Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Управление экологической безопасностью при интенсификации производства на предприятиях ТЭК

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Управление экологической безопасностью при интенсификации производства на предприятиях ТЭК"

На правах рукописи

АНЦИФЕРОВА Татьяна Алексеевна

УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ТЭК

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2013

005061406

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты:

Гендлер Семен Григорьевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра безопасности производств, профессор

Середа Михаил Васильевич кандидат технических наук, ООО «КИНЕФ», заместитель директора технического по экологии

Ведущая организация - ОАО «Механобр-техника»

Защита состоится 18 июня 2013 г. в 14ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный»

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СИДОРОВ

диссертационного совета Дмитрий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсивное развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) неразрывно связано с усилением воздействия на окружающую природную среду. Так, вклад предприятий ТЭК в загрязнение природной среды составляет 48% общих выбросов вредных веществ в атмосферу в промышленности (39,1% - по России) и до 70% парниковых газов, 27% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные объекты и более 30 % твердых отходов.

Кроме того, наличие на производственных объектах ТЭК большого количества химически-, пожаро- и взрывоопасных сырья и продуктов создают реальную угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и аварий, характеризующихся значительными материальными, социальными и экологическими последствиями. По данным Госкомэкологии, Минэнерго и МЧС РФ, на объектах ТЭК ежегодно происходит более 20 тысяч аварий, вызывающих загрязнение атмосферного воздуха, природных вод и земельных ресурсов, а также повышение общей заболеваемости и смертности населения.

В этой связи особое значение приобретают вопросы минимизации техногенного воздействия предприятий ТЭК на основе разработки системы оперативного производственного мониторинга и эффективного управления экологической безопасностью промышленных объектов.

Вопросам обеспечения экологической и промышленной безопасности посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых, таких как A.A. Абросимов, В.А. Горский, А.Ф. Егоров, A.B. Измалков, Ю.А. Израэль, A.M. Козлитин, В.А. Легасов, Б.Н. Порфирьев, О.Н. Русак, B.C. Сафонов, A.B. Седых, С. Гуаро, Т. Клец, X. Кумамото, В. Маршалл, У.Фергюсон, Э. Хенли, Г.Хим и другие.

Тем не менее, предшествующими исследованиями не исчерпан ряд проблем, касающихся управления экологической безопасностью вновь вводимых в действие производственных объектов ТЭК, в частности, прогноза и оценки техногенных и

экологических рисков функционирования нового, ранее ^эксплуатирующегося технологического оборудования.

Цель работы - разработка и создание комплексной системы обеспечения экологической безопасности при интенсификации производства на предприятиях ТЭК, способной своевременно выявлять и предупреждать возникновение и развитие угроз компонентам природной среды.

Идея работы: разработка эффективных мероприятий, направленных на предупреждение и устранение экологических последствий негативного воздействия предприятий ТЭК, должна осуществляться на основе прогноза, оценки анализа и управления техногенными рисками, в штатном режиме эксплуатации и при ЧС.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• оценка негативного воздействия ООО «КИНЕФ» на компоненты окружающей природной среды и прогноз изменений в результате внедрения технологии глубокой переработки в штатном режиме эксплуатации и при чрезвычайных ситуациях;

• анализ вновь вводимых производственных объектов как источников техногенного воздействия с использованием логико-вероятностных методов анализа риска с последующей систематизацией факторов возникновения аварий и ЧС и оценкой их последствий, включающей расчет эколого-экономического ущерба;

• разработка системы производственного мониторинга на основе произведенного прогноза и анализа техногенных и экологических рисков при интенсификации производства на ООО «КИНЕФ»;

• разработка стратегии управления экологической безопасностью производственных объектов ТЭК при интенсификации производства на основе риск-анализа.

Методы исследований. В качестве основных методов исследования применялись:

• системно-структурный анализ зоны воздействия производственных объектов предприятий ТЭК на природную среду;

• аналитические и экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ многолетних статистических данных об аварийных ситуациях и отказах технологического оборудования;

• методы математической статистики, аналогового и численного моделирования.

Научная новизна работы:

1. Выполнен прогноз зависимостей формирования атмо-, лито- и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения при вводе в строй новых производственных объектов действующего предприятия ТЭК в штатном режиме и при ЧС в зависимости от уровня природной и технической защищенности компонентов природной среды, типа и миграционной способности загрязнителей.

2. Теоретически обоснована стратегия управления экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК, базирующаяся на определении возможных сценариев развития аварийных ситуаций на вводимых объектах, включающих расчет их вероятности реализации и оценку негативного воздействия на все компоненты природной среды, что обеспечивает возможность ранжировать по степени опасности технологические процессы для планирования научно-обоснованных и экономически эффективных средозащитных мероприятий.

Основные защищаемые положения:

1. Внедрение технологии глубокой переработки нефти в производственную деятельность ООО «ПО «КИНЕФ» приведет к интенсификации техногенного воздействия предприятия с расширением спектра загрязняющих веществ и увеличением площади суммарного атмохимического ореола загрязнения на 22% до 46 км2.

2. Ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности при интенсификации производства на предприятиях ТЭК должно производиться с помощью логико-вероятностных методов, позволяющих систематизировать факторы и критерии риска для первоочередного внедрения средозащитных мероприятий.

