Обеспечение технической и экологической безопасности в процессе транспортировки нефти

Экологический аспект проблемы повышения конструктивной надёжности магистральных трубопроводов тесно связан с особенностями трубопроводного транспорта.

Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют магистральные нефтегазопроводы. Поэтому поиск эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надёжности трубопроводов, - весьма актуальная задача.

Надёжность нефтепровода - это основной фактор обеспечения его безопасности для окружающей среды. Магистральный трубопровод представляет собой систему последовательно соединенных элементов - труб, трубных деталей, арматуры. Поэтому отказ любого из них приводит к аварийным ситуациям. Наибольшая вероятность отказов падает на трубы и сварные соединения, выполняемые при строительстве трубопровода.

Магистральные трубопроводы являются уникальными сооружениями из-за их большого диаметра и производительности, их энергетической мощности.

Рассматривая проблему работоспособности и надёжности трубопроводов, следует отметить уникальный характер и интенсивность взаимодействия этих сооружений с окружающей средой, протяженность прокладки в различных климатических и гидрогеологических условиях, площадь поверхности контакта с грунтом, массу транспортируемого продукта, его теплосодержание и количество вносимого тепла (холода) в грунт, пересечение множества естественных и искусственных преград. Уникальность состоит в том, что трубопроводы (особенно больших диаметров) постоянно в течение всего срока службы во всех своих частях испытывают значительные внутренние напряжения, близкие к нормативным характеристикам прочности металла. Поэтому даже незначительные отклонения действительных условий от принятых за исходные в расчетах приводят систему в состояние предельного состояния.

Конструктивной надёжностью трубопровода является его свойство сохранять потенциальную способность выполнять заданные функции в течение требуемого промежутка времени. Указанная способность, в свою очередь, раскрывается через систему объективных критериев качества трубопровода, обусловливающих его нормативную работоспособность в режиме активного воздействия эксплуатационных факторов, в число которых входят также факторы окружающей среды. С этой точки зрения, конструктивная надёжность, как свойство трубопроводной конструкции, должна удовлетворять экологическим критериям, поскольку полная или частичная утрата трубопроводом его работоспособности неизбежно сопровождается отрицательным воздействием на окружающую среду.

Расчетные модели конструктивной надёжности трубопроводов должны строиться с учетом экологических ограничений. Количественной мерой таких ограничений должны быть значения предельных допустимых воздействий, оцениваемых по всем компонентам окружающей природной среды, находящимся в контакте с трубопроводом.

Конструктивная надёжность трубопровода, как критерий его экологической безопасности, опирается на систему нормированных количественных показателей, определяющих уровень работоспособности трубопровода в реальном диапазоне эксплуатационных нагрузок и воздействий.

В этой связи можно считать, что экологическая безопасность трубопровода является объективной мерой его эксплуатационных свойств, обеспечиваемых в процессе проектирования, строительства и эксплуатации трубопровода.

Поэтому проблему обеспечения экологической безопасности при использовании трубопроводных конструкций следует рассматривать в контексте с вопросами формирования показателей надёжности на всех этапах "жизненного цикла".

Экологическая надёжность трубопроводов - собирательное понятие для обозначения совокупности свойств, определяющих качество функционирования объекта. Магистральный трубопровод представляет собой сложную техническую систему с восстанавливаемыми и резервированными элементами. Под экологической надёжностью магистральных трубопроводов следует понимать их свойство сопротивляться внешним и внутренним нагрузкам и воздействиям, сопутствующим транспортировке продукта без нарушения герметичности при соблюдении правил эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Повышение конструктивной надёжности магистральных трубопроводов во многом способствует повышению их функциональной надёжности. Важность проблемы надёжности магистральных трубопроводов, прежде всего, связана с возросшей ролью трубопроводного транспорта в экономике страны.

Современные магистральные газо- и нефтепроводы качественно изменились: выросла их энергетическая мощность, строятся они в разнообразных почвенно-климатических условиях, причем основные объёмы строительства трубопроводов перемещаются в арктические и субарктические, сильно заболоченные районы Западной Сибири и европейского Севера. Увеличение диаметра трубопроводов и повышение давления транспортируемого продукта, с одной стороны, увеличивает запас кинетической энергии, способной вызывать высокие напряжения в стенках труб, а в газопроводах - лавинные разрушения, с другой стороны, потери продукта при аварийных разрушениях таких трубопроводов резко возрастают.

К тому же увеличение диаметра и протяженности нефтепроводов и газопроводов, прокладка их в труднодоступных местах на Крайнем Севере, в болотах Западной Сибири привели к увеличению времени ликвидации аварий.

Кроме того, с увеличением средней дальности трубопроводов, которая уже превысила тысячи километров, естественно, повышается и вероятность отказов.

Помимо прямой потери продукта при авариях, недодача сырья и топлива потребителям, продолжительные остановки в работе влекут за собой чрезвычайно большие экономические потери за пределами собственно трубопроводной системы. Вынужденная остановка промыслов и предприятий-потребителей нефтегазового сырья и топлива - может обойтись в десятки раз дороже, чем прямые потери от аварийных ситуаций в системе трубопроводного транспорта. Поэтому в связи с тем, что повышение надёжности приводит и к дополнительным материальным затратам, а недооценка надёжности - к большим убыткам от аварий и экологическим катастрофам, следует искать оптимальные решения.

Проблема надёжности магистральных трубопроводов многопланова и в настоящее время еще не имеет четкого теоретического и методологического выражения. Не разработана оценка уровня надёжности и не определены конкретные мероприятия по обеспечению ее требуемого уровня. Нет систематизированных данных по расчету надёжности проектируемых трубопроводов, а также удобных для практики методик расчетов погрешности результата при расчете надёжности трубопроводных систем.

С точки зрения обеспечения экологической надёжности трубопроводов в эксплуатационный период важна разработка мероприятий, обеспечивающих предупреждение аварий, а не ликвидацию их последствий. Оценка надёжности трубопроводов важна на каждом этапе эксплуатации. Речь идет о технической диагностике магистральных трубопроводов, об оценке их работоспособности.

Одним из основных направлений исследования в области конструктивной надёжности магистральных трубопроводов следует считать прогнозирование их эксплуатационной надёжности. По заданному уровню эксплуатационной надёжности формируются требования к качеству исходных материалов (труб, изоляции, электродов и т.п.), проектных решений, культуре строительства и эксплуатации.