Сайт журнала "Экологический Вестник России"

Прогноз последствий воздействия природных процессов на объекты хранения и транспортировки углеводородов о. Сахалин (часть 3)

Богатейшие нефтяные и газовые месторождения являются ведущим фактором в экономики Сахалинской области и определяют ее социально-экономическое развитие. Охотоморский шельф Северного Сахалина является главным нефтегазоносным районом Дальнего Востока России. В его пределах разведано 384 миллиона тонн нефти, газоконденсата и около триллиона кубометров газа, а предполагаемый общий объем извлекаемых запасов превышает разведанный более чем в три раза. Также исключительно богаты и разнообразны флора и фауна этого региона. Именно такая специфика и предопределяет необходимость наиболее полного учета экологических факторов в развитии промышленной инфраструктуры, как и возможных последствий воздействия природных процессов на объекты хранения и транспортировки углеводородов в этом дальневосточном российском регионе.

Поведение разлитой нефти зависит от целого ряда факторов, в том числе от того, где произошел разлив (на суше, в море, на реке и т.д.), от метеорологических условий, объема разлива и др.

Наиболее негативной ситуацией, приводящей к серьезным и долговременным экологическим нарушениям, является выход нефтяного загрязнения в прибрежную зону, особенно на песчано-гравийные пляжи, отмели, болотистые берега Сахалина.

В связи с тем, что возможны природные и антропогенные факторы, которые смогут оказать негативное воздействие на нефтегазовые сооружения и на окружающую среду вследствие их повреждений, сделаны следующие расчеты:

● расчет прогноза масштабов зон заражения на случай выбросов СДЯВ в атмосферу, при возможном разрушении резервуаров с нефтью, сжиженным газом;

● расчет площади зоны разлива при квазимгновенном разрушении резервуара;

● расчет площади зоны разлива при порыве (проколе) трубопроводов.

Основными источниками возможных аварийных разливов углеводородов, на территории острова Сахалин, являются:

● резервуары для хранения нефти, нефтепродуктов;

● резервуары для хранения сжиженного газа;

● магистральные, местные трубопроводы.

Прогноз осуществлялся на основе исходных данных, в состав которых входят: описание объекта, тип продукта, гидрометеорологические и гидрогеологические условия, наличие экологически уязвимых зон в районе возможного загрязнения.

Расчеты произведены на случай квазимгновенного (полного) разрушения резервуаров с нефтью и нефтепродуктами.

Отличительными признаками квазимгновенных разрушений РВС являются полная потеря целостности корпуса и выход в течении короткого промежутка времени на прилегающую территорию всей хранящейся в резервуаре жидкости. Образующийся при этом поток, в виде волны порыва, характеризуется резкой нестационарностью, большой скоростью течения и значительной разрушающей способностью. При таком потоке происходит разрушение земляных обваловок или защитных ограждений, промыв и перехлест через них, разлив на огромные площади.

Каждый третий случай квазимгновенного разрушения резервуара сопровождается так называемым эффектом «домино» (т.е. разрушение одного резервуара цепочкой вызывает разрушение остальных резервуаров, что представляет большую опасность).

Возникновение и развитие аварий на объекте в общем виде можно представить следующим образом:

1. нарушение герметичности системы и неконтролируемый выход нефтепродукта

2. нефтепродукт выходит наружу, растекаясь по поверхности земли, воды, приводя к их загрязнению

3. в результате испарения образуется паровоздушное токсичное, взрывопожарное облако

4. распространяясь в атмосфере, пары нефтепродукта вызывают интоксикацию людей, животных, растений

5. случайный источник воспламенения может привести к взрыву паров с последующим развитием пожара пролива на людей, животных, растения, здания и сооружения воздействуют поражающие факторы взрыва (ударная волна, высокая температура) и пожара (повышенная температура, пламя и искры, токсичные продукты горения).

Данные расчеты прогноза разливов углеводородов важны для определения масштабов зон заражения СДЯВ, площадей разливов нефти и нефтепродуктов, выявление хозяйственных и природных ресурсов, которые могут подвергнуться риску нефтяного загрязнения, а также данные пригодны в использовании при расчете экологического ущерба.

