Воздействие на окружающую среду при эксплуатации магистрального газопровода

Аннотация: В статье раскрываются основные технологические процессы, связанные с транспортировкой газа и даются определения основным технологическим установкам, участвующим в данных процессах. Проведен анализ рабочих параметров технологических процессов. На основе анализа, представлены и раскрыты виды негативных воздействий на окружающую среду при транспортировке газа. Представлены теоретические основы по снижению негативных последствий.
Ключевые слова: газ, газопровод, опасность, окружающая среда, загрязнение, транспортировка, разгерметизация. 
Abstract: The article describes the main technological processes related to gas transportation and gives definitions to the main technological plants involved in these processes. Process operating parameters were analyzed. Based on the analysis, the types of negative impacts on the environment during gas transportation are presented and disclosed. Theoretical foundations for reducing negative consequences are presented.
Keywords: gas, gas pipeline, danger, environment, pollution, transportation, depressurization.
Основные месторождения газа в России располагаются на значительном расстоянии от крупных потребителей. Транспортировка газа к ним осуществляется по газопроводам различного диаметра.
По магистральному газопроводу на начальном участке газ перекачивается за счет естественной энергии пластового давления подключенных месторождений. При дальнейшем транспортировании природного газа по линейной части газопровода происходит изменение параметров транспортирования газа вследствие потери давления газа на преодоление сил трения и теплообмена с внешней средой по мере удаления газопровода от источника отбора, а также многих других факторов (неравномерности подачи газа в систему газопотребления, колебания температуры окружающей среды, изменения состава газа и др.). Для сжатия газа до давления, обеспечивающего дальнейшее его движение с заданной пропускной способностью, устанавливаются компрессорные станции (КС), расстояния между которыми определяются гидравлическими расчетами [1].
Выделяют три основных типа КС на магистральных газопроводах: линейные, головные и дожимные.
При эксплуатации месторождения газа наблюдается падение давления до уровня, когда без компримирования транспортировать его в необходимом количестве уже не допускается. Поэтому целесообразно строить головные компрессорные станции (ГКС), назначением которых - создание необходимого давления технологического газа для его дальнейшего транспорта по магистральным газопроводам. Принципиальное отличие ГКС от линейных станций - это высокая степень сжатия на станции, которая обеспечивается последовательной работой нескольких газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с поршневыми газомотокомпрессорами или центробежными нагнетателями.
Дожимные компрессорные станции (ДКС) устанавливаются на подземных хранилищах газа. Основным назначением ДКС можно считать подачу газа в подземное хранилище газа от магистрального газопровода, а также отбор природного газа из подземного хранилища для последующей транспортировки его в магистральный газопровод или непосредственно к конечным потребителям газа.
Около крупных потребителей газа на магистральном газопроводе сооружаются газораспределительные станции (ГРС). Газораспределительные станции предназначены для снабжения газом потребителей с определенным давлением (от 0,25 до 2,5 МПа), путем снижения давления газа, поступающего из газопровода с давлением 5,5-7,5 МПа и выше [2, 3].
Для уменьшения затрат мощности компрессорной станции на перекачку газа, увеличения пропускной способности газопровода и экономии энергоресурсов на перекачку газа всегда выгодно поддерживать максимальное давление газа в трубопроводе, что достигается снижением температуры перекачиваемого газа за счет его охлаждения на станциях, использованием газопроводов большего диаметра, осуществлением очистки внутренней полости трубопровода.
В процессе эксплуатации магистрального газопровода его воздействие на окружающую среду будет не таким активным, как при строительстве, зато будет носить постоянный, долговременный характер, который обусловлен продолжительностью использования газопровода [4].
Основными видами воздействия являются:
• термическое воздействие газопровода;
• образование отходов в процессе ремонтных работах;
• химическое загрязнение атмосферы.
