Аварийные ситуации на линейных участках магистральных газопроводах

Содержание.

Введение.

Глава №1. Аварии и их характеристики.

Глава №2. Обслуживание газопроводов на предмет предотвращения аварийных  ситуаций.

Глава №3. Основные причины и описание аварий на объектах магистральных трубопроводов.

Глава №4. Воздействия на окружающую среду.

Глава №5. Ликвидация последствий аварийной ситуации.

Заключение.

Список литературы.

Введение.

           Система газоснабжения Российской Федерации является постоянным источником аварий и чрезвычайных ситуаций. Чрезвычайная ситуация (ЧС) - это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, а также значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности.

В действующем  постановлении Правительства Российской Федерации "О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" в качестве критерия тяжести  чрезвычайной ситуации используется количество пострадавших. Чрезвычайные ситуации классифицируются в зависимости  от количества людей, пострадавших в  этих ситуациях, людей, у которых  оказались нарушены условия жизнедеятельности, размера материального ущерба, а также границы зон распространения поражающих факторов чрезвычайных ситуаций.

ЧС подразделяются на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные.

 Характерной особенностью Единой системы газоснабжения России является большая пространственная удаленность между основными газодобывающими и газопотребляющими районами. Это потребовало создания крупнейшей в мире газотранспортной системы, обеспечивающей доставку газа потребителям.

 При   эксплуатации газопроводов возникают  аварии и чрезвычайные ситуации, которые связаны с взаимодействием  технологических элементов и  природной среды. Часто этот процесс идет с нарушением динамического равновесия, сопровождаясь  активизацией опасных природных и природно-техногенных процессов, которые оказывают негативное влияние на состояние трубопроводов и, как следствие, на окружающую среду. Учитывая, что в нашей стране  основа газотранспортной сети закладывалось в восьмидесятые годы прошлого столетия и возраст более 20% газопроводов составляет 30 и более лет  необходимо проявлять повышенное внимание к проблемам оценки геоэкологического состояния трасс газопроводов.

           В состав системы трубопроводного транспорта входят магистральные газопроводы нефтепроводы и продуктопроводы с компрессорными и насосными станциями, резервуарные парки, подземные хранилища природного газа, сжиженных газов и нефтепродуктов, распределительные газопроводы. Все эти объекты представляют значительную опасность для персонала, населения и окружающей среды.

Трубопроводные системы в настоящее  время охватывают 35% территории страны, на которой проживает 60% населения. В густонаселенной Европейской  части РФ 2800 зданий и сооружений в опасной близости от магистральных  трубопроводов, 15000 раз магистрали пересекли  железные и шоссейные дороги, 2000 раз – реки, каналы и озера.

Глава №1. Аварии и их характеристики.

К сожалению, количество аварий во всех сферах производственной деятельности неуклонно растет. Это  происходит в связи с широким  использованием новых технологий и  материалов, нетрадиционных источников энергии, массовым применением опасных  веществ в промышленности и сельском хозяйстве.

Современные сложные производства проектируются  с высокой степенью надежности, порядка . Иначе говоря, если этот объект единственный, то авария на нем может произойти один раз в 10 тыс. лет. Но если таких объектов будет 10 тыс. единиц, то ежегодно один из них статистически может быть аварийным. Следовательно, абсолютной безаварийности не существует. При этом, чем выше безопасность объекта, тем последствий аварии больше.

По данным Минэнерго, только в 1999 году на трубопроводах нефтяных и газовых  промыслов зарегистрировано 26371 утечек, т.е. в среднем более 70 утечек в  сутки. При этом уровень возникновения  аварийных ситуаций на промысловых  трубопроводах в последние годы практически не изменялся.

Трубопроводный транспорт жидких и газообразных углеводородов включает, в первую очередь, транспортировку  нефти и нефтепродуктов, а также  топливных газов (природный газ, сжиженный нефтяной газ). Большая  часть опасных материалов транспортируется по трубопроводам относительно малого диаметра (до 325мм) при рабочем давлении от нескольких атмосфер до десятков атмосфер (5,0-7,5 МПа). ВНИИГаз, основываясь на имеющейся  статистической информации, для газопроводов диаметром менее 500 мм оценивает  уровень аварийности как 10^-3 /км в год, а для трубопроводов с диаметром больше или равным 500 мм – 3*10^-4 /км в год.

Независимо  от производства, в подавляющем большинстве  случаев аварии имеют одинаковые стадии развития.

