Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Материалы, объем и методы исследования 21
2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЕПРОВОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И МЕТОДЫ ИХ ОЦЕНКИ 22
2.1. Атмосферный воздух 22
2.2. Приповерхностная гидросфера 26
2.3. Геологическая среда 30
2.4. Почвы 33
2.5. Территория 35
2.6. Растительность 38
2.7. Животный мир 41
2.8. Классификация основных видов воздействия нефтепроводов на окружающую среду 45
2.9. Характеристика нефти, как источника воздействия на окружающую среду 47
2.10. Анализ основных причин аварий на нефтепроводах и мероприятий, снижающих воздействие на окружающую природную среду 52
2.11. Коррозия металлов, как причина аварий промысловых нефтепроводов 61
2.12. Комплекс мероприятий по защите от коррозии промысловых нефтепроводов 63
3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ НЕФТЕПРОВОДА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ И СРОКА ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ 67
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ 74
5. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ НА ПРИМЕРЕ ОДНОГО ИЗ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЕРМСКОЙ ОБЛАСТИ 77
5.1. Основные проектные решения 77
5.2. Оценка воздействия на окружающую среду 80
5.3. Определение эколого-экономической эффективности проектных решений 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
ВЫВОДЫ 113
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 115
- Материалы, объем и методы исследования
- Классификация основных видов воздействия нефтепроводов на окружающую среду
- Оценка воздействия на окружающую среду
Введение к работе
В настоящее время действующие магистральные и промысловые неф-тегазопродуктопроводы охватывают территорию, где проживает более 60 % населения Российской Федерации и в силу их мощного энергетического потенциала являются объектами повышенной опасности как для человека, так и для объектов окружающей природной сред [153].
В исследованиях ряда авторов [3,4,5,10,28,29, 39,41,43,46,48,55, 61,65,66,68,95,96,101,139,140,146,160,161,169] показано воздействие объектов нефтедобывающего комплекса на геологическую среду, почвы, приповерхностную гидросферу, атмосферный воздух, животный и растительный мир.
На территории нефтяных месторождений основными загрязняющими компонентами являются предельные и ароматические углеводороды, а также вещества, которые связаны с добываемым углеводородным сырьем или образуются в результате подготовки нефти и при сжигании попутного нефтяного газа.
К основным причинам загрязнения объектов окружающей природной среды в районах нефтедобычи относят дефекты нефтепромысловых коммуникаций, используемых в процессе добычи, подготовки и транспортировки нефти [9].
Воздействие на окружающую природную среду проявляется на стадии строительства, эксплуатации нефтепроводов и при аварийных ситуациях. Вместе с тем, в литературе не представлена комплексная оценка возможного негативного влияния нефтепроводов на компоненты окружающей в различные периоды функционирования нефтепровода.
Ряд авторов показали, что загрязнение нефтепродуктами обусловлено систематическими потерями нефти при транспортировке, хранении и переработке [29]. Исследования, проведенные И. Мазуром, показывают,
что потери нефти в результате аварийных проливов составляют около 3% от годовой добычи нефти [66,68].
Исходя из этого, актуальным является и выделение причин аварий на нефтепроводах и анализ мероприятий, снижающих возможное негативное воздействие на окружающую природную среду.
Исследования ряда авторов [123] показали, что высокие темпы отбора нефти с одновременным извлечением огромного количества высокоми-нерализованньгх пластовых вод, все возрастающие объемы закачки в нефтяные горизонты агрессивных сточных вод, а также широкое применение химических реагентов для увеличения нефтеотдачи пластов приводят к ускоренному коррозионному и эрозионному износу нефтяного оборудования. По их мнению, нефтегазовая отрасль занимает одно из первых мест среди всех отраслей промышленности по величине убытков вследствие коррозии. Аварии из-за коррозионных разрушений нефтепромысловых трубопроводов приводят не только к потерям большого количества труб (металла), простоям оборудования и недобору нефти, но и к ущербам, связанным с загрязнением окружающей природной среды.
Для обеспечения приемлемого уровня экологической безопасности нефтепроводов необходимо применять эффективные технические решения и мероприятия, снижающие вероятность возникновения аварийных ситуаций и, как следствие, уменьшающие негативное воздействие на объекты окружающей природной среды.
Мероприятия, направленные на снижение возможного негативного воздействия на окружающую среду, весьма разнообразны и требуют существенных материальных затрат. Вместе с тем, практический выбор оптимальных проектных решений затруднен в силу отсутствия единых подходов к оценке их эффективности.
Обозначенный круг проблем определил цель настоящей работы и этапные задачи исследования.
Цель работы - разработка методики эколого-экономическои оценки эффективности технических решений, направленных на снижение возможного неблагоприятного воздействия на окружающую природную среду промысловых нефтепроводов.
Основные задачи исследований:
Изучить и классифицировать возможное воздействие промысловых нефтепроводов на окружающую природную среду. Выявить основные причины аварий на промысловых нефтепроводах.
Разработать метод определения вероятности разрушения нефтепровода в зависимости от условий и сроков его эксплуатации.
Разработать методику расчета показателя эффективного срока эксплуатации нефтепровода и выбора оптимальных технических решений на основе эколого-экономической оценки.
