Разработка системного подхода к оценке, прогнозу и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих при авариях на магистральных трубопроводах Оренбургской области

Еремин, Михаил Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Разработка системного подхода к оценке, прогнозу и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих при авариях на магистральных трубопроводах Оренбургской области
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка системного подхода к оценке, прогнозу и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих при авариях на магистральных трубопроводах Оренбургской области"

На правах рукописи

Еремин Михаил Николаевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМНОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ, ПРОГНОЗУ И ЛИКВИДАЦИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ АВАРИЯХ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург - 1998

Работа выполнена в Оренбургском Государственном университете и в главном управлении по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям Оренбургской области

Научные руководители: профессор, доктор технических наук

А.А. Цыцурй, доктор биологических наук A.M. Русанов

Научный консультант: профессор, доктор медицинских наук

В.М. Боев

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

Г~А. Ярыгин, кандидат технических наук И.В. Ефремов

Ведущая организация: Оренбургский НИПИ

«Првкаспийскнефтегазстрой»

Защита диссертации состоится «февраля 1999 года в^ на заседании диссертационного совета К 064.64.02 в Оренбургском Государственном университете по адресу:

460352, г. Оренбург, проспект Победы, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского Государственного университета.

Автореферат разослан » декабря 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор географических наук О.К. Рычко

Введение

Актуальность проблемы. Экологическое неблагополучие России в значительной мере связано с техногенными процессами. Особой интенсивностью они отличаются в топливно-энергетическом комплексе, составной частью которого является нефтегазовая отрасль, имеющая разветвленную сеть продуктопрово-дов. Аварии на нефте-, газо- и конденсатопроводах приводят к выбросам химически опасных веществ (ХОВ) в окружающую среду, вызывая тем самым чрезвычайные экологические ситуации на значительных территориях.

Оренбургская область относится к нефтегазодобывающим и перерабатывающим регионам России. На ее территории располагается большое количество трубопроводов, представляющих собой при авариях линейные источники выбросов газа и сбросов нефти в окружающую среду, причем зоной химической опасности считается территория, на которой распространяются нефть или природный газ в концентрациях, опасных для жизни и здоровья людей. Кроме непосредственного воздействия на организм человека при вдыхании ХОВ, опасность заключается в проникновении нефти и конденсата в воду, почву и растительный покров. При возникновении зон химической опасности создается чрезвычайная экологическая ситуация (ЧЭС), которая со стороны административных органов Оренбургской территориальной подсистемы Единой государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС (ОТП РСЧС) требует определенных решений и действий.

чрезвычайных ситуаций (ГОЧС) разработаны методики по оценке масштабов ЧЭС на химически опасных объектах при выбросах газов, взрывах и пожарах, но остаются неизученными наиболее опасные в нефтегазовой промышленности линейные источники.

Данная работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы «Снижение рисков и смягчение последствий ЧС природного и техногенного характера на период до 2005 года» (распоряжение Правительства РФ от 17.05.1997 г. № 667-р).

Целью работы является разработка системного подхода к оценке, прогнозу и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих при авариях на трубопроводном транспорте.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- представить нефте-, газо- и конденсатопроводы в качестве единой системы, связанной через территорию как с техно-, так и с экосистемой;

- разработать комплексную методику оценки и прогноза чрезвычайных экологических ситуаций на трубопроводном транспорте, опирающуюся на системный подход;

- подготовить блок вариантов решений для ликвидации ЧЭС на территориях, прилегающих к трубопроводам и объектам хранения и переработки нефти и газа;

- оцешпъ степень риска для здоровья населения в условиях острого, по-дострого и хронического действия серосоединений на организм человека при аварийных выбросах;

- определить минимальную концентрацию серосоединений (по сероводороду) в атмосфере, выступающую пороговым критерием при принятии управленческих решений;

- исследовать особенности влияния нефтяного загрязнения на почвы Оренбургской области и разработать основные положения методики рекультива-

ции черноземов после их загрязнения углеводородным сырьем;

- подготовить алгоритм действий ОТП РСЧС на случай ЧЭС на территориях, прилегающих к трубопроводам.

Идея работы заключается в использовании системного анализа при решении задач, связанных с ЧЭС, на территориях, прилегающих к магистральным трубопроводам.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые применен системный подход к оценке и принятию решений при ЧЭС на нефте-, газо- и кондеисатопроводах, который рассматривает трубопроводный транспорт и территорию, прилегающую к нему, в качестве единой системы;

- разработана комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС, возникающих при авариях на нефте-, газо- и кондеисатопроводах;

- разработана концепция относительной безопасности и методика оценки уровней риска при авариях на трубопроводах, в которой теоретически обоснована и подтверждена прямыми клиническими исследованиями степень потенциального риска для населения сублетальных доз серосоединений при остром, подостром и хроническом действии на человека;

- впервые получены данные по влиянию углеводородного (нефти, газового конденсата) загрязнения на структуру степных черноземов Оренбургской области, распределению нефтяного загрязнешм по профилю почв разного вида сельскохозяйственного использования (пашни, естественные пастбища);

- предложена методология принятая управленческих решений и научно обоснованный комплекс мероприятий по ликвидации ЧЭС при авариях на трубопроводах, опирающаяся на реальные организационные, техшпсо-технолопгческие возможности региона.

Практическое значение работы:

- разработана научно обоснованная комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС на магистральных трубопроводах;

- отработаны алгоритмы принятия решений для ЧЭС разного характера, наблюдаемых на трубопроводном транспорте, и алгоритмы действий сил и средств по их ликвидации;

- предложена к внедрению схема рекультивации загрязненных нефтью почв разного сельскохозяйственного использования;

- рекомендована минимальная концентрация по сероводороду в атмосфере, являющаяся пороговым критерием для принятия управленческих решений.