На первой из них аварии обычно предшествует возникновение или накопление дефектов в оборудовании, или отклонений от нормального ведения процесса, которые  сами по себе не представляют угрозы, но создают для этого предпосылки. Поэтому еще возможно предотвращение аварии.

На второй стадии происходит какое-либо инициирующее событие, обычно неожиданное. Как правило, в этот период у операторов не бывает ни времени, ни средств для эффективных действий.

Собственно  авария происходит на третьей стадии, как следствие двух предыдущих.

В зависимости от вида производства, аварии и катастрофы на промышленных объектах и транспорте могут сопровождаться взрывами, выходом ОХВ, выбросом радиоактивных веществ, возникновением пожаров и т.п.

С 1992 по 2001 г. на объектах магистральных  трубопроводов произошло 545 аварий. Среднегодовой показатель аварийности  составляет 50-60 аварий и в целом  не имеет устойчивой тенденции к  снижению.

Аварии  могут иметь тяжелые последствия  для  природно-технической системы, частью которой являются газопроводы. В таблице 1 приведены основные причины  и масштабы возможного социально-экологического ущерба аварий на магистральных газопроводах. Всё это требует повышенного внимания, с точки зрения обеспечения геоэкологической безопасности газопроводов, не смотря на масштабные программы ремонтов и реконструкций, проводимые ОАО «Газпром».

Таблица №1.

Глава №2. Обслуживание газопроводов на предмет предотвращения аварийных ситуаций.

Главной задачей служб отвечающих за газотранспортную сеть Российской Федерации является изучению природно-технической системы газопроводного транспорта, проведение необходимых диагностик и изучение состояния газопровода, с целью предотвращения аварийных ситуаций и их последствий.

Своеобразие изучению природно-технической системы  газопроводного транспорта РФ заключается  в ряде её особенностей:

• значительной линейной протяженности магистрального газопровода и благодаря этому охвату большого числа зон, подзон, групп и типов ландшафтов, различных геологических структур,  гидрологических условий, которые определяют региональные, зональные и территориальные особенности эксплуатации газотранспортных систем;
• ассоциированности рассматриваемой природно-технической системы газопровода с ПТС более высокого порядка, поскольку создается, как правило, не один газопровод, а целая газопроводная сеть, суммирующее воздействие которой проявляется на локальном, региональном и трансграничном уровнях;
• приповерхносность системы, подразумевая под эти термином то, что большая часть инженерных сооружений магистрального газопровода располагается в приповерхностной и верхней части природно-территориального комплекса. Это обусловливает особо тесную связь инженерных сооружений с поверхностными отложениями, положением уровня грунтовых вод и широким кругом биологических характеристик.

Природно-техническая система газопровода  является динамической.  В режиме функционирования ПТС можно выделить 3 стадии: линейно устойчивый (безопасный); нелинейный с нарушением равновесных  условий (относительно опасный) и экстремальный  (опасный) (рис.  1).

Линейный  устойчивый режим  является относительно безопасным и наиболее благоприятным для ПТС. При нелинейном режиме в системе проявляются возрастающие флуктуации и накапливаются конструктивные и технологические дефекты.  В конечном счете, если не производить специальных мероприятий, они существенно изменят состояние системы. Это приведёт к экстремальному режиму развития системы, при котором происходит лавинообразный рост дефектов, создаются условия для возникновения аварийных или даже чрезвычайных ситуаций.

Рисунок 1 -Режимы функционирования ПТС

 I – линейно устойчивый процесс (вероятность нарушения динамического равновесия P_ндр<0,3) ; II – нелинейный с нарушениями равновесных cостояний (0,3<P_ндр<0,7); III - экстремальный лавинообразный режим(P_ндр>0,7)

Для оценки категории геоэкологического состояния природно-технической системы используется комплекс показателей: степень нарушенности ландшафтов, наличие хрономорфологических элементов - природных и природно-техногенных процессов, определяющих стадии их развития (подготовка процесса, его возникновение, нарастающее развитие, кульминация, спад и последействие), вероятность возникновения аварийной ситуации. Кроме того, учитываются показатели загрязнения воздушной среды, воды, почв и состояние растительности по санитарно-гигиеническим показателям.

