1

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Волгоградский государственный университет»

Факультет управления и региональной экономики

Кафедра экономики природопользования

Геоэкологические проблемы трубопроводного транспорта

КУРСОВАЯ РАБОТА

по геоэкологии

Волгоград - 2008 г.

Оглавление

• Глава 1. Общая характеристика и конструктивные особенности 6
• трубопроводного транспорта 6
• • 1.1 Классификация трубопроводов 6
  • 1.2 Характеристика трубопроводной коммунальной 9
  • системы 9
  • 1.3 Конструктивные схемы линейной части трубопроводов 12
  • 1.4 Трубопроводный транспорт Российской Федерации 16
• Глава 2. Влияние трубопроводного транспорта на окружающую среду. 20
• • 2.1 Характеристика воздействий на окружающую среду и их 20
  • последствия. 20
  • 2.2 Воздействие нефти и нефтепродуктов на 23
  • почвенно-растительный комплекс 23
  • 2.3. Загрязнение грунтовой среды при утечках нефти и 26
  • нефтепродуктов 26
  • 2.4 Загрязнение рек и водоемов нефтью и нефтепродуктами 27
  • 2.5 Загрязнение приземного слоя атмосферы при 31
  • эксплуатации магистральных трубопроводов и его последствия 31
  • 2.6 Коммунальные трубопроводы и их воздействие на окружающую среду и человека 32
• Глава 3. Геоэкологические проблемы, возникающие при строительстве и эксплуатации трубопроводов 35
• • 3.1 Воздействия на окружающую природу при 35
  • строительстве магистральных трубопроводов 35
  • 3.2 Взаимодействие трубопровода с окружающими породами 37
  • 3.3 Влияние строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов на животный мир 38
  • 3.4 Мероприятия по охране окружающей среды в период 41
  • эксплуатации 41
• Заключение 44
• Список использованной литературы 46
• Приложения 47
• Трубопроводный транспорт - вид транспорта, осуществляющий передачу на расстояние жидких, газообразных или твердых продуктов по трубам.
• Трубопроводные системы являются основой системы обеспечения населения, производства и сельского хозяйства жизненно важными продуктами: чистым воздухом, питьевой и технологической водой, высоко- и низкопотенциальным теплоносителем (теплом), газом, нефтепродуктами. Они также отводят многочисленные отходы (бытовые и производственные стоки, загрязненный воздух, дымовые газы, мусор и твердые отходы) [16;17].
• Для надежного и устойчивого развития общества в трубопроводных системах водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения, нефте- и газопроводах в России уложено 2 млн км подземных трубопроводов [19].
• Трубопроводные конструкции и системы находят широкое применение практически во всех отраслях народного хозяйства. Трубопроводы относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы которых сопряжены, как правило, со значительным материальным и экологическим ущербом. Многочисленные отказы на технологических трубопроводах, транспортирующих пожаро-взрывоопасные продукты, ядовитые компоненты и токсичные среды, приводят к локальным и масштабным загрязнениям окружающей среды, создают повышенный риск с точки зрения безопасности персонала и населения. Особую остроту приобретает проблема надежности и экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов, аммиакопроводов и других продуктопроводов. Отказ магистрального трубопровода, 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.
• Определяющим критерием экологической безопасности трубопроводов является их надежность -- один из основных показателей качества любой конструкции (системы), заключающийся в способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуемого промежутка времени "жизненного цикла".
• Конструктивная надежность как свойство трубопроводной конструкции должно удовлетворять экологическим критериям, поскольку полная или частичная утрата трубопроводом его работоспособности неизбежно сопровождается отрицательным воздействием на окружающую среду. Таким образом, расчетные модели конструктивной надежности трубопроводов должны строиться с учетом экологических ограничений. Количественной мерой таких ограничений должны быть значения предельных допустимых воздействий (ПДВ), оцениваемых по всем компонентам окружающей природной среды, находящимся в контакте с трубопроводом.
• Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют магистральные трубопроводы, 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 [9].
• Объект курсовой работы - трубопроводный транспорт различного назначения
• Предметом является изучение геоэкологических проблем трубопроводов.
• Цель курсовой работы заключается в поиске эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надежности и экологической безопасности трубопроводов.
• Задачи курсовой работы:
• * изучение роли трубопроводного транспорта в экономике и жизни населения;
• * рассмотрение принципов укладки трубопроводов;
• * анализ состояния трубопроводного транспорта;
• * выявление геоэкологических проблем, связанных с транспортировкой нефти и газа;
• * задачи охраны окружающей среды при строительстве и эксплуатации трубопроводов;
• * разработка мероприятий и перспектив по улучшению систем трубопроводного транстпорта.
• Методологической основой курсовой работы являются труды учёных в области конструкции трубопроводного транспорта, нормативные документы по вопросу проектирования трубопроводов.
• Глава 1. Общая характеристика и конструктивные особенности трубопроводного транспорта

1.1 Классификация трубопроводов

В зависимости от назначения и территориального расположения различают магистральный и промышленный (технологический) трубопроводный транспорт.

К магистральному трубопроводному транспорту относятся газонефтепроводы, по которым транспортируются продукты от мест добычи к местам переработки и потребления - на заводы или в морские порты для перегрузки в танкеры и дальнейшей перевозки. По магистральным продуктоводам перемещаются готовые нефтепродукты с заводов в районы потребления. Общая протяженность магистральных трубопроводов по территории России составляет около 200 тыс.км. На пути следования они более 5 тыс. раз пересекают различные водные преграды.