Внедрение результатов работы осуществлено в виде:

- комплексной методики оценки и прогноза ЧЭС на магистральных трубопроводах, которая реализована в виде программного комплекса «Выброс» органами управления ГОЧС Оренбургской области. Методика согласована с Оренбургским округом Госгортехнадзора РФ и утверждена начальником Приволжского регионального центра по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (регистрационный номер 9799 от 20.08.1998 г.);

- карты районирования территории области по степеням техногенных опасностей на трубопроводах с оценкой возможных потерь населения при пороговой токсодозе;

- впервые разработанных планирующих документов по ликвидации ЧЭС: планы взаимодействий сил и средств приграничных областей Республики Казахстан и соседних регионов РФ, распре дел ения сил и средств по зонам при возникновении ЧЭС различного вида;

- планов действий объединений нефте- и газодобывающих отраслей области при ликвидации аварий и катастроф и алгоритмов действий территориальной подсистемы: создание единой дежурно-диспетчерской службы и службы спасения в категорированных городах области.

Результаты работы получили практическое внедрение при ликвидации ЧЭС, а также в учебном процессе 407-го учебно-методического центра (УМЦ)

по ГОЧС и па кафедрах безопасности жизнедеятельности и эколомш Оренбургского государственного университета и других ВУЗах г. Оренбурга

На защиту выносятся следующие основные положения:

- системный подход к оценке, прогнозу и ликвидации ЧЭС на трубонро-подном транспорте;

- комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС при авариях на нефте-. газо- и конденсатопроводах, отличающаяся от существующих тем, чго в ее основ) положен не объектовый, а территориальный признак;

- методика оценки техногенного риска, которая нозполяег oipairraipo-вать нефте- и газопроводы по степени их опасности;

- методика расчета объема выброса серосоединений при ЧЭС по первичным клиническим признакам поражения населения, которое позволяет иметь управленческие решения и прогнозировав потенциальную опасность при достижении расчетной концентрации (по сероводородам) в атмосфере населенных нунктоп равной 1,68-10'3 мг/мин л;

- управленческие решешш по ликпидашш ЧЭС при авариях на тр><?о-ироводиом транспорте;

- алгоритм действий сил и средств но ликвидации ЧЭС при авариях на нефте-, газо- и конденсатопроводах.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и получили положительную оценку на: ежегодных научно-технических совещаниях руководящею состава органов управления ОТИ РСЧС (1995-1997 годы), первой Всероссийской научно-практической конференции <(Совертенствова1Ше системы органов управления ОШ РСЧС в условиях чрезвычайных ситуаций техногенного характера на объектах нефтегазового комплекса» (Оренбург, 1998); Российской научно-практической конференции «Природопользование-98» «Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона» (Оренбург, 1998); международных коисулмашвных пет речах управления между-

народных внешнеэкономических связей Оренбургской области (Актюбинск, Оренбург 1996 - 1998).

Комплексная методика апробирована в 1997-1998 годах на командно-штабных учениях органов управления ГОЧС городов и районов области (г.г. Но-вотроицк, Бузулук).

Публикации. По теме диссертации подготовлена 21 научная работа, в том числе в отчетах по НИР, две статьи в центральном издании, тезисы в материалах конференции, методические указания и учебные пособия.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 268 страницах, из них 148 страниц текста, 19 рисунков, 27 таблиц, 6 приложений и список литературы - 131 наименование.

Содержание работы

В первой главе отмечается, что развитие экологического кризиса в России связано в значительной мере с ростом аварий и катастроф (до 30% в 1996 году) на промышленных объектах, что приводит к чрезвычайным экологическим ситуациям на больших территориях, а значит, и к увеличению материальных потерь и человеческих жертв. Причем наметилась тенденция роста количества чрезвычайных ситуаций на химически опасных объектах. Так, за 1992-1995 годы на них произошло более 250-ти аварий с выбросом ХОВ в окружающую среду, при которых пострадали более 400 человек, в том числе 60 человек погибли. В 1996 году таких аварий было уже 71, при этом пострадали 220 человек, в 1997 году - 96 аварий и 290 погибших.

На основании анализа статистических данных частоты и масштабов чрезвычайных экологических ситуаций в мире, России и Оренбургской области сформулированы цель и задачи научного исследования.

Во второй главе представлены результаты системного анализа нефте-, газо- и конденсатопроводов как линейных источников ЧЭС в Оренбургской области, а также дана социально-экономическая и климатическая характеристика

территории. Анализ показывает, что Оренбургская область является промышлен-но развитой территорией, с мощным комплексом по добыче и переработке нефти и газа. Транспортировка газа и нефтепродуктов осуществляется в основном по магистральным трубопроводам (рисунок 1), протяженность которых составляет около 6000 км, из них около 2000 км продуктопроводов и 4000 км нефтегазопроводов. При этом химическая опасность на трубопроводном транспорте оценивается по ряду параметров (таблица 1): по диаметру трубопровода и рабочему давлению в нем (I и IV классы); по содержанию химически опасного вещества в перекачиваемом продукте (I и IV категории источника); по характеру пересекаемой территории и по видам коммуникаций, проходящих по этой территории (I и IV категории опасности); по уровню риска для населения, проживающего на территории, прилегающей к трубопроводам. Протяженность трубопроводов первого класса опасности составляет 1975 км, второго класса - 370 км и около 1700 км -третьего и четвертого классов. По видам прокладки (надводный, подводный, наземный, подземный) газопроводы «Союз», «Оренбург-Новопсков», «Карачаганак-ОГПЗ» относятся к третьей категории, а остальные трубопроводы - к четвертой. По опасным переходам (водные преграды, железнодорожные и автомобильные магистрали, балки, овраги и другие препятствия) трубопроводы можно разделить следующим образом: высшей категории -17; первой категории - 392; второй категории - 2 и третьей категории - 344, то есть более 50% переходов относится к высшей и первой категориям опасности. Практически на всех трубопроводах транспортируемый продукт содержит химически опасные вещества второго класса опасности (сероводород и меркаптаны), содержание которых колеблется от 0.6 до 5%.

