раздел iii. экологические проблемы нефтегазового комплекса

Экологические проблемы нефтегазового комплекса
ОЦЕНКА РЕСУРСНОГО ПОТЕНЦИАЛА
ВОДОЭМУЛЬСИОННОГО СЛОЯ НЕФТЕШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ
М.А. Николаева, А.А. Пименов
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия
E-mail: mnikolaeva7@mail.ru
Быстрые темпы развития нефтегазовой и нефтехимической отраслей
способствуют ежегодному увеличению количества образующихся отходов.
Несмотря на то, что переработка отходов существует с давних времен, из-за
возрастающих потребностей современного технологического общества в
последние годы существенно увеличилось количество отходов, а также
усложнился их морфологический состав, что в свою очередь усугубило
проблему определения и регулирования потоков отходов и ресурсов.
В наиболее развитых странах уже давно принята концепция
консервации и сохранения природных ресурсов, выстроена логическая
цепочка рационального управления отходами, заключающаяся в
предварительной оценке ресурсного потенциала отходов и закономерном
выполнении стратегических задач по их переработке и максимальному
вовлечению в хозяйственный оборот. В России же до сих пор работает
простая схема жизненного цикла продукции: «добыча → переработка →
употребление → отходы» [1].
Водоэмульсионный слой - это воды, образующиеся в накопителях
нефтегазовых
и
нефтехимических
производств
и
содержащие
нефтепродукты, взвешенные и минеральные примеси. Проблема полного
обезвреживания данных вод или частичной утилизации актуальна, прежде
всего, с точки зрения их отрицательного воздействия на окружающую среду.
Кроме того, водоэмульсионный слой может являться источником вторичных
ресурсов, поэтому оценка его ресурсного потенциала является важной
задачей.
Зная химический состав отхода можно оценить возможный процент
извлечения вторичного сырья и рассчитать стоимость его реализации. Только
актуальные и достоверные сведения о компонентном составе
водоэмульсионного слоя позволяют адекватно оценить
ресурсный
(материальный и энергетический) потенциал и доказательно обосновывать
применение тех или иных технологий использования или обезвреживания.
Исследование химического состава водоэмульсионного слоя показало
значительные расхождения в количественном содержании веществ.
Усредненный катионно-анионный состав сухого остатка, полученного при
упаривании водоэмульсионного слоя накопителей нефтесодержащих
отходов, представлен на рис.1.
261
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис.1. Катионно-анионный состав сухого остатка типичного водоэмульсионного
слоя
Используя разработанный нами ранее способ обезвреживания
водоэмульсионного слоя с помощью
доломитовой муки [2], мы
предполагаем, что ресурсный потенциал таких вод заключается в получении
очищенной воды и противогололедных реагентов на основе концентрата,
образовавшегося в процессе обезвреживания.
Для определения ресурсного потенциала водоэмульсионного слоя
предлагается использовать термодинамический подход [3]:
– суммарная эксергия всех выходящих из системы веществ,
Дж;
– суммарная эксергия всех поступающих в систему веществ Дж;
Cуммарная эксергия всех веществ, поступающих на очистку равна:
(2)
где:
262
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
эксергия n-го компонента, поступающего в систему, Дж
массовая доля n-го компонента, поступающего в систему, %
масс.
(3)
энтальпия образования n-го компонента, выходящего из
системы, кДж/моль
энтропия n-го компонента, выходящего из системы, кДж/моль
абсолютная температура, К
Cуммарная эксергия всех веществ, образующихся после процесса
очистки равна:
(4)
где:
эксергия i-го компонента, выходящего из системы, Дж
массовая доля i-го компонента, выходящего из системы, % масс.
(5)
энтальпия образования i-го компонента, выходящего из
системы, кДж/моль
энтропия i-го компонента, выходящего из системы, кДж/моль
абсолютная температура, К
Описанный в данной статье способ, в основу которого заложен
термодинамический подход, позволяет оценить ресурсный потенциал
водоэмульсионного слоя и предложить возможные способы вторичного
использования данного ресурса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Качина М. А. Оценка ресурсного потенциала отходов. Создание рисайклингцентра» // Твердые бытовые отходы. – 2012. - №10 (75).
2. Николаева М.А., Красников П.Е., Сухоносова А.Н., Пименов А.А., Быков Д.Е.
Поисковые исследования в области разработки метода обезвреживания водоэмульсионного
263
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
слоя нефтешламонакопителей // Известия Самарского научного центра Российской академии
наук. – 2013. - Т. 15, №3(6). С. 1891-1893.
3. Timothy Gytowski, Matthews Branham, Jeffreys Danmus, Alissaj Jones, Alexandre
Thiriez. Thermodynamic Analysis of Resources Used in Manufacturing Processes //Environ. Sci.
Technol. – 2009. - №43. pp. 1584–1590
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ АВАРИЙНОСТИ И ТРАВМАТИЗМА
НЕФТЯНОЙ ОТРАСЛИ СТРАНЫ
Е.В. Алекина, Л.А. Моссоулина
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия,
bjd@list.ru
Россия является одним из крупнейших в мире производителей,
потребителей и экспортеров нефти, занимает третье место в мире по ее
добыче. Наряду с этим нефтяная отрасль является потенциально опасной с
точки зрения воздействия вредных и опасных факторов на человека и
окружающую среду. Подтверждением тому является экскурс по мировым
статистическим данным аварийности, приведенный ниже (наиболее крупные
аварии).
1988 г. - серия аварий в Северное море на морских платформах
«Пайпер Альфа», «Оушен Одесси» и примыкающих к ним морских нефте - и
газопроводах. Свыше 160 человек погибли и 66 получили тяжелейшие ожоги.
2002 г. - авария танкера "Престиж" в 244 км от берегов Испании.
Большая часть его груза - 77 тыс.т. нефти ушло под воду. Теперь на дне моря
находится бомба замедленного действия. Крупная экологическая катастрофа в
европейском Средиземноморье практически неизбежна.
2005 г. - на третьем по величине в США нефтеперерабатывающем
заводе в штате Техас произошел мощный взрыв, за которым последовал
сильный пожар. Погибло 14 человек и ранено более 100.
2006 г. - крупная авария в Брянской области. В результате аварии
образовались несколько нефтяных пятен, площадь которых составила более
340 квадратных метров.
2010 г. - взрыв и пожар на нефтяной платформе Deepwater Horizon,
находящейся в 84 км к юго-востоку от порта Венис (штат Луизиана) в
Мексиканском заливе. После пожара буровая платформа обрушилась и
затонула. Погибли 11 человек.
В период с 1998 г. по 2007 г. [1] произошло 662 аварии, что
составляет примерно 1 аварию в неделю. Половина из них сопровождалась
взрывами или пожарами.
В таблице 1 приведены данные по видам аварий на объектах
нефтегазодобывающей промышленности и объектах геологоразведки в
264
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
период с 2008 по 2012 гг.
Распределение по видам аварий на объектах нефтедобывающей
промышленности и объектах геологоразведки.
Таблица 1
Виды аварий
Число аварий
2008
2009
%
2010
%
2011
%
2012
%
%
Открытые фонтаны и 5
выбросы
50
5
29
3
20
6
42,9
9
50
Взрывы и пожары на 3
объектах
33,3
5
29
6
40
5
35,7
2
11,1
Падение буровых
вышек, разрушение
их частей
8,3
3
17
1
6,7
0
0
0
0
Падение талевых
0
систем в глубоком
бурении и подземном
ремонте скважин
0
2
11
0
0
1
7,1
1
5,5
Прочие
1
8,3
2
11
5
33,3
2
14,3
6
33,3
Всего:
10
100
17
100
15
100
14
100
18
100
1
Графическое представление данных при геологоразведочных работах
приведено на рис.1
20
18
16
14
12
10
число аварий
8
6
4
2
0
2008
2009
2010
2011
2012
Рис.1 Аварийность по годам при геологоразведочных работах.
265
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Общее количество пострадавших в 2012 г. составило 48 человек, из
них 14 со смертельным исходом. При авариях получили травмы 3 человека, из
них 2 человека погибли. В 2012 г. произошло 3 групповых несчастных случая,
при которых травмированы 8 человек, из них 3 — смертельно.
В 2011 года произошло 14 аварий, что по сравнению с 2012 является
показателем немного лучшем.
В 2011 г. общее количество пострадавших составило 58 человек, из
них 13 со смертельным исходом. При авариях травмы получили шесть
человек, из них три — смертельные. Отмечается три групповых несчастных
случая, при которых травмированы шесть человек, в том числе три —
смертельно.
В 2010 г. произошло 15 несчастных случаев со смертельным исходом.
В 2009 году произошло 17 аварий и 16 несчастных случаев со
смертельным исходом, в том числе 3 групповых.
Полный ущерб от аварий за 2012 г. составил 250 019,7 тыс. руб., из
них прямые потери составили 29 043,2 тыс. руб., затраты на локализацию и
ликвидацию последствий аварий составили 211 757,9 тыс. руб.,
экологический ущерб — 3 516,62 тыс. руб., ущерб, нанесенный третьим
лицам, — 5 701 тыс. руб.
Основными причинами аварий стали нарушения персоналом
требований законодательства в области промышленной безопасности на всех
стадиях жизненного цикла опасных производственных объектов, при бурении
и капитальном ремонте скважин, эксплуатации насосных, компрессорных
установок, производстве ремонтных работ, в том числе связанных с
выполнением огневых, газоопасных, монтажных и электромонтажных работ.
Износ оборудования также один из многочисленных факторов опасности;
возникновение отказов, разгерметизации трубопроводов, приводящих к
авариям, сопровождающимся разливами нефти, взрывами и разрушениями.
В таблице 2 приведены данные по видам аварий на объектах
нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности и объектах
нефтепродуктообеспечения.
Распределение по видам аварий на объектах нефтехимической,
нефтеперерабатывающей промышленности и объектах
нефтепродуктообеспечения
266
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Таблица 2
Виды аварий
Число аварий
2008
2009
%
2010
%
2011
%
2012
%
%
Взрыв
5
39
6
46
9
56,25
16
80
6
33
Пожар
6
46
5
39
4
25
1
5
5
28
Выброс опасных 2
веществ
15
2
15
3
18,75
3
15
7
39
Всего:
100
13
100
16
100
20
100
18
100
13
Из
рис.2
приведен
график
аварийности
на
объектах
нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности и объектах
нефтепродуктообеспечения.
Рис. 2 Аварийность по годам на объектах нефтехимической и
нефтеперерабатывающей промышленности и объектах нефтепродуктообеспечения.
На протяжении 2008-2009 гг. количество аварий оставалось
неизменным, затем, за последующие 2 года их количество выросло с 13 до 20.
267
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
На диаграмме (рис.3) приведены данные по аварийности и
производственному травматизму за 2008-2012 гг.
Рис.3 Данные по аварийности и производственному травматизму за 2008-2012 гг.
Минимальный показатель смертельного травматизма зафиксирован в
2009 г., а максимальный в 2011 г., в этом же году произошло наибольшее
количество аварий.
Анализ результатов расследования технических и организационных
причин аварий показал, что 50 % аварий произошли из-за разгерметизации и
разрушения технических устройств на опасных производственных объектах,
при этом разгерметизация оборудования в 5 случаях связана с коррозией и
утонением толщины стенки оборудования, в четырех случаях — с
нарушениями при монтаже и эксплуатации оборудования.
Статистические данные по авариям на магистральных трубопроводах
приведены в таблице 3 и рис.4.
Распределение аварий на опасных производственных объектах
магистрального трубопроводного транспорта
Таблица 3
Объекты
2008
2009
2010
2011
2012
Газопроводы
0
0
9
14
16
Нефтепроводы
2
1
1
2
5
Нефтепродуктопроводы
0
0
3
1
0
2
1
13
17
21
Итого:
268
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
25
20
15
число аварий
10
5
0
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Рис.4 Данные по авариям на магистральных трубопроводах
Соотношение показателей аварийности и травматизма на объектах
магистрального трубопроводного транспорта с 2008-2012 гг. приведены на
рис. 5
Рис.5 Показатели аварийности и травматизма на объектах магистральных
трубопроводного транспорта с 2008-2011 гг.
Количество аварий значительно превышает травматизм, что
объясняется не постоянным нахождением человека на объектах
магистральных трубопроводов.
269
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Основные причины аварий приведены в таблице 4.
Распределение аварий по причинам возникновения
Таблица 4
Аварии магистрального
трубопроводного транспорта
2008
2009
2010
2011
2012
Газопроводы
20
16
9
14
16
Брак строительно-монтажных работ
14
7
2
2
6
Коррозия металла трубы
4
6
6
5
6
Ошибочные действия персонала при
эксплуатации
0
1
0
1
3
Заводской брак трубы
1
1
0
2
0
Внешнее механическое повреждение
при проведении работ
1
1
1
4
1
Нефтепроводы
5
8
2
1
5
Несанкционированные врезки
1
3
1
1
0
Брак строительно-монтажных работ
0
3
1
0
2
Коррозия металла трубы
0
1
0
0
1
Ошибочные действия персонала при
эксплуатации
2
0
0
0
1
Внешнее механическое повреждение
при проведении работ
2
0
0
0
0
Воздействие стихийных явлений
природного происхождения
0
1
0
0
1
Нефтепродуктопроводы
0
2
2
1
0
Брак строительно-монтажных работ
0
1
1
0
0
Несанкционированные врезки
0
1
1
1
0
25
26
13
16
21
Итого:
Проведенный анализ статистических данных по аварийности и
травматизму на объектах нефтегазового комплекса показал, что отрасль
является потенциально опасной с повышенным уровнем профессионального
риска. Наибольшее количество аварий (80 в период с 2008-2012гг.) произошло
на
объектах
нефтехимической
и
нефтегазоперерабатывающей
промышленности и объектах нефтепродуктообеспечения, наименьшим
количеством аварий характеризуются объекты магистральных трубопроводов.
Выявлено, что наибольший травматизм характерен для объектов
нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей промышленности и
270
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
объектов нефтепродуктообеспечения, что объясняется сложностью
технологических процессов и постоянным пребыванием рабочего персонала в
опасных зонах.
Исходя из выше изложенного, необходимо усилить меры обеспечения
безопасности на объектах нефтегазовой комплекса, что достигается
внедрением системы управления профессиональными рисками. Наибольший
эффект снижения аварийности и профзаболеваний при использовании
системы управления рисками можно получить за счет снижения
«человеческого фактора».
Методики снижения профессионального риска, основанные на учете
человеческого фактора, включают в себя профессиональный отбор и
профессиональное обучение. Организация безопасной деятельности преследует
воспитательную цель, прививая человеку свойства обеспечения безопасного
труда.
Главной задачей воспитания безопасного поведения на производстве
следует считать создание положительного отношения (настроя) к вопросам
обеспечения безопасности. Выбор того или иного метода (форма)
воспитательного
воздействия
следует
осуществлять
на
основе
предварительной оценки степени интереса рабочих групп к этим вопросам.
Основные её методы приведены на блок-схеме (рис.6) [3].
Система профессионального отбора должна служить своеобразным
«фильтром», препятствующим приему на работу лиц с физиологическими и
психологическими характеристиками, не отвечающими требованиям
соответствующих технологических процессов.
Определение профессиональной пригодности производится путем
тестирования не только при нормальном течении соответствующего
технологического процесса, но и при действии внешних возмущений,
вызывающих экстремальные параметры процесса. То есть, должна
оцениваться также способность к экстремальному действию.
В практике такая сложная взаимосвязь параметров в системе человекмашина для профотбора обычно решается в три этапа.
271
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 6. Система организации безопасной деятельности
Первый этап – отбор по медицинским показателям. Он
осуществляется на уровне медицинских учреждений.
Второй – степень пригодности. Основной его целью является оценка
в направлениях: профотбора, повышении квалификации (обучение) и
профаттестации (контроль). В этом случае возможно формирование
контингента трёх групп: безусловно пригоден, условно пригоден и
непригоден.
Третий этап – контрольный. На этом этапе решаются вопросы
планового контроля, проводимого с целью оценки изменений индивида в
процессе обучения или работы и его соответствия в данных условиях, а также
подтверждение правильности решения вопросов на первых двух этапах.
Обучение безопасной деятельности является способом выработки
навыков безопасного труда. Содержание обучения должно формировать:
- знания - способность узнавать, инфицировать отдельные явления;
- понимания - способность объяснить данное явление;
- применение - способность прилагать и использовать знания и
понимания в конкретных практических ситуациях;
- анализ - способность разложить данное явление на его компоненты;
- синтез - способность воспроизвести данное явление по его
составляющим;
- оценки - способность критически осмыслить данное явление.
Обучение
безопасному
труду
неразрывно
связано
с
профессиональным.
Методы повышения уровня безопасности являются мало затратными
272
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
и хорошо разработанными, но мало используемые в производстве.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Давыдкин С.А., Намычкин А.Ю. Анализ аварий на объектах нефтегазовой
промышленности. Технологии техносферной безопасности №6, 2007.
2.Годовой отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору за 2012г.
3.Безопасность жизнедеятельности: Конспект лекций. Ч. 2 / П.Г. Белов, А.Ф.
Козьяков, С.В. Белов, Г.П. Павлихин и др.; Под ред. С.В. Белова. – М.: ВАСОТ, 1993. – 164 с.
УДК 34.35
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК БИОТЕСТИРОВАНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД НА АКВАРИУМНЫХ РЫБКАХ.
А.А. Амосова, С.А. Сапронов
ФГБОУ ВПО СамГТУ, г. Самара, РФ,
amosovaantonina@yandex.ru
В настоящее время на территории только Самарской области
находится больше сотни накопителей, предназначенных для хранения
нефтесодержащих отходов,
Подмассивные сточные воды в составе
стандартного накопителя занимают до 90% всего объема, при этом уровень
загрязнения данных вод нефтепродуктами сильно варьирует. Сравнительный
анализ количественного содержания нефтепродуктов в сточных водах
пятнадцати накопителей Самарской области показал, что фактическое
содержание нефтепродуктов превышает величину ПДК в 130 - 1100 раз.
Общеизвестно, что нефтепродукты обладают ярко выраженной
биологической активностью, поэтому их количественное содержание во
многом определяет токсичность сточной воды. Однако расчет класса
опасности данных вод в соответствии с Приказом №511 «Об утверждении
критериев отнесения к классу опасности…» [1] показал, что воды
исследуемых накопителей относятся к пятому классу опасности для
окружающей среды. Пятый класс опасности указывает на то, что данные
воды не опасны и не токсичны для окружающей среды, в то время как многие
исследователи утверждают, что превышение величины ПДК нефтепродуктов
в 500 и более раз губительно воздействует на биоценоз как водной, так и
почвенной среды [2,3].
Выявленные несоответствия побудили нас исследовать токсичность
данных сточных вод и определить их класс опасности экспериментальным
способом. Для решения данной задачи были выбраны два животных тестобъекта. Первым тест-объектом выступили рыбки рода Гуппи, являющиеся
273
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
стандартным объектом для исследования биологической активности
различных токсикантов [4]. Вторым объектом выступили рыбки семейства
Цихлиды, редко использующиеся для стандартного биотестирования, но
обладающие наряду с гуппи необходимыми качествами лабораторного тестобъекта (высокая чувствительность к токсикантам, высокая рождаемость,
неприхотливость к лабораторным условиям разведения).
Оценку биологической активности сточных вод осуществляли
следующим методом: 10 рыбок каждого вида помещали в 500 мл сточной
воды одного из пятнадцати накопителей в разбавлениях 1:10000, 1:1000,
1:100, 1:10 и 1:0 [5]. Всего было проведено 550 экспериментов. Исследование
биологической активности сточной воды показало наличие двух совершенно
разных ответных реакций гуппи и цихлид. Исследуемые тест-параметры
цихлид не изменялись под воздействием токсиканта и не отличались от
контрольных значений, в то время как у гуппи наблюдалось изменение
частоты дыхания и т.д. В таблице 1 представлены результаты исследований
двух образцов №13 и №15 (сточные воды накопителя УКПН-2, пруды №4 и
8А) с максимальным содержанием нефтепродуктов.
Эксперименты по исследованию острой токсичности пятнадцати
образцов показали, что выживаемость рыбок обоих видов снижалась с
увеличением времени нахождения в растворе и концентрации
нефтепродуктов. Сравнивая выживаемость в растворах из различных
накопителей, можно сказать, что наибольшую токсичность проявляла
подмассивная вода из накопителя УКПН-2 пруды №4 и 8А (образцы №13 и
№15).
Выявленные различия указывают на высокую степень межвидовой
чувствительности к данному токсиканту, что делает некорректным
исследование данного типа токсикантов на одном виде гидробионтов в
соответствии со стандартной методикой биотестирования.
Исследование токсичности тестируемых растворов в разведениях
1:100, 1:10 и 1:0, соответствующих 3, 4 и 5 классам опасности для
гидробионтов [5], позволило определить экспериментальный класс опасности
сточных вод (см. таблицу 2).
Выявленные
несоответствия
между
расчетными
и
экспериментальными данными указывают на необходимость подкрепления
методики расчета класса опасности - экспериментальными исследованиями
на живых организмах, позволяющими дать комплексную оценку
биологической активности и экологической опасности сточных вод в целом.
274
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Таблица1 Оценка биологической активности сточных вод на
гидробионтах
№ образца
Тестобъект
Выживаемость, %
Частота
дыхания,
кол/мин
Поведенческие реакции
Гуппи
8
150
Круговые движения на боку,
прыжки из воды, выделение
слизи
Цихлида
100
110
Норма
Гуппи
6
168
Прыжки из воды, конвульсии,
выделение слизи
Цихлида
100
110
Норма
Гуппи
100
70
Норма
Цихлида
100
110
Норма
Образец №13
Образец №15
Контрольный
образец
Класс опасности сточных подмассивных вод 15 накопителей
Таблица 2
Класс опасности
№№ п/п
Наименование
накопителя
Расчетный
(в соответствии с
Приказом №511
«Об утверждении
критерий
отнесения к
классу
опасности…….»)
5
Экспериментальный
(в соответствии
с СП 2.1.7.1386-03)
4
1.
УКПН-1
2.
УКПН-1
5
4
3.
УКПН-1
5
3
4.
УКПН-1
5
3
5.
УКПН-2
5
3
6.
AF3Y-356a
5
2
275
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Класс опасности
№№ п/п
Наименование
накопителя
Расчетный
(в соответствии с
Приказом №511
«Об утверждении
критерий
отнесения к
классу
опасности…….»)
5
Экспериментальный
(в соответствии
с СП 2.1.7.1386-03)
2
7.
АГ3у-2
8.
НЛ - С
5
2
9.
НЛ-В
5
2
10.
ЛТП-3
5
1
11.
УКПН-2
5
1
12.
УКПН - 2
5
1
13.
УКПН-2
5
1
14.
ЛТП-6
5
1
15.
УКПН - 2
5
1
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Приказ от 15 июня 2001 г. №511 «Об утверждении критериев отнесения к
классу опасности для окружающей природной среды».
2.
Поконова Ю.В. Экология нефти и газа-2009.- Издат.: СПБ.:РИКОН – С.232.
3.
Дагуров Алексей Владимирович. Влияние гуматов на токсичность
углеводородов нефти : Дис. ... канд. биол. наук, 2004.- Иркутск -137 c.
4.
Чалова А.В., Крылов А.В. Оценка качества природных и сточных вод
методами биотестирования - 2007. - Издат.: ОАО "Рыбинский дом печати" – С. 73
5.
Санитарные правила СП 2.1.7.1386-03 «Санитарные правила по
определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления».
276
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
УДК 678.5.028.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТОВ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ
ГИДРОГЕНИЗАЦИИ ИЗНОШЕННЫХ АВТОШИН
Е.А.Аубакиров, Ж.К.Каирбеков, Ж.Х.Ташмухамбетова, К.E.Бурханбеков
Научно-исследовательский институт Новых химических технологий и
материалов, , г. Алматы, Казахстан
E-mail: miral.64@mail.ru
В последние годы во многих странах мира, наряду с термической
переработкой
отходов
полимерных
материалов,
автошин
и
резинотехнических изделий, широкое развитие получили методы их
каталитической гидрогенизации. Интерес к данному способу переработки
углеродсодержащих отходов обусловлен тем, что использование
катализаторов способствует повышению эффективности переработки
вторичного сырья в ценные продукты и энергоносители. Процесс
сопровождается увеличением выхода жидких продуктов с повышенным
содержанием ароматических и разветвленных углеводородов [1, 2].
В работе представлены результаты ИКС-анализа образцов жидких
продуктов гидрогенизации изношенных автошин. Процесс гидрогенизации
автошин, измельченных до состояния крошки, проводили при температуре
4000С под давлением, в присутствии катализатора на основе отходов
ферросплавного производства и источника водорода - пастообразователя на
основе тяжелого нефтяного остатка.
Анализ фракций, кипящих в интервалах температур 80-1800С
(фракция 1), 180-2500С (фракция 2) и 250-3200С (фракция 3) обнаружил
присутствие в ИК-спектрах полос поглощения -СН3 группы в области частот
2956,41 см-1, 2955,68 см-1, -СН2 группы в области частот 2854,23 см-1, 2853,86
см-1 и маятниковых деформационных колебаний -СН2 группы в области
частот 721,70 см-1, 721,96 см-1, характерных для парафино-нафтеновых
углеводородов.
Содержание ароматических углеводородов было подтверждено
наличием слабых ассиметричных деформационных колебаний -СН3 группы в
области частот 1465,34 см-1, 1457,54 см-1, характерных для производных
алкилбензолов; симметричных деформационных колебаний -СН3 группы в
области частот 1377,64 см-1, 1377,38 см-1, характерных для производных
метилбензола; колебаний –СН группы ароматического кольца в области
частот 1607,23 см-1, 1602,18 см-1; колебаний 1,2,4 и 1,3- замещенных
производных бензола в области частот 965,40 см-1, 965,25 см-1, 909,06 см-1,
744,81 см-1, 874,39 см-1, 811,77 см-1, 807,18 см-1, свидетельствущих о
незначительном присутствии ароматических углеводородов.
277
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Путем сравнения инфракрасных спектров фракций, отогнанных в
обозначенных интервалах температур, было установлено присутствие
большого количества парафиново-нафтеновых углеводородов во фракциях 1
и 2. Во фракции, кипящей в интервале температур 250-3200С, установлена
вероятность присутствия ароматических углеводородов, сопряженных с
парафиновыми цепями.
Таким образом, на основании проведенных анализов показано, что
полученные из отходов изношенных автошин методом каталитической
гидрогенизации легкокипящие топливные дистилляты, благодаря своему
углеводородному составу, представляют интерес в качестве сырья для
выработки синтетического моторного топлива. Использование в качестве
катализатора и пастообразователя отходов неорганических и органических
производств также соответствует принципам ресурсосбережения и требует
более тщательного изучения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Gobin, K. Polymer degradation to fuels over microporous catalysts as a novel
tertiary plastic recycling method / K. Gobin, G. Manos // Polym. Deg. Stab. 2004. Vol. 83. P. 267.
2. Hesse N. Polyethylene Catalytic Hydrocracking by PtHZSM-5, PtHY, and
PtHMCM-41 / N. Hesse, R. L. White // J. Appl. Polym. Sci., 2004. Vol. 92, P. 1293 – 1301.
УДК 663.18:579.69
ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОТРАБОТАННОГО
ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩЕГО БУРОВОГО РАСТВОРА
В.В. Ермаков Е.В. Максина
ФГБОУ ВПО "СамГТУ", г. Самара, РФ
Levlen13@rambler.ru
Одним из наиболее крупнотоннажных отходов нефтяной и газовой
промышленности является отработанный буровой раствор. Стабилизация
коллоидной системы бурового раствора происходит за счёт использования
органических полимеров. Наиболее применимыми являются такие
полисахариды, как ксантан, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), гуаровая
камедь и другие.
Месторождения нефти и газа находятся в основном в
труднодоступных регионах страны: на Севере Западной Сибири, Крайнем
Севере и др. В этих регионах наблюдаются сложные геологические и
климатические условия [1]. Переработка отработанного бурового раствора,
особенно в условиях территорий с неразвитой инфраструктурой,
278
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
затруднительна. Значительное содержание воды в отходе делает
нерентабельной его транспортировку на значительные расстояния.
Перспективными являются биологические методы утилизации,
основанные на природной способности микроорганизмов вырабатывать
ферменты класса гидролаз в процессе своей жизнедеятельности. Источником
таких микроорганизмов может выступать пивная дробина. Остающийся в ней
органический
материал
является
одновременно
субстратом
для
иммобилизации микрофлоры и питательной средой, что позволяет сохранять
активность микрофлоры в течение длительного времени при хранении и
транспортировке.
В конкретном буровом растворе могут присутствовать несколько
полимерных соединений. Существенное влияние на вязкость растворов
оказывают макромолекулы полисахаридов, свернутые в спираль. [2].
Деструкция одного вида полисахарида из всей композиции инициирует
разворачивание всей спирали.
До настоящего момента работы в области деструкции отработанного
полимерсодержащего бурового раствора под воздействием микроорганизмов
не проводились.
В
настоящем
исследовании
оценивалась
стойкость
к
ферментативному разложению растворов полимеров, наиболее широко
применяемых при изготовлении композиций буровых растворов. Среди них КМЦ, гуаровая камедь, ксантан. Также для эксперимента использован
отработанный буровой раствор, содержащий в своем составе данные
полимеры.
В качестве показателя эффективности деполимеризации в
эксперименте использована вязкость среды. Она являлась индикатором
скорости процесса осаждения частиц.
Определение вязкости растворов основывалось на методе Стокса.
В экспериментах в качестве материала для иммобилизации
ферментирующих микроорганизмов выступала пивная дробина. Также в
настоящем исследовании использовался готовый ферментный препарат как
вариант многократно избыточного количества фермента.
Установлено, что микрофлора пивной дробины способствовала
деструкции макромолекул гуаровой камеди и КМЦ (Рис. 1, 3). Биологическая
деструкция для данных видов полимеров с использованием пивной дробины
заканчивалась на 30-50% быстрее естественного гидролиза.
279
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 1. Изменение вязкости раствора гуаровой камеди с течением времени
Рис. 2. Изменение вязкости раствора КМЦ с течением времени
Добавление пивной дробины не повлияло на скорость деструкции
ксантана.
Рис. 3. Изменение вязкости раствора ксантана с течением времени
280
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Проводилась оценка влияния рН среды на процесс разложения
растворов полимеров. При использовании КМЦ эффективность снижения
вязкости при естественном разложении сильнее проявляет себя в кислой
среде. При разложении с помощью пивной дробины эффективность достигает
еще большего значения в кислой среде (Рис. 4, 5).
Рис. 4. Изменение вязкости при разных уровнях рН при естественном разложении
Рис. 5. Изменение вязкости при разных уровнях рН при при ферментативном
разложении
Снижение вязкости растворов гуаровой камеди и при естественном и
при ферментативном процессе менее эффективно протекает в кислой среде.
Естественное разложение и ферментативная деструкция мало зависят от
повышения щёлочности (Рис. 6,7).
281
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 6. Изменение вязкости при разных уровнях рН при естественном разложении
Рис. 7. Изменение вязкости при разных уровнях рН при ферментативном
разложении
Вторым показателем эффективности разложения отработанных
буровых растворов была использована скорость осаждения минеральной
части.
Основную массу минеральной части ОБР составляют частицы
размером менее 0,25 мм. Они легче других и достаточно жестко включаются
в полимерную структуру.
Скорость осаждения частиц определялась по уравнению Стокса.
При добавлении пивной дробины предполагается меньшее время
осаждения минеральной части ОБР в связи с увеличением скорости
деградации молекул полимеров.
В целях имитации воздействия пивной дробины без влияния
вносимых крупных органических частиц, в вязкий раствор полимеров
добавлялся уже готовый фермент.
Растворы КМЦ и гуаровой камеди в течение нескольких минут после
добавление фермента становились маловязкими. Реакция протекала с
большой скоростью. Время индукции практически отсутствовало.
Молекулы ксантана, адсорбируя молекулы воды, формируют
трехмерную сетку из двойных спиралей ксантана, связанных
межмолекулярными водородными связями. Поэтому ферменты, выделяемые
микроорганизмами пивной дробины, не способны разорвать прочную сетку
раствора ксантана, как неспособен и готовый ферменный препарат.
Дальнейшие исследования влияния ферментов на обезвоживание
отработанного бурового раствора позволит выработать механизм обращения
с отходами бурения, основанный на биоразложении.
282
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Орешкин, Д.В. Геоэкологические проблемы утилизации бурового шлама на
Ямале [Текст] / Д.В. Орешкин, Г.П. Сахаров, А.Н. Чеботаев, А.С, Курбатова // Вестн. МГСУ:
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология.
– 2012. – Вып. 2. – С. 125-129.
2. Валиева, О.И. Исследование эффектов синергетического взаимодействия
ксантановой и гуаровой смол в водных растворах / О.И. Валиева, О.Ю. Шарова, В.Ю.
Клеттер, Р.А. Мулюков, И.М. Борисов // Вестн. Башкирского университета. - 2013. - Том 18,
№ 1.
УДК 665.6
ФИТОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДООЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Л.М. Журавлева
Самарский государственный технический университет
г. Самара, Россия
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой.
Все более возрастающие потребности промышленности и сельского
хозяйства в воде заставляют искать разнообразные средства для
рационального использования водных ресурсов. Эффективными способами
снижения потребления пресной воды промышленными предприятиями
является разработка новых технологических процессов, исключающих
попадание в сточные воды загрязнителей, и совершенствование методов и
технологий очистки сточных вод.
Наиболее распространенным способом удаления органических
веществ из сточных вод нефтехимических предприятий
является их
биологическая очистка. В России биологические очистные сооружения (БОС)
составляют около 55% от общего числа всех очистных сооружений. Многие
БОС, введенные в эксплуатацию несколько десятков лет тому назад в
соответствии с природоохранными нормативами того времени, не
обеспечивают содержание в очищенных сточных водах биогенных элементов
(солей азота и фосфора). Поступление биогенных элементов в природные
водоемы в концентрациях, превышающих предельно допустимые (ПДК),
приводит к эвтрофикации (цветению) водоема и гибели водной флоры и
фауны.
В сточных водах азот представлен в основном в виде минеральной
+
(NH4 , NO2-, NO3-) и органической (аминокислоты, белок тканей организмов,
органические соединения) составляющих. В виде аммиака или мочевины в
283
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
сточных водах присутствует 80-90% всех азотсодержащих веществ.
Бактериальное превращение азота при очистке сточных вод в БОС
представлено на рис. 1 [1].
Одним из способов снижения содержания биогенных элементов
(солей азота и фосфора) в сточных водах после их очистки на БОС является
использование вьющей водной растительности (макрофитов). Способ
основан на процессах естественного самоочищения. Замечено, что в
эвтрофных
водоемах,
традиционно
загрязняемых
азоти
фосфорсодержащими веществами, вырабатываются природные формы
защиты от перегрузки по биогенным веществам. В качестве адаптационной
защиты эти водоемы зарастают камышом, рогозом и другими водными
растениями, активно потребляющими биогенные элементы.
Интенсивные исследования по доочистке промышленных стоков
высшими водными растениями (ВВР) ведутся в последние 10-15 лет.
Достоинством этого способа, получившего название фиторемедиация,
является очищение сточных вод от ионов тяжелых металлов, органических
соединений, моющих веществ, различных ядов и радионуклидов. При этом в
фитомассе и в воде уничтожаются вредные бактерии, вода обогащается
кислородом, полученным в результате биосинтеза, а большая часть
токсичных веществ расщепляется на составные химические элементы.
Избыточного накопления опасных количеств вредных веществ в ВВР не
происходит [2]. Очистку сточных вод с помощью ВВР можно считать самым
эффективным и дешевым способом, так как, по оценкам специалистов, на
сегодняшний день затраты на фиторемедиацию обычно не превышает 20%
затрат на альтернативные технологии.
284
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис.1 Бактериальное превращение азота
Сооружения и устройства, в основу которых положено
использование очистных свойств высших водных растений (ВВР), сообществ
макрофитов, относят к категории водоохранных. При рассмотрении
характеристик и параметров работы водоохранных сооружений с ВВР
выделяют
следующие основные типы: ботанические площадки;
фитофильтрационные устройства; биологические пруды; искусственные
заболоченные участки; биоплато; биоинженерные сооружения.
На Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе накоплен опыт
использования в биоинженерном фильтре высшего водного растения
эйхорнии (Eichhor nia) для доочистки сточных вод после прохождения ими
БОС. Существенным ограничением для широкого использования эйхорнии в
процессах фитотехнологий является его требовательность к температурным
условиям: в зимний период необходимо сохранять растения в теплых
помещениях или в утепленных плавучих парниках. Для ликвидации избытка
в промышленных сточных водах биогенных веществ предлагается
использовать различные ВВР: ряску, уруть, нителлу, элодею, валлиснерию
285
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
спиральную, рдест курчавый и другие. Экспериментально показано, что эти
водные растения успешно поглощают соли аммония и фосфора.
В природных водоемах Поволжья, в естественных условиях,
произрастают ВВР, которые могут использоваться в процессах
фитотехнологической доочистке сточных вод. В табл. 1 представлены
морфологические данные различных видов ВВР [3].
Морфологические данные различных видов ВВР
Таблица 1
Вид ВВР
Удельная
биомасса,
г/см2
Коэффициент
эффективности
Площадь
субстрата,
м2 /м2 акватории
Рогоз широколистный
0,232
0,06
1,884
Тростник обыкновенный
0,113
0,1
1,540
Элодея канадская
0,043
0,3
-
Рдест стеблеобъемлющий
0,017
0,75
-
Ряска малая
0,034
0,38
-
Валлиснерия спиральная
0,0128
1,0
49,000
Наименьший показатель удельной биомассы и максимальный
показатель площади поверхности субстрата на единице площади акватории
(табл. 1) имеют валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis) и рдест курчавый
(Potamogeton crispus), поэтому эти ВВР целесообразно использовать в
биоинженерном фильтре в условиях Поволжья.
Определяющим фактором для выбора валлиснерии спиральной и
рдеста курчавого служит то, что они являются погруженными. В отличие от
воздушно-водных растений погруженные виды ВВР более активно насыщают
воду фотосинтетическим кислородом в течение всего периода вегетации, а
валлиснерия спиральная - круглогодично. При использовании валлиснерии
спиральной в фитотехнологической доочистке сточных вод появляется
возможность их круглогодичного использования за счет обеспечения
необходимого температурного режима для их жизнедеятельности (от +14°С
до +25°С) температурным режимом очищаемых сточных вод, имеющих
колебания температуры в течение года от +12°С до +26°С. В холодное время
года перечисленные факторы предотвращают вымерзание растений,
вследствие чего отпадает необходимость постройки специальных
сооружений оранжерейного типа.
В теплое время года в сточных водах ОАО «КНПЗ» г. Самары,
подвергшихся биологической и фитоочистке, наблюдаются превышения
нормативов биогенных элементов, поэтому возникает необходимость
286
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
дополнительной очистки сточных вод от соединений азота и фосфора. В
работе [4] для фитоочистки ВВР сточных вод предлагается специальное
устройство, которое может устанавливаться на вторичные или третичные
отстойники.
Из анализа работы сооружений фитоочистки сточных вод ОАО
«КНПЗ» г. Самары следует, что описанное устройство целесообразно
установить в третичном отстойнике. Предварительные расчеты показали, что
после фитодоочиски сточные воды предприятия будут соответствовать
нормативным показателям, установленным для сбрасываемых стоков.
Ориентировочный срок окупаемости затрат на фитодоочистку сточных вод
составит 2 года.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шеломков А.С. Технология одностадийного процесса нитри- денитрификации /
А.С. Шеломков // Водоснабжение и санитарная техника - 1996. - № 6. - С. 19 -21.
2. Краву В.В. Высшая водная растительность как элемент очистки сточных вод /
В.В. Краву, Л.Б. Бухгалтер, А.П. Акользин // Экология и промышленность России. - 1999. №8.
3. Гмызина Н.Б. Защита водных объектов от загрязнения нефтепродуктами с
помощью биоинженерных систем / Дис. ... канд. техн. наук: 25.00.36: - Екатеринбург, 2003.
4. Тимофеева С.С. Биотехнология обезвреживания сточных вод / С.С. Тимофеева //
Химия и технология воды. - 1995. - № 5.
УДК 665.6
МОДЕРНИЗАЦИЯ РАБОТЫ АЭРОТЕНКОВ ОАО «КНПЗ»
г. САМАРЫ
Л.М. Журавлева
Самарский государственный технический университет
г. Самара, Россия
Сточные воды и отходы нефтеперерабатывающей отрасли
представляют серьезную угрозу равновесию в биосфере. В настоящее время
существенным образом изменились цели и задачи очистки сточных вод. Если
ранее ставилась задача удаления органического углерода и взвешенных
веществ (углеродная фаза биологической очистки), то сейчас наиболее
приоритетным становиться изъятие биогенных веществ – азота и фосфора,
вызывающих эвтрофикацию водоемов. Изменилось содержание углеродной
фазы – вместо окисления органических веществ молекулярным кислородом
применяется восстановление нитритов и нитратов за счет той же самой части
БПК 5 при использовании химического дыхания гетеротрофных бактерий
287
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
активного ила. Использование кислорода нитритов и нитратов при
денитрификации способствует повышению экономичности процесса очистки
по сравнению с традиционным способом двухфазного последовательного
окисления углерода и азота.
Любое сооружение для биологической обработки тех или иных
субстратов является своеобразной экологической системой с определенными
условиями и со сложившимся биоценозом. От естественных экосистем,
примерами которых могут служить поля фильтрации, биологические пруды,
искусственные экосистемы очистных сооружений отличает высокая
плотность бионаселения и концентрация питательных веществ, возможность
поддержания в них оптимальных условий для жизнедеятельности организмов
биоценоза. Все эти особенности искусственных экосистем позволяют
добиться высокой интенсивности биохимических процессов в очистных
сооружениях. В то же время по своей сущности процессы биологического
окисления в природных условиях и в очистных сооружениях аналогичны. На
рис. схематически представлены процессы, которые являются общими для
обоих процессов – аэробного и анаэробного. Отличие состоит в том, что
аэробные процессы протекают с участием строго аэробных микроорганизмов,
в присутствии растворенного кислорода, обеспечиваемого с помощью
энергоемких систем аэрации, а анаэробные процессы осуществляются строго
и факультативно анаэробными микроорганизмами, в отсутствие кислорода и,
соответственно, при этом нет необходимости в системах аэрации.
Кроме этого принципиального различия по отношению к
кислородным условиям аэробные процессы характеризуются тем, что
катаболизм происходит более полно, с окислением органических загрязнений
до диоксида углерода и воды, и поэтому после них очищенные сточные воды
могут сбрасываться в водоемы без особого вреда для последних. В
анаэробных же процессах органические вещества не окисляются полностью,
и часть энергии исходного субстрата сохраняется в достаточно сложных
промежуточных продуктах анаэробного сбраживания и в выделяющемся при
этом биогазе (газах брожения). Остаточные промежуточные продукты
сбраживания предрасположены к последующему окислению с потребление
кислорода, что делает невозможным сброс анаэробно обработанных стоков
непосредственно в водоем, т.к. это может привести к созданию кислородного
дефицита в нем. Таким образом, после анаэробной очистки сточных вод
необходима последующая ступень аэробной очистки.
288
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Катаболизм / разложение-окисление
органических веществ с выделением
энергии
Сточные
воды
Органические
вещества
Биоценоз
(микроорганизмы)
Анаболизм / усвоение питательных
веществ и создание структурных
элементов клеток микроорганизмов
(рост биомассы)
вещества
Отходы метаболизма и
биорезистентные вещества
Рис. Превращение органических веществ в биологических процессах очистки [1].
Существует еще одно важное отличие между аэробными и
анаэробными процессами, которое заключается в количестве органических
веществ, превращаемых в клеточный материал, т.е. в анаболизме. Речь идет о
приросте биомассы, который становится осадком, требующим определенной
обработки. Степень превращения органических веществ в биомассу резко
отличается для этих двух процессов. Так, при аэробной биологической
очистке с помощью активного ила 50-80% органических загрязнений,
выраженных через ХПК, превращается в прирост биомассы – избыточный
активный ил, который нужно удалить из системы очистки и подвергнуть
обработке. При анаэробной очистке только 10% органических веществ идут в
прирост биомассы, а основная часть органических веществ анаэробными
микроорганизмами потребляется для получения энергии, выход которой в
реакциях энергетического обмена невелик. Поэтому для получения энергии,
необходимой для синтеза клеточного вещества микроорганизмам приходится
перерабатывать большое количество органических веществ.
ОАО «Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод» - дочернее
предприятие нефтяной компании «Роснефть», работающее по топливной
схеме с наличием отдельных нефтехимических производств. В процессе
работы технологического оборудования образуются сточные воды, состав
которых напрямую связан с технологией основного производства и
применяемого оборудования, а также от номенклатуры получаемых товарных
продуктов. Стоки, образующиеся на ОАО «КНПЗ», характеризуются
повышением содержанием нефтепродуктов, взвешенных веществ, фенолов,
соединений азота, серы. Кроме того, часть загрязнения представлена
трудноокисляемыми и токсичными веществами.
289
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Наличие большого количества трудноокисляемых и токсичных
веществ в сточных водах ОАО «КНПЗ» обуславливает необходимость
применения современных технологий биологической очистки, основанной на
способности микроорганизмов окислять органические вещества.
На очистные сооружения предприятия сточные воды поступают
двумя потоками: нефтесодержащие сточные воды ОАО «КНПЗ» и
хозяйственно-бытовые стоки завода и населения района расположения
завода. Нефтесодержащие сточные воды поступают на биохимическую
очистку (БХО) после сооружений механической и физико-химической
очистки, расположенных непосредственно на территории КНПЗ.
В отдельные дни аэротенки очистных сооружениий не справляются
со своей задачей, что вызывает необходимость модернизации их работы. Для
интенсификации процесса биологической очистки загрязненных сточных вод
от органических примесей, действующие аэротенки можно оснастить
плоскостной загрузкой. В этом случае аэротенк будет работать как
биофильтр. Можно изменить систему подачи сточных вод и активного ила
(например, подавать активный ил или сточную воду по всей длине коридора).
Для интенсификации удаления биогенных элементов (азот и фосфор)
действующий аэротенк можно реконструировать с выделением зон
нитрификации, денитрификации и дефосфотации. Разработано большое
количество технологических схем, которые удовлетворяют различным
требованиям и к конечному составу очищенных сточных вод, и к
организации самого процесса биологического удаления биогенных элементов
[2]. Кроме того, возможно применение реагентов.
Наличие большого количества трудноокисляемых и токсичных
веществ в сточных водах ОАО «КНПЗ» обусловливает необходимость
применения
аэротенков
с
иммобилизованной
микрофлорой
и
технологических процессов с нитри-денирфикацией.
На основании анализа фактических данных действующих очистных
сооружений БХО, а также кинетических исследования на сточной воде с
активным илом в работу действующих аэротенков целесообразно внести
изменения.
1. В аэротенках I-ой ступени использовать иммобилизованную на
инертной загрузке микрофлору с целью интенсификации процесса очистки
стоков от нефтепродуктов, повышения устойчивости системы к токсическим
субстратам, гидравлическим перегрузкам и уменьшению выноса взвешенных
веществ на последующие ступени очистки.
2. В аэротенках II- ой ступени с целью обеспечения нормативов по
окисленным формам азота (нитратам и нитритам) необходимо применить
технологию нитри-денитрификации, которая обеспечит параллельное
удаление органических загрязнений и соединений азота и фосфора.
290
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мишуков Б.Г. Технология удаления азота и фосфора в процессах очистки
сточных вод / Б.Г. Мишуков, Е.А. Соловьева, В.А. Керров, Л.Н. Зверева // Вода: технология и
экология. – СПб.-2008.
2. Жмур Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на
сооружениях с аэротенками / Н.С. Жмур. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512 с. – ISBN5-901652-0503.
УДК 504.06
ПРИМЕНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
ЗЕМЛИ ПРИ МОНИТОРИНГЕ НЕФТЕШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ
Е.В. Раменская, В.В. Ермаков
СамГТУ, г. Самара, Россия,
iljushinakatja@rambler.ru
На современном этапе развития метод дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ) широко применяется для решения многих экологических
проблем, включая экологический мониторинг техногенных объектов.
Дистанционный экологический мониторинг позволяет получить массовую,
экспрессную информацию о загрязнении почвы и водных объектов.
Среди всех отраслей промышленности большой вклад в загрязнение
окружающей среды вносит топливная энергетика: объекты добычи,
транспортировки и переработки нефти. По оценкам специалистов ежегодно
теряется в результате аварий 1-3% добываемой в России нефти [1].
Образующийся нефтяной шлам хранится в нефтешламонакопителях,
занимающих большие по площади территории. Для оперативного
экологического мониторинга участков аварийных разливов нефти и
нефтепродуктов и периодической инвентаризации объектов размещения
нефтесодержащих отходов считается целесообразным применение средств
ДЗЗ.
В связи с этим была проведена работа, связанная с оценкой
эффективности применения ДЗЗ при мониторинге объектов размещения
нефтесодержащих отходов, где определяется возможность идентификации
нефтезагрязненных участков по данным дистанционного зондирования.
Объектом исследования выбрана территория установки комплексной
подготовки нефти (УКПН), где располагаются нефтешламонакопители,
образованные в ходе эксплуатации УКПН и при ликвидации аварийных
разливов нефти. Сведения о свойствах и составе объектов получены в ходе
плановой инвентаризации объектов размещения отходов на данном участке
специалистами НЦПЭ СамГТУ.
291
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
В работе использованы снимки, полученные в ходе авиационной
съемки выбранной территории специалистами ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБПрогресс». Снимки сделаны с использованием гиперспектральной
аппаратуры и характеризуются пространственным разрешением 2м/пиксель
(рис.1.).
Рис. 1 Гиперспектральный снимок территории УКПН
На рис. 1 визуально трудно различить участки, загрязненные нефтью
и нефтепродуктами, от других слабоотражающих объектов. Для
идентификации на снимке загрязненных участков используются методы
контролируемой и неконтролируемой классификаций, которые используют
спектры отражения точки для отнесения её к определенному типу
поверхности.
Неконтролируемая классификация проведена с использованием
алгоритмов Iso-data и K-means. Алгоритмы показали сходные результаты. В
качестве входных параметров задается: число выделяемых на снимке классов,
число итераций, максимальное стандартное отклонение внутри класса; порог
сходимости.
В результате классификации на снимке отчетливо выделены участки
нефтешламонакопителей. Недостаток классификации заключается в том, что
разные по своей природе объекты, такие как накопители и объекты с низкой
отражательной способностью, например, вода, тени от построек,
растительности визуально объединены в один класс. Поэтому без
предварительной информации об объекте интерпретация снимка будет
затруднена или невозможна. Этого недостатка позволяет избежать
контролируемая классификация. Для её осуществления необходимо иметь
спектральные характеристики объекта аналогичного выделяемым.
Контролируемая классификация (с обучением) проведена тремя
методами: параллелепипедов, минимального расстояния и максимального
правдоподобия. Результаты классификаций приведены на рис. 2-4.
292
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 2 Классификация снимка методом минимального расстояния
Рис. 3 Классификация снимка методом параллелепипедов
Классификация с обучением не дала удовлетворительного
результата, так как на снимках правильно идентифицировано менее 70%
объектов[2]. При классификации методом минимального расстояния тени от
объектов и нефтешламонакопители на основе спектральных свойств
разделены на два класса (серый и чёрный, соответственно), однако на снимке
идентифицированы не все нефтешламонакопители.
При классификации снимка методом параллелепипедов (рис.3)
получены
следующие
результаты:
серым
цветом
обозначены
нефтешламонакопители, чёрным - тени от растительности и построек.
Замечено, что часть нефтешламонакопителей ошибочно классифицирована
как тени от различных объектов.
293
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 4 Классификация снимка методом максимального правдоподобия
Метод
максимального
правдоподобия
определяет
все
нефтешламонакопители, но при классификации также выделены объекты, не
имеющие отношение к объектам размещения нефтесодержащих отходов. На
рис. 4 чёрным и тёмно-серым цветами обозначены участки, загрязненные
нефтепродуктами, светло-серым отмечены тени и другие слабоотражающие
объекты. Некоторые нефтешламонакопители имеют не однородную окраску.
Для проведения данной работы использовалась демо-версия
программного пакета ENVI 4.5 [3].
Таким образом, в работе доказана возможность использования
гиперспектральных снимков для распознавания типа поверхности и
идентификации нефтезагрязненных участков и определена потребность в
разработке
специализированного
алгоритма
идентификации
нефтезагрязнений, возможно,
на основе использованных алгоритмов
классификаций с обучением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Семенова И.В. Промышленная экология: учеб. пособие для студ. высш. учеб.
заведений / И.В. Семенова. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 528с.
2.
Токарева О. С. Обработка и интерпретация данных дистанционного
зондирования Земли: учебное пособие / О.С. Токарева.- Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2010. - 148 с.
3.
Программный комплекс ENVI: [Электронный ресурс], 2014г. URL:
http://envisoft.ru/demo.html
294
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
УДК 504.064.4
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Н.Ю. Хохлова
СамГТУ, Самара, Россия,
NataliX99@mail.ru
Почва – биологичеки активная среда, насыщенная большим
количеством всевозможных микроорганизмов, бактерий, грибков.
Наиболее важная составная часть почвы – гумус, в состав которого
входят высокомолекулярные органические кислоты, соли и другие вещества.
Другая важная составная часть почвы – почвенные коллоиды,
представляющие собой совокупность мелких органических и минеральных
частиц, обеспечивают ионообменную способность, кислотность и буферность
почвы.
Загрязнение земель нефтью и пластовыми рассолами становится
одной из крупнейших экологических проблем не только отдельных регионов
России, но и страны в целом. В результате освоения и эксплуатации
нефтяных месторождений, загрязнение земель технологическими и
аварийными разливами охватывает значительные площади.
При незначительном загрязнении почва способна с течением времени
восстанавливаться. Но абсолютное большинство аварийных разливов
вызывают во многом необратимые повреждения природных комплексов. В
настоящее время основными способами ликвидации нефтяных разливов на
местностях являются их механический сбор, в ряде случаев с использованием
сорбентов, с последующим выжиганием или захоронением остатков путем
отсыпки песком или торфом.
Выжигание (особенно поверхности почвы) является наиболее
опасной формой загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного
сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества. Они
разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и
животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию
онкологических заболеваний местного населения. Содержание 3,4 см3/м3
бенз(а)пирена в образцах почв через 5 лет после сжигания почти в 2 раза
превышает его долю в идентичных образцах, не подвергнутых подобной
обработке, при этом увеличивается токсичность почв и резко снижается их
биологическая продуктивность.
Загрязнение почвы неизбежно сказывается на состоянии всей
экосистемы в целом, на состоянии здоровья, равновесии в почвенном
биоценозе: происходит вытеснение одним-двумя бурно произрастающими
295
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность
микроорганизмов.
Попадая на земную поверхность, нефть из анаэробной обстановки с
очень замедленными темпами геохимических процессов переносится в
кислородную среду, где помимо абиотических большую роль играют
биохимические факторы. Сырая нефть, содержащая до 50% легких (с
температурами кипения до 250 градусов) наиболее токсичных фракций,
подвергается физико-химическому воздействию: испарению, вымыванию,
ультрафиолетовому облучению и т. п., вследствие чего легкие и
водорастворимые углеводороды, разлагаясь, мигрируют с места разлива.
Нефть и большинство нефтепродуктов с водой не смешиваются,
растворимость их относительно не велика. Например, для жидких парафинов
и нафтеновых углеводородов она составляет 40 – 150 мг/л, что во много раз
превышает ПДК. Растворимость ароматических углеводородов еще выше –
до 500 мг/ л для толуола и 1800 мг/л для бензола.
Негативное воздействие нефтяного загрязнения на почвенный покров
можно свести к следующему:
1)
Воздействие на физические свойства почвы: заполнение
нефтью и нефтепродуктами почвенных пор, что обуславливает вытеснение
воздуха и влаги, обволакивает пленками корни растений, придает
гидрофобность почвенным агрегатам, изменяет структуру почвы и т.д.
2)
Воздействие на химические свойства почвы: изменяются
реакции почвенной среды, содержание органического вещества, азота, серы,
фосфора и многих других элементов, нарушаются свойства почвеннопоглощающего комплекса, резко падает содержание кислорода вследствие
деструкции углеводородных компонентов нефти и нефтепродуктов. В случае
воздействия сырой нефти огромное воздействие на химические свойства
почвы оказывают растворимые соли (сульфаты, хлориды, карбонаты и др.),
что по силе воздействия может даже превосходить влияние органических
элементов, приводя к образованию безжизненных техногенных солончаков
даже в гумидных ландшафтах.
3)
Токсическое воздействие на почвенную биоту и высшую
растительность: содержащиеся в нефти и нефтепродуктах разнообразные
токсичные вещества оказывают мощное воздействие на живые организмы,
особенно в первый период воздействия, в течении которого улетучиваются
наиболее токсичные низкомолекулярные углеводороды, вымываются
токсичные ароматические и полициклические вещества, водорастворимые
соли и др.
Почва самоочищается обычно очень медленно путем биологического
разложения нефти.
296
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Процесс загрязнения грунтовой среды при утечке нефти и
нефтепродуктов (НФТ) на дневной поверхности можно разделить на три
последовательных стадии. Первая, начальная, стадия характеризуется
преимущественно образованием поверхностного ареала загрязнения и
незначительная инфильтрация их в почву. На второй стадии происходит
главным образом вертикальная инфильтрация НФТ. И, наконец, на третьей
стадии происходит боковая миграция их в почвенном слое.
Границы и глубины проникновения нефтепродуктов в почву
устанавливают с помощью шурфов, закладываемых вблизи источника утечки
по контуру поверхностного ареала загрязнения.
Интегральный показатель загрязнения почвы вычисляется по
формуле:
C
Н ci  i ,
Cфi
где Сi – сумма контролируемых загрязняющих веществ;
Сфi – сумма фонового содержания загрязняющих веществ.
Скорость
восстановления
биопродуктивности
нарушенного
почвенного комплекса определяется количеством поступившей нефти и
объемом рекультивационных работ. Экспериментально доказано, что период
восстановления почвенно-растительных ассоциаций после загрязнения их
нефтью в количестве 12 л/м2 составляет от 10 до 15 лет в зависимости от
климатических и ландшафтно-геохимических особенностей территории.
Рекультивация почв должна проводиться в два этапа: технический и
биологический (ГОСТ 17.5.3.04-83).
Технический этап рекультивации включает следующие основные
виды работ. Первый вариант - грубая и чистовая горизонтальная планировка.
Второй вариант - снятие и покрытие поверхности слоем потенциальной
плодородной почвы. Третий вариант - мелиорация токсичной и загрязнённой
почвы, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородной почвы.
Биологический этап рекультивации почв начинается после
завершения
вариантов
технического
этапа
рекультивации.
Он
предусматривает проведение комплекса мероприятий, направленных на
восстановление плодородного слоя почвы со слабой степенью загрязнения
нефтью и нефтепродуктами: внесение органических и минеральных
удобрений (ГОСТ 17.3.04-83), положительно влияющих на плодородие почв:
посев житняка сибирского, пырея ползучего и последующее восстановление
полынно-кермекового и полынно-злакового биоценозов; контроль и
заключение о загрязнении почвы агрохимической службы по составу
показателей, подлежащих определению в пробах почв, отобранных до
рекультивации.
297
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
На почвах, умеренно или сильно загрязнённых нефтью,
нефтепродуктами и битуминозными веществами, после технической
рекультивации (желательно после каждого варианта) предусматривается
использование биологических препаратов (лучше всего подходит
«Деворойл», «Путидойл»), а затем биологический этап, описанный выше.
Жизнедеятельность биопрепарата «Деворойл» возможна только в условиях
достаточного обеспечения, особенно в начале фазы формирования
дерновинного слоя почвенной влагой. Наиболее благоприятными условиями
водообеспеченности почв приходится к началу полевых работ (последняя
декада марта и первая декада октября). Обработку биопрепаратом
техногенных территорий целесообразнее всего проводить рано весной или
осенью, когда верхний слой почвогрунтов имеет запас влаги.
На участках почв, имеющих различную степень загрязнения, вносят
рабочий раствор биопрепарата через распылительное устройство
нагнетательными насосами. Для этого можно использовать тракторные
штанговые опрыскиватели (ОВТ, ПОУ-1) с тракторами МТЗ-80,
дальнеструйными дождевальными машинами ДДН-100 и водополивной
машиной (автоцистерной). Применение этих технических средств возможно с
учётом особенностей рельефа местности.
Фирмой “Лео Консульт” (Германия) разработан метод интенсивной
биологической очистки загрязнённой нефтепродуктами почвы, песка, глины
и т.п. Подобраны 33 штамма бактерий общей численностью 136
микроорганизмов, которые превращают ароматические и алифатические
углеводороды в безвредные диоксид углерода и воду. Удаление
углеводородов из почвы осуществляется за 12-24 месяца.
Технология биологической обработки заключается в следующем:
загрязнённую почву, песок и т.д. освобождают от посторонних примесей –
древесины, пластмассы, мусора, крупных камней и гомогенно перемешивают
с субстратами в специальном барабане. Подготовленный таким образом
материал подлежит складированию на специально подготовленной площадке.
Поверхность площадки рассчитана на эксплуатацию в течение не менее 2 лет.
ЗапсибНИГНИ (г. Тюмень) разработан комплекс решений
ликвидации загрязнений нефтепродуктами воды, почвы, промотходов и т.д.
средством для осуществления процесса обезвреживания является сухой
бактериальный препарат “Путидойл”, полученный на основе природного
штамма углеводородокисляющих бактерий. С помощью препарата можно
обезвреживать до 20 компонентов сырой нефти. Применение препарата на
местности, загрязнённой нефтью, позволяет через 2,5 месяца восстановить
растительный покров.
Объекты добычи, перекачки, подготовки нефти и газа Центральной
Группы Месторождений располагаются на территории 8 административных
298
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
районов Самарской области, 1 административный район Оренбургской
области. Находятся непосредственно на территории 67 хозяйств занятых
сельхозпроизводством, 5 лесхозов, 22 сельских
и 3 городских
администраций,
часть
объектов
расположена
на
территории
особоохраняемых природных объектов (НП «Самарская Лука», Жигулёвский
заповедник). Протяжённость трубопроводов достигает 2652,9 км. Площадь
отведённых земель под существующие объекты и сооружения около 2035,3га.
Земли, используемые под трассы трубопроводов, не отводятся в пользование
и поэтому к указанным площадям необходимо прибавить площадь земли над
трубопроводами:
2035,3га. + (2652900 х 20м) = 2035,3га. + 5305,8га. = 7341,1 га,
и это без подъездных путей и площадок для проведения работ для
обслуживания, ремонта, ликвидации аварий на трубопроводах.
Загрязнение окружающей среды происходит в основном в результате
работы установок комплексной подготовки нефти, сепарационных установок,
а также в результате порывов нефте- и газопроводов. В результате аварий
происходит загрязнение атмосферного воздуха, плодородного слоя почвы и
естественных водоёмов.
Основным источником загрязнения земель являются порывы
трубопроводов, буровые и ремонтные работы, строительство новых объектов.
При добыче, сборе и транспорте нефти, источниками
технологических
выбросов
являются:
устьевое
оборудование
эксплуатационных скважин, групповые замерные установки и трапные
установки, сварочные посты, неорганизационные выбросы от сепараторов,
технологических насосов.
Рассмотрим безаварийный процесс эксплуатации месторождения на
примере Боголюбовского месторождения.
Месторождение находится в северо-восточной части Самарской
области в пределах Исаклинского административного района, в 30 км к юговостоку от ж/д станций Серные Воды и Сургут железнодорожной ветки
Кротовка – Сургут и в 35 км к северу от ж/д станции Подбельск
железнодорожной магистрали Самара – Уфа. Ближайшие населенные пункты
Бол.- Мал. Микушкино, Мордово-Ишуткино, Мордово-Аделяково, Старая и
Новая Боголюбовки, Самсоновка и др. связаны между собой грунтовыми
дорогами и автодорогами с асфальтовым покрытием. В 15-20 км от
Боголюбовского месторождения проходит магистральный нефтепровод,
соединяющий нефтяные месторождения Сергиевского района.
Геологические запасы нефти месторождения составляют около 12669
тыс.т., начальные извлекаемые – 6059 тыс.т. Площадь нефтеносности 11589
тыс.м2.
Промплощадка оборудована двумя насосами типа ЦНС и одним–НБ.
299
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Насосы типа ЦНС не имеют масляной ванны. В насосе типа НБ, 1 раз
в год производят замену масел. Объём масляной ванны составляет 15 литров.
Плотность масла – 0,91 г/см3. Масса отработанного масла составит:
Q = 15 ∙ 0,91 ∙ 1 ∙ 1/1000 = 0,014 т/год.
Отработанное масло – 2 класс опасности.
Все насосы на дожимной насосной станции обвязаны канализацией
для слива отработанных масел в подземную дренажную ёмкость. Далее
отработанные масла откачиваются на Радаевский центральный пункт сбора,
где закачиваются в голову процесса подготовки нефти.
