Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Общая характеристика и показатели экологической безопасности магистральных трубопроводов 9
1.1. Проблема экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов 9
1.2. Конструктивная надежность - основной критерий экологической безопасности нефтегазопроводов 11
1.3. Особенности работы магистральных нефтегазопроводов 15
1.4. Трубы для магистральных нефтегазопроводов и условия работы металла труб 20
1.5. Задачи обеспечения конструктивной надежности и экологической безопасности трубопроводов 27
1.6. Классификация показателей надежности и экологической безопасности трубопроводов 30
1.7. Проблема стресс-коррозионного растрескивания магистральных нефтегазопроводов 34
1.8. Современные подходы обеспечения безопасности и предупреждения аварийности на объектах трубопроводного транспорта... 42
1.9. Антропогенное воздействие на окружающую среду при авариях на нефтегазопроводах 46
Глава II. Влияние геохимических свойств грунтов на склонность к стресс-коррозионному разрушению 59
2.1. Исследование грунтов и грунтовых электролитов с мест прокладки магистральных нефтегазопроводов 59
2.2. Испытания на стойкость к углекислотной коррозии при электролитическом наводороживании 64
2.3. Исследование коррозии в водородвыделяющих средах при низком рН 80
Выводы к главе 2 95
Глава III. Метод оценки склонности трубных марок сталей к стресс-коррозионному разрушению 97
3.1. Принципы построения и разработка метода оценки склонности трубных сталей к стресс-коррозионному растрескиванию 97
3.2. Испытания стандартных цилиндрических образцов на стойкость к стресс-коррозионному растрескиванию и оценка степени неравномерности поверхностной микродеформации 100
3.3. Испытания малогабаритных полукольцевых образцов-моделей постоянным и циклическим усилием 120
Выводы к главе 3 138
Глава IV. Эколого-инженерная оценка состояния природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда" 140
4.1. Равновесие природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда" 140
4.2. Механизм стресс-коррозионного разрушения трубопроводов... 145
4.3. Инженерная оценка экологического состояния природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда" 157
4.4. Оценка ущерба окружающей среды при аварии на магистральном нефтегазопроводе 160
4.5. Рекомендации по проделанной исследовательской работе 163
Заключение 165
Список литературы
- Проблема экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов
- Исследование грунтов и грунтовых электролитов с мест прокладки магистральных нефтегазопроводов
- Принципы построения и разработка метода оценки склонности трубных сталей к стресс-коррозионному растрескиванию
- Равновесие природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда"
Введение к работе
Актуальность проблемы. Магистральные нефтегазопроводы относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы которых сопряжены, как правило, со значительным материальным и экологическим ущербом. Многочисленные аварии на технологических трубопроводах, транспортирующих пожаровзрыворпасные продукты, ядовитые компоненты и токсичные среды, приводят к локальным и общим загрязнениям окружающей среды, создают повышенный риск с точки зрения безопасности персонала и населения.
В настоящее время в России эксплуатируется 227,4 тыс. км магистральных трубопроводов, из которых газопроводы составляют 157 тыс. км; нефтепроводы - 47 тыс. км; нефтепродуктопроводы и конденсатопроводы -22 тыс. км; аммиакопроводы - 1,42 тыс. км. Магистральные нефтегазопро-дуктопроводы пересекают все природно-климатические зоны России (35 % ее территории), где проживает около 60 % населения страны.
Статистика аварий на линейной части магистрального транспорта нефти и газа свидетельствует о превалирующей роли в авариях коррозионного фактора. Наибольшую опасность представляет стресс-коррозия, т.к. ей подвержены трубопроводы большого диаметра, отказы которых приводят к большим экономическим потерям, значительному экологическому ущербу с возможными непоправимыми последствиями для окружающей природной среды. Поэтому поиск эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надежности трубопроводов - весьма актуальная задача с высокой экологической ответственностью.
Целью работы является исследование коррозионной агрессивности грунтов, определение основных факторов, вызывающих стресс-коррозионное разрушение, повышение конструктивной надежности и разработка рекомендаций по обеспечению экологической безопасности магистральных нефтегазопроводов.