Процессы, обуславливающие химическое загрязнение атмосферного воздуха в процессе эксплуатации магистрального газопровода:
• стравливание больших объемов природного газа в атмосферу во время аварийных ситуациях, которые сопровождаются повреждением газопровода, или из-за проведения на трубопроводе строительных и ремонтных работ;
• выбросы загрязняющих веществ - продукты сгорания природного газа, что имеет место при аварийных разрывах труб с последующим возгоранием газа;
• утечка газа через запорную арматуру, через негерметичные соединения трубопровода, и через свищи и микротрещины в самой трубе;
Во время проведения плановых ремонтных работ на определенном участке газопровода, осуществляются выбросы природного газа через специальные свечи, но они происходят довольно редко и носят непродолжительный залповый характер.
Значительно чаще аварийный выброс газа происходит по причине отказа на линейной части газопровода. Отказом – это любое событие, которое заключается в нарушении работоспособного состояния объекта. Причинами отказов газопроводов являются использование некачественных материалов; коррозии материала трубопроводов; нарушения технологии строительно-монтажных работ, ремонта и эксплуатации и др. [5].
В районах Крайнего Севера и Западной Сибири располагаются главные отечественные месторождения природного газа, по этой причине трассы магистральных газопроводов неизбежно пролегают по зоне вечной мерзлоты на своем пути к потребителю. Принимая это во внимание, актуальна проблема термического воздействия, которое вызывает повреждение многолетнемерзлого грунта и газопровода, который в нем проложен. Опираясь на практический опыт, приобретённый в процессе эксплуатации подземных магистральных газопроводов в зонах вечной мерзлоты, можно сделать вывод, что одним из главных факторов, который существенно снижает эксплуатационную безопасность и надежность этих инженерных сооружений, является тепловое воздействие. Независимо от того, что при эксплуатации наблюдаются сравнительно невысокие температуры, магистральный газопровод большого диаметра – это мощный источник тепла, главным образом это сказывается в северных регионах России. Необходимо принять во внимание, что в течение года изменяется температура окружающей среды (внешние условия эксплуатации) и температура газа по технологическим причинам. Вследствие чего в грунте, который прилегает к газопроводу, возникают сложные в своем взаимодействии неравновесные процессы тепломассопереноса.
В районах вечной мерзлоты происходит преимущественно интенсивное термическое воздействие газопровода на грунт. При температуре ниже 0 °C как правило грунт обладает достаточно высокой несущей способностью и прочностью. Вместе с тем, если температура многолетнемерзлого грунта повысится хоть бы до 0 °C, произойдет таяние льда, содержащегося в грунте, и нарушение прочностных связей между отдельными его частицами.
Из-за того, что температура газа при транспортировке как правило достигает 10–15 °C, в летний период времени при взаимодействии газопровода с многолетнемерзлыми грунтами, происходит их оттаивание.
В первые 3–5 лет работы горячего трубопровода наблюдается наиболее сильное термическое воздействие на окружающую среду. В процессе экспериментальных исследований было выявлено, что в первый год эксплуатации под трубами газопровода глубина оттаивания доходит до 1,5–2 м. На четвертый год использования глубина оттаивания достигает уже 3–4 м.
Выявлено, что ореолы оттаивания порой могут достигать в диаметре 10 м. Когда многолетнемерзлые грунты начинают переходить в талое состояние, многократно снижаются их несущие свойства, что влечет за собой осадку газопровода и его деформацию.
В зимнее время температура падает до отрицательных значений, сформированные ореолы оттаивания целиком промерзают, а в следующее летнее время снова оттаивают. При такой системе на газопровод оказывают воздействия существенные силы пучения, и необходимо заметить, что в зимний период вертикальные перемещения могут оказаться больше величины осадки в летний период, это говорит о том, что из грунта постепенно выталкивается газопровод. Влияние таких воздействий приводит к образованию гофров и арок газопровода, что влечет за собой возрастание риска возникновения аварийных ситуаций. Наиболее опасными, учитывая данную проблему, считаются участки газопроводов на подходе к зданиям переключающей арматуры, где газопровод переходит из подземной в надземную прокладку.
Обеспечение продольной устойчивости газопровода можно добиться снижением температуры транспортируемого газа. Это является одним из радикальных решений проблемы.