Определить показатели эффективного срока эксплуатации промыслового нефтепровода и выбрать оптимальные технические решения на примере одного из месторождений нефти, находящегося на территории Пермской области.
Научная новизна выполненных исследований:
Предложены классификационные признаки основных видов возможного воздействия промысловых нефтепроводов на окружающую природную среду.
Разработан метод определения вероятности разрушения нефтепровода в зависимости от условий и срока его эксплуатации.
Разработана методика расчета показателя эффективного срока эксплуатации нефтепровода на основе риска материального ущерба.
Разработана методика выбора оптимальных технических решений, направленных на снижение возможного негативного экологического воздействия на окружающую среду.
Практическое использование результатов работы.
Материалы диссертации внедрены виде методических рекомендаций «Промысловые нефтепроводы. Часть 1. Основные виды воздействия нефтепроводов на окружающую среду и методы их оценки. Часть 2. Эколого-экономическая оценка эффективности мероприятий, снижающих вероятность аварийных ситуаций на нефтепроводах». Пермь, 2004, 22 стр., утв. Главным управлением природопользования администрации Пермской области.
Материалы диссертации используются в практической деятельности:
Пермским областным управлением по охране окружающей среды (письмо № 42-01/1267 от 19.08.2004 г.);
Главным управлением природопользования Пермской области (письмо № 41-10-06/2-1459 от 19.08.2004 г.);
ФГУ «Центр Госсанэпиднадзора в Пермской области» (письмо № 07-2-2/3271 от 13.08.2004 г.);
Управлением промышленно-экологической безопасности ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ», отделом охраны окружающей среды (письмо №И-15312 от 30.08.2004 г.);
проектным отделом научно-исследовательского проектного производственного предприятия по природоохранной деятельности ООО «Недра» при разработке рабочих проектов: «Строительство и обустройство скважин Шершневского нефтяного месторождения на период промышленной эксплуатации»; «Сбор и транспорт нефти с Гагаринского нефтяного месторождения»; «Магистральный нефтепродуктопровод "Андреевка-Альметьевск"» и др.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на 5 научно-практических конференциях Республиканского и регионального уровней:
«Гигиенические аспекты среды обитания и здоровье населения» Научно-практическая конференция, посвященная 75-летию Го сеанс лужбы, (Пермь, 1997 г.);
«Оценка воздействия на окружающую среду предприятий нефтегазового комплекса» Региональная научно-практическая конференция, (Геленджик, 1997 г.);
«Актуальные проблемы медицинской экологии», 1-ая Российская научно-практическая конференция, (Орел, 1998 г.);
«Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», 4-ая Всероссийская научно-практическая конференция, (Санкт-Петербург, 1999 г.);
«Здоровье, экология и образование», II Всероссийская научно-практическая конференция, (Пермь, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Материалы, объем и методы исследования:
Объектом исследования для решения поставленных задач были выбраны рабочие проекты строительства и реконструкции промысловых нефтепроводов, обустройства нефтяных месторождений, расположенные в Пермской области, разработанные в 2000-2004 г.г. ООО «Недра». Общий объем исследуемого материала составил около 300 томов проектно-сметной документации (3600 мегабайт в электронном виде).
Проанализированы опубликованные материалы по аварийным ситуациям, происшедшим на нефтепроводах в период с 1993 по 2003 г. на территории Российской Федерации.
Методы исследований включают анализ, сравнение, научное обобщение проведенных работ по изучаемому вопросу, методы компьютерного моделирования, теорию вероятностей, анализа риска и сопротивления материалов.
Объем и структура работы. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной использованным методам исследования, 4-х глав собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Текст изложен на 132 страницах, иллюстрирован 7 рисунками, 26 таблицами. Указатель литературы содержит 183 источника, из них 163 отечественных, 20 иностранных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Метод определения вероятности разрушения нефтепровода в зависимости от условий и срока эксплуатации.
Методика расчета показателя эффективного срока эксплуатации нефтепровода на основе риска материального ущерба.
Методика выбора оптимальных технических решений, направленных на снижение неблагоприятного воздействия промысловых нефтепроводов на окружающую природную среду, на основе эколого-экономической оценки.
1. Обзор литературы
.л Объекты транспорта нефти и нефтепродуктов являются объектами повышенной опасности из-за сосредоточения больших количеств опасных веществ и проведения технологических процессов под давлением [153].
В последние годы большое внимание уделяется изучению воздействия объектов нефтяного комплекса на компоненты окружающей природной среды.
В работах [3,4,5,10,39,41,43,46,48,55,61,66,68,101,139,140,
146,160,161,169] рассматривается воздействие нефтезагрязнений, образующихся при эксплуатации нефтепромысел, на приземные слои воздуха, подземные и поверхностные воды, почвы. Основными компонентами, загрязняющими атмосферный воздух на территории нефтепромыслов, являются серы диоксид, азота диоксид, углерода оксид, сероводород, предельные и ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол) и другие вещества, которые генетически связаны с добываемым углеводородным сырьем или образуются в результате подготовки нефти при сжигании попутного нефтяного газа на факелах.