Основная идея работы заключается в выявлении механизма стресс-коррозионного растрескивания металла труб и выборе рекомендаций по определению коррозионно-стойких трубных сталей.
Научные положения, выносимые на защиту
Экологическая безопасность магистральных нефтегазопроводов зависит от почвенно-климатических условий эксплуатации, напряженно-деформированного состояния стали и стойкости к стресс-коррозионному разрушению.
Равновесие природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда" обеспечивается комплексом организационных, технологических и инженерно-технических мероприятий по предупреждению аварий.
Конструктивная надежность, как свойство конструкции сохранять заданные функции, является основным показателем экологической безопасности магистральных нефтегазопроводов в условиях коррозионных сред грунтов.
Задачи исследований
Влияние основных причин аварий на магистральных нефтегазопроводах на экологическую безопасность.
Разработка методики лабораторных испытаний и обоснование ее эффективности при исследовании механизма стресс-коррозионной стойкости трубных сталей и сварных соединений в агрессивных средах.
Разработка методики оценки склонности трубных марок сталей к стресс-коррозионному растрескиванию с целью повышения их экологической безопасности при длительной эксплуатации.
Научная новизна работы
1. Выявлено, что основной причиной, вызывающей нарушение экологического равновесия при стресс-коррозионном разрушении магистральных нефтегазопроводов, является агрессивная среда околотрубного пространства, воздействующая на металл трубы в местах нарушения изоляции.
Определено, что стресс-коррозионное разрушение является многостадийным процессом и протекает при слабокислом или кислом значении рН при одновременном воздействии нескольких факторов.
Установлено, что определяющее влияние на механизм стресс-коррозионного растрескивания оказывает реакция восстановления водорода на катодных участках поверхности трубы. Водород интенсифицирует процессы структурно-физической деградации металла, облегчает протекание микропластической деформации и концентрируется в приповерхностном слое в результате диффузии в зону максимальных напряжений, уменьшая энергию разрушения.
Разработан метод оценки склонности трубных марок сталей к стресс-коррозионному растрескиванию и предложен деформационный коэффициент К„, позволяющий ранжировать трубные марки стали по стойкости к стресс-коррозионному растрескиванию и классифицировать грунтовые среды по стресс-коррозионной активности.
Установлено, что степень экологической опасности при эксплуатации магистральных нефтегазопроводов зависит от механо-коррозионной стойкости металла труб.
Практическое значение работы состоит в определении факторов, влияющих на зарождение и развитие стресс-коррозионных трещин на магистральных нефтегазопроводах, выборе марки стали труб с высокой степенью стойкости к стресс-коррозии при статической и циклической нагрузках, выборе щадящего режима эксплуатации нефтегазовых сооружений, а также изменении трассы прокладки трубопроводов при высоком уровне опасности стресс-коррозионного разрушения для предотвращения экологического ущерба окружающей природной среде.
Методы исследования базируются на основных закономерностях электрохимии, физической химии, металловедения, теории сварочных процессов, высоковакуумной и измерительной техники, многофакторном анализе планирования эксперимента. Исследования выполняли с использованием
комплекса экспериментальных и теоретических методов анализа напряженно-деформированного состояния элементов трубопровода на основе современных представлений о механизмах разрушения материалов и конструкций.
Обоснованность и достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждается достаточно большим объемом имеющейся в работе фактической информации, высокой сходимостью полученных результатов с экспериментальными данными по изменению механических характеристик сталей, полученными другими исследователями, экспериментальным обоснованием связи между степенью неравномерности поверхностной микродеформации и склонностью к стресс-коррозионному растрескиванию в условиях воздействия коррозионно-активных сред.
Реализация результатов работы. Результаты исследований используются в учебном процессе по специальности «Геоэкология и безопасность жизнедеятельности» в СКГМИ. Методика и результаты исследований предложены Российскому государственному университету нефти и газа им. И.М. Губкина для внедрения, в Моздокское линейное производственное управление магистральных газопроводов и АО "Югтрансгаз" (Саратов).