1.1 Возможность применения геоинформационных технологий для прогноза масштабов зон заражения СДЯВ при возможном разливе нефти, сжиженного газа при разрушении резервуаров

Распространение паров нефтепродукта в атмосферном воздухе в основном связано с метеоусловиями и рельефом местности в зоне аварии.

Рис. 1,2. Карты площадей зон заражения сильнодействующими ядовитыми веществами О. Сахалин в разное время года (февраль и июль)

Для прогноза масштабов зон заражения СДЯВ, целесообразно выполнять расчет в соответствии с нормативно-методическим документом «РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте». Настоящая методика позволяет осуществлять прогнозирование масштабов зон заражения при авариях на технологических емкостях и хранилищах, при транспортировке железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также в случае разрушения химически опасных объектов.

Согласно данной методики «Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии должны браться конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальные метеоусловия».

Так как возможны как природные так и антропогенные факторы возникновения ЧС, целесообразно сделать прогнозирования возможных зон заражения СДЯВ. Согласно пункту 1.3 методики РД 52.04.253-90, «При заблаговременном прогнозировании масштабов зон заражения на случай производственных аварий в качестве исходных данных рекомендуется принимать: за величину выброса СДЯВ (Q0) – его содержание в максимальной по объему единичной емкости (а для сейсмических районов – общий запас), метеорологические условия – инверсия, скорость ветра - 1м/с.

Для прогноза масштабов заражения непосредственно после аварии брались конкретные данные о количестве выброшенного (разлившегося) СДЯВ и реальные метеоусловия.

Определение первичного облака загрязняющих веществ:

Qэ1 = K1*K3*K5*K7*Q0  (1)

где: К1 – коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ

(приложение А), для сжатых газов К1=1;

К3 – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого СДЯВ (Приложение Б);

К5 – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости воздуха: принимается равным для инверсии –1, для изотермии –0,23, для конвекции –0,08;

К7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (Приложение Б), для сжатых газов К7=1;

Q0 – количество выброшенного (разлившегося) при аварии СДЯВ, т.

● Определение эквивалентного количества вещества во вторичном облаке (т)

Qэ2 = (1-K1) К2 х К3 х К4 х К5 х К6 х К7(Q0/hd)  (2)

Где:

К2 – коэффициент, зависящий от физико-механических свойств СДЯВ – 0,021 (прил. А);

К4 – коэффициент, учитывающий скорость ветра (табл. 1);

К6 – коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии N; значение коэффициента К6 определяется после расчета продолжительности испарения вещества Т по формуле:

Т = (h*d) / K2*K4*K7 (3)

h – толщина слоя пролитой жидкости;

d – плотность вещества, т/м3.

К7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (Приложение А);

Q0 – количество разлившегося при аварии вещества, т;

Таблица 1. Значение коэффициента К4 в зависимости от скорости ветра

● Определение площади зоны заражения:

Площадь зоны возможного заражения первичным (вторичным) облаком СДЯВ определяется по формуле:

SB = 8,72*10-3*Г* (4)

Где: SB – площадь зоны возможного заражения СДЯВ, В.км;

Г – глубина зоны заражения, км;

fi - угловые размеры зоны возможного заражения, град.

Если спроецировать пункт «Порядок нанесения зон заражения сильнодействующими ядовитыми веществами на топографические карты и схемы», изложенный в РД 52.04.253-90, на данную методику, то можно полагать, что зона возможного распространения облака взрывоопасной смеси на картах (схемах) ограничена окружностью, полуокружностью или сектором. Центр окружности, полуокружности или сектора совпадает с местом разрыва газопровода.

1. При скорости ветра по прогнозу меньше 0,5 м/с зона детонации имеет вид окружности. Радиус окружности равен r0.

2. При скорости ветра по прогнозу 0,6–1 м/с зона детонации имеет вид полуокружности. Угол участка равен 180°, биссектриса угла совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра.

3. При скорости ветра по прогнозу больше 1м/с зона заражения имеет вид сектора. Радиус сектора равен 2r0, биссектриса сектора совпадает с осью следа облака и ориентирована по направлению ветра. При скорости ветра 1,1-2 м/c угол сектора равен 900, при скорости более 2 м/с угол сектора составляет 450.