Технологические трубопроводы составляют свыше одной трети трубопроводов промышленных предприятий. По ним транспортируются газ, пар, жидкость, являющиеся сырьем, полуфабрикатами, готовой продукцией, отходами производства или продуктами, необходимыми для нормального течения технологического процесса. По технологическим трубопроводам транспортируются также вредные для здоровья и опасные в пожарном отношении продукты, причем при разных давлениях и температурах [1].

По характеру линейной части различают трубопроводы:

· магистральные, которые могут быть однониточные простые (с одинаковым диаметром от головных сооружений до конечной ГРС) и телескопические (с различными диаметрами труб по трассе), а также многониточные, когда параллельно основной нитке проложены вторая, третья и последующие нитки;

· кольцевые, сооружаемые вокруг крупных городов для увеличения надежности снабжения газом (нефтепродуктами) и равномерной подачи газа (нефтепродуктов), а также для объединения магистральных газопроводов в Единую газотранспортную систему страны.

Нефтепроводом принято называть трубопровод, предназначенный для перекачки не только нефти, но и нефтепродуктов. Когда хотят подчеркнуть, что перекачиваются именно нефтепродукты, то употребляют термин нефтепродуктопровод. В зависимости от вида перекачиваемого нефтепродукта трубопровод называют также бензинопроводом, керосинопроводом или мазутопроводом и т. д.

По своему назначению нефтепроводы делятся на три группы:

ь внутренние (внутрипромысловые, внутризаводские и т. п.) -- соединяют различные объекты и установки на промыслах, нефтеперерабатывающих заводах и нефтебазах;

ь местные -- по сравнению с внутренними имеют большую протяженность (до нескольких десятков километров) и соединяют нефтепромыслы или нефтеперерабатывающие заводы с головной станцией магистрального нефтепровода или с пунктами налива на железной дороге или в наливные суда;

ь магистральные -- характеризуются большой протяженностью (до 1000 км и более), поэтому перекачка нефти (нефтепродуктов) производится одной или несколькими насосными станциями, расположенными по трассе, непрерывно (кратковременные остановки носят случайный характер или связаны с ремонтом).

В соответствии со СНиП 11.45--75 установлено четыре класса магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в зависимости от условного диаметра труб: I класс -- более 1000 мм; II класс -- 1000--500 мм; III класс -- 500--300 мм и IV класс -- менее 300 мм.

Магистральным газопроводом называется трубопровод, предназначенный для транспорта газа из района добычи или производства в район его потребления, или трубопровод, соединяющий отдельные газовые месторождения.

Ответвлением от магистрального газопровода называется трубопровод, присоединенный непосредственно к магистральному газопроводу и предназначенный для отвода части транспортируемого газа к отдельным населенным пунктам и промышленным предприятиям [2;6].

Трубопроводы, транспортирующие продукцию скважин на площадях нефтяных месторождений, делятся:

1) по назначению - на нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, нефтегазоводопроводы и водопроводы;

2) по напору - на напорные и безнапорные;

3) по рабочему давлению - на трубопроводы высокого (6,4 МПа и выше), среднего (1,6 МПа) и низкого (0,6 МПа) давления;

4) по способу прокладки - на подземные, полуподземные, надземные, наземные и подводные;

5) по функции - на выкидные линии, идущие от устьев скважин до групповой замерной установки; нефтяные, газовые, водяные и нефтегазоводяные сборы с коллектора; товарные нефтепроводы;

6) по гидравлической схеме работы - простые трубопроводы, без ответвлений и сложные с ответвлениями к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубопроводы [3;7].

Все перечисленные трубопроводы по напору делятся на трубопроводы с полным заполнением трубы жидкостью и трубопроводы неполным заполнением трубы жидкостью.

Трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью называются напорными, а трубопроводы с неполным заполнением сечения могут быть как напорными, так и безнапорными.

Выкидные линии и нефтесборные коллекторы обычно не полностью заполнены нефтью, т.е. часть сечения выкидных линий или коллектора занята газом, выделившимся или в процессе движения нефти по ним, или увлеченным нефтью из сепараторов в связи с их плохой работой.

В самотечных нефтепроводах нефть движется под действием гравитационных сил, обусловленных разностью вертикальных отметок в начале и в конце нефтепровода. Если при этом в нефтепроводе нефть и газ движутся раздельно, то такой нефтепровод называют свободно-самотечным, или безнапорным, а при отсутствии газовой фазы напорно-самотечным [17].

1.2 Характеристика трубопроводной коммунальной системы

Трубопроводные системы являются основным элементом коммунальных систем, которые во многом формируют основные потребительские требования к ним. Значительная протяженность трубопроводных сетей обусловлена размерами территории России, на которой расположено 3100 городов, поселков, населенных пунктов, имеющих высокую степень благоустройства: 84 % оборудованы централизованным водопроводом, 82 % канализацией, 85 % централизованным теплоснабжением. Системы ЖКХ развивались в сложных послевоенных условиях, при ограниченном финансировании и необходимости быстро обеспечивать коммунальными услугами огромное жилищное строительство. Поэтому из многих видов труб в российских трубопроводных сетях в основном применялись дешевые высокотехнологичные в монтаже стальные трубы.