Системный анализ опасности трубопроводного транспорта на территории Оренбургской области показан, что имеются участки повышенной химической опасности для населения, проживающего на территории, прилегающей к ним. Однако проведенная оценка не дает однозначного ответа на вопрос: Какой

Рисунок 1. Карта-схема трубопроводов Оренбургской области

Таблица 1. Категорирование трубопроводов по химической опасности

Наименование Содержание Н^, % Примерный обьем продукта на отсекаемом участке, м5 Кат тр сгорирование гбопровояов Оценка степени риска

по источнику ХОВ по опасным переходам (кол-во)

I [ га

ГАЗОПРОВОДЫ

Союз 0,07 47486,2 IV В-4 22 13 1.5 10"

ОГПЗ - Заинек 0,6 23684,7 Ш 35 36 1.3 10"

Уренгой -Петрове* 0,05 47486 IV 6 8 3.5 • 10"

НЕФТЕПРОВОДЫ

Кинкияк - Орск 5 1766.6 II 7 2 2.4 10"

Красноярка-Казань 2 526,5 ш 8 9 5.6- 10"

ПРОДУ КТОПРОВОДЫ

ОГПЗ - Казань 0,005 837.4 IV 35 36 6.6 10"

ОГПЗ - Салават 0.017 2551.3 IV 26 10 1.3 10'

трубопровод пли его участок наиболее опасен для окружающей среды, обслуживающего персонала и населеши, проживающего в опасной зоне? Ответ на него можно получить, лишь используя теорию рисков и методику оценки рисков применительно к трубопроводному транспорту.

В третьей главе диссертации представлены разработанные нами основные положения комплексной методики оценки и прогноза ЧЭС на магистральном трубопроводном транспорте. Причем анализ показал, что существ\-ющие методики оценки и прогноза ЧЭС на трубопроводном транспорте, как и на дршк химически опасных объектах, исходят из количества ХОВ, попавшего в окружающую среду, что явно недостаточно для характеристики линейных источников химической опасности. В предлагаемой методике использован системный подход к анализу ситуации, включающий следующие этапы анализа: территория - вещество - химическая опасность - окружающая среда - населешю - эколого-экономический ущерб - управленческие решения по предупреждению или ликвидации ЧЭС. Ключевым звеном комплексной методики оценки и прогноза является территория, на которой возникла или может возшпснуть чрезвычайная экологическая ситуация. Комплексная методика оценки ЧЭС (рисунок 2) предназначена для оперативного решения следующих задач: оценки химической обстановки на территории, прилегающей к месту аварии; прогнозировашм уровня загрязнения компонентов окружающей среды (воздуха, воды, почвы) в зоне химического заражения и возможных медицинских последствий для населеши; принятия управленческих решений в зоне химического заражешм. Причем исходная информация представлена в виде карт и таблиц. Она включает:

1. Электронные карты расположения трубопроводов на территории области и пояснительную записку к ним.

2. Характеристики химического состава, а также физико-химических и токсических свойств нефти, конденсата и газа, перекачиваемых по трубопроводам.

Рисунок 2. Комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС

Рисунок 3. Схема распространения ГВС при выбросе газа 2.05.1998 г. (г. Оренбург)

3. Классификацию взрывоопасных веществ, пространства и территории

4. Мехшшзмы горения компонентов нефти и газа.

Ключевым звеном комплексной методики является электронная карта-схема трубопроводов Оренбургской области с их основными характеристикам! и информацией: о рельефе местности, наличии водоемов, рек и их притоков, о количестве населения, ландшафте, растительном и животном мире, климатических условиях и других данных (рисунок 1). Поэтому оценка ЧЭС начинается с работы над ней. По географическому местоположению аварии устанавливается функциональное назначение продуктопровода (газ, нефть, конденсат) и его технические характеристики (диаметр трубы, расстояние между автоматическими задвижками). Расчетами определяется количество выброшенного газа или разлитой нефти. Лицо, ответственное за принятие решения, получает ответы на вопросы: что, сколько и в каком фазовом состоянии выброшено из трубопровода в окружающую среду. Далее оценка ситуации производится по двум вариантам:

Вариант 1. На газопроводе происходит выброс газа. Ситуация может развиваться по двум разным сценариям:

Сценарий 1.1. На территории, прилегающей к газопроводу, происходит рассеивание газа в атмосфере с образованием первичного облака ХОВ, а в облаке предполагается наличие высокой концентрации одного или нескольких ядовитых веществ. При оценке ситуации над территорией прохождения облака ХОВ выявляется самый ядовитый компонент смеси и дальнейшие расчеты проводятся только по нему. В последующем определяются зоны заражения и возможные медицинские последствия. Полученная информация служит основой для принятия управленческих решений.

Сценарий 1.2 учитывает возможность взрыва природного газа или паров нефти в первичном облаке. Определяются размеры зон разрушения и возможные медицинские последствия. По полученным данным принимаются управленческие решения на ликвидацию ЧЭС.

Вариант 2. При аварии на трубопроводе происходит выброс нефти или конденсата. Ситуация может развиваться по двум различным сценариям.

Сценарий 2.1. Компоненты нефти или конденсата растекаются по подстилающей поверхности, а затем испаряются. При этом оценивается площадь подстилающей поверхности и время испарения жидкости. Далее распространение паров и газов в атмосфере описывается по сценариям 1.1 или 1.2. Экологический ущерб, наносимый нефтью, попадаемой на почву и в воду, оценивается по известным методикам.