Технологии  диагностики природно-техногенного комплекса газопроводов совершенствуются непрерывно. Первоочередной задачей  диагностики является оценка   возможности дальнейшей эксплуатации газопровода на основе соответствия фактических характеристик газотранспортной ПТС расчетным; выявление негативных тенденций системы; определение  наиболее опасных её участков и ранжирование их по степени опасности; разработка рекомендаций по проведению профилактических и ремонтных работ. Рациональное комплексирование методов оценки газопроводных систем базируется на использовании современных  эффективных информационных технологий, включающих применение:

• многоспектрального аэрокосмического зондирования;
• мобильных и стационарных наземных ландшафтно-индикационных  исследований для обоснования  результатов дешифрирования;
• неразрушающих методов технического контроля состояния газопроводов;
• построения прогнозных информационных моделей оценки состояния газопроводных систем с применением геоинформационных технологий.

Ни один из аэрокосмических или наземных методов  исследований   в отдельности  не обеспечивает получение необходимой, достаточной и достоверной информации  о состояния газопроводов и окружающей его обстановке. Поэтому предусматривается  комплексирование аэрокосмических  методов, а также проверка  достоверности  дешифрирования и получение новой  дополнительной информации о природно-технических  системах с помощью ландшафтно-индикационных  методов  и позиционирования объектов с использованием GPS  и ГЛОНАСС, дополняя их  методами технической диагностики которые, как правило, проводятся на потенциально опасных участках и региональных маршрутах. Диагностика состояния газопроводных систем предусматривает организационную структуру и последовательность выполнения отдельных этапов и состава  работ, которые отражены в таблице 2.

Таблица №2.

Остаётся неопределенным размер опасной  зоны, реально возникающей при  аварийных ситуациях на газопроводе, связанных с его разрывом и  сопровождающихся выбросом газа, взрывом, пожаром и разлетом осколков. Алгоритм расчета опасной зоны при возникновении  аварийной ситуации представлен  на рисунке 2.

Данные комплексной диагностики  газотранспортной  ПТС

Методика  учета влияния опасных природных  и природно-техногенных процессов  на аварийность МГ

Определение параметров

выбросов газа при аварийном  разрыве газопровода

Определение зон термического поражения

Оценка зон поражения  при взрывах на МГ

Выбор максимальной опасной зоны, построение защитной зоны газопровода и выдача рекомендаций 

Геоинформационная система

Выполнение мероприятий

Оценка зоны геологической опасности

Рисунок 2

На базе полученных материалов о состоянии газотранспортной ПТС  вычисляется вероятность частоты аварии на данном участке газопровода. Для этого анализируются факторы, которые могут повлиять на частоту аварийных процессов. Прямой учет всех  факторов влияния невозможен, поэтому наиболее перспективным подходом является выявление основных, наиболее значимых групп опасных факторов: механические повреждения, качество производства труб и оборудования, уровень эксплуатации, природные и природно-техногенные воздействия ( коррозия, карст, сели, оползни, эрозия и др.), которые являются «угрожающими» при эксплуатации газопровода.

Глава №3. Основные причины и примеры реальных аварий на объектах магистральных трубопроводов.

Причины аварий на объектах магистральных трубопроводов:

• внешние физические (силовые) воздействия на трубопроводы, включая криминальные врезки, повлекшие утечки, а также диверсии и подрывы;

В качестве примера внешнего физического (силового) воздействия на трубопровод  можно привести аварию на газопроводе  « Аксай-Гудермес-Грозный» произошедшую 25 декабря 2000 года. В сентябре-октябре 2000 года на газопроводе  проводилась  ликвидация незаконных врезок. Газопровод работал в установившемся режиме, 25 декабря 2000 поступило сообщение, что  на 15 км газопровода произошел взрыв  с возгоранием. В результате взрыва и горения, труба длиной 13 м изогнулась под углом 90 ⁰ к оси газопровода. Причиной аварийного разрушения участка газопровода явился результат активного внешнего механического воздействия на нижнюю образующую подземной части газопровода (взрывное устройство).

• нарушения норм и правил производства работ при строительстве и ремонте, отступления от проектных решений;

Примером нарушения норм и правил производства работ при строительстве  может стать авария 28 марта 1996 года на магистральном газопроводе «Петровск- Елецк». В процессе эксплуатации магистрального газопровода произошло разрушение газопровода с возгоранием газа. Причиной аварии явился разрыв газопровода в результате потери прочностных характеристик из-за механических повреждений, нанесенных в период строительства.