Большая работа по изучению нефтяного загрязнения подземных вод была проведена В.М. Гольдбергом и др. [28,29,65,95,96]. Авторы обобщили особенности нефтяного загрязнения геологической среды и подземных вод и показали, что основное загрязнение природных вод нефтепродуктами обусловлено систематическими потерями при их транспортировке, хранении и переработке. Источниками загрязнения подземных вод могут быть все сооружения, связанные с добычей, сбором, хранением, очисткой нефти и стоков, а также утилизацией последних. Разливы на участках нефтепроводов, нефтяных скважин являются случайными, но значительными по площади и протяженности источниками загрязнения подземных вод. Один из видов локального техногенного загрязнения подземных вод - под-
земные линзы нефтепродуктов неглубокого залегания. Как правило, это связано с крупными авариями на нефтепроводах или нефтебазах.
Основной механизм распределения нефтяных углеводородов от поверхности до подземных вод - гравитационный: движение в сторону уклона местности, просачивание в почвенные горизонты и рыхлые отложения. Попадая в движущие водотоки, техногенный поток рассеивается, смешивается с потоками от других источников. Наличие трещин в грунтах и породах значительно понижает величину их насыщенности углеводородами; именно трещины ответственны за массовое перемещение углеводородов из пор и каналов почв, грунтов и пород в подземную гидросферу [29].
Одним из основных геоэкологических признаков, определяющих возможность просачивания нефти через зону аэрации, является сорбционная способность грунтов. Анализ материалов [55,64,139] показывает, что сорб-ционные свойства грунтов зависят от минерального состава, присутствия гумуса и органических веществ, от дисперсности и пористости грунтов.
Распространение нефти в поверхностных водотоках рассмотрено в работах [43,99,100,144]. При попадании нефти в водный объект происходит ряд последовательно-параллельных процессов:
Образование нефтяного пятна (слика) на водной поверхности (при аварии на подводном трубопроводе - с предварительным образованием конуса выброса).
Распространение слика по поверхности водного объекта за счет процессов адвекции и растекания.
Диссипация слика - испарение, растворение, окисление и фотоокисление, седиментация, эмульгирование, солюбилизация (коллоидное растворение).
Биодеградация, включающая микробное разрушение и ассимиляцию планктонными и бентосными организмами.
На водной поверхности нефти начинает растекаться, при этом более легкие компоненты улетучиваются, а водорастворимые - выщелачиваются. Улетучивание низкомолекулярных соединений происходит на порядок быстрее, чем растворение. Наиболее легкие компоненты нефти концентрируются на поверхности раздела вода-воздух, образуя так называемую пленочную нефть. Тяжелые компоненты адсорбируются на взвесях, оседают на дно и аккумулируются в донных отложениях. Оставшаяся на поверхности нефть обладает повышенной вязкостью, вследствие чего процесс растекания постепенно прекращается. Физическое изменение форм нефти при поступлении в водную среду следует связывать с изменением ее химического состава. В пленке, как правило, преобладают наименее растворимые в воде насыщенные алифатические углеводороды, а также ароматические углеводороды плотностью меньше единицы. В первые часы существования нефтяного слика доминируют физические и физико-химические процессы [43,99,100,144].
Нефтяное загрязнение поверхностных водных объектов пагубно влияет на водную среду и ее обитателей. Легкие фракции нефтепродуктов в виде пленки и водного раствора отравляют организмы, обитающие в толще воды, тяжелые фракции, оседая на дно, уничтожают донные организации. Нефтепродукты, осевшие на дно, образуют стойкое загрязнение водоема, а неочищенная нефть содержит фракции, действующие на рыб как токсиканты. В районах, подверженных нефтяному загрязнению снижается численность фитопланктона, зоопланктона, бентоса [4,10,11,46,61,106].
Воздействие на почвенно-растительный покров при аварийном разливе нефти проявляется в уничтожении и угнетении растительного покрова, загрязнении почв. Нефть и нефтепродукты в почве распространяются вглубь и вширь, проникая в поры между частицами грунта. Концентрация нефтепродуктов резко снижается с продвижением в глубину от одного почвенного горизонта к другому. При загрязнении почвы нефтепродукта-
ми будут происходить глубокие изменения в микрофлоре почвы, резко меняться компенсационный механизм авторегуляции биохимических процессов [9,41,101,109,159].
При разливах нефти, содержащиеся в ней токсичные химические соединения, оказывают крайне негативное воздействие на растительный мир непосредственно в зоне разлива. Под влиянием нефти и нефтепродуктов происходит гибель растительного покрова, замедляется рост растений, нарушаются процесс фотосинтеза и дыхания. Под действием даже небольших количеств сырой нефти уменьшаются флористическое разнообразие и биомасса. В природных ландшафтах происходит «сжигание» травянистой растительности, пожелтение и отмирание вегетативных органов [9,101].
Аварийные разливы нефти и нефтепродуктов оказывают отрицательное влияние почти на все группы беспозвоночных. Наиболее быстро погибают крупные беспозвоночные (насекомые, черви), более устойчивы членистоногие, но и они испытывают значительное угнетение. Из позвоночных наиболее чувствительны к загрязнению мелкие млекопитающие [9]. Нефть как загрязнитель окружающей среды оказывает негативное влияние на биоту. Особенно вредно влияет на животный мир легкая фракция нефти [140].