По сценарию 2.2 рассматривается возгорание и пожар на месте порыва (прорыва) нефтеконденсатопровода и определяется время возможного пожара. Для оценки состава газов и паров во вторичном облаке по предполагаемым механизмам горения нефтепродуктов определяются токсичные продукты реакций горения и их количества и далее работа осуществляется по сценарию 1.1.

В аварийных условиях значительное влияние на уровни концентрации оказывает стохастический характер многих факторов развития аварий, а также параметров метеообстановки, определяющих закономерности распространения вещества в окружающей среде, что необходимо учитывать при определении уровня техногенного риска.

Уровень риска на газо-, нефте-, конденсатопроводах мы сочли целесообразным представлять в виде произведения трех величин

И = И,-1*2 -Из (1.1)

где II - вероятность нанесения ущерба человеку и окружающей среде: Кл - вероятность аварии на трубопроводе с учетом опасных участков; Яг - вероятность формирования полей концентраций веществ, воздействующих на шодей и объекты биосферы; Яз - вероятность того, что в этой зоне у населения будут медицинские последствия (в т. ч. и летальные), поражение тех или иных популяций животных и растений, сдвиг равновесного состояния экосистем.

При нормальном распределешш вероятность аварии К) за период времени меньший или равный I определяется по уравнению

1 -ехр {-41} . (1.2)

где 4 - частота аварий на трубопроводах.

Вероятность формирования полей концентраций веществ определялась следующими случайными явлениями: вероятностью выброса (разлива) того или иного объема газа или нефтепродукта в окружающую среду, вероятностью того или иного направления ветра и вероятностью того или иного механизма рассеивания примеси.

Вероятность поражения людей на границах выделенных зон определяли по формуле

7?з = 1 - ехр

(

дт

г.,

привед/

(1.3)

где Дна,( - накопленные токсодозы в ¡-ой зоне поражения, мг • час/л ;

Дпривед - приведенные уровни токсодоз для g-x степеней поражения. При прогнозе числа медицинских последствий учитывали, что вероятность поражения при нормальном распределении не бывает больше 0,632.

Понятие риска от аварии определенного типа (пути развития аварии) оказывается необходимым при оценке безопасности продуктопроводов, а изложенные выше соображения принимаются во внимание при установлении критериальных уровней риска. В соответствии с этим, уровень цели риска в расчете на отдельный путь развития аварии приняли равным 10'7 на человека в год. Уровень риска для человека, проживающего в населенном пункте, находящемся в пятикилометровой зоне трубопровода, рассчитанный нами по уравнению 1.1, показывает его превышение на территориях, прилегающих к 25-ти газопроводам (71%) и 31-му нефтепроводу (63%).

Наиболее показательным критерием экологической безопасности территории является уровень предельного риска, который для трубопроводов принят равным 10"5 и не должен превышаться в нормальных условиях функциониро-

вания системы. По результатам нашей оценки химически опасными объектами следует считать газопроводы «Уренгой-Петровск» (54 км.), «Бухара-Урал» (160 км.) и отвод в Похвистнево от газопровода «Оренбург-Заинек» (84 км.); нефтепроводы «Оренбург-Казань» (343 км), «Оренбург-Салават» (84x4 км) и «Кинкияк-Орск» (28 км). Уровень риска на них колеблется в пределах (1,9-гЗ,5)105 на человека в год. В ходе исследования установлено, что при аварийном выбросе сероводородсодержащего газа наибольшее значение в оценке риска для здоровья населения принадлежит сублетальным экспозициям при подостром и хроническом воздействии. Поэтому оценка риска и количество пострадавших проведены не только по известной поражающей пороговой токсодозе сероводорода (16,1 мг-мии/л), но и по дополнительно рассчитанному порогу чувствительности, равному для сероводорода 1,68 • 10"3 мг мин/л.

Проверка комплексной методики оценки ЧЭС на известных авариях в Оренбургской области показала, что она достаточно эффективна. Одновременно методика позволяет прогнозировать и проводить ретроспективную оценку зон химического заражения по газу и нефти. Как видно из рисунка 3, на практике имеет место совпадение зоны распространения газовоздушной смеси (ГВС), составленной по телефонным звонкам жителей города Оренбурга (т. е. признаков клинического проявления), с расчетной.

Таким образом, предложенная методика оценки риска при ЧЭС на трубопроводах позволяет определить и отранжировать по химической опасности все трубопроводы, и разработать карту районирования территории Оренбургской области по степени техногенной опасности, что нельзя было сделать, руководствуясь существующими критериями и параметрами химической опасности.

Методика оценки ЧЭС по первичным клиническим признакам поражения (пороговая токсодоза, порог восприятия), скорости ветра и расстоянию до населенного пункта позволяет также определить объем выброса и соответствующую концентрацию ХОВ в приземном слое атмосферы.

Сильное загрязнение почв нефтью приводит к почти полной утрате черноземами своей структуры, прежде всего микроструктуры размером 1-5 мм, с одновременным резким возрастанием глыбистых агрегатов. При этом на пашне из-за плужной подошвы такое влияние распространяется на пахотный слой почв (гор. А+АВ), а на целине обесструктуривание достигает глубины 50-55 см (гор. В).

При аварии на нефтепродуктопроводах вместе с нефтью и газовым конденсатом в почву попадает значительное количество сильно засоленных пластовых вод, что связано с особенностями технологии добычи углеводородсодержа-щего сырья в геологических условиях Оренбургской области. Это, в свою очередь, приводит к сильному засолению верхней части почвенного профиля неф-тезагрязненных почв.

