Геоэкологические проблемы трубопроводного транспорта

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.