Апробация полученных результатов. Материалы диссертационных исследований докладывались на семинарах НТК СКГМИ в 2001-2004 гг. (Владикавказ), на Международной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения" (Санкт-Петербург, 2001 г.), на Международной конференции "Разрушение и мониторинг свойств металлов" (Екатеринбург, 16-19 мая 2001 г.) и на V Международной научно-практической конференции "Современные проблемы биологических повреждений материалов (Биоповреждения - 2002)" (Пенза, 19-20 ноября 2002г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы.
Полный объем диссертации составляет 178 страниц текста, 56 рисунков, 13 таблиц, 130 наименований использованной литературы.
Проблема экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов
Трубопроводные конструкции и системы находят широкое применение практически во всех отраслях промышленности. Трубопроводы относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы которых сопряжены со значительным материальным и экологическим ущербом. Многочисленные отказы на технологических трубопроводах, транспортирующих пожаровзрыво-опасные продукты, ядовитые компоненты и токсичные среды, приводят к локальным и общим загрязнениям окружающей среды, создают повышенный риск с точки зрения безопасности персонала и населения. Исходя из этого, обеспечение экологической безопасности эксплуатации является важной задачей.
Определяющим критерием экологической безопасности нефтегазопроводов является их конструктивная надежность - один из основных показателей качества любой конструкции (системы), заключающаяся в ее способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуемого промежутка времени "жизненного цикла".
Особую остроту приобретает проблема экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов. Отказ магистрального нефтегазопровода, проявляющийся в местной потере герметичности стенки трубы, трубных деталей или в общей потере прочности в результате разрушения, приводит, как правило, к значительному экологическому ущербу с возможными непоправимыми последствиями для окружающей природной среды.
До настоящего времени проблема надежности магистральных нефтегазопроводов рассматривалась только с точки зрения формирования норматив ных свойств трубопроводных конструкций по конечным эксплуатационным критериям и количественной оценке таких свойств по заданным конструктивным и технологическим показателям. При этом основным математическим аппаратом анализа является статистическая теория вероятностей, использующая в качестве своей информационной базы ретроспективные сведения об отказах трубопроводных конструкций.
Однако статистика отказов, являющаяся до настоящего времени основным источником информации для оценки надежности трубопроводов, была лишь сигналом обратной связи, дающим представление о том, насколько исходные материалы строительства, конструктивные и, реже, технологические решения обеспечивают требуемые показатели надежности. В такой методологической постановке надежность трубопроводов является категорией сла-боуправляемой, в большей степени формальной. Это обстоятельство привело к тому, что отраслевая наука о надежности магистральных трубопроводов достигла кажущегося насыщения, исчерпала свои методологические резервы и определила круг задач, неразрешимых в рамках классических теорий и традиционных методов расчета [1].
Принципиальный выход из создавшегося положения заключается в реализации системного подхода к проблеме, основывающейся на комплексных решениях по оптимальному управлению качеством и надежностью трубопроводного строительства и эксплуатации. С этой точки зрения расчет и прогнозирование возможного развития технологических процессов в реальных условиях строительства и эксплуатации трубопроводов, технологическое обеспечение заданных показателей качества, специальная организация контроля и испытаний (обеспечивающих требуемые гарантии нормированных свойств), гибкая регламентация условий эксплуатации трубопроводных конструкций (с дифференцированием их по конструктивно-технологическим, гидрогеологическим, метеорологическим и другим признакам) являются необходимой основой для формирования экологически оправданного уровня конструктивной надежности магистральных нефтегазопроводов.
Экологический аспект проблемы повышения конструктивной надежности магистральных трубопроводов тесно связан с особенностями трубопроводного транспорта.
Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют магистральные нефтегазопроводы, являющиеся линейно-протяженными объектами с высоким уровнем экологической опасности. Поэтому поиск эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надежности трубопроводов, - весьма актуальная задача с высокой экологической ответственностью.
Магистральный трубопровод представляет собой систему последовательно соединенных элементов - труб, трубных деталей, арматуры. Поэтому отказ любого из них приводит к аварийным ситуациям. Наибольшая вероятность отказов падает на трубы и сварные соединения, выполняемые при строительстве трубопровода.