• коррозионные повреждения труб, запорной и регулирующей арматуры;

Авария из-за коррозионного повреждения  труб произошла например 11 апреля 1996 года на магистральном газопроводе «Уренгой-Центр 1». В 18:00 бригада службы ГРС обнаружила пламя над трассой газопровода. В 19:50 на место прибыла аварийная бригада. На месте разрушения газопровода образовался котлован размером 15 на 25 м, с глубиной около 5 м. Концы труб поднимались кверху, факел пламени поднимался до 10 м. Земля вокруг котлована была выжжена в радиусе 20-25 м. Справа по ходу газа лежал вырванный кусок трубы в виде сложенного и закрученного листа металла. Причиной аварии явились наличие стресс-коррозионных трещин и напряженное состояние трубы из-за укладки трубопровода в насыпном грунте в результате срезки полок оврага.

• нарушения технических условий при изготовлении труб и оборудования;

23 ноября 1996 года на магистральном  газопроводе «Уренгой-Новопсков», произошла  авария. В процессе эксплуатации  произошел разрыв газопровода  с воспламенением газа. Установлено, что при разрыве было повреждено около 17 м трубы диаметром 1220 на 15,мм, с выбросом двух фрагментов труб на расстояние 150 м и 250 м. Осмотром поверхности поврежденных труб после ее зачистки, а также обследованием поверхности фрагментов с использованием дефектоскопа каких-либо трещин или признаков коррозионного поражения поверхности не обнаружено. Причиной аварии является неудовлетворительное качество заводского продольного шва трубы, определившее место расположения очага разрушения, и возможность разрыва трубы, при допустимом рабочем давлении в месте разрыва.

• ошибочные действия эксплуатационного и ремонтного персонала.

8 мая 1996 года  на участке магистрального газопровода  «СРТО – Урал – 2» произошла  авария, разрыв газопровода с  возгоранием, причиной которой послужила некачественно выполненная нестандартная «заплата» на газопроводе.

Основной  причиной аварий на действующих газопроводах за предыдущие годы является стресс-коррозия (табл.2). Отмечается тенденция роста аварий по этой причине. Если за период с 1990 по 2000 годы средний показатель аварий из-за коррозии под напряжением составил 22,5% от числа общих аварий, то 2000 году - 37,8%.

Таблица №2.

К причинам роста числа аварий на объектах нефтегазового  профиля можно отнести: переход в нашей стране к рыночным принципам хозяйствования, появление новых видов и форм собственности, резкое ухудшение на данном этапе развития материально-финансового положения большинства промышленных предприятий, значительное физическое и моральное старение оборудования и другие факторы привели в конечном итоге к значительному росту числа крупных аварий с социальными и экономическими последствиями и, в первую очередь, на объектах нефтегазового профиля.

Перечисленные причины повышения аварийности  были очевидны для специалистов, и  пять, и десять лет назад. Тем не менее, на протяжении этих лет ситуация оставалась качественно неизменной, а по количественным параметрам ухудшалась. В связи с этим необходимо задаваться вопросом: почему сложившаяся ситуация воспроизводится. Это несмотря на то, что в период 1996 - 2002 гг. в отрасли был реализован целый комплекс мероприятий по внедрению достижений научно-технического прогресса.

Можно выделить основные проблемы, решение которых  позволит в некоторой степени  уменьшить аварийность объектов газового профиля.

Во-первых, основной упор делается на противодействие видимым (актуальным на сегодня) опасностям в  ущерб деятельности по профилактике опасностей на стадии проектирования и ранних стадиях жизненного цикла  объекта.

Во-вторых, происходит многократное повторение и тиражирование  однотипных ЧС, по причине отсутствия механизмов учета опыта расследования инцидентов, отказов и аварий в профилактике ЧС на стадиях проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации объекта.

Кроме того, можно отметить недостаточную эффективность  действующих служб мониторинга. Службы отслеживания фактической обстановки на предприятиях, как правило, ограничиваются фиксацией "физических" явлений  и процессов, они не встроены в  системы, обеспечивающие синтез и анализ наблюдений, принятие управленческих решений и корректировку собственной  деятельности.

Глава №4. Воздействия на окружающую среду.