1.2 Моделирование чрезвычайной ситуации

Исходные данные для прогнозирования масштабов заражения СДЯВ:

● общее количество СДЯВ на объекте и данные по размещению их запасов в емкостях и технологических трубопроводах;

● количество СДЯВ, выброшенных в атмосферу, и характер их разлива на подстилающей поверхности («свободно», «в поддон» или в «обваловку»);

● высота поддона или обваловки складских емкостей;

● метеорологические условия: температура воздуха, скорость ветра на высоте 10м, степень вертикальной устойчивости воздуха.

Рассматривалось 2 варианта метеорологической ситуации:

1. Февраль: скорость ветра – 2 м/с; средняя температура - -10,1оС,.

2. Июль: скорость ветра – 4,7 м/с; средняя температура – 16оС.

В каждом случае расчет производился на следующие аварийные ситуации:

1. пролито – 1,5%;

2. пролито – 37,5%;

3. пролито – 100%.

Для отображения на карте, мной был выбрал наихудший вариант развития событий, то есть квазимгновенное разрушение резервуара с выходом 100% жидкости.

1.3 Расчеты и картографическое моделирование

По методике, изложенной выше, были произведены расчеты зоны детонации и дальности распространения облака взрывоопасной смеси для различных скоростей ветра.

Картографическое моделирование полученных результатов производилось в программном продукте MapInfo 9.5.

С помощью программного обеспечения было произведено наложение облаков взрывоопасной смеси, радиус которых был рассчитан, при разрушении резервуаров (карта 1,2,3).

В зону воздействия СДЯВ попадут такие территории, как:

● Заказники.

● Памятники природы.

На территориях данных заказников и природных парков, под воздействием оказываются птицы: орлан белоплечий, орлан-белохвост, сапсан, кречет, малый лебедь, цапля, черная кряква, мандаринка, алеутсая и речная крачка, сахалинский чернозобик. И следующие редкие виды растений: тис остроконечный, кардиокринум Глена, двулистник Грея, макроподиум крылосемянный, ель Глена.

● Населенные пункты.

На испарение паров СДЯВ большое влияние оказывает ветер, поэтому, в населенных пунктах, лесах, на пересеченной местности стойкость заражения ими будет выше, чем на открытой. Под воздействие СДЯВ попадают населенные пункты. Ориентировочно в зоне воздействия СДЯВ окажутся 258736 человек.

Многие нерестовые реки могут оказаться под воздействием разлитой нефти. Нефтепродукты, попавшие в море, подвергаются различным изменениям, постепенно опускаются на дно водоема. В водоемах примерно 40% нефти оседает на дне, 40% остается в воде в виде эмульсии и 20%- на поверхности в виде пленки. Учитывая невысокие температуры воды и свойства нефтепродуктов, водоросли будут сохранять токсичность в течение 2 месяцев. Периодические штормы часто поднимают огромное количество осевшей нефти и уносят их в море, что вызывает вторичное загрязнение.

Развитие и функционирование нефте- и газопромышленного комплекса (НГПК) Сахалина, оказывали и продолжают оказывать негативное воздействие на состояние окружающей природной среды.

Чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера ввиду географического расположения Сахалинской области возникают довольно часто. Анализ чрезвычайных ситуаций за последние 16 лет, произошедших на территории острова Сахалин, указывают на то, что наиболее часто повторяющиеся, а некоторые и катастрофические (по количеству пострадавшего населения, причиненному ущербу) являются ЧС, обусловленные землетрясениями, цунами, тайфунами, паводками. Факторов, от которых зависит каждое явление, исключительно много, зачастую их просто, невозможно учесть.

Данная работа является результатом теоретической проработки и практического применения методических документов, утвержденных федеральными органами власти.

Рис. 3. Карта экологически уязвимых зон к нефтяным разливам о. Сахалин

Проблема нефтяного загрязнения окружающей среды в последние годы становится все более актуальной. В ходе расчетов площадей зон заражения нефтепродуктами, выявлены некоторые проблемы, возникающие при оценках масштабов аварийных событий с разливами нефти и нефтепродуктов и выборе оптимальных ликвидационных мероприятий.