3. Управление экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК должно базироваться на едином информационном ресурсе, являющемся

совокупностью постоянно обновляемых данных о состоянии окружающей среды в рабочей зоне и на границе санитарно-защитной зоны, для осуществления оперативного регулирования техногенного воздействия производственных объектов ТЭК.

Практическая значимость работы:

• проведен комплексный анализ состояния природной среды в зоне влияния предприятия ООО «КИНЕФ», а также прогноз изменения экологической ситуации после ввода в строй новых объектов;

• разработаны основные направления экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного предприятия;

• разработана стратегия сбалансированного управления экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием большого объема исходных материалов и применением современных методик обработки исходной информации, использованием материалов государственной статистической отчетности и изучением мониторинговых данных в динамике, а также применением современных методов анализа. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.

Апробация работы. Основные и отдельные положения работы докладывались и обсуждались на международных, российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международном симпозиуме им. академика М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2011г.), на Международной научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2010 г.), на Молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О.Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (г. Петрозаводск, 2012 г.).

Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении экологических исследований в зоне функционирования предприятия; проведении анализа с выявлением наиболее опасных технологических узлов и оборудования; в обосновании способа оценки экологического риска с использованием логико-вероятностных методов; в разработке системы комплексного мониторинга состояния природной среды и технологических параметров.

Реализация работы:

• разработанные технические предложения по организации системы производственного мониторинга предложены для использования на ООО «КИНЕФ»;

• научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горногеологического профиля в Горном Университете, в частности, при проведении занятий по дисциплине «Основы экологии и природопользования», «Горное дело и окружающая среда», «Экология».

Публикации. По теме работы опубликовано 6 печатных трудов, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 163 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 98 наименований.

Автор благодарен профессору М.А.Пашкевич за научное руководство работой, доценту И.Б. Мовчану за ценные научные консультации, а также коллективу кафедры геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются основные проблемы обеспечения экологической и техногенной безопасности в топливно-

энергетическом комплексе, показана необходимость создания систем по управлению уровнем безопасности на производственных объектах ТЭК.

Во второй главе проведена оценка воздействия предприятия ООО «КИНЕФ» на компоненты природной среды в штатном режиме эксплуатации и при ЧС, с учетом интенсификации производства.

В третьей главе вводимые в строй технологические объекты рассматриваются как источники экологической опасности. На основе общего логико-вероятностного метода рассчитываются вероятности возникновения аварийных ситуаций, а также ущерб от их проявления.

Четвертая глава посвящена разработке и обоснованию системы производственного экологического мониторинга для предприятия ООО «КИНЕФ».

Основные результаты исследований отражены в защищаемых положениях.

1. Внедрение технологии глубокой переработки нефти в производственную деятельность ООО «ПО «КИНЕФ» приведет к интенсификации техногенного воздействия предприятия с расширением спектра загрязняющих веществ и увеличением площади суммарного атмохимического ореола загрязнения на 22% до 46 км2.

ООО «ПО «КИНЕФ» одно из самых крупных предприятий ТЭК на Северо-Западе Российской Федерации. Ежегодно на нем перерабатывается более 20 млн. т Западно-Сибирской и Ухтинской нефтей.

Предприятие является комплексным источником воздействия на окружающую природную среду. Технологический цикл предприятия, подразумевает выброс в атмосферу более 28 тыс. т загрязняющих веществ (рисунок 1), большая часть которых относится к первому (чрезвычайно опасные) и второму (высоко опасные) классу опасности.

Ежегодно на предприятии сбрасывается более 5 млн. м3 сточных вод содержащих нефтепродукты, сульфиды, хлориды, соединения азота, фенолы, соли тяжелых металлов, взвешенные вещества. Еще одной серьезной проблемой является образование

большого количества более 5 тыс. т нефтешламов и избыточного активного ила, которые служат дополнительным источником поступления опасных веществ в атмосферу за счет испарения нефтепродуктов и выделения газов анаэробной биодеградации илов, а при не соблюдении условий хранения происходит загрязнение почвенного покрова и подземных вод.

В целях определения реального уровня загрязненности природной среды в районе расположения предприятия были проведены мониторинговые исследования состояния воздушного бассейна, поверхностных водотоков, а также земельных ресурсов.

Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы:

1. Уровень загрязнения воздушного бассейна в г. Кириши -повышенный. Наибольший вклад вносят: ароматические углеводороды, 802, МОх, Н28, СО. Наличие данных веществ свидетельствует о преобладающем влиянии на состояние атмосферы ООО «ПО «КИНЕФ». Максимально-разовые концентрации в 2011г. достигали: 4,5 ПДК для СО; 5,2 ПДК - фенолов; 2,1 ПДК - Н28; 1,7 ПДК - БОг; 1,45 ПДК - Шх; 2,6 ПДК - бензол; 1,9 ПДК - толуол; 3,56 ПДК - этилбензол; ксилолы - 3,8 ПДК. Отмеченные превышения, как правило, приурочены к дням с неблагоприятными метеорологическими условиями, способствующими накоплению загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы.

2. Результаты гидрохимических исследований выявили наличие гидрохимического потока загрязнения в водоеме-приемнике сточных вод р. Черная, контрастного по содержанию: БПКподн (1,66 ПДК); железа (12,8 ПДК); ионов меди (5,9 ПДК); марганца (9 ПДК). Рассчитанный индекс загрязненности вод ИЗВ=5,26, характеризует воды как грязные.

3. Состояние почв характеризуется как удовлетворительное. Тем не менее, присутствуют локальные очаги загрязнения нефтепродуктами в районах, примыкающих к промышленной площадке ООО «ПО «КИНЕФ», что может быть обусловлено процессами перемещения загрязнителей с территории предприятия временными поверхностными потоками и осаждением их в почвах.

Неблагоприятная экологическая обстановка влияет на показатели заболеваемости и смертности населения, которые являются одними из самых высоких в Ленинградской области. По уровню смертности от новообразований, инфекционных заболеваний, болезней органов пищеварения, врожденных аномалий район находится на первом месте. Отмеченные болезни многие специалисты относят к эколого-зависимым.

В настоящее время на предприятии ведется строительство комплекса глубокой переработки нефти (ГПН). Ввод в эксплуатацию данного комплекса позволит увеличить глубину переработки с 47% до 70 (72)%, в результате чего возрастет выход продукции (автобензины, дизельное и реактивное топливо) повышенного платежеспособного спроса.

Результатом интенсификации производства станет дополнительная переработка порядка 5 млн. тонн мазута, вследствие чего произойдет увеличение материальной и энергетической нагрузки на все компоненты природной среды.

Наиболее приоритетным для рассматриваемого предприятия следует считать фактор риска по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу.

Ввод в действие комплекса ГПН приведет к суммарному увеличению массы выбросов опасных веществ в атмосферу на 22% и составит 36,874 тыс.т/год (рисунок 1). Нормальная эксплуатация объектов комплекса ГПН будет сопровождаться выбросами в атмосферу 76 загрязняющих веществ, а также 12 групп веществ с суммирующимся вредным действием. На рисунках 2 и 3 представлены данные по изменению валового выброса по веществам.

Наибольший прирост выбросов наблюдается по ЯОг (на 23,58%), N0 (на 22,18%), сероводороду (на 114,41%) и ароматическим углеводородам.

В состав выбросов войдет новое вещество первого класса опасности - диоксин, образующийся вследствие ввода в эксплуатацию установки для сжигания твердой фазы нефтешламов и избыточного ила биологических очистных сооружений. Присутствующие в осадке очистных бытовых сточных вод

хлорорганические соединения дают при сжигании выброс диоксинов.

Прогноз изменения состояния атмосферного воздуха базируется на результатах расчета рассеивания выбросов от объектов и сооружений строящегося комплекса глубокой переработки нефти. Расчет производился с привлечением программного комплекса УПРЗА «Эколог» версии 3.0, согласованной с Главной геофизической обсерватории (ГГО) им. А.И.Воейкова.

Наибольшее загрязнение наблюдается по сероводороду и диоксиду серы. Площадь суммарного атмохимического ореола загрязнения по этим веществам достигает 46 км2. Результаты моделирования приведены на рисунке 4.

2. Ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности при интенсификации производства на предприятиях ТЭК должно производиться с помощью логико-вероятностных методов, позволяющих систематизировать факторы и критерии риска для первоочередного внедрения средозащитных мероприятий.

Для разработки эффективной стратегии управления безопасностью на предприятиях ТЭК необходимо создание активно взаимодействующих систем, выполняющих следующие функции:

- выявление опасности и прогноза их проявлений;

- обеспечение безопасности и оперативное оповещение об уровне опасности;

- мониторинг окружающей среды;

- чрезвычайное реагирование при возникновении аварии.

В данной последовательности начальным звеном, определяющим функционирование остальных систем, является система прогнозирования, осуществляющая анализ и оценку риска аварийных ситуаций.

Для строящихся объектов комплекса глубокой переработки нефти предлагается следующий алгоритм оценки риска: идентификация опасности —> анализ и оценка риска аварийных

ситуаций —> разработка мероприятий по снижению и управлению риском.

Основной задачей этапа идентификации источников опасности технологического объекта является выявление и четкое описание всех присущих системе опасностей. В рамках этого этапа были определены потенциальные аварийные ситуации и их возможные последствия.

На втором этапе были обозначены факторы, способствующие возникновению и развитию аварий. Риск функционирования обуславливается вероятностью разгерметизации мест высокой массовой концентрации легковоспламеняющихся жидкостей (бензина, нефти) и горючих газов. Расчет вероятности выхода технологического оборудования за критические значения производился с применением общего логико-вероятностного метода.

В качестве ключевого элемента количественного описания в рисковой задаче рассматривалось формирование системы деревьев отказов-опасностей отдельных технологических элементов. Алгоритмически системы включают в себя четыре блока:

- первый блок допускает предельное упрощение и формализацию технологической схемы: разбиение этой схемы на конечное число гомогенных элементов, каждый из которых обладает бинарной реакцией на внешний раздражитель;

- во втором блоке выполняется качественный анализ, в рамках которого все комбинации состояний указанных отдельных элементов допускают реализацию выходных функций системы;

- содержание третьего блока составляют адаптированные к конкретным условиям стандартные методы вероятностных оценок, ориентированных на построение временных функций безотказной работы отдельных элементов технологической схемы;

- завершающий четвертый блок включает в себя качественные обобщения выше описанных показателей в терминах теории надежности.

Основное содержание вычислительных процедур составляют рабочие графы, определяющиеся в рамках элементарных аддитивных и мультипликативных схем перенаправления

30 -25 -20 15

34,756

28,787 28,296 28,458

9145 28,555 28,579 20,365

19,729

20,5

20,501

20,5

-I-I-I-I-I-год

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

— выловый выброс в атмосферу, тыс.т/г

— объем переработки, млн.т

валовый выброс в атмосферу после внедрения комплекса ГПН, тыс. т./г

— объем переработки нефти после внедрения комплекса ГПН, млн. т

18000 16000 14000 12000 § 10000 ■р 8000 6000 4000 2000 0

диоксид азота

оксид азота

диоксид серы

□ выброс ЗВ в атмосферудо внедрения комплекса ГПН о выброс ЗВ в атмосферупосле внедрения комплекса

Рисунок 1 - Динамика выбросов вредных веществ в атмосферу за 2005-2010гг.

□ выброс ЗВ в атмосферудо внедрения комплекса ГПН

□ выброс ЗВ в атмосферу после внедрения комплекса ГПН

Рисунок 2 - Изменение валового выброса в атмосферу по веществам (до и после внедрения комплекса ГПН)

Рисунок 3 - Изменение валового выброса в атмосферу по веществам (до и после внедрения комплекса ГПН)

Рисунок 4 - Результаты расчета рассевания суммарного загрязнения Н28 и 802

Диспетчерский пункт

ЦЕНТР ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЦЕНТР ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И РАЗРАБОТКИ СРЕДОЗАЩИТНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

* +

центр сбора, хранения и интерпретации информации

ЦЕНТР СИСТЕМЫ ПЭМ

электронные базы данных и справочники средства автоматического контроля технологического процесса средства контроля расхода воды, электроэнергии, тепла

ПРИВЛЕЧЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ

стационарные посты контроля передвижная экологическая лаборатория средства автоматического контроля параметров газовых выбросов технологического оборудования посты контроля загазованности

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ЗВЕНО

Рисунок 5 - Структурная схема производственного экологического мониторинга

информационных потоков. Указанные графы определяются как схема функциональной целостности, составленная детерминированными структурными элементами:

- функциональными вершинами;

- дизъюнктивными ребрами;

- фиктивными вершинами;

- коньюктивными дугами.

Работоспособность графа жестко определяется статистически выделенным набором бинарных событий (работоспособность/отказ; готовность/неготовность; разрушение/ целостность) для каждого элемента технологической схемы.

Конечная визуализация графа физически означает набор сценария последовательной реализации этих бинарных событий. После чего, производится расчет вероятности наступления данных бинарных событий.

В простейшем случае задачу можно свести к формуле полной вероятности для расчета частоты реализации единичной аварии технологического элемента за оставшийся интервал гарантийного срока в условиях безаварийного функционирования в предыдущий период.

р^),0<1<Т, (1)

где Т - гарантийный срок службы оборудования, ч; t - время безаварийной работы, ч; р,^) - статистика аварий за время гарантийного срока службы оборудования.

Так как объекты еще не эксплуатировались, следовательно,

за время Г - аварий не было то изменения риска аварии (Р,)

по мере истечения гарантийного срока службы будет определяться следующим образом:

лА^р^откуда ^

(2)

Для расчета вероятности выхода из строя более одного технологического элемента необходимо усложнение рассмотренного подхода, что означает переход к потоку событий, который в простейшем случае описывается распределением Пуассона в рамках которого отдельные неблагоприятные события считаются независимыми друг от друга:

р(к) = Р{¥ = к) = -к-е~л, (3)

где р(к) - вероятность выхода из строя к-элементов;У - случайная величина; X - параметр распределения Пуассона; к - количество отказавших элементов.

Априорные представления о повышенной технологической опасности связаны с такими параметрами как:

1. Технологические процессы ведутся при повышенных давлениях (до 16 МПа) и температурах (до 400°С).

2. Наличие в технологических аппаратах и трубопроводах большого количества (в отдельных аппаратах достигает 20 тыс.т) пожаро- и взрывоопасных сырья и продукции.

3. Сложность технологических процессов, требующих высокой квалификации от работников.

Результаты расчетов наиболее вероятных аварийных ситуаций для блоков установки гидрокрекинга (секция 2000) представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчетов вероятности реализации аварийной ситуации в

Наименование аварийной ситуации Вероятность выхода технологического параметра за критическое значение

Разгерметизация верха холодного сепаратора высокого давления У-2008 с выбросом водород содержащего газа 8,81-10-'

Продолжение таблицы 1

Разгерметизация верха фракционирующей колонны Т-2002 с выбросом смеси углеводородного газа и нафты 6,89-10'5

Разгерметизация фланцевых соединений на нагнетании насоса Р-5833 с проливом легкого некондиционного продукта 6,56-10"5

Разгерметизация фланцевого соединения на нагнетании насоса Р-2025,Я с выбросом смеси дизельной и утяжеленной дизельной фракции 5,17-10"5

Разгерметизация верха абсорбера Т-2001 с выбросом водород содержащего газа в атмосферу 5,03-10"5

Погасание пламени горелок в печи Н-2001, Н-2003, Н-2002, Н-2004 с выбросом углеводородного газа в объем печи 5,00-10"3

Разгерметизация верха колонны вторичной перегонки нафты Т-2009 с выбросом фракции 30-85°С 4,48-10"3

Разгерметизация фланцевого соединения на нагнетании насоса Р-2005,8 с проливкой кубового продукта фракционной колонны Т-2002 4,32-10"5

Прогар змеевика печи Н-2001, Н-2003, Н-2002, Н-2004 с выбросом водородсодержащего газа, паров сырья и продуктов реакции гидрокрекинга 3,44-10"3

За экологический риск функционирования технологического объекта принимается показатель, включающий как вероятность наступления нежелательного события, так и связанный с ним ущерб.

Для определения экологического ущерба от аварий на установке гидрокрекинга были определены возможные сценарии развития аварийных ситуаций и их вероятности. Для рассматриваемого объекта наиболее вероятны пожары (пролива и «огненный шар»), взрывы (детонационный и дефлаграционный) и выбросы токсичных веществ.

Расчет величины эколого-экономического ущерба проводился исходя из объемов обращаемого на исследуемом объекте сырья и продукции. Количество веществ, выбрасываемых в атмосферу при горении нефти и нефтепродуктов, рассчитывалось на основании «Методики расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов».

Таким образом, эколого-экономический ущерб рассчитывался по формуле:

Пжол=\,5-РгМ, (4)

где 1,5 - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние атмосферного воздуха) для северо-западного экономического района РФ; Р* - плата за загрязнение атмосферы опасными веществами при сгорании тонны нефтепродукта, руб; N4 -количество сгоревшего нефтепродукта, т.

3. Управление экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК должно базироваться на едином информационном ресурсе, являющемся совокупностью постоянно обновляемых данных о состоянии окружающей среды в рабочей зоне и на границе санитарно-защитной зоны, для осуществления оперативного регулирования техногенного воздействия производственных объектов ТЭК.

Для обеспечения оперативного управления экологической безопасностью, способствующего минимизации техногенного воздействия строящихся и существующих производственных объектов, предлагается создать систему производственного экологического мониторинга (рисунок 5). Она представляет собой информационно-управляющую систему, способную решать следующие задачи:

- обеспечивать оперативный контроль экологической обстановки в зоне влияния существующих и строящихся производственных объектов ООО «КИНЕФ», включающий контроль выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу, в поверхностные воды и образования отходов;

- осуществлять контроль технологических параметров, определяющих пожаро- и взрывоопасность объектов, а также контроль загазованности промышленной площадки;

- проводить сбор результатов измерений и наблюдений с последующей их обработкой и созданием баз данных;

- выполнять прогнозирование развития экологической ситуации на основе оперативных данных о состоянии природой

среды и технологических процессов с выявлением причин и взаимосвязи того или иного изменения;

- обнаруживать аварийные ситуации на ранних стадиях и оперативно реагировать на них;

- осуществлять информационную поддержку для планирования и внедрения научно-обоснованных природоохранных мероприятий.

Система строится на базе технических, программных, информационных средств и имеет двухуровневую структуру.

На первом уровне (измерительном) с помощью технических средств осуществляются как непрерывные измерения параметров среды, так и периодические - с использованием отбора проб для дальнейшего их анализа в лаборатории.

В непрерывном режиме ведется контроль состояния атмосферного воздуха на промышленной площадке и за ее пределами. В дискретном - поверхностных водотоков (р. Черная и р. Волхов), подземных вод и почвенных покровов.

Полученные мониторинговые данные поступают на второй уровень (обработки данных), в рамках которого осуществляется сбор, обработка, хранение и интерпретация полученной мониторинговой информации.

Кроме информации с измерительного уровня на второй уровень поступает информация из внешних источников (данные о технологическом процессе, данные загазованности территории, данные о расходе сырья, воды, электроэнергии). На основе анализа и обработки совокупности полученных данных, осуществляются следующие управленческие функции:

- прогноз развития экологической ситуации на основе текущих измерений с выявлением динамики ее изменения;

- оперативное выявление факторов опасного развития технологических процессов и их влияния на природную среду;

- осуществление оперативного реагирования на изменения экологической обстановки и технологических процессов;

- поддержка принятия управленческих решений;

- формирование и пополнение базы данных;

- контроль работы измерительных звеньев и управление

режимами измерения.

Кроме указанных процедур система производственного мониторинга может адаптироваться к изменяющимся условиям функционирования. Основными видами адаптации системы к изменяющимся условиям функционирования являются:

- изменение регламента системы (набор контролируемых параметров, частота контроля);

- изменение структуры информационно-измерительной сети;

- изменение средств или процедуры обработки данных.

Одной из важнейших проблем при формировании

оптимальной системы производственного экологического мониторинга является выбор количества и мест расположения точек контроля. Определение мест размещения постов контроля необходимо проводить исходя из необходимости получения представительной информации об уровне загрязнения окружающей среды.