В четвертой главе работы представлены обобщенные результаты исследований по выработке управленческих (организационных, технических и технологических) решений для ликвидации ЧЭС различных масштабов. Важнейшим компонентом основ применения сил РСЧС является разработка принципов их действий в чрезвычайных условиях. В данной работе эти принципы базируются на результатах исследований, выполненных на единой методологической основе с применением научных методов исследования и, прежде всего, на основе системного подхода к изучению накопленного практического опыта, и представлены в виде логико - лингвинистической модели управления (рисунок 4), которая предназначена для выработки и оценки решений в интересах стабилизации объекта безопасности (газонефтеконденсатопроводов) и снижения риска для людей. Основным блоком, входящим в состав логико-лингвистической модели принятия решений в области экологической безопасности, является блок вариантов, на основе которого производится выбор оптимального решения по локализации и ликвидации ЧЭС. Блок вариантов включает следующие готовые решения:

Рисунок 4 Система принятия решений в случае ЧЭС при авариях на трубопроводном транспорте

ЧЭС на трубопроводном транспорте

ЭТАПЫ Р/БОТЫКЧС

* 1 * 1

Принятие экстренных мер Оперативное Планирование Спасательные работы Ликвидация последствий

■ ;....... 1 1

Оповещение Прогноз и оиеик» обстановки Эвакуационные мероприятия Экстренная медицинская помощь Локализация аварий Разведка характера ЧЭС и масштабов Оценка я прогноз ушерба Расчет сил и средств Выработка решения Штатные н нештатные АСФ Медицинские формирования Пожарные расчеты ООП и другие службы ГО Территориальные формирования по планам взаимодействия Восстановление технологического оборудования Восстановление функционирования предприятия Обеспечение жизнедеятельности людей Восстановление ущерба

1 I 1 1

Введение в действие «Плана ликвидации ЧЭСя Анализ мероприятий АСР и причин аварии. Корректировка планов.

Рисунок 5. Алгоритм действий органов управления (КЧС) ГОЧС при ЧЭС.

-по медицинскому обеспечению и эвакуации населения (организационное решение);

-по способам устранен™ аварий на коммуникациях и последовательности перекачки ХОВ с поверхности и поврежденных емкостей;

-по устройству заградительных валов, колодцев и направляющих канав, ограничивающих растекашю жидкости;

-по порядку и способам обезвреживания выброса (пролива) ХОВ на территории, прилегающей к месту аварии;

-по размещению площадок приготовления нейтрализующих растворов и зарядке машин;

-по качеству и месту сосредоточения личного состава, техники, нейтрализующих веществ и растворов.

Далее в соответствии с алгоритмом действий сил органов управления РСЧС работу по ликвидации ЧЭС можно представить как поэтапный комплекс организационных и технико-технологических решений (рисунок 5).

При ограниченности во времени основой для выработки наиболее эффективных и правильных решений является оценка и прогноз развития аварии и ее последствий с использоватшем комплексной методики и программы ((Выброс». Результаты расчета - глубина зоны заражения (при выбросе ХОВ), площадь зараженной поверхности (при разливе нефтепродуктов), зоны разрушения (при взрыве) и, как следствие, прогнозируемое количество пораженного населения - являются главным критерием методологии подготовки и обоснования решений при ЧЭС. В последующем для ликвидации ЧЭС на трубопроводном транспорте вводится план действий привлекаемых сил и средств. Основой любого алана является утвержденное и принятое начальником гражданской обороны (председателем КЧС) решение. В процессе исследований разработан и утвержден план действий по предупреждению ЧЭС на трубопроводах Оренбургской области. Впервые на основе прогнозной оценки применительно к характеру и возможным масштабам

ЧЭС разработав и приняты к применению планы взаимодействия сил и средств подсистемы РСЧС ведомственными органами главного управления ГОЧС соседних субъектов Российской Федерации и приграничных областей Республики Казахстан.

Заключение

Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы:

1. Экологическая ситуация на значительной территории Оренбургской области во многом зависит от аварийности на нефте-, газо- и конденсатопрово-дах. Поэтому концепция экологической безопасности должна включать выработку методологии оценки, прогноза и принятия управленческих решений по ликвидации ЧЭС в нефтегазовом комплексе.

2. В работе принят системный подход к оценке ЧЭС на магистральном трубопроводном транспорте, включающий следующие элементы системы: трубопровод - территория - вещество - химическая опасность - окружающая среда -население - эколого-экономический ущерб - управленческие решения по ликвидации ЧЭС.

3. На основании системного подхода разработана комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС на трубопроводном транспорте. Основой оценки ситуации по территориальному признаку являются карты-схемы расположения трубопроводов по территории области и их электронные аналоги, которые оперативно и достоверно позволяют оценить мощность трубопровода, токсичность вещества, возможную химическую опасность и последствия для окружающей среды и населения.

4. Системный анализ ЧЭС позволил спрогнозировать уровень техногенного риска на территории, прилегающей к трубопроводному транспорту, и однозначно определить наиболее опасные участки на нем, что, в свою очередь, дает возможность выработать рекомендации на перспективу по снижению эколого-экономического ущерба при авариях на магистральных трубопроводах.

5. Проверка комплексной методики оценки ЧЭС на трубопроводном транспорте по известным авариям в Оренбургской области показала, что возможна как перспективная, так и ретроспективная оценка объемов выбросов (сбросов) газа и нефти в окружающую среду и их действия на человека и компоненты среды.

6. Анализ и прогноз потенциальной опасности для здоровья населения при ЧЭС следует проводить по дозе 1,68-10"3 мг-мин/л с учетом биологической суммации сероводорода, метилмеркаптанов, диоксида серы, входящих в состав природного газа Оренбургского месторождения.