Специфика строительства  трубопроводных объектов в газовой  промышленности в экологическом  плане характеризуется особыми  факторами: значительной линейной протяженностью магистральных трубопроводных систем, пожаро- и взрывоопасностью транспортируемых по трубопроводам продуктов, высоким уровнем энергонапряженности сооружаемых объектов, разнохарактерностью природных ландшафтов, в которых ведется строительство, географическими, геолого-минералогическими и другими факторами. Современный магистральный газопровод диаметром 1400 мм с рабочим давлением 7,5 МПа и протяженностью 1000 км представляет собой по существу взрывоопасный сосуд, разрушение которого даже на ограниченном участке связано с крупномасштабными экологическими потерями, связанными, в первую очередь, с механическими и тепловыми повреждениями природного ландшафта. Иные экологические последствия имеет аварийная ситуация на газопроводах. В этом случае доминирующую роль играет фактор глобального загрязнения водоемов и почв. Экологическое загрязнение в рамках понятия, определенного ЮНЕСКО, включает не только прямое, непосредственное введение сторонних веществ или энергии в окружающую среду, но и косвенное нарушение экологической целостности природного ландшафта, которое приводит к быстро или медленно проявляющемуся отрицательному последствию в отношении человека, и различных популяций флоры и фауны.

Характерной особенностью техногенного воздействия  газопровода на окружающую среду  является наличие термического влияния, связанного с возгоранием газа, а  также значительное нарушение целостности  почвенно-растительного покрова.

По своему характеру техногенное воздействие  на все компоненты природы является комплексным, поскольку затрагивает  биохимические процессы, происходящие в атмосфере, земле и водоемах. Например, загрязнение атмосферы  обусловлено сжиганием попутного  газа на факелах, выбросом газопродуктов в результате аварий и другими причинами.

Загрязнение рек и водоемов отрицательно сказывается  и на рыбных запасах региона.

Имеются также  просчеты в долгосрочном планировании. Из-за несовершенства или нарушений  природоохранной технологии разрушается  растительный покров, выгорает лес, ягельники  и т.д. К сожалению, система государственной (и тем более, ведомственной) природоохранной  службы не соответствует масштабам  нового хозяйственного освоения территории.

Самостоятельный вид техногенного воздействия на окружающую среду представляет работа компрессорных станций. По данным ВНИИ-газа основным загрязняющим веществом от КС являются окислы азота. Как показывает анализ, содержание этих выбросов в  зоне КС превышает максимально допустимые концентрации в атмосферном воздухе. Для ряда КС уровень загрязнения  составляет 40-60 ПДК на расстоянии от источника в среднем до 500 м.

При строительстве  и эксплуатации магистральных газопроводов возникают достаточно мощные такие  источники шума, как компрессорные  станции, аэропорты, вертолетные площадки, транспортные магистрали и т.д.

Для всех перечисленных  источников характерен высокий уровень  шума, значительно превышающий санитарные нормы, что создает неблагоприятные  условия для обслуживающего персонала  и для жителей близлежащих  районов, а также для обитания диких животных, рыб и птиц.

Исследования, проведенные на современных компрессорных  станциях, показали, что длительное воздействие шума вызывает различные  нарушения в организме человека, что приводит к профессиональным заболеваниям, общей и профессиональной нетрудоспособности. В частности, практически  невозможно разговаривать, когда уровень  шума на КС превышает 100 дБ.

Распугивая  диких зверей и заставляя их покидать место обитания, шум отрицательно влияет на структуру популяций, являясь  одной из причин переуплотнения новых  мест обитания и снижения продуктивности охотоугодий.

Оценка состояния  рек и ручьев, пересекаемых трассами газопроводов, указывает на следующие  виды воздействия газопроводов на русло  и поймы рек:

- чрезмерное  захламление русел остатками  строительных материалов (трубами,  пригрузами и др.);

- захламление  древесными остатками, заносимость, заиление и зарастание русел;

- разрушение  берегов и последующий размыв  траншей и прибрежной полосы;

- перекрытие (полное или частичное) русел  рек трубами газопровода (частично  вместе с пригрузами);

- перекрытие  русел рек временными притрассовыми дорогами;

- захламленность  пойм остатками строительных  материалов и древесными остатками;

- изрытость пойм;

- нарушение  задернованности прибрежной полосы и поверхности пойм;

Указанные воздействия, вызванные серьезными нарушениями  при строительстве трубопроводов, отступлениями от проектов и частично упущениями самого проекта, приводят к  стеснению руслового потока, нарушению  водного режима, повышению мутности воды, снижению рыбохозяйства иного значения рек.

К числу важнейших  факторов, отрицательно влияющих на рост и воспроизводство рыб в пределах региона относятся следующие:

- залповые  сбросы загрязняющих веществ  в результате аварийных ситуаций;

- сброс в  рыбохозяйственные водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод;

- заготовка  леса по берегам рек и сплав  его плотами;

- дноуглубительные  работы и заготовка песчано-гравийных  смесей в руслах рек, вызывающие  сильное замутнение воды;