Магистральные трубопроводы являются уникальными сооружениями из-за их большого диаметра и производительности, их энергетической мощности. Рассматривая проблему работоспособности и надежности трубопроводов, следует отметить уникальный характер и интенсивность взаимодействия этих сооружений с окружающей средой, протяженность прокладки в различных климатических и гидрогеологических условиях, площадь поверхности контакта с грунтом, массу транспортируемого продукта, его теплосодержание и количество вносимого тепла (холода) в грунт, пересечение множества естественных, искусственных преград. Уникальность состоит в том, что трубопроводы (особенно трубопроводы больших диаметров) постоянно в течение всего срока службы во всех своих частях испытывают значительные внутренние напряжения, близкие к нормативным характеристикам прочности металла. Поэтому даже незначительные отклонения действительных условий от принятых за исходные в расчетах приводят систему в состояние предельного состояния.
Исследование грунтов и грунтовых электролитов с мест прокладки магистральных нефтегазопроводов
К настоящему времени известно, что одной из причин стресс-коррозии магистральных нефтегазопроводов является агрессивная среда околотрубного пространства. В связи с этим представляет особый интерес изучение факторов, определяющих агрессивность окружающей среды околотрубного пространства. Результаты этих исследований могут быть использованы для разработки комплексных методов диагностики потенциально опасных в стресс-коррозионном отношении участков магистральных трубопроводов с целью предотвращения аварий, несущих большой экологический ущерб окружающей среды.
Практика эксплуатации магистральных нефтегазопроводов показывает, что стресс-коррозионное растрескивание возникает в грунтах различного химического состава под действием грунтовых электролитов, проникающих к трубе при неудовлетворительной адгезии изоляционного покрытия. В зависимости от характера грунтовых электролитов и температурных условий в подземных магистральных нефтегазопроводах различают две формы коррозионного растрескивания под напряжением. В концентрированных карбонат-бикарбонатных грунтовых электролитах с рН = 9,5 — 12 его классифицируют как межкристаллитное карбонат-бикарбонатное стресс-коррозионное растрескивание (high рН SCC) с механизмом активного анодного растворения. Эта форма нетипична для российских нефтегазотранспортных систем.
Стресс-коррозионное растрескивание развивается не в разрывах изоляционного покрытия, где металл катодно защищен, а вдали от места разрыва изоляции, под ее отслоениями, где подпленочные электролиты представляют собой разбавленные растворы солей и имеют слабокислую реакцию из-за затруднений катодной защиты металла под отслоениями в высокоомных электролитах. В таких условиях регистрируется КРН при низком рН (low рН SCC), которому подвержены российские нефтегазопроводы.
В настоящее время не существует полного объяснения тому, почему одни соединения вызывают растрескивание, а другие, взаимодействуя с металлом, нет. Еще более трудным является вопрос о взаимном влиянии компонентов среды на процесс коррозионного растрескивания под напряжением. Коррозионная активность грунтов, в том числе и их способность вызывать коррозионное растрескивание магистральных нефтегазопроводов, находящихся под давлением транспортируемого газа, зависит от многих факторов: влажности и способности грунта удерживать воду; кислотности; величины водородного показателя (рН); солевого состава; наличия или отсутствия кислорода и микроорганизмов.
До настоящего времени не установлено наличие однозначной зависимости между способностью водных электролитов грунтов вызывать коррозионное растрескивание трубных сталей, и каким-либо одним из указанных параметров этой среды.
Коррозионное растрескивание под напряжением металла труб магистральных газопроводов, согласно существующим представлениям, может вызываться наводороживанием, локальным растворением и адсорбционным снижением уровня поверхностной энергии [31-33].
Продолжительность службы магистральных трубопроводов в реальных условиях эксплуатации достаточно большая, и для проведения натурных испытаний требуется значительное время. Поэтому возникает необходимость разработки ускоренных методов испытаний на склонность к КРН, применение которых предполагает воздействие на испытуемый образец основных внешних факторов, действующих в реальных условиях. При этом важно, чтобы механизм и характер процесса разрушения соответствовали наблюдающимся при разрушении. ш
Для создания такой методики необходимо знание об условиях возникновения и развития стресс-коррозионного растрескивания. Ведь до сих пор оставался дискуссионным вопрос о том, какая парциальная реакция — анодного растворения или катодного выделения водорода, превалирует в механизме зарождения и дальнейшего роста стресс-коррозионных трещин.
По структурному характеру, фрактографическим деталям, результатам поляризационных опытов и другим идентификационным признакам [34] стресс-коррозионное растрескивание может быть отнесено к формам разрушения, вызванных влиянием водорода [35-42]. Однако в предполагаемых моделях стресс-коррозионных разрушений роль анодной реакции растворения сводится к простому электрическому сопряжению с реакцией разряда гидроксония (Н30+).
Химический анализ проб грунтов с мест разрушения магистральных газопроводов Ямбург - Елец 1 и Пунга - Ухта - Грязовец, выполненный во Всероссийском теплотехническом институте [43], показал, что в их состав входят катионы (Na+, Са2+, Mg2+, Fe3+) и анионы (СҐ, F", SO2 , NO2 , NO3"), кремниевая кислота в растворенном и коллоидном состоянии, присутствием которых нельзя объяснить стимулирование процесса электрохимического растворения сталей и их коррозионного растрескивания при потенциалах коррозии.
Принципы построения и разработка метода оценки склонности трубных сталей к стресс-коррозионному растрескиванию
Современные методы анализа и расчета качества и надежности трубопроводных конструкций различного назначения являются необходимой формирующей основой нормирования технических требований и условий, обеспечивающих гарантированные количественные показатели экологической безопасности трубопроводов. До настоящего времени отсутствуют объективные методы оценки экологически обоснованных критериев работоспособности трубопроводов, не в полной мере исследованы общие закономерности и конкретные механизмы коррозионных повреждений тела трубы, приводящих к развитию экологически опасных ситуаций в регионах эксплуатации трубопроводных объектов. Указанные обстоятельства обуславливают необходимость форсированного поиска оптимальных решений проблемы гарантированного обеспечения и достоверного прогноза надежности трубопроводов с учетом экологических критериев. Общие принципы анализа и прогнозирования качества эксплуатации магистральных нефтегазопроводов включают в себя оценку фактического состояния металла труб.
Оценка склонности трубных сталей к коррозионному разрушению под напряжением должна базироваться на теоретических предпосылках и расчетных методах. В настоящее время нет унифицированного подхода для обеспечения экологически безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов. Существующие методы исследования не могут в полной мере ответить на вопросы, связанные с обеспечением прочности и надежности этих конструкций, так как не в полной мере воспроизводят все факторы, влияющие на разрушение трубопроводов во время их эксплуатации. Вопросам разработки и методам проведения испытаний посвящено большое количество работ [71 75], однако каждый метод испытаний, обладая теми или иными возможностями, имеет вполне определенное функциональное назначение, а также свои недостатки.
С учетом существующих традиционных приёмов в технике коррозионных испытаний получение достоверных данных оценки коррозионной стойкости, длительной прочности металла труб и сварных соединений зависит в значительной степени от методов и средств проведения испытаний. Для начальной экспресс-оценки стойкости различных марок сталей к воздействию коррозионной среды, моделирующей среду грунтовых электролитов с мест прокладки трубопровода, можно использовать испытания стандартных цилиндрических образцов. При этом необходимо руководствоваться принципами сравнения по наиболее важным характеристикам, получаемых при испытании образцов (стойкость к зарождению трещин, прочность, относительное удлинение и сужение и т.д.). Так как КРН характеризуется сетью поверхностных трещин, особенно важным представляется исследование поверхностного слоя металла при контакте с коррозионной средой в напряженном состоянии. Для понимания причин зарождения трещин на поверхности и их дальнейшего развития в глубь металла представляется важным создание методики оценки склонности к неравномерности поверхностной микродеформации.