7. Сильное загрязнение степных черноземов нефтепродуктами сопровождается почти полной утратой верхними горизонтами почв своей структуры -интегрального показателя их физических свойств. Вместе с нефтепродуктами при авариях на нефтеконденсатопроводах в почву поступает значительное (10-70%) количество сильнозасоленных пластовых вод, что приводит к засолешпо верхних генетических горизонтов черноземов. На основании ранее проведенных и с учетом результатов собственных исследований у нас в стране и за рубежом предложена схема рекультивации нефтезагрязненных почв разного вида сельскохо-зяйствешюго назначения с использованием биопрепарата «Деворойл».

8. Системный подход к принятию решении при ЧЭС на трубопроводном транспорте в условиях ограниченного времени позволяет выбрать решение с минимальным эколого-экономическим ущербом для территории, прилегающей к месту аварии.

9. Комплексная методика оценки ЧЭС при авариях на трубопроводном транспорте и системный подход к принятию решешш по их локализации и ликвидации могут быть использованы службами ГО территорий, располагающих газо-, нефте- и нродуктонроводами.

Основные результаты работы отражены в научных трудах:

1. Еремин М.Н., Карпюк М.С. Организация деятельности руководящего состава ГО областных, городских, районных и объектовых звеньев по повышению устойчивости работы объектов экономики в ЧС мирного и военного времени. / Методические рекомендации. - Оренбург: ГУ ГОЧС, 1996. - 42с.

2. Еремин М.Н. Аспекты государственной политики в области защиты населения от ЧС в условиях мирного и военного времени.: Доклад на научно-техническом совещании руководящего состава Оренбургской области. - Оренбург: ОВЗРКУ, 1997,- С 28-35.

3. Еремин М.Н. О сотрудничестве Оренбургской области с Западно-Казахстанской, Актюбинской, Костанайской областями (Республика Казахстан) в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций трансграничного характера: Доклад на международной консультативной встрече. - Оренбург: ОГАУ, 1997,- С 78-79.

4. Комплексная методика оценки и прогноза чрезвычайных экологических ситуаций на трубопроводном транспорте / Главное управление по делам ГОЧС Оренбургской области. Руководитель М.Н. Еремин, - Шифр темы «Управление», №1-98-01; шт.№259. - Оренбург: 1998. - 39 с.

5. Еремин М.Н. Анализ причин аварий на нефтегазопроводах Оренбургской области: Тезисы докладоа на Российской научно-практической конференции «Природопользование-98». - Оренбург: ОГУ, 1998,- С 207-208.

6. Еремин М.Н. Техногенная и экологическая безопасность на трубопроводном транспорте нефтегазокомплексов. //Сборник материалов научно-практической конференции /Проблемы предупреждения и ликвидации ЧС на трубопроводах нефтегазового комплекса. - Оренбург: «Полиграфист», 1998,- С 9-24.

7. Митрофанов A.B., Гафаров H.A., Еремин М.Н. и др. Профилактика аварий на Оренбургском газохимическом комплексе. //Сборник материалов научно-практической конференции /Проблемы предупреждения и ликвидации ЧС на трубопроводах нефтегазового комплекса.- М.: ЭКИП, 1998.- № 9- С 15-19.

8. Боев В.М., Еремин М.Н., Бархатова JI.A. и др. Оценка риска для здоровья населения от выбросов Оренбургского газопромыслового комплекса. //Сборник материалов научно-практической конференции /Проблемы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций на трубопроводах нефтегазового комплекса. - Оренбург: ООО «Полиграфист», 1998.- С 74-76.

9. Русанов А.М., Еремин М.Н Влияние нефтяного загрязнения н^ почвы степной зоны Урала. //Сборник материалов научно-пракггаческой конференции /Проблемы предупреждения и ликвидации ЧС на трубопроводах нефтегазового комплекса. - Оренбург. «Полиграфист», 1998.- С 65.

Ю.Цыцура A.A., Еремин М.Н. Прогноз риска при чрезвычайных экологических ситуациях на трубопроводном транспорте. //Сборник материалов научно-практической конференции /Проблемы предупреждения и ликвидации ЧС на трубопроводах нефтегазового комплекса. - Оренбург: «Полиграфист», 1998.-

С 50-54.

Лицензия № ЛР020716 от 02.02.93. Подписано в печать 25-12.98 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100 Заказ 1031

Отпечатанно в Оренбургском государственном университете. 460352, г.Оренбург, ГСП, пр. Победы, 13. ИПК ОГУ

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Еремин, Михаил Николаевич, Оренбург

/ / //// , ? КУ

([¿sf г w^V ^ J » # í

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

ЕРЕМИН МИХАИЛ НИКОЛАЕВИЧ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 11.00.11 Охрана окружающей среды и рациональное использование

природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: профессор, доктор технических наук ЦЫЦУРА АНАТОЛИЙ АРСЕНТЬЕВИЧ доктор биологических наук РУСАНОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

Научный консультант: профессор, доктор медицинских наук БОЕВ ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ

Оренбург 1998

ПЛАН ДИССЕРТАЦИИ:

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................4

ГЛАВА 1 Анализ факторов, определяющих экологическую безопасность в России

1.1 Анализ чрезвычайных ситуаций в мире и России...............................10

1.2 Характеристика химических опасностей при

авариях на нефтегазопроводах....................................................................17

1.3 Влияние нефтегазоконденсатопроводов на почвенный

покров и поверхностные воды....................................................................22

1.4 Характеристика влияния серосодержащих соединений

на человека при авариях на нефтегазопроводах........................................30

1.5 Выводы по первой главе.......................................................................38

ГЛАВА 2. Системный анализ трубопроводного транспорта как источника чрезвычайных экологических ситуаций в Оренбургской области

2.1 Общая географическая, социально-экономическая и

климатическая характеристика Оренбургской области.............................41

2.2 Газопроводы Оренбургской области...................................................46