Жизненный цикл трубопроводных систем включает следующие этапы:

1. Проектирование. Этот цикл наиболее короткий, но самый важный. Именно при проектировании принимаются все основные решения, от правильности которых на 80 % зависит количество и качество трубопроводной системы. На этой стадии анализируют назначение объекта, условия его будущей эксплуатации и в зависимости от этого принимают решение о выборе материала трубопровода. Правильность принятия решений на данной стадии позволит значительно уменьшить строительные и эксплуатационные затраты.

2. Строительство - 0,5-2 года. В этот период на оставшиеся 10-20 % определяется качество трубопровода. Соблюдение всех монтажных правил, правильность технологии монтажа, транспортировки, погрузки, разгрузки, приемки и хранения материала позволит обеспечить длительный и бесперебойный срок службы трубопровода и значительно снизить эксплуатационные расходы.

3. Эксплуатация. Наиболее продолжительный период в жизни трубопроводных систем, сопоставимый со сроком службы здания или населенного пункта (50-100 лет). Именно при эксплуатации выявляются все недостатки проектных решений и монтажа, при значительной величине которых затраты на эксплуатацию достигают критической величины, что напрямую отражается на материальном благосостоянии граждан. Необходимо отметить, что затраты на эксплуатацию систем трубопроводов многократно превышают первоначальные затраты на их монтаж и проектирование (в десятки раз).

4. Утилизация трубопроводов. В современных условиях необходимо учитывать последний этап жизненного цикла - утилизацию, которая должна обеспечивать максимальное возвращение материала в общественное производство и минимальное загрязнение окружающей среды. Требования каждого этапа должны учитываться при оценке трубопроводных систем с соответствующим весовым коэффициентом.

При рассмотрении многочисленных материалов для трубопроводных систем, представленных на российском рынке обычно анализируют качество труб, которые, являются основной, но не единственной составляющей трубопроводных систем.

В общем виде трубопроводная система состоит:

- из собственно трубопровода (его линейная часть с ответвлениями, соединениями, соединительными частями);

- трубопроводной арматуры (запорной, предохранительной и т. д.);

- опорных, компенсирующих, закрепляющих и балластирующих конструкций;

- узлов подключения оборудования (очистных устройств, насосов, гидрантов и т. д.);

- установок защиты металлических элементов от коррозии;

- противопожарных средств;

- защитных сооружений трубопроводов;

- технологических емкостей;

- сооружений службы эксплуатации трубопроводов;

- линий и сооружений технологической связи, средств телемеханики, линий электропередач для питания освещения, дистанционного управления арматурой и установок;

- вдольтрассовых дорог, площадок и подъездов к ним;

- опознавательных и сигнальных знаков, указателей.

При оценке качества и выборе материала трубопроводных систем необходимо учитывать все элементы, которые оказывают значительное влияние на их экономические показатели и надежность.

В общем виде эти требования следующие:

- бесперебойное обеспечение потребителей услугой (подачей необходимого количества воды, тепла, газа, отведение стоков и т. д.) заданного качества, исключающей ущерб и вред здоровью человека;

- безопасность для здоровья и жизни человека и окружающей среды;

- устойчивость к внутреннему давлению, температуре и внешним воздействиям;

- срок службы (долговечность), соизмеримая со сроком службы здания при минимальном количестве капитальных ремонтов;

- коррозионная устойчивость к транспортируемой и внешней среде. Возможность длительной работы в условиях повышенной влажности;

- герметичность во всем диапазоне рабочих давлений;

- ремонтопригодность (возможность осмотра, обслуживания, ремонта, монтажа и демонтажа);

- электро- и пожаробезопасность;

- минимальные затраты на эксплуатацию с наименьшими потерями готового продукта и ущербом;

- минимальные затраты на монтаж.

Для каждой трубопроводной системы (водоснабжение, отопление, теплоснабжение и т. д.) должны быть разработаны конкретные территориальные требования (отраслевые стандарты). При разработке этих требований можно использовать ГОСТ 4.200-78 [19].

1.3 Конструктивные схемы линейной части трубопроводов

Магистральные трубопроводы являются сооружениями линейного типа и предназначены, главным образом, для транспортирования газа, нефти и нефтепродуктов, а также воды от мест их добычи (нефть и газ), получения (нефтепродукты), водозабора (вода) к местам потребления. Протяженность отдельных магистральных трубопроводов может составлять тысячи километров.

Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть, представляющая непрерывную нить, сваренную из отдельных труб и уложенную вдоль трассы тем или иным способом. Линейная часть (в дальнейшем будем называть ее трубопроводом) прокладывается в самых разнообразных топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условиях. Наряду с участками, сложенными грунтами, обладающими большой несущей способностью, вдоль трассы часто встречаются участки с грунтами малой несущей способности, а также болотистые участки, участки многолетнемерзлых грунтов и др. Наличие их осложняет как процесс строительства трубопровода, так и его работу в период эксплуатации.

Кроме того, магистральные трубопроводы пересекают значительное количество естественных и искусственных препятствий (реки, озера, железные и шоссейные дороги), требующих соответствующих конструктивных решений, обеспечивающих как надежную работу трубопровода, так и беспрепятственную эксплуатацию пересекаемых искусственных сооружений по их прямому назначению.

В настоящее время при сооружении магистральных трубопроводов применяют различные конструктивные схемы укладки линейной части трубопроводов. Основными из них являются: подземная, полуподземная, наземная и надземная.