1. Если учесть, что во многих расчетах нефтяное пятно достигнет устья реки и дальше попадет в залив, то возникает проблема в оценке качества морских вод для компенсации причиненного вреда. Потому что до сих пор не разработаны классификации качества специально для морских вод и производя оценку состояния морских вод, исследователи, как правило, пользуются классификациями, созданными для поверхностных вод суши.

2. Отсутствие методик оценки экологических последствий аварий, соответствующих современным экологическим требованиям и ограничениям, - одна из наиболее существенных проблем, которая вызвана отставанием теоритического обеспечения и нормативной базы от современных потребностей. Практически ни одна действующая методика оценки последствий разливов не учитывает процессы деградации нефтяного загрязнения, испарения углеводородов, скоростей их фильтрации и инфильтрации, аккумуляции и синенергетического эффекта при попадании данных веществ в окружающую среду. Недооценка взаимодействия компонентов нефти с органическими комплексами приводит к упрощенному пониманию механизмов миграции нефтепродуктов в почвенном слое. Отсюда большие погрешности в прогнозных расчетах.

3. Несмотря на чрезвычайную остроту рассматриваемой проблемы, многие вопросы, связанные с оценкой воздействия нефтяного загрязнения на почвенный покров, до сих пор остаются нерешенными. В частности, до сих пор нет единства в вопросе о методах определения нефти в почве, не существует и научно обоснованных критериев допустимого содержания нефти в почвах, учитывающих многообразие их строения и т.д. Скорей всего, во многом, такая ситуация обусловлена многоплановым воздействием нефти на почвенную систему, что и создает трудности в выработке критериев ее допустимого содержания.

Зная печальный опыт нефтяных разливов других стран следует принять во внимание важные сведения для Сахалина:

● большие разливы могут произойти из-за серии простых человеческих ошибок;

● в основном, разлитую нефть нельзя собрать - очень редко собирается 10% нефти;

● невозможно эффективно собрать нефть с воды и побережья;

● экологический ущерб может быть огромным и долго длиться;

● ущерб в основном нельзя поправить.

Понимая необходимость развития нефтедобычи на Сахалине, которая ведет к получению рабочих мест, развитию экономики, увеличению доходной части бюджета, необходимо учесть, что, развивая одну отрасль промышленности, можно погубить другую. Рыба и другие морепродукты – это то, чем живет сейчас большая часть сахалинцев и жители всего побережья Охотского моря, и воздействие на морские биоресурсы и морскую среду отразится и на людях тоже.

Поэтому нормальное сосуществование рыбной и нефтяной отраслей возможно только при разумном подходе, с соблюдением строгих природоохранных норм и правил при добыче и транспортировке нефти.

И только применение наилучших технологий сейсмоустойчивости всех конструкций, и прежде всего надземная прокладка нефтепровода, может предотвратить отравление нефтью подземных водозаборов, нерестовых рек, заливов и прибрежных вод морей!

Литература

1. РД 03-357-00 «Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта». Москва. 2000 г.

2. РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте». Санкт-Петербург, 2000 г.

3. Города Сахалинской области., Сб. статей, составитель Гудков В.В., под ред. Рыжкова А.Н., Ю.-Сахалинск: изд-во СахГУ, 2002.-120 с.

4. Численность населения Сахалина и Курил. Статистика. Южно-Сахалинск. 2010.-3 с.

5. В.И. Покровский. Малая медицинская энциклопедия / Том 4. Москва: изд-во «СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ», 1996 г.-576 с.

6. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 г. № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» (в ред. Постановления Правительства РФ № 240 от 15.04.2002 г. Правительства РФ № 240 от 15.04.2002 г).

7. Грушко Я.М. Вредные органические соединения. Ленинград: Изд-во «Химия», 1982. -208 с.

8. «Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления». (утв. Постановлением Госгортехнадзора РФ от 18 марта 2003 г. № 9)

9. «Требования по предотвращению гибели объектов животного мира при осуществлении производственных процессов, а также при эксплуатации транспортных магистралей, трубопроводов, линий связи и электропередачи», утверждены Постановлением Правительства РФ от 13 августа 1996 года № 997.

А.И. Забара,
специалист, отдел Э и ПБ и ПОС,
ООО «РН-СахалинНИПИморнефть»,
член Русского географического общества