CC BY
87
------------------------------------- © М.А. Пашкевич, Т.А. Петрова,
2005
УДК 338.26:553.981
М.А. Пашкевич, Т.А. Петрова
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ ТЭК
Семинар № 6
Магистральные трубопроводы России имеют общую протяженность более 2 000 км и охватывают около 35 % ее территории, на которой проживает около 60 % населения страны. Протяженность газопроводных магистралей России, включая газопродуктопрово-ды, - 151 тыс. км. В настоящее время по трубопроводам перемещается 30 % общего объема грузооборота страны. По магистральным трубопроводам доставляется 100 % добытого газа.
Потенциально, при условии проектирования, строительства и эксплуатации на современном техническом и технологическом уровне с соблюдением требований безопасности, трубопроводы являются наиболее экологически чистым видом транспорта углеводородов и важнейшим источником положительных межрегиональных и межсекторальных экстерналий в экономике России.
Тем не менее, в настоящее время, по оценкам специалистов МЧС России, аварийность на трубопроводах с каждым годом возрастает. В ХХ! век эти системы жизнеобеспечения страны вошли изношенными на 50-70 %, более 30 % протяженности продуктопроводов построено более 30 лет тому назад, около 50 % - более 20 лет назад. Уже к настоящему времени около 30 процентов газоперекачивающих станций технически и морально устарели, а более 15 процентов компрессорных мощностей эксплуатируются уже более 25 лет.
Статистика аварий позволяет сделать вывод о том, что после 20-25 лет эксплуатации возрастает риск аварий, обусловленный ухудшением технического состояния трубопроводов. Кроме того, утечки из трубопроводов приносят стране огромный экономический и экологический ущерб.
Высокая техническая и экологическая опасность газопроводов, нуждающихся в модернизации и реконструкции обостряется тем, что в густонаселенном Центральном районе России порядка 2800 зданий и сооружений находятся на минимальном допустимом расстоянии от магистральных трубопроводов. Количество пересечений магистральными трубопроводами (МГП) железнодорожных и шоссейных дорог составляет около 15 тысяч, количество пересечений водных объектов -около 2 тысяч [1-4]. В зоне воздействия трубопроводов области с постоянно нарушенным почвенно-растительным покровом составляют 5-7 %, а области с его временными (одноразовыми) нарушениями - до 15 % всей площади, вовлеченной в освоение объектами нефтегазового комплекса.
Причины повышенной опасности эксплуатации МГП весьма разнообразны. Прежде всего, большую роль играет существенный износ оборудования и недопустимое превышение плановых сроков его эксплуатации, составляющих около 20 лет. Как показывают результаты анализа статистических данных о динамике аварийности отечественных магистральных трубопроводов, риск аварий существенно
возрастает после 20-25-летнего срока их использования. К настоящему времени до 40 % МГП (от их общей протяженности) амортизированы полностью. Около 35 % протяженности газопроводов эксплуатируется в течение более чем 20 лет, около 15 % - более 30 лет. Технически и морально устарели около 30 % газоперекачивающих станций, причем более 15 % компрессорных мощностей используются дольше 25 лет. В период с 1985 г. до начала XXI века не было построено ни одной крупной магистрали. Ситуация стала меняться только в последние годы, когда было введено в эксплуатацию более 1000 км новых трубопроводов.
К многочисленным причинам высокой аварийности магистрального трубопроводного транспорта относятся также неадекватный выбор и недостаточное качество используемых материалов, обусловливающее интенсивную коррозию труб, нарушения норм и правил при прокладке трасс, различные внешние воздействия природного и антропогенного характера. Повышенная техническая и экологическая опасность газопроводов часто обусловливается также их недопустимой близостью к населенным пунктам, обилием пересечений железнодорожных и шоссейных дорог (около 15 тысяч) и водных объектов (около 2 тысяч.).
Кроме того, разнообразные технические, технологические, природные и антропогенные факторы аварийности находятся между собой в весьма сложном взаимодействии. Это дополнительно затрудняет их анализ, осложняет оценку и нормирование результирующего уровня опасности процессов сооружения и эксплуатации МГП. Поэтому количественные закономерности многофакторной детерминации уровня аварийности газопроводов недостаточно изучены. Соответствующая нормативно-методическая база весьма неполна и не отвечает современным требованиям.
Наконец, строительство, обслуживание и реконструкция магистрального трубо-
проводного транспорта характеризуется высокой капиталоемкостью. Необходимая минимизация затрат финансовых и материально-технических ресурсов требует обоснованного выбора стратегии сооружения, эксплуатации и реконструкции газопроводов с учетом всех ожидаемых экономических издержек, связанных с возможными проектными решениями. Решение этой проблемы возможно только на основе детального изучения технического и эколого-экономического риска. Первоочередной задачей для достижения этой цели является разработка научнометодической основы определения и прогноза эколого-экономических издержек от прокладки трасс, эксплуатации и реконструкции магистральных газопроводов на основе риск-анализа, что обусловливает большую актуальность настоящей работы.
При проведении риск-анализа эксплуатации МГП для репрезентативности результатов статистической обработки в качестве объектов исследования выступали различные участки трубопроводной системы ОАО «Газпром». Учитывались технические, технологические, климатические характеристики факторов аварий на линейных участках МГП за период 1995-2003 гг.
Под экологической опасностью МГП предлагается понимать состояние компонентов природной среды, подвергшихся их воздействию, при котором возникла угроза жизненно важным интересам личности, общества, государства.
Под фактором опасности предлагается понимать процесс, явление или его составляющие, обладающие поражающим действием. Причиной появления фактора опасности является источник опасности. Техногенные факторы опасности служат источниками возникновения экологической опасности.
Трубопровод представляет собой сложную геотехническую систему, взаимодействующую с компонентами природной среды. С одной стороны, он воздействует на природную среду вследствие экс-
плуатационных утечек, проведения профилактических мероприятий, ЧС. С другой стороны, природная среда воздействует на трубопровод, приводя к коррозии металлических труб, снижению их прочности, деформации сооружений и, соответственно, к повышению числа отказов.
В этой связи для оценки экологической опасности газопроводов возникает необходимость выделения факторов технического риска. Императивные факторы технического риска при сооружении и эксплуатации газопроводов, выделенные на основании результатам оригинальных исследований и анализа литературы классифицированы на четыре основные группы: технические, технологические, природные, техногенные.
К техническим факторам риска относятся факторы, определяющиеся качеством транспортируемого продукта, параметрами и качеством материала изготовления труб, характером стыков труб.
К технологическим факторам технического риска относятся факторы, определяющиеся длиной и временем эксплуатации трубопровода, степенью коррозионного износа труб, расходом и скоростью движения продукта, потерями напора, количеством ниток трубопроводов и расстоянием между ними, общей длиной подземных, подводных, надземных, надводных трубопроводов и др.
К природным факторам технического риска относятся факторы, характеризующие климатические, геологические, геоморфологические, геофизические, инженерно-геологические, гидрогеологические, гидрологические особенности территории расположения газопроводов. К техногенным факторам технического риска относятся факторы, определяющиеся особенностями прокладки трубопровода, направ-
лением и хозяйственным использованием территорий по которым проходит трасса газопроводов, типом пересекаемых транспортных магистралей и коммуникаций, направлением и уровнем техногенной нагрузки на пересекаемые трубопроводом водные объекты.
Идентификация, то есть установление степени опасности объектов, на данном этапе оценки риска включает первичное (начальное) определение степени опасности объектов, основанное на анализе возможных видов ущерба, наносимого человеку и окружающей среде, и выделение приоритетных для проведения последующего анализа объектов.
При проведении идентификации учитываются две категории опасностей: опасности, возникающие в процессе нормального функционирования объектов, и опасности аварийной природы, в том числе нештатные ситуации, при которых имеет место значительное повышение уровня риска.
При нормальном функционировании опасных объектов их техногенное воздействие связано с регламентированными выбросами в атмосферу, а также сбросами в водную среду и почву различного рода вредных химических и биологически активных веществ, являющихся технологическими отходами.
Выбросы в атмосферный воздух могут быть организованными, неорганизованными и распределенными. Организованные выбросы производятся в соответствии с установленными нормами через вентиляционные и дымовые трубы; они вносят основной вклад в загрязнение воздуха. Неорганизованные выбросы связаны с нерегулируемой или слаборегулируемой утечкой загрязняющих веществ из объектов МГП в атмосферу.
Рис. 1. Структура процедуры по оценке риска при нормальном функционировании опасных объектов
Регламентированные сбросы жидких технологических сред и других отходов или так называемых сточных вод могут производиться в поверхностные воды. Поверхностные воды загрязняются также за счет спуска в них отходов, прошедших естественную и искусственную очистку в отстойниках и очистных прудах.
При интегрированной комплексной оценке риска, наряду с типичными промышленными выбросами и сбросами, подлежат учету источники коммунальнобытовых сбросов, загрязнение почвы и грунтовых вод за счет утечек из трубопроводов, инжектирующих нефтяных скважин, а также такие неточечные источники загрязнения, как дождевые и моечные стоки с городских дорог и др.
Как уже отмечалось ранее, при установленной системе источников выбросов, сбросов и утечек вредных химических веществ дальнейшая процедура оценки риска включает: расчеты полей концентраций и дозовых нагрузок, падающих на людей и другие объекты живой природы, с учетом всего многообразия миграционных процессов; расчеты наносимого при упомянутых дозовых нагрузках ущерба здоровью человека, другим популяциям живой при-
роды, отдельным биоценозам, экосистемам и элементам окружающей среды, чувствительным к техногенному воздействию; количественное определение уровней риска, сопоставление их с приемлемыми значениями, оценку состояния безопасности и риска.
Структура полной процедуры по оценке риска приведена на рис. 1.
При авариях на опасных объектах техногенное воздействие обусловливается процессами взрывного характера, сопровождающимися возникновением ударных волн, пожарами, большими по объему выбросами вредных химических, биологических и радиоактивных веществ и другими явлениями.
Оценка риска аварий включает несколько этапов, начиная от выявления и идентификации возможных опасностей и кончая расчетами уровней риска и сопоставления их с критериями. Схема процедуры такой оценки приведена на рис. 2.
В соответствии с приведенной схемой может проводиться превентивная оценка риска аварий на стадиях выбора местоположения объекта, разработки проекта, опытной эксплуатации и модификации производства, а также оценка риска при авариях.
Во втором случае в схеме процедуры первый этап, связанный с анализом воз-
База данных и база знаний предметной области "оценка техногенного риска"
Критерии оценки риска
Выявление и идентификация опасных событий, разработка сценариев аварий и оценка вероятностей их возникновения
Выбор адекватных рассматриваемым авариям и условиям моделей формирования факторов техногенного воздействия и распространения вредных вешеств в различных средах и трофических цепочках. Расчет уровней физических полей и дозовых нагрузок
Вероятностная оценка наносимого при техногенном воздействии ущерба здоровью людей, другим популяциям, сообществам и экосистемам, а также социальноэкономического ущерба и т.п.
Расчет, оценка результирующих уровней риска и их графическая интерпретация, выявление зон и территорий с повышенными уровнями риска, где для обеспечения безопасности требуется вмешательство и принятие защитных мер.
Рис. 2. Структура процедуры оценки риска техногенных аварий
можных аварий, разработкой сценариев этих аварий и оценкой вероятности возникновения, может быть анализ возможных опасных событий и аварийных ситуаций включает рассмотрение существенно сокращен в силу того, что аварийная ситуация не несет в себе полной неопределенности, характер ее развития в большинстве случаев выявлен. Все внимание сосредоточивается на последующих эта-
пах. При этом необходимые математические модели и методы расчетов выбираются с учетом требований по оперативности проводимой оценки и условий складывающейся обстановки всех ситуаций, связанных с отклонением от регламентного функционирования объекта и возникновением того или иного ущерба. Целью этого анализа является выявление последовательностей событий, ведущих в конечном счете к авариям, разработка сценариев возникновения и развития аварий, оценка вероятности их возникновения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гриценко А.И. и др. Экология. Нефть и газ. - М.: Наука, 1997.
2. Гриценко А.И., Босняцкий Т.П., Шилов Ю.С., Седых А.Д. Экологические проблемы газовой промышленности - М.: ВНИИ природных газов и газовых технологий, 1993.
3. Одишария Г.Э., Сафронов В.С., Швиря-ев А.А. Основные задачи природоохранной деятельности в процессе освоения и эксплуатации
Бованенковского газоконденсатного месторождения // Доклад на семинаре "Проблемы оценки риска и безопасности объектов газовой промышленности" - Москва, 11-12 мая 1994.
4. Седых А.Д., Апостолов А.А., Кучин Б.Л.
Идентификация риска линейной части магистральных газопроводов. Монография. «Газойл
пресс», - М., 2001. 176 с.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Пашкевич М.А. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой геоэкологии, Петрова Т.А. - аспирантка кафедры геэкологии,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) (СПГГИ ТУ).
© Л.В. Плющ, Е.В. Елдина,