Для обтирки узлов и деталей используют ветошь. Согласно
нормативам «Сборника типовых норм расхода материально-технических
ресурсов на ремонтно-эксплуатационные нужды предприятий добывающей
промышленности», ВНИИОЭНГ, 1993 г., норма расхода ветоши – 2,25 кг/чел.
В год, количество рабочих, пользующихся ветошью – 8 человек, 1,05
– коэффициент промасленности. Количество отходов промасленной ветоши
будет равно:
Q = 2,25 ∙ 8 ∙ 1,05 / 1000 = 0,0189 т/год.
Промасленная ветошь – 3 класс опасности.
Промасленная ветошь временно хранится в закрытом металлическом
контейнере на промплощадке, затем вывозится на свалку, имеющую
разрешение.
Замазученный грунт, смет цехов рассчитывается исходя из
норматива 10 кг с 1 м2 площади в год (согласно справочника «Санитарная
очистка и уборка населённых мест», Стройиздат, 1990 г.). Площадь, с
которой образуется замазученный грунт, смет цехов промплощадки
Боголюбовской ДНС, составляет 30м2.
Годовой объём замазученного грунта, смета цехов составит:
Q = 10кг ∙ 30 / 1000 = 0,300 т/год
Замазученный грунт – 3 класс опасности.
Замазученный грунт регулярно вывозится на специализированный
полигон, где он складируется и биологически разрушается.
Для почвенно-климатических условий Самарской области наиболее
экологически и экономически приемлемым способом ликвидации
замазученности земель является снятие плодородного слоя почвы перед
проведением работ; рекультивация земель и обратное нанесение
плодородного слоя после завершения работ.
Необходимо учесть, что в процессе эксплуатации объектов и
сооружений нефтедобычи месторождения будут образовываться следующие
виды отходов:
- щебень, песок, металл, древесина;
300
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
- буровой шлам, отработанные буровые растворы, буровые сточные
воды;
- бытовые отходы.
В соответствии с «Федеральным классификационным каталогом
отходов», утвержденным Приказом МПР РФ от 2.12.2002 г., №786 и
«Дополнением к федеральному классификационному каталогу отходов»,
утвержденным приказом МПР от 30.07.2003 г., №663. Вышеперечисленные
отходы относятся к III, IV и V классам опасности.
В процессе утилизации и захоронения отходов возможно нанесение
ущерба почвенно-растительному покрову. Загрязнение почв выражается в
уничтожении микроорганизмов, повышающих плодородие почв, уменьшении
содержания гумуса в почве, что делает ее частично или полностью
непригодной для хозяйственного использования.
Однако наибольший ущерб может быть нанесен по причине главной
аварийной ситуацией с наиболее тяжёлыми последствиями для почвенного
покрова это порыв нефтепровода и попадание углеводородного сырья на
рельеф.
УДК 504.064
АВАРИЙНОСТЬ В НЕФТЕГАЗОВОМ КОМПЛЕКСЕ И
МЕТОДЫ ЕЁ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
М.В. Кравцова1, Н.А. Фенюк2, А.В. Васильев2
Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Россия
Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
e-mail: M.V.Kravtsova@yandex.ru, ecology@samgtu.ru
1
2
Проведен анализ состояния объектов нефтегазового комплекса,
изучена аварийность в данной области и предложены мероприятия для
предотвращения возникновения чрезвычайных и аварийных ситуаций.
Одной из наиболее аварийно-опасных отраслей промышленности с
серьезными экологическими последствиями является газодобыча. Для нее
характерны разливы буровых растворов, шламовых масс, пожары, при
которых происходят выбросы загрязняющих веществ в атмосферу,
загрязнение почв, поверхностных и подземных вод, воздействие на
биологические объекты.
При аварийной ситуации на газодобывающих предприятиях реальная
экологическая и экономическая оценка осложнены в связи со следующими
причинами [1-7]:
- недостаточным методологическим и методическим обеспечением;
301
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
- отсутствием системного подхода и комплексности при оценке
экологических последствий аварийных ситуаций (ЭП АС);
- низким уровнем организации или отсутствием мониторинга
состояния природных сред после аварийной ситуации;
- отсутствием систематизированной ретроспективной информации об
экологических последствиях ранее произошедших аварийных ситуаций,
отслеженных на протяжении длительного временного интервала до
нескольких лет и десятилетий.
Поэтому для газодобывающих регионов оценка негативного
воздействия объектов добычи газа на окружающую среду с учетом
экологических последствий аварийных ситуаций является актуальной
экологической проблемой.
Проанализировав данные об авариях на объектах нефтегазового
комплекса, можно сделать вывод, что они в основном обусловлены
организационными и техническими причинами (рисунок 1).
30
30
25
20
20
2010 год
15
2011 год
10
8
7
6
6
6
6
5
0
газораспределение и
газопотребление
нефтегазопереработка
нефтегазодобыча
магистральные
трубопроводы
Рис. 1. Аварийность на объектах нефтегазового комплекса
К организационным причинам относятся:
– неудовлетворительная организация производства работ;
– нарушение регламентов и инструкций по проведению ремонтных
работ (в том числе газоопасных) и др.
К техническим причинам относится использование:
– морально и физически устаревшего оборудования;
– приборов без взрывозащиты во взрывоопасных зонах;
302
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
– устройств с неработоспособной автоматикой безопасности;
–коррозионно и механически повреждённых газопроводов,
нефтепродуктопроводов и др.
Общая
протяжённость
линейной
части
магистральных
трубопроводов превышает 240 тыс. км. В настоящее время в системе
магистрального трубопроводного транспорта эксплуатируется более 7 тыс.
поднадзорных Ростехнадзору объектов.
Распределение аварий на объектах магистрального трубопроводного
транспорта (рисунок 2).
Анализ материалов расследования аварий показал, что аварии
произошли по техническим причинам: 2 – коррозионное растрескивание под
напряжением (КРН) труб и 4 – брак при строительно-монтажных работах:
– из-за отступления от проектных решений при строительстве;
–несоблюдения технологии сварки; низкого уровня пооперационного
контроля качества со стороны должностных лиц;
– недостаточного технического надзора за строительством;
– нарушения правил производства работ в охранных зонах;
– повреждения трубопровода техникой при проведении указанных
работ;
– разрушения под действием паводковых вод.
50
45
40
35
30
газопроводы
нефтепроводы
25
нефтепродуктопроводы
конденсатопроводы
20
15
10
5
0
2000
год
2001
год
2002
год
2003
год
2004
год
2005
год
2006
год
2007
год
2008
год
2009
год
2010
год
2011
год
Рис. 2. Аварийность на магистральных трубопроводах
Половина
организационных
причин
аварий
обусловлена
неэффективностью производственного контроля, другая половина – связана с
нарушением технологии и неправильной организацией производства работ.
К мероприятиям, направленным на предупреждение развития аварий
и локализацию аварийных выбросов на декларируемом объекте относятся:
303
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
– разработка планов ликвидации аварий (планов локализации и
ликвидации аварийных ситуаций), плана(ов) предупреждения и ликвидации
чрезвычайных ситуаций;
– заключение договоров со специализированными и подрядными
организациями на оказание услуг, направленных на спасение людей,
материальных ценностей и предупреждению возможных аварийных ситуаций
природного и техногенного характера;
– создание аварийных запасов необходимых материалов,
инструментов и оборудования для своевременной ликвидации аварий.
Для предупреждения возникновения аварий и снижения их
последствий необходимо:
1. Во время строительства и эксплуатации объекта должен
проводиться технический и авторский надзор за качеством строительства,
выполнением СМР в строгом соответствии с требованиями проектной
документации и нормативных документов, применением при строительстве
сертифицированного оборудования, материалов и технологий, соблюдением
норм и правил эксплуатации.
2. Своевременно проводить профилактическую и плановую работу
по выявлению дефектов различных видов оборудования, отдельных узлов и
деталей, их ремонт или замену.
3. Осуществлять контроль над выполнением правил технической
эксплуатации, комплекса мероприятий по повышению технологической
дисциплины и увеличению ресурса работы оборудования, качественным и
своевременным выполнением аварийно-восстановительных и ремонтных
работ.
4. Следить за соблюдением требований техники безопасности,
охраны труда.
5. Проводить своевременный контроль трубопроводов и запорной
арматуры, их техническое обслуживание и ремонт, установленный контроль
толщины стенок трубопроводов в местах, наиболее подверженных
эрозионному и коррозионному износу методами неразрушающего контроля.
Проводить своевременное техническое обслуживание, текущие и плановые
ремонты основного и вспомогательного оборудования в соответствии с
инструкциями заводов-изготовителей, нормативной документацией по
регламентам технического обслуживания и ремонта.
6. Проводить систематическое наблюдение за состоянием
технологических сооружений, коррозионным состоянием их металлических
конструкций, осадкой фундаментов, состоянием кровли, теплоизоляции и
остекления. Выполнять своевременный ремонт перечисленных элементов
зданий и сооружений.
304
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
7.
Для
предотвращения
разгерметизации
технологических
трубопроводов и сосудов высокого давления следить за состоянием
предохранительных клапанов и контрольно-измерительных приборов,
средств автоматического контроля параметров потенциально опасных
элементов, систем автоматического управления и систем централизованного
контроля и управления, выдачи технологической, предупредительной,
аварийной сигнализации и управляющих воздействий.
8. Поддерживать в исправности и постоянной готовности средства
пожарной сигнализации и автоматического пожаротушения, средства
автоматической сигнализации предельной загазованности и автоматического
включения вентиляции в производственных зданиях и сооружения,
проводить
периодические
испытания
на
срабатывание
и/или
функционирование резервных и аварийных источников электроснабжения,
аварийного освещения.
9. Для обеспечения квалифицированного и своевременного ремонта
основного оборудования своевременно заключать договоры на сервисное
обслуживание с его производителями. Своевременно и в требуемых объемах
проводить сертификацию применяемого оборудования и материалов с
использованием услуг независимых организаций.
10. Обеспечивать надлежащее хранение и ведение проектно-сметной
и эксплуатационной документации.
11. Поддерживать на должном уровне нормативные запасы
материально-технических ресурсов для ликвидации аварий.
12. Проводить регулярное обучение, тестирование и тренировки
персонала всех служб предприятия по специальной программе обучения
действиям по локализации и ликвидации аварий, а также способам защиты от
поражающих факторов в чрезвычайных ситуациях. Совершенствовать
мероприятия по профессиональной и противоаварийной подготовке
производственного персонала, его обучение способам защиты и действиям в
аварийных ситуациях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев А.В. Глобальный экологический кризис и стратегии его
предотвращения.
Региональные
аспекты
защиты
окружающей
среды.
Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по экологическим специальностям / А. В.
Васильев, Л. А. Перешивайлов; Федеральное агентство по образованию, Тольяттинский гос.
ун-т. Тольятти, 2005.
2. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского
округа Тольятти: учебное пособие / А.В. Васильев - Самара: Изд-во Самарского научного
центра РАН, 2012. - 201 с., ил.
3. Васильев А.В. Терроризм как угроза экологической безопасности.
Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. 2002. № 2 (ecology). С. 190-193.
305
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
4. Васильев А.В. Исследование токсичности органических отходов на территории
бывшего ОАО "Фосфор". В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность
жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. Сборник трудов IV
международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической
конференции. Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. С. 46-51.
5. Васильев А.В., Нустрова Е.А. Перспективы и проблемы создания химических
парков: пути снижения негативного экологического воздействия (на примере ЗАО
"Тольяттисинтез"). Экология и промышленность России. 2013. № 7. С. 42-45.
6. Кравцова М.В. Оценка техногенного риска технически сложных
производственных объектов машиностроения // Известия Самарского научного центра
Российской академии наук. — 2012. — Т. 14. № 1-3. - С. 877-884.
7. Кравцова М.В., Евсеев А.И. Повышение эксплуатационной устойчивости
сложных технических систем // Вектор науки Тольяттинского государственного
университета. — 2011. - № 4. - С. 67-70.
УДК 504.064.36
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
МОНИТОРИНГА И КОНТРОЛЯ
Н.А. Фенюк1, А.В. Васильев1, М.В. Кравцова2
Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
2
Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Россия
e-mail: ecology@samgtu.ru, M.V.Kravtsova@yandex.ru
1
Для построения адекватного прогноза экологической ситуации
предложено
создание автоматизированных
систем экологического
мониторинга и контроля, которые позволят отслеживать состояние
окружающей среды.
Можно выделить следующие проблемы, возникающие при
осуществлении традиционного экологического мониторинга и контроля.
1. Зависимость результатов измерений от условий окружающей
среды: метеоусловий (ветер, температура и температурные отклонения,
влажность, давление), препятствий в виде барьеров и зданий, поглощения и
отражения почвой и атмосферой.
2. Зависимость от расстояния от источника загрязнений окружающей
среды.
3. Зависимость конечного результата мониторинга от квалификации
персонала, проводящего измерения.
4. На результаты измерений некоторого параметра оказывают
влияние и создают погрешности другие источники загрязнений.
5.
Значительная
трудоемкость
заключительной
обработки
результатов измерений.
306
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Очевидно, что проведение долгосрочного автоматизированного
мониторинга позволяет значительно повысить точность результатов
измерений и качество обработки измерений загрязнений окружающей среды
[1-8].
Для того, чтобы достичь более глубоких знаний об уровне
загрязнений, необходимо собрать большое количество детализированных
данных, которые сложно структурировать и анализировать с помощью
традиционных методов и систем мониторинга. Благодаря GPRS (или ADSL) –
технологиям и сети Интернет, в настоящее время возможны
автоматизированный сбор, хранение и публикация данных в сети в реальном
времени, а также публикация обновляющихся карт загрязнений в
соответствии с измеренными уровнями загрязнений.
Автоматизированные системы экологического мониторинга и
контроля (АСЭМК) должны совмещать функции автоматизированного
измерения основных параметров экологической обстановки в регионе, а
также функции сбора, передачи, переработки, хранения и доведения до
пользователей как исходной информации, так и результатов ее обработки.
АСЭМК накапливают статистические данные экологического
мониторинга и в случае возникновения критических ситуаций позволяют
оповещать как диспетчерские службы предприятий, так и органы надзора, а
при необходимости и соответствующие структуры МЧС. В некоторых
случаях АСЭМК позволяют принимать меры для прекращения вредного
воздействия на окружающую среду посредством вмешательства в
технологические процессы через АСУ ТП.
Процесс автоматизированного экологического мониторинга и
контроля включает такие этапы как:
 наблюдение и первичная обработка результатов мониторинга;
 системный анализ информации о состоянии окружающей среды;
 поддержка принятия решений.
Основу АСЭМК составляют информационный блок, объединяющий
хранилища результатов мониторинга, базы знаний, распределенная
измерительная и компьютерная техника, а также средства и системы
телекоммуникаций.
На рисунке 1 представлена блок-схема автоматизированной системы
экологического мониторинга и контроля.
307
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 1. Блок-схема автоматизированной системы экологического мониторинга и
контроля
Автоматизированная система состоит из следующих компонентов:
 комплекса технических средств нижнего уровня (станции и посты
наблюдения);
 средств приема, обработки и передачи информации;
 оборудования информационно-аналитического центра.
Возможны несколько вариантов реализации систем экологического
мониторинга, в том числе:
 комплексы
управления
данными
экологического
и
технологического мониторинга;
 стационарные посты экологического мониторинга;
 мобильные лаборатории;
 авиа мониторинг экологической обстановки регионов.
Остановимся подробнее на некоторых из них.
Комплекс управления данными экологического мониторинга
представляет собой модульную систему для сбора, долгосрочного хранения,
обработки и визуализации данных экологического и технологического
мониторинга.
Особенности системы:
 возможность развертывания на предприятии любого размера
(вплоть до комплексной оценки сложных промышленных площадок);
 осуществление непрерывного мониторинга большого количества
параметров на одну системную рабочую станцию;
308
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
 автоматический контроль предписанных надзорными органами
нормативов и предельных значений, а также ведение журнала их соблюдения;
 осуществление непрерывного мониторинга выбросов и удаленной
передачи собранных данных государственным структурам, осуществляющим
 экологический контроль в данном регионе.
LIMS
Ядро АСЭМК представляет собой хранилище данных и базу знаний
и в общем случае состоит из трех взаимосвязанных частей: концептуальной
(модели
предметной
области
исследований
и
наблюдений),
фактографической (включающей базы данных) и алгоритмической
(специализированного прикладного программного обеспечения). В базах
данных предусматривается хранение не только текущей информации
мониторинга, но также необходимых данных для расчетов по имитационным
статистическим моделям.
В качестве ядра АСЭМК обычно используется комплекс
программного
обеспечения,
построенный
на
базе
лабораторноизмерительных систем LIMS (Laboratory Information Management System).
LIMS используются для управления образцами, приборами,
пользователями, стандартами/реактивами на каждом шаге аналитического
процесса и выполнения многих других лабораторных функций. Они
позволяют автоматизировать весь процесс проведения исследований – от
подготовки исходных материалов до обработки результатов, которые
централизованно архивируются в системе хранения данных.
Современные LIMS имеют в своем распоряжении расширенный
набор функций, охватывающий все стороны деятельности экологических
лабораторий:

планирование проведения испытаний, учет графиков
аналитического контроля с отражением выполненных задач и хода
исследований;

контроль подготовительных операций (например, титры,
калибровочные графики);

контроль жизненного цикла образца (пробы);

управление работой приборов;

регистрацию
результатов
измерений,
в
том
числе
автоматическую, непосредственно с измерительных приборов;

проведение расчетов по результатам измерений и оценку
результатов на соответствие нормативнотехнической документации;
 распределение работ среди специалистов лаборатории;
 контроль реагентов и стандартных образцов;
 контроль аттестации персонала и оборудования;
 хранение и предоставление нормативной базы;
309
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
 предоставление службам предприятия данных о качестве;
 формирование паспортов качества продукции;
 оценку достоверности и точности результатов;
 формирование лабораторной отчетности;
 подтверждение
достоверности
и
точности
результатов
мониторинга (по ГОСТ Р ИСО 5725-2002).
Системы LIMS позволяют регистрировать не только конечные
результаты, полученные в ходе расчетов, но и первичные данные,
полученные с измерительных приборов.
Конечные
результаты
рассчитываются
самой
LIMS
и
контролируются специальными алгоритмами на соответствие нормативам
НТД (ГОСТ Р ИСО 5725-2002, ГОСТ Р ИСО 17025, РМГ 61-2003, РМГ 762004). В частности, LIMS автоматически контролирует сходимость
результатов измерений при проведении анализов, благодаря чему
возможность искажения результатов анализов в LIMS значительно
снижается.
Функциональность системы реализована в виде модулей. Часть
модулей входит в ядро системы, часть включается в систему при помощи
дополнительных модулей.
Система позволяет автоматизировать типичные для лаборатории
функции, такие как:
 поступление образца и его регистрацию;
 назначение различных испытаний;
 распределение работ по подразделениям лаборатории, приборам и
сотрудникам;
 выполнение испытаний;
 оценку соответствия результатов требованиям нормативных
документов и стандартов;
 формирование отчетов, а также множество других задач.
Все настройки системы, такие как выбор информационных
элементов, формирование последовательности их представления на экране,
выбор действующих экранных форм, определяются при помощи записей в
справочные таблицы базы данных. LIMS предоставляет несколько степеней
настройки и конфигурации, обеспечивая готовность продукта к адаптации в
широком спектре функциональных внедрений.
Полнофункциональная LIMS содержит в себе около двухсот таблиц
баз данных. Для целей экологического мониторинга LIMS обеспечиваются
интерфейсом
соответствующего
лабораторного
оборудования
и
программным обеспечением информационных систем мониторинга. Имеется
отраслевая направленность решения. Например, для мониторинга
деятельности предприятий энергетики определяется ряд параметров,
310
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
подлежащих контролю. Для этих целей существует набор оборудования для
измерения и программное обеспечение для расчетов, которые можно
Информационно-аналитический центр Информационно-аналитический центр
предназначен для сбора, анализа, накопления информации о состоянии
окружающей среды и визуализации полученных данных. Также
информационно-аналитический центр выполняет функции прогнозирования
и поддержки принятия решений по оптимизации экологического состояния.
Эти функции включают в себя:

координацию
создания
и
ведения
банков
данных
природоресурсного и природоохранного направления;

организацию информационного взаимодействия и координацию
действий между ведомственными центрами по обработке и обмену
информацией о состоянии водного объекта;

выполнение
расчетных
задач
моделирования,
картографирования, обработки данных дистанционного и лабораторного
зондирования;

обеспечение вычислительного процесса.
Система мониторинга имеет предельно простой алгоритм
формирования структуры банков данных, выходных и отчетных форм, а
также функциональную организацию представления данных. Так, при
возникновении потребности введения нового информационного банка
данных эта проблема может решаться без привлечения программистов и без
разработки нового программного продукта. Кроме того, ответы на
нестандартные запросы специалист может получать на рабочем месте без
команды программиста в наглядном виде (деловая графика, картография и
т.д.), а не только в виде текста и цифровых таблиц. Это достигается с
помощью представления банков данных в виде информационных объектов
(под объектом понимается совокупность данных и алгоритмов обработки
информации) с использованием объектно-ориентированных технологий. В
этом случае обеспечивается однотипная работа с разнородной информацией.
В случае картографических систем управления банками данных в
информационные объекты добавляются картографические характеристики и
алгоритмы обработки запросов, специфичных для картографического
представления. После этого вся информация может быть представлена на
картосхемах. Имеется возможность обработки запросов по условиям
территориальной принадлежности информации.
Геоинформационная аналитическая система
Геоинформационная аналитическая система (ГИАС) обеспечивает
автоматизированный сбор данных экологического мониторинга объектов в
одной базе данных, а также обработку и анализ данных мониторинга,
311
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
визуализацию данных в виде построения разнородных тематических карт,
диаграмм, таблиц.
Основные функции ГИАС:
 сбор, приемка графических и фактографических данных;
 контроль качества, ввод информации в базы данных;
 оперативное преобразование и расчет данных с помощью гибкого
механизма запросов;
 оперативное предоставление данных по запросам в табличных и
ГИС-формах;
 составление и оформление картографического материала к
отчетам;
 детализация и актуализация картографической подосновы;
 оформление форм визуализации – карт, легенд, цветовых гамм,
знаков, зарамочного оформления, поиск новых форм;
 разработка алгоритмов и механизмов расчета данных.
Географические данные (географические объекты) в ГИАС хранятся
в географических (или метрических – для планов) координатах. Такие данные
попадают в географическую базу либо при импорте из какого-либо формата
обмена, либо путем векторизации карт.
Объекты могут также создаваться при работе самой программы или
какого-либо специализированного приложения. При этом поддерживаются
топологические связи между вводимыми в базу географическими объектами.
Качество (корректность) вводимых объектов, которое имеет определяющее
значение при решении многих гидрогеологических задач, всегда проверяется
при записи объекта в географическую базу.
Для анализа данных мониторинга используется система запросов,
интегрированная с банком данных ГИАС. Все составные части ГИАСсистемы (терминологическая и справочная часть БД, банк экологических
данных, картографическая подоснова и др.) формируются из готовых блоков
начиная со старта проекта и по ходу его выполнения постоянно
детализируются и совершенствуются. Таким образом, в любой момент
времени можно проводить оперативные запросы к системе, в том числе и
пространственные.
Таким образом, для оценки степени воздействия производственнотехнологических процессов на объекты природной среды на промышленных
предприятиях необходимо внедрять современные комплексные решения для
автоматизации экологического контроля и мониторинга.
312
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев А.В. Экологический мониторинг физических загрязнений на
территории Самарской области. Снижение воздействия источников загрязнений: монография
/ Самара, 2009.
2. Васильев А.В. Шум как экологический фактор. Вестник Волжского университета
им. В. Н. Татищева. 2002. № 2 (ecology). С. 193-197.
3. Васильев А.В., Заболотских В.В., Тупицына О.В., Штеренберг А.М.
Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с
использованием методов биотестирования. Электронный научный журнал "Нефтегазовое
дело". 2012. № 4. С. 242-249.
4. Васильев А.В., Розенберг Г.С. Мониторинг акустического загрязнения
селитебной территории г. Тольятти и оценка его влияния на здоровье населения.
Безопасность в техносфере. 2007. № 3. С. 9-12.
5. Васильев А.В., Рябов В.М. Курс лекций по экологическому праву. Учебное
пособие. Тольятти, 1997.
6.
Шевченко
Д.П.,
Васильев
А.В.
Программное
обеспечение
для
автоматизированной системы экологического мониторинга физических загрязнений
урбанизированных территорий. Известия Самарского научного центра Российской академии
наук. 2005. № S2. С. 292-295.
7. Luzzi S., Alfinito L., Vasilyev A. Action planning and technical solutions for urban
vibrations monitoring and reduction. В сборнике: 39th International Congress on Noise Control
Engineering 2010, INTER-NOISE 2010. C. 2508-2515.
8. Vasilyev A.V., Luzzi S. Recent approaches to road traffic noise monitoring. В
сборнике: 8th European Conference on Noise Control 2009, EURONOISE 2009 – Proceedings of
the Institute of Acoustics 2009.
УДК 504.064.4; 504.064.43
К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ
ПАРАМЕТРОВ БУРОВЫХ ШЛАМОВ
О.В. Тупицына, Д.Е. Быков, А.В. Васильев, А.А. Пименов
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия
e-mail: ecology@samgtu.ru
Рассмотрены основные этапы исследования и обработки буровых
шламов. Выделены три группы показателей состояния шламов, позволяющие
осуществить их оценку и дифференциацию.
Буровые шламы (БШ) представляют собой частицы горной породы,
взвешенные в буровом растворе. Состав шлама в значительной степени
зависит от типа горных пород, через которые проходит скважина. В шламах
находятся грубые и крупные частицы минералов и горных пород с размерами
до нескольких сантиметров. При оценке токсичности шламов решающую
313
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
роль играет присутствие в нем нефтяных углеводородов, токсичных
компонентов буровых растворов и тяжелых металлов.
Главным токсическим агентом в составе буровых шламов
считается нефть и ее фракции, которые накапливаются в процессе бурения
при их контакте с сырой нефтью. Согласно международным стандартам
допустимое содержание нефти в сбрасываемых буровых шламах после их
очистки не должно превышать 100 г/кг.
Буровые шламы оказывают комплексное негативное
воздействие на человека и окружающую среду, в основном связанное с их
токсичностью [1-3].
Система исследования и обработки шламов включает следующие
основные этапы (рис.1):
- этап 1: Прогноз целесообразности обработки и утилизации шлама
по составу базовых компонентов с использованием токсикологической
группы показателей;
- этап
2: Выбор технологической схемы обезвоживания в
зависимости от фильтрационных свойств шлама;
- этап 3: Контроль обезвоживания в контейнере по показателям
фильтрационной группы;
- этап 4: Контроль упрочнения шлама в контейнере по показателям
геомеханической группы;
- этап 5: Выбор направления использования шлама, как
рекультивационного материала.
Оценка БШ на основе групповой дифференциации параметров
состояния основных компонентов позволяет обосновать целесообразность
применения фильтрующих оболочек и контролировать обработку на всех
технологических этапах, вплоть до окончательной готовности к
использованию [4, 5].
Выделены три группы показателей состояния шламов, определяемые
совокупностью свойств выбуренной горной породы и отработанного
бурового раствора – фильтрационная, геомеханическая и токсикологическая
(см. табл. 1).
314
Определение
целесообразности ФТО
этап 1
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Основные компоненты шлама
Выбуренная
Отработанный буровой
раствор
горная порода
Токсикологическая группа
эффективная активность
радионуклидов
содержание
солесодержание
содержание
нефтепродуктов
Выбор технологической
схемы обработки осадка
Контроль I и II стадии
процесса ФТО
этап 3
этап 2
тяжелых металлов
Водоотдающая способность шлама
Фильтрационная группа
гранулометрический состав
влажность
удельное сопротивление фильтрации
Контроль процесса в контейнере
Фильтрационные характеристики
Эффективность
обезвоживания Эw
Изменение высоты слоя
осадка H
Контроль III стадии
процесса ФТО
4 этап
Характеристика кека
Геомеханическая группа
Плотность
Показатель
консистенции
Токсикологическая
группа
содержание
нефтепродуктов
Модуль деформации
Обоснование
типа РМ
5 этап
Число пластичности
Выбор направления утилизации кека
315
Грунтоподобный
материал
Обезвоженный шлам на
обезвреживание
Токсикологическая
Геомеханическая Фильтрационная
Группа
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Таблица 1
Диапазоны значений отдельных параметров буровых шламов
Входной параметр
Выходной параметр
Наименование
Влажность
начальная
Удельное
сопротивлен
ие
фильтрации
Гранулометр
и-ческий
состав
Исходный
модуль
деформации
Число
пластичност
и
Показатель
консистенци
и
Плотность
Содержание
нефтепродук
тов
начальное
Со
лесодержание
исходное
МЭД
радионуклид
ов
Содержание
тяжелых
металлов
Обозн.
Ед.изм
Значения
Наименование
Обозн.
Ед.изм
Значен.
Wн
%
(7895)±3
r
∙10-10,
см/г
До 103
Влажность
конечная
Удельное
сопротивлен
ие
фильтрации
Wк
%
(5565)±3
r
∙10-10,
см/г
До 105
dч
мм
0,0015,0
Еисх
МПа
0
Екон
МПа
≥ 0,9
Мрос
д.ед.
0
Мргпм
д.ед.
≥5
Вос
д.ед.
0
Вгпм
д.ед.
0,7-1,6
pос
т/м3
1,01-1,2
pгпм
т/м3
≥ 1,5
Сн/пр н.
%
мас.
до 15,0
Содержание
нефтепродук
тов конечное
Сн/пр исх.
%
мас.
≤ 1,0
Sисх
мг/л
>1000
Солесодержа
-ние
конечное
Sкон
мг/л
<1000
Аэфф
Бк/кг
< 275,0
Аэфф
Бк/кг
< 275,0
Zc
Усл.е
д.
<16
Zc
Усл.е
д.
<16
Не определяется
Конечный
модуль
деформации
Число
пластичност
и
Показатель
консистенци
и
Плотность
МЭД
радионуклид
ов
Содержание
тяжелых
металлов
Фильтрационная группа является наиболее важной применительно к
обезвоживанию шламов. Токсикологическая группа определяется эффектом
очистки фильтрата. Геомеханическая группа предусмотрена для
характеристики шлама как грунтоподобного рекультивационного материала.
Выделенные группы показателей состояния шламов позволяют
осуществить их оценку и дифференциацию с более высокой эффективностью.
316
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки
РФ вузам. Тема: "Разработка ресурсосберегающих технологий утилизации
отходов производства и потребления"
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев А.В., Заболотских В.В., Тупицына О.В., Штеренберг А.М.
Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с
использованием методов биотестирования // Электронный научный журнал "Нефтегазовое
дело". 2012. №4. С. 242-249.
2. Васильев А.В., Перешивайлов Л.А. Глобальный экологический кризис и стратегии
его предотвращения. Учебное пособие. Тольятти, 2003.
3. Васильев А.В., Васильева Л.А. Основы кластерного подхода. Кластер вторичных
ресурсов Самарской области. В сборнике: ELPIT-2013. Экология и безопасность
жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. Сборник трудов IV
международного экологического конгресса (VI Международной научно-технической
конференции. Научный редактор: А.В. Васильев. 2013. С. 34-40.
4. Пичугин Е. А. Оценка воздействия бурового шлама на окружающую природную
среду [Текст] / Е. А. Пичугин // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 122-123.
5. Тетельмин В. В., Язев В. А. Защита окружающей среды в нефтегазовом
комплексе. — Долгопрудный. Издательский дом «Интелект», 2009. — 352 с.: ил.
УДК 504.054
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКСИДАМИ АЗОТА
СЕЛИТЕБНОЙ ЗОНЫ ПРИ ВОЗМОЖНОЙ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ
М.В. Кравцова1, А.В.Васильев2, Л.В. Петрушечкина3, А.В.Кравцов1
Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Россия
Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
3
ОАО «КуйбышевАзот», г. Тольятти, Россия
e-mail: M.V.Kravtsova@yandex.ru, ecology@samgtu.ru, vestralyudmila@mail.ru
1
2
Проведена оценка влияния оксидов азота на селитебную зону
г.о.Тольятти в случае аварийной ситуации, возможной на химическом
предприятии. Предложен комплекс мероприятий по снижению фоновых
концентраций в атмосферном воздухе г.о.Тольятти, направленных на
снижение негативного воздействия оксидов азота на здоровье человека и
окружающую среду от постоянных источников выброса и при возникновении
аварийной ситуации на химическом предприятии.
Ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов
серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Основными
источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки,
в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной
317
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
металлургии,
химической
и
нефтехимической
промышленности,
авиационный и автомобильный транспорт [1-10].