Действие нефти на живые организмы почвы в основном определяется ее концентрацией. Малое количество нефти оказывает стимулирующее воздействие на почвенную биоту, так как она является энергетическим субстратом для большой группы микроорганизмов и содержит вещества, обеспечивающие повышенный рост и развитие растений [9,54,103,104]. Более значительные концентрации могут оказывать токсическое действие.
К основным причинам загрязнения объектов окружающей природной среды в районах нефтедобычи относят дефекты нефтепромысловых коммуникаций, используемых в процессе добычи, подготовки и транспортировки нефти [28,29,66,68,69].
Исследования, проведенные И. Мазуром, показывают, что потери нефти в результате аварийных проливов составляют около 3 % от годовой добычи нефти [66,68,69].
По данным, предоставляемым нефтедобывающими кампаниями, при добыче нефти в результате аварийных ситуаций теряется около 1 % добываемой нефти.
По данным министерства промышленности и энергетики РФ, добыча нефти в России в 2002 году составила 380 млн. тонн, в 2003 году -412,7 млн.тонн. По прогнозу министра промышленности и энергетики России, ожидаемая добыча нефти в России в 2004 году составит 432 млн. тонн.
В результате несложных расчетов получается, что в результате аварийных проливов в окружающую природную среду попадает более 4,0 млн.тонн нефти.
Одна из причин того, что из трубопроводов разливается миллионы тонн нефти - изношенность труб, многие из которых эксплуатируются с 70-х годов. Высокие темпы отбора нефти с одновременным извлечением огромного количества высокоминерализованных пластовых вод, все возрастающие объемы закачки в нефтяные пласты агрессивных сточных вод, а также широкое применение химических реагентов для увеличения нефтеотдачи пластов приводят к ускоренному коррозионному и эрозионному износу нефтепромыслового оборудования. По убыткам вследствие коррозии, нефтегазовая отрасль занимает одно из первых мест среди всех отраслей промышленности. Аварии из-за коррозионно-эрозионных разрушений нефтепромысловых трубопроводов приводят не только к потерям большого количества труб (металла), простоям оборудования и недобору нефти, но и к загрязнению окружающей среды. Потери от коррозионного разрушения особенно увеличились в последние годы, что стало следствием, прежде всего, снижения качества труб (как металла, из которого они изго-
товлены, так и конечного продукта), а также увеличения агрессивности транспортируемых по трубам сред [123].
По данным Госгортехнадзора России с 1992 по 2001 г. на нефтепроводах произошло 545 аварий. Среднегодовой показатель аварийности составляет 50-60 аварий и в целом не имеет устойчивой тенденции к снижению [153]. Основными причинами аварий являются [153]: внешние физические (силовые) воздействия на трубопроводы, включая криминальные врезки, повлекшие утечки — 34,7 %; нарушения норм и правил производства работ при строительстве и ремонте, отступления от проектных решений - 24,7 %; коррозионные повреждения труб, запорной и регулирующей арматуры - 23,5 %; нарушение технических условий при изготовлении труб и оборудования - 12,4 %; ошибочные действия эксплуатационного и ремонтного персонала - 4,7 %.
Уровень техногенного риска современных нефтегазовых производств является одним из основных показателей, определяющих их экономическую устойчивость. Так, по опубликованным данным структур ООН, ежегодный совокупный ущерб от техногенных аварий в мире составляет более 200 млрд. дол. США. Средний экономический ущерб от крупной аварии на трубопроводах углеводородного сырья достигает 47 млн. дол. США [45].
Безопасность, которая рассматривается в общем случае как мера защищенности персонала предприятия, населения региона и окружающей среды от последствий аварий, вьщвигается в число основных характеристик промышленных объектов [71].
С социальной точки зрения наиболее приемлемым подходом к обеспечению жизнедеятельности при техногенных воздействиях является подход, основанный на принципе «нулевого риска», т.е. требовании такого уровня безопасности, какой только достижим с помощью внедрения соответствующих инженерных систем безопасности на предприятиях. Однако
практический опыт свидетельствует: как бы тщательно ни проектировалась и ни регламентировалась система безопасности, в процессе эксплуатации опасных производственных объектов могут, пусть и редко, возникнуть непредвиденные и случайные ситуации, способные привести к аварии [71].
При строительстве и эксплуатации потенциально опасных объектов, к которым относятся и нефтепроводы, всегда существует экологический риск, который никогда не равен нулю [56]. Любое мероприятие, направленное на предотвращение аварийной ситуации, не может исключить риск, а может лишь уменьшить его.
Понятие риска всегда включает два элемента: частота, с которой осуществляется опасное событие, и последствия этого события. Риск или степень риска - это сочетание частоты (или вероятности) возникновения и последствий определенного опасного события [93].
Для обеспечения приемлемого уровня экологической безопасности необходимы эффективные методы и средства защиты окружающей природной среды, включая снижение вероятности и тяжести последствий возможных техногенных чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийными выбросами и сбросами загрязняющих веществ в атмосферу, приповерхностную гидросферу и на почвогрунты.