Подземная схема укладки является наиболее распространенной. По этой схеме обычно сооружается большая часть любого магистрального трубопровода. При подземной схеме (рис. 1. а) отметка верхней образующей трубы располагается ниже отметки дневной поверхности грунта на высоту засыпки. Высота засыпки определяется в зависимости от района, по которому проходит трасса трубопровода, но должна быть не меньше, чем предусмотрено строительными нормами и правилами или техническими условиями. Увеличение высоты засыпки на отдельных участках может быть обусловлено необходимостью обеспечения упругого радиуса изгиба трубы для конкретного рельефа местности, теплотехническими требованиями, а иногда необходимостью использования минерального грунта как балластировки для удержания труб от всплытия на обводненных участках.

Рис. 1. Конструктивные схемы укладки магистральных трубопроводов:

а--подземная;б--полуподземная; в--наземная;г--надземная

Полуподземная схема укладки (рис. 1. б) предусматривает сооружение трубопровода, при которой нижняя образующая трубы расположена ниже, а верхняя выше дневной поверхности грунта. Глубина траншеи и высота обвалования трубы определяются в зависимости от гидрогеологических характеристик грунтов основания-, естественного откоса грунтов обвалования, условий организации поверхностного водостока и водоотведения, а также необходимостью уменьшения или полного устранения балластировки трубопровода.

Наземная схема укладки (рис. 1. в) характеризуется тем, что нижняя образующая трубы имеет отметку на уровне дневной поверхности грунта или выше (на грунтовой подушке). При наземной укладке трубопровод обваловывается привозным или местным грунтом. Высота насыпи, ширина ее по верху и величина откосов определяются расчетами (строительными и теплотехническими) или назначаются на основании опыта, полученного при строительстве трубопроводов в аналогичных условиях.

Надземная схема укладки предусматривает сооружение трубопровода над землей (рис. 1. г) на различного рода опорных устройствах.

Рассмотрим кратко возможные области применения перечисленных конструктивных схем укладки трубопроводов.

Подземная схема укладки применима практически в любых районах России.

Однако эта схема для участков ряда районов оказывается экономически невыгодной по сравнению с другими схемами. Такими участками являются:

ь участки многолетнемерзлых грунтов при перекачке по трубопроводу продукта, длительное время имеющего положительную (выше 0° С) температуру;

ь участки горных выработок со значительными смещениями грунта, если трубопровод укладывается без специальных компенсирующих устройств;

ь участки активных оползней в горных районах;

ь участки пересечения горных рек с блуждающими и сильно размываемыми руслами.

Наземная и полуподземная схемы укладки получили распространение в последние годы в связи со строительством трубопроводов в сильно обводненных и заболоченных районах. Наземная укладка позволяет избежать дорогостоящей балластировки для труб средних и крупных диаметров. В дальнейшем наземную укладку стали применять и на участках с пылеватыми мелкодисперсными грунтами при высоком стоянии грунтовых вод (на газопроводе Игрим -- Серов, Ухта -- Торжок и др.).

Полуподземная укладка является разновидностью наземной укладки.

Область применения полуподземной и наземной схем укладки более ограничена, чем подземной. Ограничения обусловливаются тем, что устройство грунтового валика над трубой из параллельной канавы -- резерва или из привозного грунта нарушает естественное состояние поверхности земли, естественный водосток, создает искусственное препятствие для перемещения транспорта.

Применять полуподземную и наземную схемы укладки в густо заселенных районах, на сельскохозяйственных угодьях, как правило, нецелесообразно.

В связи с этим полуподземная и наземная схемы укладки могут быть рекомендованы для залесенных, заболоченных районов, на участках с высоким стоянием грунтовых вод, где не производятся сельскохозяйственные и промышленные работы. К таким районам можно отнести север и северо-восток Сибири, Якутию, ряд районов Дальнего Востока, Республику Коми, северо-запада, севера Европейской части страны.

В районах с распространением многолетнемерзлых просадочных грунтов полуподземная укладка неприемлема без специальных мер по закреплению грунтов, особенно при положительной температуре перекачиваемого продукта [2;12].

1.4 Трубопроводный транспорт Российской Федерации

Магистральный трубопроводный транспорт является важнейшей составляющей топливно-энергетического комплекса России. В стране создана разветвленная сеть магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов, которые проходят по территории большинства субъектов Российской Федерации.

Грузооборот, осуществляемый магистральным трубопроводным транспортом, приобрел большое значение в общем грузообороте страны. Степень надежности указанного вида транспорта во многом определяет стабильность доставки продукции потребителям, в том числе обеспечение регионов России важнейшими топливно-энергетическими и иными ресурсами. Для надежного и устойчивого развития общества в трубопроводных системах водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения, нефте- и газопроводах в России уложено 2 млн км подземных трубопроводов (см. приложение 1). Во внутренних коммунальных системах зданий протяженность трубопроводных сетей составляет 3-5 млн км.

Трубопроводный транспорт России перемещает в 100 раз больше грузов, чем все транспортные отрасли. Из этого огромного количества труб примерно половина находится в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), обеспечивая население России всеми необходимыми коммунальными услугами.

Протяженность магистральных трубопроводов, по которым осуществляется транспортировка продукции нефтегазового комплекса, составляет 215 тыс. км, в том числе газопроводные магистрали, включая газопродуктопроводы - 151 тыс. км, нефтепроводные магистрали - 48,5 тыс. км, нефтепродуктопроводные магистрали - 15,5 тыс. км. С помощью магистрального трубопроводного транспорта перемещается 100% добываемого газа, около 99% добываемой нефти, более 50% производимой продукции нефтепереработки. В общем объеме перемещаемой по магистральным транспортным трубопроводам продукции доля газа составляет 55,4%, нефти - 40,3%, нефтепродуктов - 4,3%.

