Геоэкологические проблемы трубопроводного транспорта

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Волгоградский государственный университет»

Факультет управления и региональной экономики

Кафедра экономики природопользования

Геоэкологические проблемы трубопроводного транспорта

КУРСОВАЯ РАБОТА

по геоэкологии

Волгоград – 2008 г.

Оглавление

 

Глава 1. Общая характеристика и конструктивные особенности. 6

трубопроводного транспорта. 6

1.1 Классификация трубопроводов. 6

1.2 Характеристика трубопроводной коммунальной. 9

системы 9

1.3 Конструктивные схемы линейной части трубопроводов. 12

1.4 Трубопроводный транспорт Российской Федерации. 16

Глава 2. Влияние трубопроводного транспорта на окружающую среду. 20

2.1 Характеристика воздействий на окружающую среду и их. 20

последствия. 20

2.2 Воздействие нефти и нефтепродуктов на. 23

почвенно-растительный комплекс. 23

2.3. Загрязнение грунтовой среды при утечках нефти и. 26

нефтепродуктов. 26

2.4 Загрязнение рек и водоемов нефтью и нефтепродуктами. 27

2.5 Загрязнение приземного слоя атмосферы при. 31

эксплуатации магистральных трубопроводов и его последствия. 31

2.6 Коммунальные трубопроводы и их воздействие на окружающую среду и человека 32

Глава 3. Геоэкологические проблемы, возникающие при строительстве и эксплуатации трубопроводов. 35

3.1 Воздействия на окружающую природу при. 35

строительстве магистральных трубопроводов. 35

3.2 Взаимодействие трубопровода с окружающими породами. 37

3.3 Влияние строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов на животный мир 38

3.4 Мероприятия по охране окружающей среды в период. 41

эксплуатации. 41

Заключение. 44

Список использованной литературы.. 46

Приложения. 47

Трубопроводный транспорт - вид транспорта, осуществляющий передачу на расстояние жидких, газообразных или твердых продуктов по трубам.

Трубопроводные системы являются основой системы обеспечения населения, производства и сельского хозяйства жизненно важными продуктами: чистым воздухом, питьевой и технологической водой, высоко- и низкопотенциальным теплоносителем (теплом), газом, нефтепродуктами. Они также отводят многочисленные отходы (бытовые и производственные стоки, загрязненный воздух, дымовые газы, мусор и твердые отходы) [16;17].

Для надежного и устойчивого развития общества в трубопроводных системах водоснабжения, водоотведения, тепло- и газоснабжения, нефте- и газопроводах в России уложено 2 млн км подземных трубопроводов [19].

Трубопроводные конструкции и системы находят широкое применение практически во всех отраслях народного хозяйства. Трубопроводы относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы которых сопряжены, как правило, со значительным материальным и экологическим ущербом. Многочисленные отказы на технологических трубопроводах, транспортирующих пожаро-взрывоопасные продукты, ядовитые компоненты и токсичные среды, приводят к локальным и масштабным загрязнениям окружающей среды, создают повышенный риск с точки зрения безопасности персонала и населения. Особую остроту приобретает проблема надежности и экологической безопасности в системах магистрального трубопроводного транспорта газа, нефти и нефтегазопродуктов, аммиакопроводов и других продуктопроводов. Отказ магистрального трубопровода, проявляющийся в местной потере герметичности стенки трубы, трубных деталей или в общей потере прочности в результате разрушения, приводит, как правило, к значительному экологическому ущербу с возможными непоправимыми последствиями для окружающей природной среды.

Определяющим критерием экологической безопасности трубопроводов является их надежность — один из основных показателей качества любой конструкции (системы), заключающийся в способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуемого промежутка времени "жизненного цикла".

Конструктивная надежность как свойство трубопроводной конструкции должно удовлетворять экологическим критериям, поскольку полная или частичная утрата трубопроводом его работоспособности неизбежно сопровождается отрицательным воздействием на окружающую среду. Таким образом, расчетные модели конструктивной надежности трубопроводов должны строиться с учетом экологических ограничений. Количественной мерой таких ограничений должны быть значения предельных допустимых воздействий (ПДВ), оцениваемых по всем компонентам окружающей природной среды, находящимся в контакте с трубопроводом.