Многолетние наблюдения и прогнозные оценки состояния окружающей среды после ввода в строй объектов комплекса ГПН показали, что приоритетными загрязняющими веществами являются углеводороды, для контроля которых рекомендуется установить стационарные посты наблюдения.

На основании исследования состояния воздушного бассейна были выделены три области с повышенным содержанием углеводородов:

-область с концентрацией до 9,1 мг/м в северо-западной части предприятия, сформировавшаяся в результате неорганизованных выбросов с открытых поверхностей очистных сооружений, шламонакопителей и технологических установок;

- область с концентрацией углеводородов до 6,5 мг/м в центральной части предприятия в зоне сосредоточения установок

основного цикла;

- область в южной части предприятия с концентрацией до 7,2 мг/м3. Источниками образования данной области являются резервуарные парки, сливные и наливные эстакады.

Кроме отмеченных углеводородов на данных постах будет осуществляться наблюдение за сероводородом, оксидами серы, оксидами азота и оксидами углерода.

Контроль содержания загрязняющих веществ на границе санитарно-защитной зоны необходимо осуществлять с помощью передвижной экологической лаборатории. Точки контроля располагаются на границе санитарно защитной зоны по преобладающему направлению ветра.

Стационарные посты и передвижная экологическая лаборатория оснащены комплексом газоаналитического оборудования и метеостанцией, а также устройствами для первичной обработки, хранения и передачи данных.

Контроль поверхностных водотоков, подземных вод и почвенных покровов осуществляется путем отбора проб с последующим их анализом. Отбор проб будет проводиться согласно гостированным методикам по разработанной программе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи обеспечения экологической безопасности эксплуатации производственных объектов ТЭК при интенсификации производства на основе анализа и оценки техногенных и экологических рисков.

Основные научные и практические выводы:

1. Исследования состояния окружающей среды в районе расположения предприятия ООО «ПО «КИНЕФ» показали, что во всех компонентах природной среды произошли значительные изменения. В результате интенсификации производства произойдет ухудшение состояния природной среды, особенно атмосферного воздуха, за счет увеличения объема валовых выбросов.

2. На основе проведенного анализа источников техногенного и экологического риска, определены основные сценарии развития аварийных ситуаций на вводимых объектах, рассчитаны вероятности их возникновения, а также рассчитан экологический

ущерб. На основании полученных количественных характеристик произведено ранжирование технологических объектов по степени опасности.

3. Разработана система производственного экологического мониторинга для объектов ТЭК, включающая контроль источников техногенного воздействия (с учетом интенсификации производства) на компоненты природной среды, и комплекс мероприятий, направленных на контроль состояния опасных объектов.

4. На основании численных характеристик экологического и техногенного рисков предложена сбалансированная стратегия управления экологической безопасностью предприятий ТЭК при интенсификации производства.

НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Анциферова Т.А. О некоторых аспектах обеспечения экологической безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. -Тула: ТулГУ, 2013. - с. 335-339;

2. Анциферова Т.А. Оценка степени воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса на окружающую природную среду при укрупнении производства / Пашкевич М.А., Анциферова Т.А. // Записки Горного института, т.203 «Проблемы рационального природопользования». - СПб.: Горный университет, 2013. - с. 229-232;

3. Анциферова Т.А. Оценка риска техногенного воздействия предприятий топливно-энергетического комплекса / Пашкевич М.А., Анциферова Т.А. // Записки Горного института, т.203 «Проблемы рационального природопользования». - СПб.: Горный университет, 2013. - с. 225-228.

РИЦ Горного университета. 15.05.2013. 3.268. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Анциферова, Татьяна Алексеевна, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

АНЦИФЕРОВА Татьяна Алексеевна

УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ТЭК

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА...............................................................10

1.1 Общие сведения о состоянии природной среды и уровне экологической опасности России.......................................................................................................10

1.2 Характеристика предприятий ТЭК, как источников техногенной и экологической опасности..........................................................................................11

1.3 Принципы и способы управления экологической безопасностью на предприятиях ТЭК.....................................................................................................17

ГЛАВА 2 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЕ ООО «КИНЕФ» ПРИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА..........................25

2.1 Общая характеристика нефтегазовой отрасли России....................................25

2.2 Анализ технологической схемы ООО «КИНЕФ»............................................30

2.2.1 Характеристика вводимой технологии.....................................................33

2.3 Общие сведения о районе расположения предприятия...................................41

2.4 Оценка воздействия ООО «КИНЕФ» на компоненты природной среды......45

2.4.1 Анализ современное состояние атмосферного воздуха в районе расположения предприятия......................................................................................46

2.4.2 Оценка воздействия ООО «КИНЕФ» на атмосферный воздух..............51

2.4.3 Моделирование процессов распространения загрязняющих веществ атмосфере после внедрения процессов глубокой переработки нефти................54

2.4.4 Оценка состояния поверхностных вод Киришского района...................59

2.4.5 Оценка воздействия на водимых объектов на поверхностные и подземные воды.........................................................................................................64

2.4.6 Оценка риска негативного воздействия отходов.....................................67

2.4.7 Оценка состояния природной среды с позиции ее влияния на состояние здоровье населения....................................................................................................67

ГЛАВА 3 ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО И ТЕХНОГЕННОГО РИСКА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВВОДИМЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ...............................................................................................................74

3.1 Анализ объектов глубокой переработки нефти как источников опасности .75

3.2 Определение возможных причин возникновения аварий на вводимых объектах......................................................................................................................79

3.3 Определение возможных сценариев возникновения и динамики развития аварии..........................................................................................................................87

3.4 Моделирование процесса безопасного функционирования установки гидрокрекинга............................................................................................................91

3.4.1 Выбор и описание критериев безопасного функционирования.............99

3.5 Определение стадий развития аварий, обоснование возможности и признаков перехода аварии на более высокий уровень......................................106

3.6 Оценка вероятности реализации аварийной ситуации и формирования поражающих факторов............................................................................................111

3.7 Определение эколого-экономического ущерба..............................................112

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ООО «КИНЕФ»..........................................................116

4.1 Общие принципы организации системы мониторинга.................................116

4.1.1 Цели и задачи экологического мониторинга..........................................116

4.1.2 Управление в структуре экологического мониторинга.........................119

4.2 Анализ существующей схемы мониторинга атмосферного воздуха на ООО «КИНЕФ».................................................................................................................124

4.3 Разработка автоматизированной системы экологического мониторинга для ООО «КИНЕФ»........................................................................................................127

4.4 Аналитические комплексы и системы в мониторинге воздушного бассейна ....................................................................................................................................134

4.5 Назначение и принципы построения системы...............................................138

4.6 Структура и схема функционирования системы............................................139

4.7 Информационно-измерительная сеть..............................................................141

4.8 Технология сбора и обработки информации.............................................143

4.8.1 Сбор и передача информации..................................................................143

4.8.2 Информационно-управляющая подсистема...........................................144

4.8.3 Автоматизированное рабочее место главного эколога.........................145

4.8.4 Автоматизированное рабочее место эколога..........................................146

4.8.5 Информационное и программное обеспечение элементов системы.... 147 4.9 Организационное обеспечение системы ПЭМ...............................................151

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................154

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................155

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Интенсивное развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) неразрывно связано с усилением воздействия на окружающую природную среду. Так, вклад предприятий ТЭК в загрязнение природной среды составляет 48% общих выбросов вредных веществ в атмосферу в промышленности (39,1% - по России) и до 70% парниковых газов, 27% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные объекты и более 30 % твердых отходов.

Кроме того, наличие на производственных объектах ТЭК большого количества химически-, пожаро- и взрывоопасных сырья и продуктов создают реальную угрозу возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и аварий, характеризующихся значительными материальными, социальными и экологическими последствиями. По данным Госкомэкологии, Минэнерго и МЧС РФ, на объектах ТЭК ежегодно происходит более 20 тысяч аварий, вызывающих загрязнение атмосферного воздуха, природных вод и земельных ресурсов, а также повышение общей заболеваемости и смертности населения.

В этой связи особое значение приобретают вопросы минимизации техногенного воздействия предприятий ТЭК на основе разработки системы оперативного производственного мониторинга и эффективного управления экологической безопасностью промышленных объектов.

Вопросам обеспечения экологической и промышленной безопасности посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых, таких как A.A. Абросимов, В.А. Горский, А.Ф. Егоров, A.B. Измалков, Ю.А. Израэль, A.M. Козлитин, В.А. Легасов, Б.Н. Порфирьев, О.Н. Русак, B.C. Сафонов, A.B. Седых, С. Гуаро, Т. Клец, X. Кумамото, В. Маршалл, У.Фергюсон, Э. Хенли, Г.Хим и другие.

Тем не менее, предшествующими исследованиями не исчерпан ряд проблем, касающихся управления экологической безопасностью вновь вводимых в действие производственных объектов ТЭК, в частности, прогноза и

оценки техногенных и экологических рисков функционирования нового, ранее ^эксплуатирующегося технологического оборудования.

Цель работы — разработка и создание комплексной системы обеспечения экологической безопасности при интенсификации производства на предприятиях ТЭК, способной своевременно выявлять и предупреждать возникновение и развитие угроз компонентам природной среды.

Идея работы: разработка эффективных мероприятий, направленных на предупреждение и устранение экологических последствий негативного воздействия предприятий ТЭК, должна осуществляться на основе прогноза, оценки анализа и управления техногенными рисками, в штатном режиме эксплуатации и при ЧС.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• оценка негативного воздействия ООО «КИНЕФ» на компоненты окружающей природной среды и прогноз изменений в результате внедрения технологии глубокой переработки в штатном режиме эксплуатации и при чрезвычайных ситуациях;

• анализ вновь вводимых производственных объектов как источников техногенного воздействия с использованием логико-вероятностных методов анализа риска с последующей систематизацией факторов возникновения аварий и ЧС и оценкой их последствий, включающей расчет эколого-экономического ущерба;

• разработка системы производственного мониторинга на основе произведенного прогноза и анализа техногенных и экологических рисков при интенсификации производства на ООО «КИНЕФ»;

• разработка стратегии управления экологической безопасностью производственных объектов ТЭК при интенсификации производства на основе риск-анализа.

Методы исследований. В качестве основных методов исследования применялись:

• системно-структурный анализ зоны воздействия производственных объектов предприятий ТЭК на природную среду;

• аналитические и экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ многолетних статистических данных об аварийных ситуациях и отказах технологического оборудования;

• методы математической статистики, аналогового и численного моделирования.

Научная новизна работы:

1. Выполнен прогноз зависимостей формирования атмо-, лито- и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения при вводе в строй новых производственных объектов действующего предприятия ТЭК в штатном режиме и при ЧС в зависимости от уровня природной и технической защищенности компонентов природной среды, типа и миграционной способности загрязнителей.

2. Теоретически обоснована стратегия управления экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК, базирующаяся на определении возможных сценариев развития аварийных ситуаций на вводимых объектах, включающих расчет их вероятности реализации и оценку негативного воздействия на все компоненты природной среды, что обеспечивает возможность ранжировать по степени опасности технологические процессы для планирования научно-обоснованных и экономически эффективных средозащитных мероприятий.

Основные защищаемые положения:

1. Внедрение технологии глубокой переработки нефти в производственную деятельность ООО «ПО «КИНЕФ» приведет к интенсификации техногенного воздействия предприятия с расширением спектра загрязняющих веществ и увеличением площади суммарного атмохимического ореола загрязнения на 22% до 46 км2.

2. Ранжирование технологических процессов по степени экологической опасности при интенсификации производства на предприятиях ТЭК должно производиться с помощью логико-вероятностных методов, позволяющих систематизировать факторы и критерии риска для первоочередного внедрения средозащитных мероприятий.

3. Управление экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК должно базироваться на едином информационном ресурсе, являющемся совокупностью постоянно обновляемых данных о состоянии окружающей среды в рабочей зоне и на границе санитарно-защитной зоны, для осуществления оперативного регулирования техногенного воздействия производственных объектов ТЭК.

Практическая значимость работы:

• проведен комплексный анализ состояния природной среды в зоне влияния предприятия ООО «КИНЕФ», а также прогноз изменения экологической ситуации после ввода в строй новых объектов;

• разработаны основные направления экологической деятельности в процессе реконструкции и эксплуатации модернизированного предприятия;

• разработана стратегия сбалансированного управления экологической безопасностью при интенсификации производства на объектах ТЭК.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием большого объема исходных материалов и применением современных методик обработки исходной информации, использованием материалов государственной статистической отчетности и изучением мониторинговых данных в динамике, а также применением современных методов анализа. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.

Апробация работы. Основные и отдельные положения работы докладывались и обсуждались на международных, российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на

Международном симпозиуме им. академика М.А.Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2011 г.), на Международной научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2010 г.), на Молодежной научной школе-конференции, посвященной памяти чл.-корр. АН СССР К.О.Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (г. Петрозаводск, 2012 г.).

Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении экологических исследований в зоне функционирования предприятия; проведении анализа с выявлением наиболее опасных технологических узлов и оборудования; в обосновании способа оценки экологического риска с использованием логико-вероятностных методов; в разработке системы комплексного мониторинга состояния природной среды и технологических параметров.

Реализация работы:

• разработанные технические предложения по организации системы производственного мониторинга предложены для использования на ООО «КИНЕФ»;

• научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горно-геологического профиля в Горном Университете, в частности, при проведении занятий по дисциплине «Основы экологии и природопользования», «Горное дело и окружающая среда», «Экология».

Публикации. По теме работы опубликовано 6 печатных трудов, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 163 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 98 наименований.

Автор благодарен профессору М.А.Пашкевич за научное руководство работой, доценту И.Б. Мовчану за ценные научные консультации, а также коллективу кафедры геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.

ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

1.1 Общие сведения о состоянии природной среды и уровне экологической

опасности России

В настоящее время безопасность в природно-техногенной сфере является важнейшей проблемой во всем мире. События последнего времени отчетливо показали человечеству, что научно-технический прогресс несет не только благо. Интенсивная хозяйственная деятельность, рост промышленного производства, повышение его концентрации и сложности, стремительное развитие городов и промагломераций неразрывно связано с усилением воздействия на окружающую среду, увеличением вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и аварий как техногенного, так и природного характера [2, 5-8, 12, 19, 22, 26, 40, 43, 93].

В «Основах государственной политики в области экологического развития РФ на период до 2030 года», утвержденных Президентом Российской Федерации 30 апреля 2012 года отмечается, что экологическая ситуация в Российской Федерации характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на природную среду и значительными экологическими последствиями прошлой экономической деятельности. Так, опасность сложившейся ситуации характеризуется, в частности, следующими данными Госкомэкологии России: в настоящее время территория с крайне неблагоприятными экологическими условиями составляет до 17% общей площади страны и на ней проживает 30-40% населения России; более 40% объема сточных вод, сброшенных в водоемы, отнесено к категории загрязненных, и, как следствие, около половины населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим нормам. В ряде регионов антропогенные нагрузки давно превысили установленные нормативы. Сложилась критическая ситуация, при которой возникают значительные изменения ландшафтов, происходит истощение и утрата природных ресурсов,

значительно ухудшаются условия проживания населения, что в итоге приводит к росту заболеваемости населения.

В связи с этим в обществе нарастает беспокойство по поводу состояния природной среды, неоправданно интенсивного использования природных ресурсов, уменьшения б