Магистральный трубопроводный транспорт включает в себя большое количество технологических сооружений и агрегатов. Только на газовых промыслах, магистральных газопроводах и подземных хранилищах Единой системы газоснабжения эксплуатируются 642 компрессорных цеха, 4053 газоперекачивающих агрегата общей установленной мощностью более 42 млн. Квт. Подачу газа потребителям обеспечивают более 3300 газораспределительных станций. В состав сооружений магистральных нефтепроводов входят 395 нефтеперекачивающих станций, 868 резервуаров общей емкостью по строительному номиналу 12,7 млн. м.куб. Состояние транспортных магистральных трубопроводов нефтегазового комплекса характеризуется такими показателями: 85% газопроводов и 59% нефтепроводов имеют срок эксплуатации от 10 до 30 лет; менее 10 лет эксплуатируется около 1% газопроводов и около 1 % нефтепроводов; 40 тыс. км газопроводов выработали свой расчетный ресурс; 40% нефтепроводов к 2000 году превысят нормативный срок эксплуатации.

Системы магистрального трубопроводного транспорта нефти и газа являются важнейшими составляющими федеральных энергетических систем, ключевым звеном топливно-энергетического комплекса и крупным фактором стабильности и экономического роста в России. Указанные системы обеспечивают жизненно важные для страны валютные поступления, позволяют осуществлять государственное регулирование внутреннего нефтегазового рынка и экспорта углеводородного сырья.

Каждая система магистрального трубопроводного транспорта представляет собой уникальный хозяйственный и технологический комплекс, решающий крупную народно-хозяйственную задачу и обладающий потенциалом эффективного регулирования и контроля за поставкой и потреблением продукции, в первую очередь нефти, газа. Системы, магистрального трубопроводного транспорта имеют важнейшее значение для экономического состояния страны, для ее дальнейшего развития. По этой причине в организационную структуру систем магистрального трубопроводного транспорта заложены принципы единства и централизованного управления. Очевидно, что эти принципы должны быть сохранены и в дальнейшем использованы для достижения в государственных интересах максимального эффекта от их функционирования.

Магистральный трубопроводный транспорт является весьма опасной сферой производственной деятельности, что обусловлено высокой степенью концентрации перекачивающих мощностей, горюче- и взрывоопасностью транспортируемой продукции, ее отравляющими и иными опасными свойствами, концентрацией на отдельных направлениях до 10 ниток магистральных трубопроводов; сосредоточением в узких технических коридорах многониточных магистралей газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, которые многократно пересекаются друг с другом. Применявшиеся технологии прокладки и защиты магистральных трубопроводов обусловили непродолжительный срок их эксплуатации и необходимость проведения ремонтных и защитных работ после 8-10 лет их использования, проведения дополнительных испытаний, внутритрубной диагностики [18].

Преимущества трубопроводного транспорта:

· Возможность повсеместной укладки трубопровода.

· Низкая себестоимость транспортировки.

· Сохранность качества благодаря полной герметизации трубы.

· Меньшая материало и капиталоёмкость.

· Полная автоматизация операций по наливу, перекачки, транспортировки и сливу.

· Малочисленность персонала.

· Непрерывность процесса перекачки.

· Отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду.

Главным недостатком является его узкая специализация, также для рационального использования требуется мощный устойчивый поток перекачиваемого груза [17].

Глава 2. Влияние трубопроводного транспорта на окружающую среду

2.1 Характеристика воздействий на окружающую среду и их последствия

Трассы магистральных трубопроводов прокладываются в различных природно-климатических зонах, отличающихся геологией, геокриологией, гидрологией, географическим ландшафтом, освоенностью, чувствительностью биогеоценоза к антропогенным и техногенным воздействиям, характером it размером их последствий и т. п. При изыскании трасс, строительстве и эксплуатации трубопроводов на грунтовую среду, растительный покров, животный мир, подземные и поверхностные воды, приземной слой атмосферы оказывают влияние различные среды.

Причем источниками воздействия могут быть транспорт и строительно-монтажная техника, перекачиваемый продукт (нефть, газ, нефтепродукты) или продукты его сгорания, тепло транспортируемой по трубопроводу среды, конструкция трубопровода и т. д.

Все воздействия можно подразделить на прямые и косвенные, длительные и кратковременные (импульсные). Они могут проявляться в виде механического разрушения, загрязнения, теплового влияния и т. п. Последствия от этих воздействий могут быть первичными и вторичными, обратимыми и необратимыми (нерегулируемыми).

Прямым воздействием на окружающую среду, например, при расчистке и планировке трассы будет нарушение микро- и макрорельефа, а косвенным--сокращение пастбищных площадей. Последствия прямых и косвенных воздействий будут соответственно первичными и вторичными.

В рассматриваемом случае первичные последствия -- развитие эрозии, оврагов, термокарста, а вторичные -- ухудшение условий питания животных и др.

Примером длительного воздействия на окружающую среду, в частности на грунт, может служить тепловое влияние трубо- и нефтепроводов на многолетнемерзлые грунты.

Загрязнение атмосферы в результате аварийного выброса газа или сжигания нефти характеризуется значительно меньшим периодом воздействия и его можно отнести к кратковременному, или импульсному, воздействию.

