (esim. komponenttien vikoihin) analyysi on deduktiivista: kunkin ylemmän tason tapahtuman kohdalla kysytään, mitkä ovat ko. tapahtuman välittömät syyt 1 1 2 34

35 2. Vikapuun muodostaminen
Vikapuun muodostamissäännöt 1. Kunkin vikatapahtuman tarkka kuvaus: kuvattava, mitä tapahtuu, missä tapahtuu ja milloin tapahtuu 2. Vikatapahtumien analyysi: kukin vikatapahtuma voidaan nähdä ”primäärivikana” (engl. primary failure), ”sekundäärivikana” (engl. secondary failure), tai ”ohjausvikana” (engl. command fault) primäärivika: vika, jonka aiheuttaa normaali tarkasteltavan kohteen ikääntyminen, tai muu sisäinen vikamekanismi sekundäärivika: vika, jonka aiheuttaa ulkopuolinen, poikkeuksellinen rasitus, toisen komponentin vikaantuminen tai toimintahäiriö, tai inhimillinen virhe ohjausvika: vika, joka aiheutuu virheellisestä tai puuttuvasta ohjaussignaalista tai muusta puuttuvasta tai virheellisestä tukitoiminnosta 1 1 2 35

36 2. Vikapuun muodostaminen
Vikapuun muodostamissäännöt 3. Kunkin vikatapahtuman esittäminen porttina: kaikki porttien sisäänmenot määriteltävä täydellisesti vikapuu rakennetaan tasoittain, kukin taso kuvataan täsmällisesti ennenkuin edetään seuraavalle tasolle 1 1 2 36

37 3. Minimikatkosjoukkojen tunnistaminen
vikaantumislogiikka ja Boolen algebra: TOP-tapahtuma, portit ja perustapahtumat ovat ”vikaantumistapahtumia”, jotka esitetään Boolen algebran muuttujien avulla kutakin vikatapahtumaa vastaa jokin Boolen muuttuja vikatapahtuma esiintyy <=> sitä vastaava Boolen muuttuja saa arvon ”tosi” looginen arvo = ”tosi” = 1 kutakin porttia vastaa Boolen lauseke: OR .=. Boolen summa AND .=. Boolen tulo k/n .=. Boolen tulojen summa NOT .=. Boolen negaatio jne. 1 1 2 37

38 3. Minimikatkosjoukkojen tunnistaminen
vikaantumislogiikka: perustapahtumat (komponenttien viat) esitetään Boolen muuttujilla portit, ja muut tapahtumat: 1 1 38 2

39 3. Minimikatkosjoukkojen tunnistaminen
Boolen algebran laskusäännöt: 1 1 2 39

40 3. Minimikatkosjoukkojen tunnistaminen
TOP-tapahtumasta lähtien sovelletaan porttien määritelmiä (s.o. niitä vastaavia Boolen lausekkeita) ja sievennetään lopputulos hyödyntäen Boolen-algebran laskusääntöjä lopputuloksena saadaan Boolen tulojen summa kukin summan jäsen vastaa minimikatkosjoukkoa vrt. logiikan distributiivinen normaalimuoto 1 1 2 40

41 4. Kvalitatiivinen analyysi
minimikatkosjoukkojen tulkinta minimikatkosjoukot muodostavat selkeän kuvan järjestelmän vikaantumisesta minimikatkosjoukkolistan perusteella voidaan tunnistaa tärkeimmät parannustoimenpiteet mallin tarkastus 1 1 2 41

42 5. Kvantitatiivinen analyysi
järjestelmän vikaantumistodennäköisyyden laskenta laskenta perustuu minimikatkosjoukkoesitykseen 1 1 2 42

43 5. Kvantitatiivinen analyysi
Approksimaatiot saadaan siis jono yhä tarkempia approksimaatioita 1 1 43 2

44 5. Kvantitatiivinen analyysi
saadaan siis jono yhä tarkempia approksimaatioita 1 1 2 44

45 5. Kvantitatiivinen analyysi
ylensä S1 on riittävä ts. lasketaan kunkin minimikatkosjoukon tn. erikseen ja lasketaan ko. todennäköisyydet yhteen kunkin minimikatkosjoukon tn. voidaan laskea esim. ko. minimikatkosjoukkoa vastaavalla Markov-mallilla (jos korjauspolitiikkojen vaikutukset otetaan kunnolla huomioon) 1 1 45 2