На следующем этапе важно перейти на испытания масштабных образцов, наиболее полно отражающих действительную работу конструкции, соответствующих размерам и форме конструктивных элементов трубопровода. Существующие образцы-модели не всегда или не в полной мере соответствуют этим критериям и не могут использоваться для оценки длительной прочности и работоспособности металла труб и сварных соединений из-за различия характера работы исследуемых образцов-моделей от работы реальных трубопроводов. В связи с этим на этапе разработки методики оценки длительной прочности металла труб и сварных соединений важной задачей является создание новых типов образцов или использование моделей, моделирующих условия работы нефтегазопроводов и их сварных соединений.
Для проведения масштабных испытаний, повышения точности и надежности получаемых данных образец должен отражать действительную работу металла трубы, а также обладать всеми её конструктивно-технологическими признаками, в частности, такими как кривизна, толщина стенки, технологическая наследственность и при наличии сварных соединений должно сохраняться поле остаточных напряжений. Образец должен обладать упругой энергией реального трубопровода, а при наличии сварного шва и упругой энергией остаточных сварных деформаций (остаточных напряжений), так как первичным фактором, влияющим на зарождение трещины, будет величина напряжений, от которых зависит величина потенциальной энергии, и время до окончательного разрушения конструкции, существенно зависящее от запаса потенциальной энергии [76]. При нагружении образца статической нагрузкой в его рабочей зоне должно создаваться напряженно-деформированное состояние, характерное для реальной трубы, упругая энергия рабочей зоны должна моделировать упругую энергию поверхности реального трубопровода вследствие того, что коррозионные трещины наиболее часто возникают в поверхностном слое. Однородное поле напряжений должно сохраняться на всём пути следования коррозионной трещины, как по поверхности образца, так и по его толщине, вплоть до достижения ею предельно допустимых размеров.
Всем перечисленным требованиям, предъявляемым к образцу-модели, в большей степени будет соответствовать образец-модель, разработанный в СКГМИ, изготовленный из отрезка реальной трубы и обладающий всеми её конструктивно-технологическими признаками.
Испытания образца-модели при постоянной нагрузке должны проводиться в условиях контакта с коррозионной средой. Конструкция образца должна предусматривать возможность проведения испытаний на циклическую трещиностойкость в коррозионной среде.
Метод заключается в проведении комплексных испытаний вырезаемых из труб цилиндрических и крупномасштабных образцов натурной толщины в коррозионной среде. Испытания цилиндрических образцов проводятся в условиях одноосного нагружения, крупномасштабных - в условиях двухосного статического и циклического нагружения. Метод оценки склонности трубных сталей к КРН состоит из нескольких последовательных этапов.
Равновесие природно-технической системы "человек-трубопровод-окружающая среда"
Критерием, являющимся мерой экологической безопасности строительства и эксплуатации магистральных нефтегазопроводов, может служить опасность нарушения природного баланса в узко территориальном (или региональном) и в общегосударственном масштабе. Такая опасность - потенциальная характеристика необратимых потерь (или необратимых процессов), количественно связанных с антропогенными факторами эксплуатации трубопроводной конструкции. Общий принцип охраны природы в трубопроводном строительстве заключается в минимизации потерь неживой и живой природы.
Невосполнимые потери, связанные с разработкой и эксплуатацией новых месторождений (добыча нефти, газа и других видов сырья), имеют лишь косвенное отношение к рассматриваемой экосистеме "человек-трубопровод-окружающая природа" и должны изучаться в общегосударственном (и в межгосударственном) масштабе.
Магистральный трубопровод в экологическом отношении - исключительно специфическое сооружение протяженностью, достигающей нескольких тысяч километров. Учитывая современные масштабы строительства и эксплуатации, следует рассматривать широко разветвленную транспортную систему подачи нефти и газа в общетерриториальном плане. В этой связи становится очевидным, что однотипное (по конструктивно-технологическим параметрам) строительство и эксплуатация магистральных трубопроводов в различных территориальных районах ведет к различным экологическим последствиям.