Обратимыми последствиями будем называть такие, которые могут быть ликвидированы, а окружающая среда при этом восстановлена до исходного состояния или близкого к нему. Например, растительный покров после окончания строительно-монтажных работ может быть восстановлен посевом аналогичных растений.

К необратимым последствиям следует отнести такие, которые приводят к качественному (трудно восстановимому) изменению окружающей среды, например термокарсты, оползни, деформация русла реки [4].

Классификация компонентов окружающей среды, источников и типов воздействия и их последствий.

Из приведенного анализа источников и типов воздействия на окружающую среду и их последствий видно, что из-за органической связи различных компонентов отдельные источники воздействия оказывают влияние практически на все компоненты окружающей среды одновременно. Это обстоятельство существенно затрудняет проведение дифференцированного анализа влияния каждого из источников воздействия на отдельные компоненты окружающей среды.

На основании изучения воздействий на окружающую среду и соответствующих им последствий при строительстве трубопровода и его эксплуатации рекомендуется выделить следующие взаимосвязанные компоненты: приземной слой атмосферы, почвенно-растительный комплекс (ПРК) и рельеф местности, животный мир, поверхностные и подземные воды. Такая степень детализации позволяет, на наш взгляд, достаточно полно и определить характер воздействия на каждую компоненту, его последствия и наметить наиболее эффективные мероприятия по охране природы.

Приведем характеристику воздействий и их последствий на перечисленные компоненты окружающей среды.

Приземный слой атмосферы. Тип воздействия -- загрязнение при эксплуатации трубопроводов.

Источники воздействия--утечки газа через негерметичные соединения или при разрывах газопровода, сжигание нефти и нефтепродуктов, разлитых на поверхности при аварии на нефте- и нефтепродуктопроводах, утечки и испарения в процессе ранения и сливно-наливных операций, пожары на газо-, нефте- и нефтепродуктопроводах и т. д.

Последствия -- подавление роста растительности, превышение предельно допустимой концентрации (ОДК) и вредных веществ в воздухе.

Почвенно-растительный комплекс и рельеф местности. Типы воздействий -- механическое и тепловое разрушение, загрязнение.

Источники воздействий -- строительно-монтажные работы при прокладке трубопровода и эксплуатация последнего.

Последствия -- развитие эрозии, оврагов, оползней, изменение рельефа, активизация криогенных процессов, заболачивание территории, снижение биологической продуктивности ПРК, уничтожение культурных посевов, развитие безлесных ландшафтов.

Животный мир.

Типы воздействия -- сокращение и уничтожение кормовых ресурсов, ограничение перемещений.

Источники воздействий -- загрязнение и разрушение ПРК и загрязнение воздушной среды, препятствия при миграции: надомные трубопроводы, транспорт и средства механизации. Последствия -- сокращение поголовья животных.

Поверхностные и подземные воды (см. приложение 2).

Типы воздействия -- загрязнение, механическое разрушение берегов и русла в створе перехода.

Источники воздействий -- утечки нефти и нефтепродуктов из резервуаров при авариях подводных трубопроводов, устройствo береговых и подводных траншей.

Последствия -- ухудшение качества воды и условий обитания водных организмов и растений, активизация русловых процессов. В отличие от классификации работы в данной классификации растительный мир объединен с питающей его средой (почвой) и представлен одной компонентой--«Почвенно-растительный комплекс и рельеф местности». Такое объединение оправдано тем, что растительный покров, будучи тесно связанным с почвой, является индикатором ее состояния, потому расчленять его на две отдельные компоненты нецелесообразно [11;4].

2.2 Воздействие нефти и нефтепродуктов на почвенно-растительный комплекс

Значение нижнего яруса растительного покрова как корма диких и домашних животных, тепло- и влагорегулятора почвы, основного средства против образования оврагов, оползней и эрозии трудно переоценить. Между тем основное воздействие нефти и нефтепродуктов на ПРК при отказах трубопроводов сводится именно к снижению биологической продуктивности почвы и фитомассы растительного покрова.

Характер и степень воздействия нефти и нефтепродуктов на почвенно-растительный комплекс определяются объемом ингредиента и его свойствами, видовым составом растительного покрова, временем года и другими факторами. Многие виды сосудистых растений оказываются устойчивыми против нефтяного загрязнения, тогда как большинство лишайников погибает при воздействии на них нефти и нефтепродуктов. Установлено, что наиболее токсичны углеводороды с температурой кипения в пределах от 150 до 275° С, т. е. нафтеновые и керосиновые фракции. Углеводороды с более низкой температурой кипения менее токсичны либо вообще безвредны, особенно их летучие фракции, поскольку они испаряются, не успевая проникнуть через растительную ткань. Высококипящие тяжелые фракции нефти также менее токсичны, чем нафтеновые и керосиновые фракции.

Деградация нефти в грунтовой среде происходит путем биологического окисления микроорганизмами и химического окисления. Значительно ускоряют процесс очищения почвы от нефти дождевые осадки, которые вымывают ее и тем самым снижают концентрацию нефти в верхних слоях почвы [4;10].