Мероприятия, направленные на снижение негативного воздействия на окружающую среду, весьма разнообразны. Ограничения в применении мероприятий на однотипных объектах обусловлены конструктивными, технологическими и климато-географическими особенностями самих объектов. Кроме того, как правило, все способы и средства снижения вероятности аварии, ее локализации и ликвидации требуют высоких затрат. Поэтому практический выбор рациональных решений при проектировании, эксплуатации, модернизации производственных комплексов нефтегазовых промыслов существенно затруднен, что объясняется отсутствием единого, доступного и общеприменимого критерия эффективности этих решений.
В целях обеспечения и повышения промышленной и экологической безопасности, снижения аварийности и экологического ущерба при эксплуатации нефтепроводов, применяются следующие мероприятия [94,153]:
Организация и проведение мониторинга состояния трубопроводных систем с применением средств наружной и внутритрубной диагностики. При строительстве новых трубопроводах необходимо закладывать средства на нужды контроля (по литературным данным около 10 % от общей суммы инвестиций). За счет устранения выявленных опасных дефектов на участках нефтепроводов, находящихся в сфере постоянного мониторинга промышленной безопасности, возможно снижение показателей аварийности более чем в 10 раз. Однако противоправные действия по врезкам в нефтепроводы и разукомлектованию оборудования, а также недостатки производственного контроля за промышленной безопасностью снижают эффективность данного мероприятия.
Повышение эффективности защиты от наружной и внутренней коррозии на новых и реконструируемых трубопроводах:
Применение коррозионно-стойких труб с наружной изоляцией заводского нанесения.
Использование пластмассовых и стеклопластиковых труб.
3. Обеспечение экологической безопасности трубопроводов на пере
ходах через реки и оползнеопасные участки:
3.1. Метод наклонно направленного бурения позволяет достичь высокой степени сохранности природы при строительстве трубопроводов (нет разрушительных воздействий землеройных работ на русло рек, берега и пойму) и повышения безопасности при эксплуатации (исключается негативное влияние на трубопровод русловых процессов, снижается вероятность попадания нефти в воду).
3.2. Метод микротоннелирования также приводит к существенному снижению разрушительных воздействий на природу при строительстве и эксплуатации трубопроводов.
4. Совершенствование систем управления промышленной безопас
ностью. Госгортехнадзор России завершает разработку Общих требований
к системам управления промышленной безопасностью, основанным на
принципах, включающих улучшение производственного контроля, разра
ботку методологии управления снижением риска, совершенствование сис
темы подготовки и повышения квалификации специалистов предприятий в
области промышленной безопасности. Разработка и внедрение этих систем
в организациях, эксплуатирующих опасные производственные объекты,
должны осуществляться на единой концептуальной основе, учитывающей
законодательные требования и нормы промышленной безопасности в Рос
сийской Федерации и гармонизированной с международными стандарта
ми: ISO серии 9000 (управление качеством), ISO серии 14000 (управление
охраной окружающей среды), OHSAS серии 18000 (управление охраной
здоровья и безопасностью персонала).
Развитие методов анализа риска аварий на объектах трубопроводного транспорта. Для обеспечения безопасности функционирования трубопроводных систем выполняется анализ риска аварий на трубопроводах.
Внедрение независимого технического надзора за качеством выполнения работ и соблюдением проектных решений при строительстве, капитальном ремонте и реконструкции трубопроводов. С 2000 г. Госгортехнадзор России установил требования по организации жесткого технического надзора заказчиков за соблюдением проектных решений и качеством строительства, капитального ремонта и реконструкцией нефтепроводов. Впервые установлены требования к организации контроля за качеством изготовления труб и оборудования на заводах. Ужесточены требования к входному контролю при приеме труб и оборудования на рабочих площад-
ках. Эти требования в значительной мере предотвращают нарушения подрядчиками правил производства строительных работ.
7. Обеспечение высокой степени автоматизации проектирования с учетом всех факторов экологической безопасности.
Также основными направлениями снижения техногенных рисков являются:
применение технических приемов и средств, которые позволяют сократить масштабы ущерба, наносимого населению, персоналу, имуществу и окружающей среде - нефтеловушки в местах расположения важных природных объектов, боковые заграждения и т.д.;
внедрение эффективных методов и средств, позволяющих оперативно ликвидировать последствия загрязнений, являющихся следствием аварийных выбросов нефтепродуктов на почвогрунты, в водоемы и атмосферу;
внедрение методов экологического страхования.
Для обеспечения безопасности при строительстве и эксплуатации нефтепроводов проектировщики руководствуются нормативными документами [14,19-24,128,131,147, и др.].
При проектировании трубопроводов особую актуальность приобретает выбор мероприятий (технических решений), повышающих уровень экологической безопасности проектируемых объектов. Определение эффективности мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов в настоящее время является актуальной задачей.
Изучив существующее положение в области определения эффективности мероприятий, направленных на обеспечение экологической безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов, пришли к выводу, что в настоящее время отсутствуют утвержденные методики. В не-
которых научно-исследовательских институтах ведутся работы в данном направлении.