Но в то же время, при введении в действие установок искусственного охлаждения газа в тех месторождениях, где раньше многие годы газопроводам подавался теплый газ, наблюдалось много сложностей при переходе на подачу холодного газа по магистралям. При усиленном промерзании грунта происходит формирование пучинных форм рельефа, скорость образования которых достигает 10–15 см в год. Одновременно с этим происходят опасные и серьезные изменения наземных сооружений, разрывы газопроводов, наблюдаются защемления труб. Чтобы это предотвратить, необходимо тщательное исследование особенностей грунта, в котором проложен газопровод, а только потом изменять температурный режим. Газопровод оказывает термическое воздействие не только на состояние вечной мерзлоты. Кроме того, в зоне трассмагистрального газопровода, где нарушен растительный покров, протекают эрозионные процессы. Она развиваются очень активно, в особенности в районах супесчаных и песчаных грунтов. В районах тундры и лесотундры скорость роста оврагов в таких грунтах доходит до 15–20 м в год. Следствием этого является ущерб инженерных сооружений, нарушение устойчивости зданий, разрывы трубопроводов, наблюдается необратимые изменения рельефа и всего ландшафтного облика территории. При частых аварийных разрывах газопровода происходит возгорание газа, которое оказывает термическое влияние на окружающую среду. Последствиями пожаров являются существенные изменения целостности почвенно-растительного покрова, выгорания посевов на площадях в сотни километров, уничтожение лесных массивов, спекание грунта на глубину нескольких сантиметров. В зависимости от диаметра газопровода и масштабов аварии, радиус термического воздействия, который определяет зону полнейшего поражения окружающего растительного покрова в очаге возгорания, насчитывает 30–600 м.
В процессе эксплуатации и ремонте линейной части МГ появляются отходы различного вида и класса опасности. При транспортировке газа по газопроводу образуются следующие виды отходов [6]:
• смесь глины, песка, тяжелых фракций угле водородов, оксидов железа, которая образуется во время очистки внутренней поверхности газопроводов при их ремонте и техническом обслуживании;
• отработанные паронитовые прокладки, которые содержат каучук, листовой пористый материал из асбеста и наполнители;
• крошка и куски битумно-резиновой изоляции, образующиеся в результате изготовления изоляции газопроводов и очистки котлов варки битума;
• смазка типа литола или солидола, которая загрязнена механическими примесями и образуется в результате замены смазки при ремонте запорной арматуры и техническом обслуживании;
• куски полимербетона, полиэтилена, образующиеся в результате замены изоляции газопроводов.
Основные виды отходов, которые образуются в процессе эксплуатации линейной части МГ, можно отнести: габаритный лом черных металлов и стружка, отработанное масло, огарки электродов, отработанные аккумуляторные батареи, ТБО, изношенные автопокрышки, и т. п.
Все вышеперечисленные виды отходов следует накапливать на специализированных территориях производственных площадок в оборудованных местах временного хранения, на которых исключается непосредственное отрицательное воздействие отходов на объекты окружающей природной среды, и происходит своевременное их удаление на специальные свалки и полигоны. При факте несоответствующего хранения отходов возможен риск попадания токсичных веществ в грунтовые воды и почву.
Литература:
Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов: РД 03-418-01 (взамен РД 08-120-96): утв. Госгортехнадзором Российской Федерации 01.10.2001: ввод в действие 01.01.02.
Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 04.06.11 № 123 – ФЗ (с изменениями от 3 июля 2016 года).
ГОСТ Р 12.3.047-2012. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.
Островская, А. В. Экологическая безопасность газокомпрессорных станций. В 2 ч. Ч. 2. Воздействие системы транспорта газа на окружающую среду: учебное пособие / А. В. Островская. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 151, [1] с.
Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах: РД 03-496-02: утв. Госгортехнадзором Российской Федерации 29.06.02: ввод в действие 23.10.02.
Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда: Р 2.2.2006-05: утв. гл. гос. санитар. врачом 29.07.05: введ. 01.11.05.- С-Пб.: ЦОТПБСППО, 2005.-142 с.