Загрязнение почвы нефтью и нефтепродуктами в северных районах будет, очевидно, иметь гораздо большие отрицательные последствия, нежели в районах с относительно умеренным климатом. Наблюдающаяся в настоящее время тенденция перемещения центров добычи нефти и газа именно в эти районы в существенной мере определяет важность рассматриваемой проблемы. Низкие температуры воздуха и грунтовой среды, сильные ветры, небольшая продолжительность летнего теплого периода (во время которого активизируются биологические процессы) создают чрезвычайно сложный режим функционирования растительного покрова. Поэтому всякое нарушение этого режима может привести к необратимым процессам. Одним из наиболее опасных в этом случае является загрязнение нефтью грунтовой среды в результате утечек из магистральных нефтепроводов, резервуаров и т. п.

Наряду с указанными явлениями загрязнение нефтью растительного покрова приводит к изменению его теплоизоляционных свойств. Па загрязненных нефтью участках наблюдалось уменьшение альбедо до 50%.

Нередко на болотистых участках трассы разлившуюся по дневной поверхности нефть, сжигают, что приводит к выгоранию леса иногда на значительных площадях. На участках многолетнемерзлых грунтов такие пожары могут привести к развитию криогенных процессов.

Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы:

· загрязнение почвенно-растительного комплекса нефтью и нефтепродуктами приводит к уничтожению растительного покрова, период самовосстановления которого в северных районов может достигать 10--15 лет;

· снежный покров существенно снижает токсичное действие нефти на растительность. Наиболее опасны разливы нефти в период вегетации растений;

· наибольшей токсичностью обладают нефтепродукты с температурой кипения 150--275° С (нафтеновые и керосиновые Фракции);

· стойкость растений к загрязнению нефтью различна в зависимости от их вида;

· скорость биодеградации нефти в почве незначительна; в некоторой степени она может быть повышена добавлением в почву веществ, содержащих азот и фосфор[11;13].

2.3 Загрязнение грунтовой среды при утечках нефти и нефтепродуктов

Как уже отмечалось, утечки нефти и нефтепродуктов, возникающие при повреждении магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов, резервуаров, а также при сливно-наливных операциях, приводят к загрязнению прилегающих грунтовых участков. В процессе поверхностной миграции (например, с дождевыми водами) и инфильтрации нефть и нефтепродукты загрязняют поверхностные и подземные воды. Самоочищение загрязняемых таким образом сред происходит крайне медленно, что может привести к длительному исключению их из пользования. Как последствия, так и связанные с ними материальные убытки определяются размерами и степенью загрязнения грунтовой среды.

Различие свойств и состояний грунтов, типов утечки, а также характеристик нефти и нефтепродуктов предопределяет многообразие расчетных схем [14;5].

В частности, можно выделить схемы загрязнения нефтью непроницаемой (малопроницаемой) и проницаемой сред, талых, мерзлых и многолетнемерзлых грунтов. Утечки могут происходить на дневной поверхности (например, при повреждении наземного либо надземного участка нефтепровода, или в результате потери устойчивости и выпучивания подъемного участка нефтепровода из траншеи, или в процессе его ремонта, а также при повреждении наземного резервуара) и ниже ее при повреждении подземного участка нефтепровода без обнажения его или подземного резервуара. Перекачиваемые нефти и нефтепродукты могут быть подогретыми и холодными (обычными).

Процесс загрязнения талой грунтовой среды при утечках нефти на дневной поверхности можно разделить на три последовательные во времени стадии. Первая, начальная стадия характеризуется преимущественно образованием поверхностного ареала загрязнения и незначительной инфильтрацией нефти в грунтовую среду. На второй стадии происходит главным образом вертикальная инфильтрация нефти, и, наконец, третья стадия характеризуется боковой миграцией последней в грунтовой среде.

Использование теории миграции грунтовых вод для описания процесса загрязнения грунтовой среды нефтью и нефтепродуктами осложняется специфичными физическими свойствами этих продуктов -- вязкостью, плотностью, поверхностным натяжением, несмешиваемостью с водой и др. Это обстоятельство, по-видимому, и обусловило выполнение ряда исследований по изучению различных случаев загрязнения грунтовой среды нефтью и нефтепродуктами [5].

2.4 Загрязнение рек и водоемов нефтью и нефтепродуктами

Река (или водоем) считается загрязненной, если состав (или свойства) воды изменился под влиянием производственной деятельности настолько, что вода стала непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

Различают следующие основные виды водопользования: хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное. В соответствии с этими видами водопользования нормируются состав и свойства воды и предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ.

Практически любая авария подводного нефтепровода может привести к утрате водоема как объекта одного или нескольких видов водопользования. Возможные последствия загрязнения усугубляются высокой стойкостью нефти к окислению и токсичностью отдельных се фракций. Нефть, попадая в воду, растекается вследствие ее гидрофобности по поверхности, образуя тонкую нефтяную пленку, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды. При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает па них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно и образуют донное загрязнение [7;15].

В результате загрязнения воды нефтью (см. приложение 3) изменяются ее физические, химические и органолептические свойства, что существенно ухудшает условия обитания и воде животных и растении; использование такой воды в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях усложняется. Ввиду многообразия возможных последствии оценка даже- прямого ущерба затруднительна. В этом отношении весьма интересна классификация нефтяного загрязнения водоемов, разработанная ГосНИОРХом по материалам многолетних исследований. [4;11]

В нефтедобывающих районах источником загрязнения рек и водоемов являются сбросы отработанных и пластовых вод нефтепромыслов.

На судоходных реках систематическим источником загрязнения вод нефтепродуктами являются курсирующие по ним суда, о чем свидетельствуют замазученные шлейфы, остающиеся по траектории их движения, вблизи пристаней и берегов.