Наибольшую потенциальную опасность для окружающей среды представляют магистральные трубопроводы, являющиеся линейно-протяженными объектами с высоким уровнем экологической опасности. Поэтому поиск эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надежности трубопроводов, — весьма актуальная задача с высокой экологической ответственностью [9].

Объект курсовой работы – трубопроводный транспорт различного назначения

Предметом является изучение геоэкологических проблем трубопроводов.

Цель курсовой работы заключается в поиске эффективных путей, направленных на гарантированное обеспечение конструктивной надежности и экологической безопасности трубопроводов.

Задачи курсовой работы:

• изучение роли трубопроводного транспорта в экономике и жизни населения;

• рассмотрение принципов укладки трубопроводов;

• анализ состояния трубопроводного транспорта;

• выявление геоэкологических проблем, связанных с транспортировкой нефти и газа;

• задачи охраны окружающей среды при строительстве и эксплуатации трубопроводов;

• разработка мероприятий и перспектив по улучшению систем трубопроводного транстпорта.

Методологической основой курсовой работы являются труды учёных в области конструкции трубопроводного транспорта, нормативные документы по вопросу проектирования трубопроводов.

 

Глава 1. Общая характеристика и конструктивные особенности трубопроводного транспорта

1.1 Классификация трубопроводов

В зависимости от назначения и территориального расположения различают магистральный и промышленный (технологический) трубопроводный транспорт.

К магистральному трубопроводному транспорту относятся газонефтепроводы, по которым транспортируются продукты от мест добычи к местам переработки и потребления - на заводы или в морские порты для перегрузки в танкеры и дальнейшей перевозки. По магистральным продуктоводам перемещаются готовые нефтепродукты с заводов в районы потребления. Общая протяженность магистральных трубопроводов по территории России составляет около 200 тыс.км. На пути следования они более 5 тыс. раз пересекают различные водные преграды.

Технологические трубопроводы составляют свыше одной трети трубопроводов промышленных предприятий. По ним транспортируются газ, пар, жидкость, являющиеся сырьем, полуфабрикатами, готовой продукцией, отходами производства или продуктами, необходимыми для нормального течения технологического процесса. По технологическим трубопроводам транспортируются также вредные для здоровья и опасные в пожарном отношении продукты, причем при разных давлениях и температурах [1].

По характеру линейной части различают трубопроводы:

·   магистральные, которые могут быть однониточные простые (с одинаковым диаметром от головных сооружений до конечной ГРС) и телескопические (с различными диаметрами труб по трассе), а также многониточные, когда параллельно основной нитке проложены вторая, третья и последующие нитки;

·   кольцевые, сооружаемые вокруг крупных городов для увеличения надежности снабжения газом (нефтепродуктами) и равномерной подачи газа (нефтепродуктов), а также для объединения магистральных газопроводов в Единую газотранспортную систему страны.

Нефтепроводом принято называть трубопровод, предназначенный для перекачки не только нефти, но и нефтепродуктов. Когда хотят подчеркнуть, что перекачиваются именно нефтепродукты, то употребляют термин нефтепродуктопровод. В зависимости от вида перекачиваемого нефтепродукта трубопровод называют также бензинопроводом, керосинопроводом или мазутопроводом и т. д.

По своему назначению нефтепроводы делятся на три группы:

ü внутренние (внутрипромысловые, внутризаводские и т. п.) — соединяют различные объекты и установки на промыслах, нефтеперерабатывающих заводах и нефтебазах;

ü местные — по сравнению с внутренними имеют большую протяженность (до нескольких десятков километров) и соединяют нефтепромыслы или нефтеперерабатывающие заводы с головной станцией магистрального нефтепровода или с пунктами налива на железной дороге или в наливные суда;

ü магистральные — характеризуются большой протяженностью (до 1000 км и более), поэтому перекачка нефти (нефтепродуктов) производится одной или несколькими насосными станциями, расположенными по трассе, непрерывно (кратковременные остановки носят случайный характер или связаны с ремонтом).

В соответствии со СНиП 11.45—75 установлено четыре класса магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в зависимости от условного диаметра труб: I класс — более 1000 мм; II класс — 1000—500 мм; III класс — 500—300 мм и IV класс — менее 300 мм.

Магистральным газопроводом называется трубопровод, предназначенный для транспорта газа из района добычи или производства в район его потребления, или трубопровод, соединяющий отдельные газовые месторождения.

Ответвлением от магистрального газопровода называется трубопровод, присоединенный непосредственно к магистральному газопроводу и предназначенный для отвода части транспортируемого газа к отдельным населенным пунктам и промышленным предприятиям [2;6].

Трубопроводы, транспортирующие продукцию скважин на площадях нефтяных месторождений, делятся:

1) по назначению - на нефтепроводы, газопроводы, нефтегазопроводы, нефтегазоводопроводы и водопроводы;

2) по напору - на напорные и безнапорные;

3) по рабочему давлению - на трубопроводы высокого (6,4 МПа и выше), среднего (1,6 МПа) и низкого (0,6 МПа) давления;

4) по способу прокладки - на подземные, полуподземные, надземные, наземные и подводные;

5) по функции - на выкидные линии, идущие от устьев скважин до групповой замерной установки; нефтяные, газовые, водяные и нефтегазоводяные сборы с коллектора; товарные нефтепроводы;

6) по гидравлической схеме работы – простые трубопроводы, без ответвлений и сложные с ответвлениями к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубопроводы [3;7].

Все перечисленные трубопроводы по напору делятся на трубопроводы с полным заполнением трубы жидкостью и трубопроводы неполным заполнением трубы жидкостью.

Трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью называются напорными, а трубопроводы с неполным заполнением сечения могут быть как напорными, так и безнапорными.

Выкидные линии и нефтесборные коллекторы обычно не полностью заполнены нефтью, т.е. часть сечения выкидных линий или коллектора занята газом, выделившимся или в процессе движения нефти по ним, или увлеченным нефтью из сепараторов в связи с их плохой работой.

В самотечных нефтепроводах нефть движется под действием гравитационных сил, обусловленных разностью вертикальных отметок в начале и в конце нефтепровода. Если при этом в нефтепроводе нефть и газ движутся раздельно, то такой нефтепровод называют свободно-самотечным, или безнапорным, а при отсутствии газовой фазы напорно-самотечным [17].

1.2 Характеристика трубопроводной коммунальной системы

Трубопроводные системы являются основным элементом коммунальных систем, которые во многом формируют основные потребительские требования к ним. Значительная протяженность трубопроводных сетей обусловлена размерами территории России, на которой расположено 3100 городов, поселков, населенных пунктов, имеющих высокую степень благоустройства: 84 % оборудованы централизованным водопроводом, 82 % канализацией, 85 % централизованным теплоснабжением. Системы ЖКХ развивались в сложных послевоенных условиях, при ограниченном финансировании и необходимости быстро обеспечивать коммунальными услугами огромное жилищное строительство. Поэтому из многих видов труб в российских трубопроводных сетях в основном применялись дешевые высокотехнологичные в монтаже стальные трубы.

Жизненный цикл трубопроводных систем включает следующие этапы:

1. Проектирование. Этот цикл наиболее короткий, но самый важный. Именно при проектировании принимаются все основные решения, от правильности которых на 80 % зависит количество и качество трубопроводной системы. На этой стадии анализируют назначение объекта, условия его будущей эксплуатации и в зависимости от этого принимают решение о выборе материала трубопровода. Правильность принятия решений на данной стадии позволит значительно уменьшить строительные и эксплуатационные затраты.

2. Строительство – 0,5–2 года. В этот период на оставшиеся 10–20 % определяется качество трубопровода. Соблюдение всех монтажных правил, правильность технологии монтажа, транспортировки, погрузки, разгрузки, приемки и хранения материала позволит обеспечить длительный и бесперебойный срок службы трубопровода и значительно снизить эксплуатационные расходы.

3. Эксплуатация. Наиболее продолжительный период в жизни трубопроводных систем, сопоставимый со сроком службы здания или населенного пункта (50–100 лет). Именно при эксплуатации выявляются все недостатки проектных решений и монтажа, при значительной величине которых затраты на эксплуатацию достигают критической величины, что напрямую отражается на материальном благосостоянии граждан. Необходимо отметить, что затраты на эксплуатацию систем трубопроводов многократно превышают первоначальные затраты на их монтаж и проектирование (в десятки раз).

4. Утилизация трубопроводов. В современных условиях необходимо учитывать последний этап жизненного цикла – утилизацию, которая должна обеспечивать максимальное возвращение материала в общественное производство и минимальное загрязнение окружающей среды. Требования каждого этапа должны учитываться при оценке трубопроводных систем с соответствующим весовым коэффициентом.

При рассмотрении многочисленных материалов для трубопроводных систем, представленных на российском рынке обычно анализируют качество труб, которые, являются основной, но не единственной составляющей трубопроводных систем.

В общем виде трубопроводная система состоит:

– из собственно трубопровода (его линейная часть с ответвлениями, соединениями, соединительными частями);

– трубопроводной арматуры (запорной, предохранительной и т. д.);

– опорных, компенсирующих, закрепляющих и балластирующих конструкций;

– узлов подключения оборудования (очистных устройств, насосов, гидрантов и т. д.);

– установок защиты металлических элементов от коррозии;

– противопожарных средств;

– защитных сооружений трубопроводов;

– технологических емкостей;

– сооружений службы эксплуатации трубопроводов;

– линий и сооружений технологической связи, средств телемеханики, линий электропередач для питания освещения, дистанционного управления арматурой и установок;

– вдольтрассовых дорог, площадок и подъездов к ним;

– опознавательных и сигнальных знаков, указателей.

При оценке качества и выборе материала трубопроводных систем необходимо учитывать все элементы, которые оказывают значительное влияние на их экономические показатели и надежность.

В общем виде эти требования следующие:

– бесперебойное обеспечение потребителей услугой (подачей необходимого количества воды, тепла, газа, отведение стоков и т. д.) заданного качества, исключающей ущерб и вред здоровью человека;

– безопасность для здоровья и жизни человека и окружающей среды;

– устойчивость к внутреннему давлению, температуре и внешним воздействиям;

– срок службы (долговечность), соизмеримая со сроком службы здания при минимальном количестве капитальных ремонтов;

– коррозионная устойчивость к транспортируемой и внешней среде. Возможность длительной работы в условиях повышенной влажности;

– герметичность во всем диапазоне рабочих давлений;

– ремонтопригодность (возможность осмотра, обслуживания, ремонта, монтажа и демонтажа);

– электро- и пожаробезопасность;

– минимальные затраты на эксплуатацию с наименьшими потерями готового продукта и ущербом;

– минимальные затраты на монтаж.

Для каждой трубопроводной системы (водоснабжение, отопление, теплоснабжение и т. д.) должны быть разработаны конкретные территориальные требования (отраслевые стандарты). При разработке этих требований можно использовать ГОСТ 4.200–78 [19].

1.3 Конструктивные схемы линейной части трубопроводов

Магистральные трубопроводы являются сооружениями линейного типа и предназначены, главным образом, для транспортирования газа, нефти и нефтепродуктов, а также воды от мест их добычи (нефть и газ), получения (нефтепродукты), водозабора (вода) к местам потребления. Протяженность отдельных магистральных трубопроводов может составлять тысячи километров.

Основной составляющей магистрального трубопровода является линейная часть, представляющая непрерывную нить, сваренную из отдельных труб и уложенную вдоль трассы тем или иным способом. Линейная часть (в дальнейшем будем называть ее трубопроводом) прокладывается в самых разнообразных топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условиях. Наряду с участками, сложенными грунтами, обладающими большой несущей способностью, вдоль трассы часто встречаются участки с грунтами малой несущей способности, а также болотистые участки, участки многолетнемерзлых грунтов и др. Наличие их осложняет как процесс строительства трубопровода, так и его работу в период эксплуатации.

Кроме того, магистральные трубопроводы пересекают значительное количество естественных и искусственных препятствий (реки, озера, железные и шоссейные дороги), требующих соответствующих конструктивных решений, обеспечивающих как надежную работу трубопровода, так и беспрепятственную эксплуатацию пересекаемых искусственных сооружений по их прямому назначению.