Специалистами ООО «ВолгоУралНИПИгаз» и РГУ НиГ им. И.М. Губкина при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований была разработана «Методология оценки эффективности мероприятий, обеспечивающих повышение уровня защиты окружающей среды при авариях на нефтегазовых промыслах» [94]. Данная методология должна позволить специалистам, работающим в области охраны окружающей среды, проводить объективный отбор технических приемов и средств, конструктивных, организационных, экономических решений снижения техногенных рисков. Предлагаемая методология позволяет с единых позиций, на основе объективных данных оценивать разноплановые мероприятия, обеспечивающих повышение уровня защиты окружающей среды при авариях на нефтегазовых промыслах [94].
Много работ посвящено оценке эффективности природоохранных мероприятий. К природоохранным мероприятиям относятся все виды хозяйственной деятельности отрасли, направленные на снижение или ликвидацию отрицательного антропогенного воздействия на природную среду, на сохранение, улучшение и рациональное использование природных ресурсов. Ниже приводится обзор существующих подходов к оценке эффективности природоохранных мероприятий.
В настоящее время определение экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий основывается на «Временной типовой методике определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды» [17].
Экономический эффект от природоохранных мероприятий различного назначения рекомендуется определять величиной предотвращенного экологического ущерба, который удалось избежать в результате осуществления природоохранных мероприятий на проектируемом объекте [72].
В настоящее время разработаны различные методики и методические рекомендации оценки эффективности инвестиционных природоохранных проектов, такие как [74]:
Методика отбора инвестиционных природоохранных проектов на основе балльных оценок;
Методические рекомендации по отбору и оценке инвестиционных природоохранных проектов;
Методика оценки природоохранных инвестиционных проектов.
Все вышеперечисленные методики были разработаны для комплексной оценки и отбора инвестиционных природоохранных проектов для финансирования в рамках Российской программы организации инвестиций в оздоровление окружающей среды (РПОИ).
Следует отметить, что основные приоритеты экологической стратегии, в настоящее время, меняются с природоохранных на предупреждающие, что определяет актуальность определения эффективности предупреждающих мероприятий.
Материалы, объем и методы исследования
Объектом исследования для решения поставленных задач были выбраны рабочие проекты строительства и реконструкции промысловых нефтепроводов, обустройства нефтяных месторождений, расположенные в Пермской области, разработанные в 2000-2004 г.г. ООО «Недра». Общий объем исследуемого материала составил около 300 томов проектно-сметной документации (3600 мегабайт в электронном виде).
Проанализированы опубликованные материалы по аварийным ситуациям, происшедших на нефтепроводах в период с 1993 по 2003 г. на территории Российской Федерации.
Методы исследований включают анализ, сравнение, научное обобщение проведенных работ по изучаемому вопросу, методы компьютерного моделирования, теорию вероятностей, анализа риска и сопротивления материалов. 2. Основные виды воздействия нефтепроводов на окружающую среду и методы их оценки
Основным видом воздействия на состояние воздушного бассейна является загрязнение атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ, как в период строительно-монтажных работ, так и при эксплуатации проектируемых объектов.
Период строительства
В период строительства трубопроводов источниками загрязнения атмосферного воздуха являются строительная техника и автотранспорт, сварочные и лакокрасочные работы, заправка техники и автотранспорта, земляные работы. От данных источников в атмосферный воздух будут поступать следующие загрязняющие вещества: железа оксид, марганец и его соединения, азота диоксид, сажа, серы диоксид, сероводород, углерода оксид, фториды газообразные, фториды плохо растворимые, предельные углеводороды, амилены, бензол, ксилол, толуол, этилбензол, бутилацетат, ацетон, бензин нефтяной, керосин, уайт-спирит, взвешенные вещества, пыль неорганическая и др.. Состав и объем выбросов зависят от конкретного оборудования и материалов, применяемых при строительстве трубопроводов. Воздействие на атмосферный воздух при строительстве будет кратковременным.
Расчет выбросов загрязняющих веществ от источников воздействия производится по утвержденным действующим методикам:
1. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом) [75];
2. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при сварочных работах (на основе удельных показателей) [80];
3. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при нанесении лакокрасочных материалов (на основе удельных показателей) [81];
4. Методические указания по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров с дополнениями НИИ «Атмосфера» [87];
5. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов [90].
Период эксплуатации
В период эксплуатации нефтепроводов загрязнение атмосферного воздуха происходит через неплотности фланцевых соединений, запорно-регулирующей арматуры (ЗРА). При этом в атмосферу выделяются загрязняющие вещества, состав которых зависит от транспортируемой по трубопроводу среды. При транспортировке нефти в атмосферный воздух могут поступать - сероводород, предельные углеводороды, бензол, ксилол, толуол. Объем выбросов, поступающий в атмосферный воздух через фланцы и ЗРА незначителен. Состав и объемы выбросов зависит от характеристик транспортируемой среды.
Расчет выбросов производится в соответствии с «Методикой расчета выбросов вредных веществ в окружающую среду от неорганизованных источников нефтегазового оборудования. РД 39-142-00» [78]. Состав и объемы выбросов зависят от характеристик транспортируемой среды.
Аварийная ситуация
Воздействие на атмосферный воздух при аварийном разливе нефти будет проявляться в загрязнении атмосферы в результате испарения легких фракций нефти и нефтепродуктов, а при горении нефти в атмосферный воздух будут поступать оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, орг. кислоты, сажа сероводород, формальдегиды, цианистый водород.