2.3 Характеристика элементов нефтепродуктопроводов.........................57

2.4 Характеристика нефти, газа и конденсата, перекачиваемых

по территории Оренбургской области........................................................69

2.5 Факторы, определяющие газовую опасность на трубопроводах........76

2.6 Анализ чрезвычайных ситуаций на трубопроводах Оренбургской области.................................................................................82

2.7 Выводы по второй главе.......................................................................86

ГЛАВА 3 Оценка и прогноз чрезвычайных экологических

ситуаций на трубопроводном транспорте

3.1 Разработка комплексной методики оценки и прогноза ЧЭС

на трубопроводном транспорте...................................................................88

3.2 Методика прогноза риска при чрезвычайных экологических ситуациях на трубопроводном транспорте...............................................100

3.3 Классификация трубопроводов по химической опасности..............108

3.4 Ретроспективная оценка ЧЭС по косвенным характеристикам.......122

3.5 Оценка риска при аварийных выбросах серосодержащих соединений и их влияние на здоровье человека.......................................131

3.6 Влияние нефти и газового конденсата на свойства

степных черноземов Урала........................................................................142

3.7 Выводы по третьей главе....................................................................149

ГЛАВА 4 Системный подход к принятию решений по предупреждению, локализации и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций 4.1 Методология принятия решений по ликвидации

чрезвычайных экологических ситуаций...................................................152

4.2 Система управления экологической безопасностью

на трубопроводах.......................................................................................155

4.3 Блок вариантов готовых решений по предупреждению

и ликвидации ЧЭС. Технология выполнения работ.................................159

4.4 Силы и средства ликвидации последствий чрезвычайных экологических ситуаций............................................................................184

4.5 Выводы по четвертой главе................................................................187

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................189

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................193

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................205

На современном этапе развития общества экологическая безопасность и устойчивость функционирования экономики - два взаимосвязанных понятия. При этом основную опасность для населения и окружающей среды оказывает техносфера, то есть наличие в промышленности большого количества радиационное химически, биологически, пожаро- и взрывоопасных производств [121].

Таких производств в России насчитывается около 45 тысяч. Возможность возникновения на них аварий усугубляется высокой степенью износа основных производственных фондов, невыполнением соответствующих планово-предупредительныхъ работ, падением производственной и технологической дисциплины. Всего, по имеющимся данным, за период, прошедший с 1992 года, в стране зарегистрировано около 5,7 тысяч чрезвычайных ситуаций техногенного характера. В настоящее время на предприятиях нефтяной и газовой промышленности находятся в эксплуатации более 200 тысяч км магистральных нефтепроводов, 350 тысяч км промысловых трубопроводов, 800 компрессорных и нефтеперекачивающих станций. Только с 1992 по 1997 годы при их эксплуатации возникло около 250 чрезвычайных ситуаций [30, 122].

Оренбургская область относится к тем регионам, где преобладающей отраслью в промышленности является нефтегазодобывающая. По ее территории проложено около 6 тысяч км магистральных (всего со вспомогательными - более 10 тысяч км) трубопроводов, представляющих собой линейные источники выбросов газа и сбросов нефти. Выбросы вредных веществ (ХОВ) в окружающую среду ежегодно составляют до 26% транспортируемого продукта. Эти факторы оказывают существенное влияние на состояние здоровья населения и экологическую безопасность территории из-за проникновения нефти и конденсата в воду, почву и растительный мир [65, 82, 84].

Технологическое оборудование нефтегазовых комплексов стареет, его износ составляет около 60%, а обновление значительно отстает от требуемого. Следовательно, аварийность на этом виде производства из года в год растет, и исходя из реального состояния экономики и государства в ближайшее время снижения аварийности не ожидается.

Теоретическими и практическими аспектами проблем защиты населения и охраны окружающей среды, возникающих при авариях на химически опасных объектах, занимаются НИИ и ВУЗы: Академия гражданской защиты, ВНИИ ГОЧС, Академия ГШ РФ, НТЦ «Промбезопасность», ОГМА, ОГУ и другие учреждения. Им посвящены работы известных ученых: Воробьева Ю.Л., Роговицкого Ю.М., Измалкова В.И., Измалкова A.B., Куцына П.В., Де-миденко Г.П., Боева В.М. и других. Специалистами ВНИИ гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ГОЧС) разработаны методики по оценке масштабов ЧЭС на химически опасных объектах при выбросах газов, взрывах и пожарах, но остаются неизученными наиболее опасные в нефтегазовой промышленности линейные источники.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- оценить степень риска для здоровья населения в условиях острого, по-дострого и хронического действия серосоединений на организм человека при аварийных выбросах;

- исследовать особенности влияния нефтяного загрязнения на почвы Оренбургской области и разработать основные положения методики рекультивации черноземов после их загрязнения углеводородным сырьем;

- подготовить алгоритм действий ОТП РСЧС на случай ЧЭС на территориях, прилегающих к трубопроводам.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые применен системный подход к оценке и принятию решений при ЧЭС на нефте-, газо- и конденсатопроводах, который рассматривает трубопроводный транспорт и территорию, прилегающую к нему, в качестве единой системы;

- разработана комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС, возникающих при авариях на нефте-, газо- и конденсатопроводах;

- впервые получены данные по влиянию углеводородного (нефти, газового конденсата) загрязнения на структуру степных черноземов Оренбургской области, распределению нефтяного загрязнения по профилю почв разного вида сельскохозяйственного использования (пашни, естественные пастбища);

- предложена методология принятия управленческих решений и научно обоснованный комплекс мероприятий по ликвидации ЧЭС при авариях на трубопроводах, опирающаяся на реальные организационные, технико-технологические возможности региона.