В настоящее время при сооружении магистральных трубопроводов применяют различные конструктивные схемы укладки линейной части трубопроводов. Основными из них являются: подземная, полуподземная, наземная и надземная.

Подземная схема укладки является наиболее распространенной. По этой схеме обычно сооружается большая часть любого магистрального трубопровода. При подземной схеме (рис. 1. а) отметка верхней образующей трубы располагается ниже отметки дневной поверхности грунта на высоту засыпки. Высота засыпки определяется в зависимости от района, по которому проходит трасса трубопровода, но должна быть не меньше, чем предусмотрено строительными нормами и правилами или техническими условиями. Увеличение высоты засыпки на отдельных участках может быть обусловлено необходимостью обеспечения упругого радиуса изгиба трубы для конкретного рельефа местности, теплотехническими требованиями, а иногда необходимостью использования минерального грунта как балластировки для удержания труб от всплытия на обводненных участках.

Рис. 1. Конструктивные схемы укладки магистральных трубопроводов:

а—подземная;б—полуподземная; в—наземная;г—надземная

Полуподземная схема укладки (рис. 1. б) предусматривает сооружение трубопровода, при которой нижняя образующая трубы расположена ниже, а верхняя выше дневной поверхности грунта. Глубина траншеи и высота обвалования трубы определяются в зависимости от гидрогеологических характеристик грунтов основания-, естественного откоса грунтов обвалования, условий организации поверхностного водостока и водоотведения, а также необходимостью уменьшения или полного устранения балластировки трубопровода.

Наземная схема укладки (рис. 1. в) характеризуется тем, что нижняя образующая трубы имеет отметку на уровне дневной поверхности грунта или выше (на грунтовой подушке). При наземной укладке трубопровод обваловывается привозным или местным грунтом. Высота насыпи, ширина ее по верху и величина откосов определяются расчетами (строительными и теплотехническими) или назначаются на основании опыта, полученного при строительстве трубопроводов в аналогичных условиях.

Надземная схема укладки предусматривает сооружение трубопровода над землей (рис. 1. г) на различного рода опорных устройствах.

Рассмотрим кратко возможные области применения перечисленных конструктивных схем укладки трубопроводов.

Подземная схема укладки применима практически в любых районах России.

Однако эта схема для участков ряда районов оказывается экономически невыгодной по сравнению с другими схемами. Такими участками являются:

ü участки многолетнемерзлых грунтов при перекачке по трубопроводу продукта, длительное время имеющего положительную (выше 0° С) температуру;

ü участки горных выработок со значительными смещениями грунта, если трубопровод укладывается без специальных компенсирующих устройств;

ü участки активных оползней в горных районах;

ü участки пересечения горных рек с блуждающими и сильно размываемыми руслами.

Наземная и полуподземная схемы укладки получили распространение в последние годы в связи со строительством трубопроводов в сильно обводненных и заболоченных районах. Наземная укладка позволяет избежать дорогостоящей балластировки для труб средних и крупных диаметров. В дальнейшем наземную укладку стали применять и на участках с пылеватыми мелкодисперсными грунтами при высоком стоянии грунтовых вод (на газопроводе Игрим — Серов, Ухта — Торжок и др.).

Полуподземная укладка является разновидностью наземной укладки.

Область применения полуподземной и наземной схем укладки более ограничена, чем подземной. Ограничения обусловливаются тем, что устройство грунтового валика над трубой из параллельной канавы — резерва или из привозного грунта нарушает естественное состояние поверхности земли, естественный водосток, создает искусственное препятствие для перемещения транспорта.

Применять полуподземную и наземную схемы укладки в густо заселенных районах, на сельскохозяйственных угодьях, как правило, нецелесообразно.

В связи с этим полуподземная и наземная схемы укладки могут быть рекомендованы для залесенных, заболоченных районов, на участках с высоким стоянием грунтовых вод, где не производятся сельскохозяйственные и промышленные работы. К таким районам можно отнести север и северо-восток Сибири, Якутию, ряд районов Дальнего Востока, Республику Коми, северо-запада, севера Европейской части страны.

В районах с распространением многолетнемерзлых просадочных грунтов полуподземная укладка неприемлема без специальных мер по закреплению грунтов, особенно при положительной температуре перекачиваемого продукта [2;12].