Объем и состав выбросов зависит от условий конкретной аварийной ситуации и транспортируемой среды.
Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух производится по следующим методикам:
1. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах [73];
2. Методика расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов [77].
Степень воздействия выбросов загрязняющих веществ на окружающую среду зависит от устойчивости ландшафтов к антропотехногенным воздействиям через воздушный бассейн. Критериями оценки устойчивости ландшафтов служат следующие показатели:
- аккумуляция загрязняющих примесей (характеристика инверсий, штилей, туманов);
- разложение загрязняющих веществ в атмосфере, зависящее от общей и ультрафиолетовой радиации, температурного режима, числа дней с грозами;
- вынос загрязняющих веществ и их рассеивание (ветровой режим);
- разбавление загрязняющих веществ за счет воспроизводства кислорода (% относительной лесистости).
Метеорологические параметры — средняя месячная и годовая температуры воздуха (С), месячное и годовое количество осадков (мм), среднегодовая повторяемость (%) направления ветра и штилей, средняя месячная и годовая скорости ветра (м/с), продолжительность солнечного сияния, коэффициент стратификации атмосферы, характеризующие вышеупомяну тые показатели, принимаются на основании многолетних наблюдений на метеостанциях.
Для оценки воздействия источников загрязнения объекта на состояние атмосферного воздуха проводится расчет рассеивания вредных выбросов в атмосфере. Расчет рассеивания выполняется для всех периодов воздействия (строительно-монтажных работ, эксплуатации, аварийной ситуации). Расчет рассеивания выбросов вредных веществ в атмосфере выполняется по унифицированной программе расчета загрязнения «Эколог». Данная программа реализует положения «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)» [105].
Уровень воздействия выбросов загрязняющих веществ на атмосферный воздух определяется концентрацией загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы на границе санитарно-защитных зон и ближайшего жилья. Размеры санитарно-защитных зон регламентируются СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [136].
Классификация основных видов воздействия нефтепроводов на окружающую среду
Наибольшее воздействие на окружающую среду наблюдается при аварийных ситуациях, при этом в окружающую среду попадает опасное вещество - нефть.
Нефть - это жидкий природный раствор, состоящий в основном из углерода (83-87 %), водорода (12-14 %), азота, серы, кислорода (1-3 %). Десятые и сотые доли процента в составе нефти составляют многочисленные микроэлементы, такие, как ванадий, хром, никель, железо, кобальт и т.д.
Групповой углеводородный состав в нефти позволяет решить вопрос о типе нефти по преобладанию (не менее 50 %) в ней тех или иных углеводородных классов. В классификации, разработанной академиком С.С. Немяткиным, выделено три типа нефти: метановые или парафиновые (алканы), нафтеновые или полиметиленовые (циклоалканы), ароматические.
Любая нефть содержит легкие и тяжелые фракции углеводородов. Поэтому для оценки воздействия компонентов нефти на биоту принята следующая классификация углеводородов [109]:
- легкая фракция (начало кипения 200С);
- метановые углеводороды (включая твердые фракции);
- циклические углеводороды;
- смолы и асфальтены.
Легкая фракция нефти, куда входят наиболее простые по строению низкомолекулярные метановые (алканы), нафтеновые (циклопарафиновые) и ароматические углеводороды, — наиболее подвижная часть нефти.
Метановые углеводороды легкой фракции, находясь в почвах, водной или воздушной средах, оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Особенно быстро действуют нормальные алканы с короткой углеродной цепью, содержащиеся в основном в легких фракциях нефти. Эти углеводороды лучше растворимы в воде, легко проникают в клетки организмов через мембраны, дезорганизуют цитоплаз-менные мембраны организма. Большинством микроорганизмов нормальные алканы, содержащие в цепочке менее 9 атомов углерода, не ассимилируются, хотя и могут быть окислены. Вследствие летучести и более высокой растворимости низкомолекулярных нормальных алканов их действие обычно не бывает долговременным. Если их концентрация не была летальной для организма, то со временем нормальная жизнедеятельность организма восстанавливается (при отсутствии других токсинов). В соленой воде нормальные алканы с короткими цепями растворяются лучше, чем в пресной, в связи с чем сопутствующие нефти соленые воды усиливают токсическое действие нормальных алканов.
Содержащиеся в воздухе алканы легкой фракции вызывают острые отравления. Смертельная доза для белых крыс: пентана- 380 мг/л, гексана - 100-150, гептана - 65, октана — 80, изооктана - 50 мг/л. Человек может переносить пары гексана в течение 8 часов в концентрациях не более 1,9 мг/л [148]. С убыванием летучести и растворимости высших гомологов (Сю и выше) уменьшается действие паров, но усиливается влияние на кожу человека. Метановые углеводороды воздействуют на нервную систему, вызывая ее неустойчивость [109].
Содержанием легкой фракции коррелируют другие характеристики нефти: углеводородный состав, количество смол и асфальтенов. С уменьшением содержания легкой фракции ее токсичность снижается, но возрастает токсичность ароматических соединений, относительное содержание которых растет.
Значительная часть легкой фракции нефти разлагается и улетучивается еще на поверхности почвы или смывается водными потоками. Путем испарения из почвы удаляется от 20 до 40% легких фракций (McGill, 1977). В большей степени это касается легких и средних нефтей. Частично нефть на поверхности подвергается фотохимическому разложению. Количественная сторона этого процесса еще не изучена.