Анализ аварий катастроф за последнее десятилетие, как в нашей
стране, так и за рубежом, показывает, что происходит накопление
потенциальных опасностей техногенных катастроф. В нашей стране
увеличивается количество аварий и катастроф в промышленности, на
транспорте, коммунально-энергетическом хозяйстве из-за износа основных
производственных фондов и ослабления технологической дисциплины.
Глобальность проблемы загрязнения атмосферного воздуха от
техногенного воздействия приобретает все большую остроту в связи с
интенсивным развитием производства повышенного риска, невозможностью
изолировать опасные индустриальные комплексы от населенных пунктов и
окружающей среды.
Особую
опасность
представляют
чрезвычайные ситуации,
обусловленные выбросом (проливом, рассыпанием) химически опасных
веществ, поскольку в этом случае возможен целый комплекс поражающих
воздействий: взрывы, пожары, токсические поражения людей и животных,
загрязнение окружающей среды в очень короткое время в больших
масштабах при авариях на химически опасных объектах.
В настоящее время практически в каждом крупном городе
функционируют предприятия, выбрасывающие вредные вещества в
атмосферу. При возникновении аварийной ситуации на таком предприятии
жизнь и здоровье персонала и жителей окрестных территорий находятся под
угрозой. Поэтому крайне важно определить уровень воздействия опасных
химических веществ на человека и окружающую среду, спрогнозировать
зону, степень поражения и разработать мероприятия по снижению
негативного воздействия.
Проблема исследования заключается в необходимости снижения
антропогенной нагрузки от постоянных источников выбросов загрязняющих
веществ, от возможных залповых выбросов при аварийных ситуациях на
химических предприятиях и отсутствие прогнозирования уровня воздействия
оксидов азота на здоровье человека и окружающую среду на территории
г.о.Тольятти.
Анализ состояния атмосферного воздуха показал, что в период
промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии
в атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения; влияние
человека на загрязнение воздушного бассейна велико; экологическая
ситуация в г.о. Тольятти, как и во многих других промышленных центрах,
весьма напряжённая (рис. 1). Плотность промышленной застройки в городе
примерно в 3-4 раза больше, чем в среднем по России. Из-за этого заметно
возрастает и объём загрязнений окружающей среды.
318
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис 1. Источники образования оксидов азота в атмосферном воздухе
Рассмотрено влияние оксидов азота
растительный и почвенный покров (рис.2).
на
здоровье
человека,
Рис 2. Блок-схема «Негативное воздействие оксидов азота на организм
Анализ воздействия окислов азота на селитебную зону проводился на
примере ОАО «КуйбышевАзот», предприятие входит в десятку крупнейших
мировых производителей и занимает первое место в СНГ по выработке
319
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
капролактама. Лидер в производстве полиамида-6 в России, СНГ и
Восточной Европе.
Основные причины аварийных ситуаций, с выделением оксидов
азота в атмосферу на химических предприятиях страны:
1.Отказ технических устройств по причине брака, усталости металла,
дефекта литья, а также физического износа и коррозии оборудования – 15,68
%.
2.Недоукомплектованность
технологического
оборудования
системами КИП и А и ПАЗ - 15,69 %.
3.Наличие отступлений от проектной документации, а также
действующих норм и правил – 17,65 %.
4.Неэффективность производственного контроля – 15,69 %.
5.Ошибочные действия производственного персонала – 15,69 %.
6.Нарушение норм технологического процесса – 15,68 %.
Проанализированы аварийные ситуации, с выделением оксидов азота
в атмосферу на химических предприятиях страны, а также конкретно на
примере ОАО «КуйбышевАзот» в производстве слабой азотной кислоты (рис.
3). Анализ аварийных ситуаций показал, что наибольшая вероятность и
вероятность исходного события приходится на сценарий с полным
разрушением абсорбционной колонны.
Рис. 3. Возможные сценарии развития аварийных ситуаций в производстве слабой
азотной кислоты и вероятность их возникновения
Проанализированы
фактические
фоновые
концентрации
загрязняющих веществ в атмосфере по данным поста наблюдений ПНЗ - 2 в
Центральном районе г. Тольятти. Фактические концентрации по азота
320
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
диоксиду в г.о. Тольятти в отдельные месяцы достигают 1,3 д. ПДК;
максимальные – 2,5 д.ПДК.
Прогноз заражения селитебной зоны оксидами азота при аварийной
ситуации - полное разрушение абсорбционной колонны на производстве
слабой азотной кислоты по ОНД-86 представлен на рисунке 4. Расчетная
максимальная приземная концентрация диоксида азота достигнет 6,7 д.ПДК
на расстоянии 1675 м от источника аварийного выброса, на границе
селитебной зоны концентрация снизится до 6,3 д. ПДК. Снижение
концентрации до 1 ПДК будет происходить на расстоянии до 7000 м вглубь
селитебной зоны на юго-запад Центрального района.
Рис. 4. Распространение диоксида азота от источника выброса в направлении
селитебной зоны
Анализ
нормативно-методической
документации
по
прогнозированию и расчету масштабов заражения селитебной зоны г.о.
Тольятти показал, что при аварийных ситуациях в зоне заражения может
оказаться городское население. Выполнены расчетные исследования по
апробированию методик: «Методика прогнозирования масштабов заражения
сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на
химически опасных объектах и транспорте» РД 52.04.253-90 от 21.05.1990 г.
и «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ,
содержащихся в выбросах предприятий» ОНД- 86 с определением зоны и
степени распространения в селитебной зоне токсичного облака при
возникновении аварийной ситуации на химическом предприятии в г.о.
Тольятти.
321
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Исследования защитных свойств зеленых насаждений показали, что
при грамотном озеленении города и санитарно-защитных зон предприятий,
фоновые концентрации в городе могут снизиться более чем на 40 %.
Основные выводы
1. В результате анализа фактических фоновых концентрации в
атмосферном воздухе г.о. Тольятти за период с 2003 по 2013 г.г. выявлено,
что концентрация диоксида азота увеличилась с 0,55 до 0,8 д.ПДК.
2. Территориально, химические предприятия, расположены в
непосредственной близости от жилых кварталов, высокая интенсивность
движения автотранспорта и недостаток количества зелёных насаждений
усиливают загрязнение атмосферы, и при аварийном выбросе оксидов азота
негативное воздействие на атмосферный воздух, здоровье человека,
растительно-почвенный покров, значительно увеличится, и может привести к
гибели растений; острым, токсическим и хроническим отравлениям людей.
3. Применение азотной кислоты и ее окислов обуславливает высокую
вероятность ее вредного воздействия на здоровье человека и окружающую
среду, а прогнозирование масштаба заражения оксидами азота селитебной
зоны при возможных авариях на химически опасных объектах, отсутствует.
4. При выборе расчетных аварийных сценариев из всего
технологического оборудования составляющей Установки получения слабой
азотной кислоты выбиралось оборудование с максимальным содержанием
опасного вещества, последствия аварийной разгерметизации для которого
будут наихудшими. Вероятность исходного события приходится на сценарий
с полным разрушением абсорбционной колонны поз.12 и равна 5,48*10-6.
5. Расчет максимальных приземных концентраций с учетом фона для
постоянных
источников
выбросов
при
нормальном
ведении
технологического процесса показал, что максимально-разовая концентрация
в селитебной зоне превышена не будет, а при возникновении аварийной
ситуации с полным разрушением абсорбционной колонны поз.12 достигнет
6,3 д.ПДК на границе селитебной зоны.
6. Проведенные расчеты рассеивания приземных концентраций
диоксида азота, при возможной аварийной ситуации показали, что токсичное
облако «накроет» большую часть Центрального района, время подхода
зараженного воздуха к селитебной зоне составит 24 минуты, глубина зоны
заражения по: РД 52.04.253-90 –5,0 км, ОНД-86 – 7,0 км; площадь заражения
по: РД 52.04.253-90 – 2,29 кв.км, ОНД-86 – 16,0 кв.км.
7. Анализ современных методов очистки газов, с наибольшим
улавливанием вредных веществ показал, что очистка отходящих газов может
достигать 99%.
8. Исследования защитных свойств зеленых насаждений показали,
что при грамотном озеленении города и санитарно - защитных зон
322
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
предприятий, фоновые концентрации в городе могут снизиться более чем на
40%.
9. На основе анализа конструктивных и дополнительных методов
предложен комплекс мероприятий по снижению фоновых концентраций
оксидов азота в атмосферном воздухе г.о. Тольятти.
Разработанные
мероприятия
ориентированы
на
смягчение
последствий возможной чрезвычайной ситуации в части снижения
негативного
воздействия
на
окружающую
среду
и
объекты
жизнеобеспечения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского
округа Тольятти: учебное пособие / А.В. Васильев - Самара: Изд-во Самарского научного
центра РАН, 2012. - 201 с., ил.
2. Васильев А.В. Экономические, экологические и другие преимущества создания и
функционирования
индустриальных
парков.
Вестник Самарского экономического университета. 2014. № 115. С. 28-32.
3. Васильев А.В., Васильева Л.А. К вопросу о системном обеспечении
экологической безопасности в условиях современного города. // Известия Самарского
научного центра Российской академии наук. —2003. Т. 5. № 2. - С. 363-368.
4. Васильев А.В., Заболотских В.В., Терещенко И.О., Терещенко Ю.П.
Информационно-аналитическая система оценки рисков здоровью населения в условиях
урбанизированных территорий. Экология и промышленность России. 2013. № 12. С. 29-31.
5. Васильев А.В., Заболотских В.В., Тупицына О.В., Штеренберг А.М.
Экологический мониторинг токсического загрязнения почвы нефтепродуктами с
использованием методов биотестирования. Электронный научный журнал "Нефтегазовое
дело". 2012. № 4. С. 242-249.
6. Заболотских В.В., Васильев А.В. Мониторинг токсического воздействия на
окружающую среду с использованием методов биоиндикации и биотестирования:
монография / Самара, 2012.
7. Кравцова М.В. Оценка техногенного риска технически сложных
производственных объектов машиностроения // Известия Самарского научного центра
Российской академии наук. — 2012. — Т. 14. № 1-3. — С. 877-884.
8. Кравцова М.В., Евсеев А.И. Повышение эксплуатационной устойчивости
сложных технических систем // Вектор науки Тольяттинского государственного
университета. — 2011. — № 4. — С. 67-70.
9. Мельникова Д.А., Кравцова М.В. Оптимизация системы управления движением
отходов ТБО с целью улучшения экологической ситуации на территории г.о.Тольятти //
Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2012. — Т. 14. № 1-3.
— С. 771-776.
10. Luzzi S., Vasilyev A.V. Noise mapping and action planning in the Italian and Russian
experience. 8th European Conference on Noise Control 2009, EURONOISE 2009 – Proceedings of
the Institute of Acoustics 2009.
323
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОД
ОТ НЕФТЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Б. Бакболат, К.К. Кудайбергенов, Е.К. Онгарбаев, З.А. Мансуров
Институт проблем горения, г. Алматы, Казахстан, boss_carter@mail.ru
Нефтепродукты являются одними из наиболее опасных компонентов
загрязнений сточных вод. Они оказывают вредное влияние на биохимические,
физиологические процессы в организме биологических объектов. Нефтепродукты в
воде могут находиться в различных миграционных формах – растворенной,
эмульгированной, сорбированной на взвешенных частицах и донных отложениях, в
виде пленки на поверхности воды [1]. Жесткие требования к качеству воды
питьевого и хозяйственно-бытового назначения по содержанию нефтепродуктов
диктует необходимость удаления нефтяных загрязнений из поверхностных и
сточных вод, которые подлежат повторному использованию или сливу в природные
водоемы. Материалы, применяемые для сбора нефти и нефтепродуктов с
поверхности водоемов, принято называть нефтяными сорбентами, а также
нефтесобирателями и нефтепоглотителями [2].
Высокое водопоглощение можно устранить практически для всех
материалов
дополнительной
гидрофобизацией.
Предлагается
способ
гидрофобизации перлита, включающий приготовление раствора гидрофобизатора с
последующим его взаимодействием с сыпучим материалом, отличающийся тем, что
перед взаимодействием с сыпучим материалом гидрофобизатор растворяют. Способ
гидрофобизации включает активацию перлита, перемешивание, взаимодействие
гидрофобизатора с материалом при термообработке и сушку конечного сорбента
(осаждение гидрофобизатора на поверхность перлита из жидкой среды).
В данной работе в качестве гидрофобизатора был использован битум. Для
процесса пропитки вспученного перлита битум был растворен в бензоле. Пропитку
проводили раствором с концентрацией 10-3г/мл. Испарением растворителя в
результате гидрофобизатор был нанесен на поверхность материала в виде тонкий
пленки. А также с целью увеличения удельной поверхности была проведена его
активация азотной кислотой при температуре 1200С. Был определен качественный и
количественный аналаиз активированного перлита. Результаты показали что
материал на 62,3% состоит из кремния. Также обнаружены другие элементы как Fe,
Ca, Ti, K, Mn.
324
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Рис. 1 – Оптические снимки гидрофобного вспученного перлита
С помощью ИК анализа был изучен механизм сорбции. Таким образом был
определен селективность сорбции в отношении нефтепродуктов. Было доказано что
сорбент проявляет повышенные сорбционные свойства именно к ароматическим
нефтепродуктам. Проведенные эксперименты показали что использовать данный
сорбент в виде фильтров намного выгоднее для процесса очистки вод. В
зависимости от размеров зерен нефтеемкость сорбента в пределах 5÷7 г/г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. venec.ulstu.ru/lib/disk/2012/Klimov.pdf
2. voda96.com/очистка-сточных-вод-от-нефтепродуктов.html
ОЧИСТКА НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД С
ПОМОЩЬЮ КАРБОНИЗОВАННОЙ АБРИКОСОВОЙ КОСТОЧКИ
К.К. Кудайбергенов, Е.К. Онгарбаев, З.А. Мансуров
Институт проблем горения, г. Алматы, Казахстан, kenes_85_85@mail.ru
Наиболее широко распространенными загрязнителями сточных вод
являются нефтепродукты, которые могут находиться в растворах в
эмульгированном, растворенном виде и образовывать на поверхности
плавающий слой [1]. Нефть и нефтепродукты составляют особую группу
325
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
загрязнителей гидросферы. Поэтому синтез углеродсодержащих сорбентов из
растительного сырья для очистки воды от нефти и нефтепродуктов является
актуальной задачей современности.
При карбонизации (в среде СО2) образцов абрикосовых (АК) и
рисовой шелухи (РШ) основная потеря массы происходит в интервале
температур 200-500°С. При 500°С за 1 час теряется около 60% массы.
В работе использованы реальные сточные воды, которые загрязнены
нефтью месторождения Каражанбас (начальная концентрация нефти 1745
мг/дм3). Сорбцию проводили в фильтровальных колонках диаметром 15 мм.
Высота слоя фильтрующей загрузки составляет 500 мм, скорость фильтрации
2,5 мл/мин. Сточные воды объемом 200-2000 см3, и время контакта между
адсорбентом и водой была 30 мин.
Процент удаления нефти на двух адсорбентах представлены в
таблице 1. Из этих данных видно, что концентрация нефти была снижена с
1745 до 240 и 150 мг/дм3, что соответствует 86,2 и 92,4%-ной очистке воды от
нефтепродуктов с использованием КРШ700 (карбонизованная рисовая
шелуха) и КАК700 (карбонизованная абрикосовая косточка), соответственно.
Как видно, КАК700 показал высокую сорбционную емкость по
сравнению с КРШ700. Сорбционная способность КАК700 в основном,
объясняется его высокой удельной поверхностью и наличием микропорами.
Рис 1 – СЭМ снимки абрикосовой косточки карбонизированной при температуре
700оС (с разными усилениями)
326
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Таблица 1 – Эффективность очистки нефти в двух адсорбентах на
непрерывной трубчатой колонке (скорость фильтрации: 2,5 см3/мин, объем
стоков: 200 см3, Т=20ºС, время контакта: 30 мин, рН =2, начальная
концентрация нефти: С = 1745 мг/дм3)
Адсорбент
Cнефть, мг/дм3
Эффективность очистки (%)
КРШ700
КАК700
240
150
86,2
92,4
Методом тепловой десорбции аргона была определена удельная
поверхностность образцов, которые достигает до 630 м2/г. Электронномикроскопическим методом показано изменение морфологии и структуры
углеродсодержащих сорбентов от температуры, времени науглероживания.