Комплекс предупредительных мер по охране природы включает в себя конкретные решения по эффективной компенсации возможных потерь, понесенных окружающей средой. Цель такой компенсации создание необходимых предпосылок для обеспечения максимальной скорости биологической самоочистки (самовосстановления) системы, функционально связанной с уровнем антропогенного изменения окружающей среды в результате сооружения трубопровода.
Понятие экологического равновесия в природе имеет глубокий смысл, поскольку оно опирается на обширную систему научных знаний и представлений о состоянии и свойствах биогеоценозов флоры и фауны. Естественный природный баланс вследствие антропогенного изменения имеет тенденцию смещения, проявляющегося в формах единичного или общего явлений, в виде явного или неявного следствия, значительных диспропорций и т.д [1]. Поэтому важной фундаментальной задачей исследования экосистемы является точный и достоверный прогноз возможных последствий нарушенных равновесий в природе по фактическим (или планируемым) параметрам таких нарушений (величинам смещений равновесных состояний). Рассматривая экосистему "человек-трубопровод-окружающая среда", можно, опираясь на односторонние экологические критерии, сформулировать общие условия, а затем установить количественные пропорции по всем последовательно связанным звеньям экологической цепи. Таким образом, информационно-поисковый процесс с целью назначения обоснованных критериев протекает от природы к человеку, а реализация его конкретной конструктивной формы, удовлетворяющей экологическим критериям - от человека к природе.
Экологическому окружению конкретной трубопроводной системы, определяющему характер окружающей среды (следовательно, и условия формирования и функционирования трубопровода), в равновесном отношении должно соответствовать состояние системы (ее сооружение или эксплуатация), односторонне оцениваемое по характеристикам качества и эксплуатационной надежности.
В отношении каждого критерия экологического равновесия должна быть установлена жестко регламентированная норма, являющаяся границей предельно допустимых потерь. Поэтому понятие экологического равновесия системы "трубопровод - окружающая среда" условно с точки зрения предельно допустимых норм по всем экологическим критериям. Понятие предельно допустимой нормы (или предельно допустимой потери) требует обоснования с точки зрения локального экологического скачка (т.е. интенсивности местных потерь данного вида), возможности развития необратимых смещений экологического равновесия в результате утечек и аварий на магистральном трубопроводе.
Принцип оптимального функционирования экосистемы "трубопровод -окружающая среда" в рамках оптимального управления процессами сооружения и эксплуатации магистрального трубопровода можно сформулировать так: если реальная экосистема наделена структурой взаимоувязанных характеристик (трубопровод - окружающая среда), то для обеспечения стабильности функционирования этой системы необходимо определить группу, элементами которой являются преобразования, оставляющие без изменения все структурные соотношения.
Методы охраны окружающей среды для предупреждения аварий при сооружении и эксплуатации магистральных трубопроводов принципиально отличны в отношении аргументации используемых организационно-технических мероприятий. В процессе сооружения трубопровода принципиальное значение имеет собственно формируемый уровень качества (или конструктивной надежности), в то время как эффективность эксплуатационного периода (с точки зрения охраны природы) определяется способностью обеспечения стабильной сохранности конструктивной надежности трубопровода.
Разработке конкретных методов по охране окружающей среды в рамках эксплуатации магистральных нефтегазопроводов должно уделяться большое внимание. Наиболее плодотворные результаты в этом плане дает комплексный подход к проблеме охраны окружающей среды. Комплексность преду сматривающий, прежде всего, обоснованное введение экологических критериев в практику расчета, проектирования, строительства и собственно эксплуатации трубопровода.
Комплексный подход к решению задач в рамках экосистемы "человек-трубопровод-окружающая среда" должен предусматривать взаимообусловленность воздействия трубопровода и окружающей среды. Нередко естественные процессы в природе становятся причиной аварийных ситуаций, чреватых отрицательными для самой же природы последствиями. Поэтому контроль за развитием таких потенциально опасных (в смысле развития недопустимых перегрузок на трубопровод) процессов, как оврагообразование, миграция песков, селевые и оползневые процессы, снежные завалы и ливневые разливы играет важную роль в современном прогнозировании возможных аварийных ситуаций и принятия оперативных предупреждающих мер.