Существенно загрязняют реки и водоемы сбросы нефтеперерабатывающих заводов. Следует иметь в виду, что если загрязненность от сбросов нефтепромыслов, судов и нефтеперерабатывающих заводов может относительно легко регулироваться установкой соответствующих очистных устройств, то аварийный выброс нефти и нефтепродуктов при повреждении трубопровода характеризуется во много раз большей (нерегулируемой) концентрацией загрязненности (см. приложение 4).

Это обстоятельство позволяет считать подводные нефте- и нефтепродуктопроводы наиболее опасным потенциальным источником загрязнения рек и водоемов.

Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов. Загрязнение воды нефтью, как уже отмечалось, затрудняет все виды водопользования.

Влияние нефти, керосина, бензина, мазута, смазочных масел на водоем проявляется в ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха); растворении в воде токсических веществ; образовании поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.

Используемые в настоящее время методы очистки воды, устранения нефтяного привкуса и запаха, восстановления прозрачности и цветности, локализации, сброса и удаления нефти позволяют в какой-то мере смягчить последствия загрязнения, ускорить процесс восстановления временно утраченных свойств воды и тем самым обеспечить дальнейшее использование водоемов в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях. Однако для рыбного хозяйства водоему может быть нанесен невосполнимый ущерб вследствие высокой чувствительности живых организмов и растительности к нефтяному загрязнению, а также стойкости и токсичности этого загрязнения.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных водоемов приводит к ухудшению качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса); гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры; отклонениям от нормального развития икры личинок и молоди; сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб; нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры [11].

Самоочищение рек и водоемов от нефти и нефтепродуктов. Очищение воды от нефти и нефтепродуктов происходит в результате их естественного распада -- химического окисления, испарения легких фракций и биологического разрушения микроорганизмами, обитающими в водной среде. Все эти процессы характеризуются чрезвычайно малой скоростью, определяемой главным образом температурой воды. Химическое окисление нефти затрудняется высоким содержанием в ней предельных углеводородов. Окисляются и испаряются в основном легкие фракции, а тяжелые трудноокисляемые фракции нефти накапливаются и затем оседают па дно, образуя донное загрязнение.

Уменьшение массы нефтяной пленки в первые дин после ее образования происходит преимущественно вследствие испарения нефти. В процессе биологического разрушения микроорганизмами нефть и нефтепродукты частично усваиваются ими, а частично окисляются. Известно около 100 видов бактерий, дрожжей и грибков, способных окислять углеводороды. Максимальная активность нефтеокисляющих микроорганизмов наблюдается при температуре воды 15--35° С. С понижением температуры интенсивность окисления резко уменьшается.

Биохимическое окисление нефти сопровождается интенсивным поглощением кислорода воды. В среднем на окисление 1 мг нефти затрачивается от 0,5 до 3,5 мг кислорода. Одним из показателей наличия в воде органических загрязнений и интенсивности их биологического окисления является биологическая потребность в кислороде (БПК), численно равная количеству кислорода, поглощаемого микроорганизмами при биологическом окислении органических загрязнении, содержащихся в 1 л воды.

Биохимическое окисление нефти в водоеме сопровождается непрерывной миграцией тяжелых ее фракций с поверхности на дно и обратно.

Нефтяные отложения на дне водоема в анаэробных условиях (при дефиците кислорода) сохраняются длительное время и являются источником вторичного загрязнения водоемов [4].

2.5 Загрязнение приземного слоя атмосферы при эксплуатации магистральных трубопроводов и его последствия

При повреждении газо- и нефтепроводов выделяются различные токсичные вещества. Основными загрязнителями атмосферы являются природный газ, продукты испарения нефти и нефтепродуктов, аммиак, этилен, ацетилен, а также продукты сгорания перекачиваемых углеводородных смесей. Все эти загрязнения относятся к локальным и временным, так как они рассеиваются под воздействием воздушных потоков.

Загрязнение приземного слоя атмосферы оказывает существенное отрицательное влияние на человека и растительность вследствие общетоксического действия перечисленных ингредиентов. Особую опасность представляет загрязнение воздуха вблизи населенных пунктов. В этих случаях возможность наложения или аккумуляции различных загрязнений значительно усугубляет характер последствий.

В отличие от средней полосы загрязнение воздуха в районах Крайнего Севера при прочих равных условиях оказывает более сильное воздействие на природу. Растительный покров в этих районах находится в крайне неблагоприятных климатических условиях. Поэтому всякое воздействие, в том числе и загрязнение воздуха, может привести к угнетению растительного покрова.

Источники загрязнения приземного слоя атмосферы

К основным источникам загрязнения приземного слоя атмосферы при трубопроводном транспорте нефти, нефтепродуктов и газа следует отнести аварийные выбросы газа при отказах и ремонте линейной части магистральных газопроводов и испарение нефти и нефтепродуктов при хранении в резервуарах. Не менее сильным источником загрязнения воздуха являются пожары при возгорании или сжигании транспортируемых продуктов.

Отказы газопроводов наблюдаются при использовании некондиционных материалов (труб, арматуры, сварочной проволоки и т. п.), нарушении технологии строительно-монтажных работ, ремонта и эксплуатации, а также в результате коррозии. Причины отказов эксплуатируемых магистральных газопроводов (в % от общего числа отказов) распределяются следующим образом:

Дефект сварки