На рисунке 1 показано, что на поверхности абрикосовой косточки
были найдены очень маленькие поры. Как видно из изображения СЭМ,
карбонизация позволяет получить развитую структуру с большей
пористостью, чем у первичных образцов. Высокая сорбционная способность
определяется пористой структурой сорбентов, а также химическим
взаимодействием с функциональными группами, присутствующих в
карбонизованных образцах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Пушкарев В.В., Южанинов А.Г., Мэн С.К. Очистка
сточных вод. – М.: Металлургия, 1980. – 200 с.
маслосодержащих
УДК 504.03
О ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ
Л.А. Гевлич
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия
Самарская губерния характеризуется большим количеством нефтеперерабатывающих заводов, месторождениями нефти, которые
разрабатываются и в настоящее время, и густой сетью нефтепроводов.
Работа нефтяной промышленности достаточно часто сопровождается
загрязнением окружающей среды. Нефть и нефтепродукты разливаются на
воде, почве и под почвой. Аварии и чрезвычайные ситуации, к сожалению, не
редкость. Их характер по классификации объемов «потерянной» нефти
колеблется в широких пределах – от локального до регионального значения
[1].
327
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Самарский регион прославил Новокуйбышевск который в 2001 году
официально был объявлен городом чрезвычайной экологической ситуации.
Причины – аварийные ситуации на подземной трубопроводной системе НПЗ
и неудовлетворительное состояние резервуарного парка, в результате которых под Новокуйбышевском образовалось подземное озеро с ориентировочной массой 1,5 млн. т. [2]. В зависимости от уровня подземных вод ( зимой и
летом) озеро кочует, временами выплескивая некоторую часть нефтепродуктов в речку Татьянку. Значительный объем готовой продукции откачивают.
На 2004 год его запасы снизились до 1.0 млн. т.
Менее масштабные, но более повседневные, аварийные ситуации
возникают при порывах нефтепроводов. Основные причины – изношенность
труб и нелегальные врезки.
Объем ремонтно-восстановительных и последующих рекультивационных работ зависят от количества разлитых продуктов, технических параметров повреждений трубопровода, характерных особенностей местности и
т. д.
1 сентября 2005г. более десяти тонн нефти разлилось из-за прорыва
нефтепровода «Дружба-2». Причина ЧП – нелегальная врезка. Через 20 минут
после сообщения об аварии трубу перекрыли, а еще через 50 минут утечка
прекратилась. Всего на почву вылилось 16 тонн нефти [3].
Работы значительно усложняются при возгорании нефтяного пятна.
13. 10. 2006 г. в Богатовском районе Самарской области при проведении демонтажных работ произошел разлив 15 тонн нефти. От случайной
искры нефть загорелась. Площадь возгорания составила 2,5 тыс. кв. м. В тушении пожара, который удалось ликвидировать спустя 7 часов, принимали
участие 45 человек и 13 единиц техники [4].
Выбор средств и способов при тушении пожаров весьма разнообразен- от традиционного заливания водой до ядерных взрывов и метания
брикетов с «сухим» льдом в очаг пожара.
В 1966 году на Урта-Булакском месторождении (Узбекистан) загорелся газовый фонтан «производительностью» 12 млн. м3 в сутки. Потушить
его удалось только через 3 года подрывом ядерного заряда из наклонной
скважины [5].
При тушении лесных пожаров в настоящее время широко используется авиация, от тяжелых самолетов до вертолетов. В настоящий период имеется большой набор методов и средств тушения огня. Пламя обычно поливают водой или водой с огнегасящими добавками. В России для тушения
лесных пожаров широко используются самолет-амфибия БЕ-200, грузоподъемностью 12 т. и пожарная модификация самолета ИЛ-76 грузоподъемностью 42 т.
328
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
При тушении пожаров пламя может быть сбито ударной волной
взрывчатых веществ. Пылевые бури, шквалы, искусственные вихри также
могут быть использованы для тушения пожаров [6].
3 августа 2010 года Президент Медведев Д.А.обратил внимание МЧС
на необходимость освоения новых средств пожаротушения и обязал в
течение ближайшего времени подготовить предложения для обеспечения
государственного финансирования этого направления.
Широкого распространения эти предложения Президента не получили до настоящего времени.
В тяжелые для России 2010 – 2012 г.г. лесных пожаров было разработано значительное количество технических решений для успешного решения борьбы с огнем.
Пожары при авариях на нефтепроводах обычно не столь масштабны
как лесные пожары в Сибири в 2011-2012гг поэтому в случаях возгорания
разлитых нефтепродуктов целесообразно применять методы и устройства
ликвидации локальных очагов пожара.
В качестве примера может быть приведен способ ликвидации очагов
пожара углекислым газом. Сущность способа: прицельное метание брикетов
из твердой двуокиси углерода («сухой лед») ствольной пневмопушкой позволяет осуществить массированную подачу диоксида углерода в очаг возгорания, в результате разложения которого под действием тепла, в окрестностях
полета и падения брикетов, возникает зона, заполненная охлажденным углекислым газом, в котором прекращается доступ кислорода к горящим очагам
пламени [7].
Не рассматривая другие многочисленные способы локализации и
тушения пожаров, следует отметить, что, в проведенных комплексных
учениях Самаранефтегаз в июне этого года на реке Сургут, показательное
тушение пожара проводилось с использованием «классических» способов водой и пеной.
В случаях возникновения реальных ЧС с пожарами нефтепродуктов
целесообразно использовать соответствующие комплексные современные
способы ликвидации очагов огня. Это сократит экологические утраты
природы, снизит экономические затраты и обезопасит труд работников МЧС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000№613 (ред. от 15.04.2002) «О
неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливах нефти и
нефтепродуктов».
2.Воробьев Ю. Л., Акимова В.А., Соколов Ю.И. Предупреждение и ликвидация
аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. – 2-е изд., стерео-типное. – М: Институт риска
и безопасности, 2007.- 368 с.
3. samarskieizvestia.ru/document/7144.
329
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
4. www.prime-tass.ru.
5. http://www.energyland.info/news-show-neft-gas-atom-9666.
6. http://www. day.kiev.ua/154510/.
7. Патент РФ № 2291730 от 14.02.2006.
УДК 574.632
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
РАБОТЫ РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ
Л. А. Гевлич, Т. М. Юшина
СамГТУ, Самара, Россия,
iushina.t@yandex.ru
Работа резервуарного парка включает прием, хранение и отпуск
нефтепродуктов. Каждый из этих циклов сопровождается экологическими
проблемами, повышенной пожаровзрывоопасностью и экономическими
потерями и затратами.
Экологические проблемы в основном заключаются в загрязнении
атмосферы парами углеводородов, которые выбрасываются в воздух на всех
рабочих циклах.
Сокращение потерь нефтепродуктов из резервуарных парков
нефтяной промышленности было и остается актуальной задачей. В настоящее
время для снижения выбросов паров нефтепродуктов используется широкий
ряд организационно-технических мероприятий, каждое их которых обладает
эффективностью и недостатками.
Объем испаряющихся паров зависит от площади открытой
поверхности нефтепродуктов, ее температуры, скорости движения
газовоздушных потоков над поверхностью и их составом. Снижению потерь
нефти
способствует
применение
специальных
резервуаров,
предусматривающих уменьшение объема газового пространства, хранение
нефтепродуктов под повышенным давлением, окраска наружных и
внутренних стен резервуаров в светлые тона, снижающие их нагревание,
применение дисков-отражателей и т.п.
Снижение открытой поверхности нефтепродуктов в резервуарах
успешно достигается применением понтонов и плавающих крыш.
В настоящее время разработано значительное количество
компоновок понтонов, как по исходным материалам конструкций, так и по
схеме затвора, уплотняющего кольцевой зазор между диском понтона и
стенкой резервуара.
По материалу, из которого изготовлен диск, различают
металлические и синтетические понтоны. Синтетические понтоны
330
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
значительно менее металлоемки, разнообразны по конструкции и они
находят все большее применение в силу их меньшего веса, облегчения
проведения ремонтных работ и т. д.
К недостаткам понтонов следует отнести их подтопление и
заклинивание из-за перекоса направляющих труб, образование твердых
отложений, потери углеводородов со смоченных стенок резервуаров, высокие
требования к геометрии резервуара, повышенная пожаро- и взрывоопасность
над понтоном, что требует применение дополнительных мер по
регулированию концентраций углеводородов во взрывоопасных зонах.
Плавающие крыши в отличие от понтонов применяются в
резервуарах, не имеющих стационарной кровли. Экологическая
эффективность плавающих крыш находится на уровне эффективности
понтонов при сохранении описанных выше недостатков и повышенной
металлоемкости.
Сокращение площади поверхности испарения нефтепродуктов в
резервуаре предлагается также достигать использованием микрошариков.
Шарики в резервуар могут вводиться через верхний люк или совместно с
нефтепродуктом. В резервуаре шарики всплывают и образуют покрытие на
поверхности продукта. Испытания, проведенные НИИТранснефтью,
показали, что эффективность по снижению выбросов нефтепродуктов в
атмосферу составляет около 50 % для бензинов и до 95 % для тяжелых
нефтепродуктов. Применение микрошариков не требует капитальных затрат
на переоборудование резервуаров, но данный способ имеет ряд
специфических недостатков. По сравнению с плавающими понтонами
целостность покрытия может нарушаться при большой скорости заполнения
выкачки резервуара. Интенсивное перемешивание нефтепродукта в
резервуаре ведет к перемешиванию микрошариков с жидкостью, поэтому
между выкачкой и закачкой необходим некоторый интервал (5-20 часов) для
всплытия шариков на поверхность. Для предотвращения попадания
микрошариков в трубопроводы целесообразно применять предохранительные
устройства. Качество покрытия из микрошариков значительно ухудшается
при снижении температуры ниже 5 0С.
При хранении нефтепродуктов или легковоспламеняющихся
жидкостей и сокращения их выбросов в атмосферу применяются различные
методы и устройства: газоуравнительные системы, факельное сжигание,
мембранное разделение смеси ЛФУ, азотное охлаждение, адсорбция
(активированный уголь), абсорбция (нефтяные масла) и т. д. У каждой из
перечисленных технологий есть свои достоинства. Общим же недостатком
является то, что они не могут гарантированно обеспечить улавливание ЛФУ.
331
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Очевидно, что наиболее эффективными по снижению выбросов
паров нефтепродуктов в атмосферу являются установки улавливания легких
фракций (УЛФ).
Но при высокой эффективности существующие установки этого типа
имеют
также
ряд
недостатков:
высокая
стоимость,
наличие
энергопотребляющего оборудования, необходимость автоматизации.
В настоящее время получает распространение метод хранения
углеводородов в среде инертного газа.
Хранение нефтепродуктов под слоем инертного газа, нагнетаемого в
газовое пространство резервуаров, уменьшает испарение, а, следовательно, и
загрязнение воздушного бассейна углеводородами.
Существует множество авторских свидетельств, связанных с
закачкой инертного газа в газовое пространство резервуаров.
Например, сущность патента РФ № 2101055 «Способ
предупреждения пожаров и экологической защиты резервуаров с
нефтепродуктами» заключается в том, что газовую инертную смесь подают в
свободный объем резервуара равномерно распределенными по окружности
струями, параллельными поверхности крышки резервуара. При превышении
заданного давления в свободном объеме резервуара производят выброс
парогазовой смеси. Выброс может производиться через крышу «буферного»
газгольдера, нижняя точка которого соединена газоуравнительным
трубопроводом с заполняемым резервуаром. При последовательном
чередовании процессов откачки и налива с амплитудой изменения объема
топлива, не превышающий объем «буферного» газгольдера, выбросы паров
уменьшаются в 4 раза и составляют незначительную величину. В качестве
газовой инертной смеси используется обогащенный азотом, обедненный
кислородом и осушенный воздух, полученный путем пропускания под
давлением атмосферного воздуха через два попеременно работающих
адсорбера, поглощающих кислород и воды. В качестве адсорберов
используют углеродные молекулярные сита. Очищенная газовая инертная
смесь, освобожденная от паров нефтепродукта, накапливается для
последующего повторного использования, а пары нефтепродуктов
направляются обратно в резервуар. [1]
Существует способ экологической защиты и предупреждения
взрывов резервуаров с нефтепродуктами, включающий в себя подачу в
свободный объем резервуара инертного газа - азота, заполнение резервуара
нефтепродуктами путем слива нефтепродуктов из транспортной емкости,
вытеснение парогазовой смеси из свободного объема резервуара в
транспортную емкость. Недостатком является необходимость наличия
передвижной установки для доставки емкостей с жидким азотом, также
перемешивание парогазовой смеси при подаче азота в газовый объем
332
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
резервуара, в результате чего увеличивается интенсивность испарения
нефтепродуктов и количество выбросов при их вытеснении в транспортную
емкость. Вследствие наличия выбросов углеводородов в атмосферу возле
резервуаров может образовываться взрывоопасная концентрация паров
горючего.
Применение инертных газовых «подушек» в резервуарах позволяет
значительно снизить взрывопожароопасность при работе резервуарных
парков.
Данные об экологической эффективности применения этого метода
весьма противоречивы: от 0 % до 80-90 %. [1-3]
Обращают на себя внимание технически сложные и затратные
методы получения инертных газов.
Для обеспечения взрывопожаробезопасности достаточно снизить
содержание кислорода в составе парогазовой смеси до 5-9 % в зависимости
от природы углеводородов.
Температура подаваемой инертной смеси газов находится в пределах
температуры окружающей среды.
В настоящей работе предлагается снижение пожароопасности и
улучшения экологической обстановки в районе резервуарного парка за счет
использования продуктов сгорания газового топлива из труб котельной НПЗ
и предприятий. О такой возможности упоминается в ряде работ, в том числе
и в патенте РФ 2101055 [1], в котором инертный газ рекомендуется получать
с использованием углеродных сит.
Метод использования дымовых газов из трубы котла был применен в
середине прошлого столетия на Волге.
При буксировке нефтеналивных барж при получении пробоины в ее
корпусе первоначально предполагалось полная выгрузка нефтепродуктов,
зачистка и промывка поврежденных секций, и только после этого
разрешались газосварочные работы.
В научно-исследовательских работах, проведенных Козловым В. С.,
предложен метод ремонта барж без освобождения их от нефтепродуктов.
Сварочные работы проводились сразу после заполнения свободного
пространства над нефтепродуктами дымовыми газами из трубы буксира. [4]
Впоследствии этот способ ремонта широко использовался в речном
флоте СССР.
В данной работе для нефтяных парков предлагается применять
дымовые газы собственных котельных.
Котельные НПЗ Самарского региона работают на газовом топливе.
При коэффициенте избытка воздуха при сжигании топлива, равным 1,1-1,5,
концентрация кислорода в дымовых газах в зависимости от теплотворной
способности природного газа находится в пределах 1,5-2,5 %.
333
Экологические проблемы нефтегазового комплекса
Эта концентрация обеспечивает безопасность хранения всех типов
жидких топлив на НПЗ страны.
Температура уходящих газов котельных составляет ~ 150 0С, поэтому
их применение возможно только после соответствующего охлаждения.
Выбор холодильной установки должен рассматриваться в каждом
конкретном случае в зависимости от объема резервуарного парка и режима
их работы.
Мощность котельных НПЗ по Самарскому региону достаточна для
выработки дымовых газов собственных парков хранения, приема и отпуска
нефтепродуктов.
Для снижения выбросов углеводородов из резервуара может быть
использованы предложения, представленные в патенте РФ № 2101055 [1],
когда запуск дымовых газов осуществляется равномерно распределенными
по окружности струями, параллельными поверхности крышки резервуара.
Необходимые давления и объем газов могут осуществляться путем
предварительного нагнетания дымовых газов котельной в специальный
газгольдер, их хранение под давлением.
В настоящее время рассматриваются рабочие схемы применения
данного предложения на НПЗ Самарского региона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Способ предупреждения пожаров и экологической зашиты резервуаров с
нефтепродуктами: А. с. 2101055 РФ / Щербатюк В.М. Заявл. 11.03.96; опубл. 10.01.98
2.
Способ хранения сероводород- и/или меркаптансодержащей нефти,
нефтепродуктов и газоконденсата в резервуаре под атмосферой инертного газа: А. с. 2189340
РФ / Шакиров Ф. Г.; Вильданов А. Ф.; Хрущева И. К.; Сафиуллина А. К. Заявл. 28.03.00;
опубл. 20.09.02
3.
Жабер Жубейли. Повышение эффективности эксплуатации резервуаров
нефтехранилищ: Дис., канд.техн.наук. Москва, 2000.128 с.
4.
Разработка условий безопасной транспортировки бензинов в нефтеналивных
судах с применением инертных газов / Козлов Ф. С., Куйбышев,1957.
334