Метановые углеводороды. В нефти богатой легкой фракцией, существенную роль играют более высокомолекулярные метановые углеводороды (С 12 - С27), состоящие из нормальных алканов и изоалканов, общее содержание их в нефти 0,2-3 % [145]. Метановые углеводороды во фракции, кипящей выше 200С, практически нерастворимы в воде. Их токсичность выражена слабее, чем у более низкомолекулярных структур.
Содержание твердых метановых углеводородов (парафина) в нефти (от очень малых величин до 15-20%) - важная характеристика при изучении нефтяных разливов на почвах. Твердый парафин нетоксичен для животных организмов, но вследствие высоких температур застывания (+18С и выше) и растворимости в нефти (+40С) в условиях земной поверхности он переходит в твердое состояние, лишая нефть подвижности. Твердый парафин с трудом разрушается и окисляется на воздухе. Он надолго может «запечатать» все поры почвенного покрова, лишив почву свободного влагообмена и дыхания. Это в первую очередь приводит к полной деградации биоценоза [104].
Циклические углеводороды. К ним в составе нефти относятся нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены).
О токсичности нафтенов сведений почти не имеется. Вместе с тем имеются данные о нафтенах как стимулирующих веществах при действии на живой организм. Примером может служить лечебная нефть Нафталан-ского месторождения в Азербайджане. Биологически активным фактором этой нефти служат полициклические нафтеновые структуры: очищенная от ароматических и смолистых соединений, почти бесцветная нефть, содержащая только нафтеновые углеводороды, обладает наиболее активным бальнеологическим действием [104].
Циклические углеводороды с насыщенными связями окисляются очень трудно. Биодеградацию циклоалканов затрудняют их малая растворимость и отсутствие функциональных групп. Основные продукты окисления нафтеновых углеводородов - кислоты и оксикислоты. В ходе процесса уплотнения кислых продуктов частично могут образовываться продукты окислительной конденсации — вторичные смолы и незначительное количество асфальтенов.
Ароматические углеводороды (арены) имеют большое значение в геохимии нефти, в том числе в экологической геохимии. К этому классу можно отнести как собственно ароматические структуры (6-членные кольца из радикалов - СН-), так и «гибридные» структуры, состоящие из ароматических и нафтеновых колец.
Оценка воздействия на окружающую среду
В геоморфологическом отношении нефтяное месторождение распо ложено на водораздельной части рек, приурочено к коренным склонам долин рек, частично в пределах всхолмленной равнины, расчлененной притоками р. Камы. Рельеф восточной части месторождения представляет собой холмисто-увалистую равнину. Вершины округлые, склоны пологие. Для характеристики метеорологических условий нефтяного месторожде-ния использованы многолетние данные близлежащей метеостанции Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей природной среды.
Климат района континентальный, с холодной продолжительной зи # мой, теплым, но сравнительно коротким летом, ранними осенними и позд ними весенними заморозками. Зимой нередки антициклоны с сильно охлажденным воздухом. Охлаждение воздуха в антициклонах происходит, главным образом, в нижних слоях, одновременно уменьшается влагосо-держание этих слоев, а в верхних слоях возрастает температура воздуха. В результате образуются мощные слои инверсии, влияющие на характер рас сеивания загрязняющих веществ в атмосфере.
При проведении строительно-монтажных работ (продолжительность строительства 2 мес.) в атмосферный воздух поступят загрязняющие вещества от строительных машин, механизмов, автотранспортных средств, а также от сварочных, лакокрасочных, земляных работ, заправки автотранспорта и строительной техники. По данному рабочему объекту источниками загрязнения атмосферного воздуха являются:
Строительная техника и автотранспорт: ДВС - 8 ед., ДМ - 7 ед. (табл. 10).
При этом в атмосферу выделяются:
- углерода оксид;
- азота диоксид;
- сажа;
- серы диоксид;
- бензин нефтяной;
- керосин. 2. Сварочные работы: сварочный агрегат - сварочный агрегат - 3 ед.
(количество и тип электродов - 100 кг ОЗЛ-7).
При этом в атмосферу выделяются:
- железа оксид;
- марганец и его соединения;
- хром шестивалентный;
- фториды газообразные и плохо растворимые.
3. Лакокрасочные работы. При этом в атмосферу выделяются:
- ацетон;
- бутилацетат;
- ксилол;
- уайт-спирит.
4. Заправка топливом автотранспорта и строительной техники из бензовоза. При этом в атмосферу выделяются:
- сероводород;
- углеводороды предельные Сі-С5, С6-Сю и Сі2-Сі9;
- амилены (смесь изомеров);
- углеводороды ароматические;
- бензол; ксилол; толуол; этилбензол.
5. Выемочно-погрузочные работы (разработка и засыпка траншеи водовода). При этом в атмосферу выделяются взвешенные вещества.
Расчет выбросов загрязняющих веществ выполнены в соответствии с утвержденными методиками [80,81,87,90].
Перечень выбрасываемых вредных веществ в атмосферный воздух при проведении строительно-монтажных работ представлен в табл. 11.