Практическое значение работы:

Внедрение результатов работы осуществлено в виде:

- карты районирования территории области по степеням техногенных опасностей на трубопроводах с оценкой возможных потерь населения при пороговой токсодозе (приложение 3);

- впервые разработанных планирующих документов по ликвидации ЧЭС: планов взаимодействий сил и средств приграничных областей Республики Казахстан и соседних регионов РФ, распределения сил и средств по зонам при возникновении ЧЭС различного вида (приложение 3);

Результаты работы получили практическое внедрение при ликвидации ЧЭС, а также в учебном процессе 407-го учебно-методического центра (УМЦ) по ГОЧС и на кафедрах безопасности жизнедеятельности и экологии Оренбургского государственного университета и в других ВУЗах г. Оренбурга (приложения К, Л).

На защиту выносятся следующие основные положения:

- системный подход к оценке, прогнозу и ликвидации ЧЭС на трубопроводном транспорте;

- комплексная методика оценки и прогноза ЧЭС при авариях на нефте-, газо- и конденсатопроводах, отличающаяся от существующих тем, что в ее основу положен не объектовый, а территориальный признак;

- методика оценки техногенного риска, которая позволяет отранжировать нефте- и газопроводы по степени их опасности;

- методика расчета объема выброса серосоединений при ЧЭС по первичным клиническим признакам поражения населения, которое позволяет иметь управленческие решения и прогнозировать потенциальную опасность при достижении расчетной концентрации (по сероводородам) в атмосфере на- 1 го 1 п-з мг! мин

селенных пунктов равной 1,68-10 -;

- управленческие решения по ликвидации ЧЭС при авариях на трубопроводном транспорте;

- алгоритм действий сил и средств по ликвидации ЧЭС при авариях на нефте-, газо- и конденсатопроводах.

1 АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ В РОССИИ

1.1 Анализ чрезвычайных ситуаций в мире и России

По свидетельству ученых, наша цивилизация находится в состоянии глобального экологического кризиса. Мы вышли за пределы хозяйственной емкости биосферы, в результате чего происходит дестабилизация естественных процессов, составляющая угрозу для жизнеобеспечения нынешнего и будущего поколений [84]. Кризис определяется как неразрешимое на сегодняшний день противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой приро-допокорительного отношения общества к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биохимических циклов самовосстановления. Развитие современного экологического кризиса в значительной мере связанно с техногенными процессами, с увеличением объема и темпов хозяйственной деятельности [122].

Последние десятилетия ознаменовались значительным ростом количества аварий и катастроф на промышленных объектах. 50% крупнейших аварий и катастроф произошло в последние 20 лет, в том числе Три-Майл-Айлендская (США, 1979 г.) и Чернобыльская (СССР, 1986 г.) аварии на АЭС, аварии на химических заводах в Севезо (Италия, 1976 г.) и Бхопале (Индия, 1984 г.) [50].

В настоящее время в России ввиду объективного повышения сложности производства с применением новых технологий, крупных структурных изменений в экономике страны, что очень важно, высокого прогрессирующего износа основных производственных фондов, достигающего по ряду отраслей 80100%, падения технологической и производственной дисциплины происходит увеличение техногенной опасности и риска.

Анализ показывает, что общее количество ЧС на территории России за 1997 год возросло до 1665 (в 1996 году - 1388). Происходил прирост ЧС как

техногенного, так и природного характера, причем количество первых возросло на 8,7 процента, вторых - на 29,7 [37]. При чрезвычайных ситуациях техногенного характера наблюдается значительный прирост за счет химических аварий (38,5%) и происшествий на системах жизнеобеспечения (24,5%). Увеличилось число аварий на магистральных трубопроводах (18,6%): утечка нефти на напорном нефтепроводе в Сургуте, когда вылилось 500 тонн нефти, повреждение нефтепровода в Башкирии, где выброс нефти сопровождался ее возгоранием на площади более 100 кв. км. В Краснодарском крае в результате прорыва технологического нефтепровода вытекло 400 тонн сырья. Одной из причин роста таких ЧС является недостаточно энергичная реализация существующей программы «Высоконадежный трубопроводный транспорт».

Сегодня средний уровень индивидуального риска от ЧС техногенного характера в нашей стране составляет 10"5, то есть на целый порядок выше, чем в западных странах, в частности США, Великобритании и Нидерландах [51].

В стране имеется свыше восьми тысяч пожаро- и взрывоопасных объектов. Наиболее часто аварии со взрывами и пожарами происходят на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. Они приводят к серьезным последствиям: разрушению промышленных и жилых зданий, поражению производственного персонала и населения, значительным материальным потерям. На внутрипромысловых нефтепроводах происходит около 20 тысяч происшествий в год [30].

Ежегодно в нашей стране аварии и катастрофы в техногенной сфере, природные катаклизмы уносят жизни более 50 тыс. человек, нанося увечья более 250 тыс. чел., и вызывают материальные потери, превышающие 50 млрд. руб. в год (в ценах 1991 г.) Эти потери с каждым годом возрастают в среднем на 10-30%. Значительно возросла частота возникновения ЧС техногенного характера . Так, период возникновения крупных аварий и катастроф с ущербом до более 1 млрд. руб. в среднем составляет 10-15 лет, с ущербом до 1 млрд. руб. -8-12 месяцев, с ущербом до 20 млн. руб. - 15-45 дней.

Основными причинами создавшегося положения являются [121, 141]:

- возраста�

Информация о работе

Еремин, Михаил Николаевич
кандидата технических наук
Оренбург, 1998
ВАК 11.00.11

Диссертация

Разработка системного подхода к оценке, прогнозу и ликвидации чрезвычайных экологических ситуаций, возникающих при авариях на магистральных трубопроводах Оренбургской области - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы