ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Экологические проблемы газовой промышленности
Природный газ в экологическом отношении является самым чистым видом минерального топлива. При его сгорании образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива.
Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к заметному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который, как и метан, является парниковым газом. Большинство ученых именно это обстоятельство считают причиной наблюдающегося в настоящее время потепления климата. Метан является парниковым газом и может повлиять на глобальное потепление климата, при утечках из газотранспортных систем. Один килограмм метана на временном горизонте в 20 лет эквивалентен потенциалу глобального потепления от 35 кг углекислого газа [7].
Наибольшее негативное воздействие на окружающую среду осуществляется в пределах территорий газовых и нефтяных месторождений, а так же в ближайших населенных пунктах и на протяжении магистральных трубопроводов.
Непосредственному воздействию подвергаются такие компоненты природных комплексов, как растительность, почва, микрорельеф, верхние горизонты горных пород, подстилающие почву. В результате тесной взаимосвязи компонентов природной среды воздействию подвергаются гидрогеологический режим, снежный покров, тепломассообмен в приземном слое атмосферы, что в свою очередь вновь оказывает в дальнейшем влияние на растительность, почву, микрорельеф [24].
Добыча нефти и газа приводит к изменению глубоко залегающих горизонтов геологической среды, что может привести к необратимым деформациям земной поверхности. Перемещения земной поверхности, вызываемые откачкой из недр воды, нефти или газа, могут быть достаточно большими, чем даже при тектонических движениях земной коры [7].
Неравномерно протекающее оседание земной поверхности часто приводит к разрушению водопроводов, кабелей, железных и шоссейных дорог, линий электропередач, мостов и других сооружений. Оседания могут вызывать оползневые явления и затопление пониженных участков территорий. В отдельных случаях, при наличии в недрах пустот, могут происходить внезапные глубокие оседания, которые по характеру протекания и вызываемому ими эффекту мало отличимые от землетрясений.
Трубопроводный транспорт - самый экологически чистый вид транспорта углеводородов, но лишь при условии соблюдения жесткой экологической дисциплины при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов. Данные «Газпром» подтверждают, что потери газа при средней дальности транспортировки 2500 км составляют 1,0-1,2 % от общего объема перекачки [15].
На всей территории России рассредоточены искусственно созданные трубопроводные сооружения, которые находятся в сложном взаимодействии с окружающей средой. Как правило, взаимовлияние трубопроводных комплексов и природной среды носит негативный характер. Это связано, прежде всего, с тем, что магистральные трубопроводы имеют огромную протяженность, они пересекают практически все природноклиматические регионы. Современные магистральные газопроводы диаметром до 1400 мм с рабочим давлением до 10 МПа и представляют собой по существу взрывопожароопасный сосуд протяженностью в тысячи километров, разрушение которого связано с крупномасштабными экологическими потерями, в первую очередь, из-за механических и термических повреждений природного ландшафта. Такие нарушения, даже будучи временными, приводят к сдвигам в тепловом и влажном режимах грунтовой толщи и к существенному изменению ее общего состояния [14].
Самостоятельный вид техногенного воздействия на окружающую среду представляет работа компрессорных станций (КС). Основным загрязняющим веществом от КС являются окислы азота. Содержание этих выбросов в зоне КС нередко превышает максимально допустимые концентрации в атмосферном воздухе. Для ряда КС уровень загрязнения составляет 40-60 ПДК на расстоянии от источника в среднем до 500 м.
Основными источниками загрязнения приземного слоя атмосферы при трубопроводном транспорте газа являются аварийные выбросы газа при отказах линейной части магистральных газопроводов и выбросы при проведении технологических операций (пуск и остановка газоперекачивающих агрегатов (ГПА), продувка пылеуловителей и т.д.), а также продукты сгорания ГПА [5].
На компрессорных станциях магистральных газопроводов основным источником загрязнения являются ГПА, в выхлопных газах которых содержится окислы азота и углерода. Отрицательное воздействие загрязнителей воздуха обуславливается их токсическими и раздражительными свойствами [2].
В 2013 г. валовые выбросы загрязняющий веществ (ЗВ) в атмосферный воздух от стационарных источников предприятий Группы Газпром по отношению к прошлому году уменьшились на 9,8 % и составили 3 076,4 тыс. т. В отчетном году было уловлено и обезврежено на установках очистки отходящих газов 3 548,8 тыс. т. ЗВ, из которых 94 % – твердые вещества, преимущественно зола твердого топлива [15].
Основными ЗВ являются углеводороды (преимущественно метан), оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, на которые приходится суммарно 92,2 % валовых выбросов. Углеводороды (метан) в структуре валовых выбросов на 94,3 % представлены выбросами предприятий, занятых в деятельности по добыче, транспортировке, подземному хранению и переработке природного газа и газового конденсата [4].
Природный газ отдельных месторождений может содержать весьма токсичные вещества, что требует соответствующего учета при разведочных работах, эксплуатации скважин и линейных сооружений. Так, в частности, содержание сернистых соединений в газе нижней Волги настолько велико, что стоимость серы как товарного продукта, получаемого из газа, окупает затраты на его очистку. Это является примером очевидной экономической эффективности реализации природоохранной технологии. Воздействие широкомасштабного строительства магистральных трубопроводов отрицательно сказывается на состоянии животного мира. За счет работы строительных механизмов, транспортных магистралей, использования вертолетов происходит шумовое загрязнение атмосферы. Например, уровни шума на КС значительно превышают действующие санитарные нормы, что создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала, населения и обитания диких животных и птиц [14].
Из-за воздействия шумов животные и птицы вынуждены покидать привычные места ареалов обитания. За счет перераспределения популяционных групп, покидающих зоны влияния строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов, происходит уплотнение популяций в новых местах обитания, что приводит, в конечном счете, к снижению продуктивности охотничьих угодий. Таким образом, нарушения окружающей среды, обусловленные изменением инженерно-геологической обстановки при добыче и транспортировке газа, возникают повсеместно. Избежать их полностью при современных методах освоения невозможно. Поэтому главная задача состоит в том, чтобы свести к минимуму нежелательные последствия, рационально используя природные условия [6].
1.2. Влияние газовой промышленности на атмосферный воздух
Рост добычи и переработки газа и газового конденсата значительно повысили экологическую опасность производств, возможное и фактическое их воздействие на атмосферный воздух и население. Проблема усложняется тем, что в разработку активно включаются новые месторождения с более высоким содержанием сероводорода и других примесей в природном газе и конденсате [12].
Промышленность и связанная с ней добыча, транспортировка и переработка полезных ископаемых являются основным источником загрязнения атмосферы.
Газовая промышленность - ведущая отрасль топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Эффективность и производительность газовой промышленности являются важными факторами успешного развития экономики России в целом. Природный газ в мировом энергетическом балансе занимает третье место после нефти и угля, составляя при этом 23 %. По отношению к нефти и углю природный газ считается наиболее чистым в экологическом отношении, при этом является также доступным по цене и весьма надежным источником энергии. Мировые запасы природного газа на 2018 г. составили 197,259 трлн. м3, из которых 24,23 % находятся в России [11].
Переработка природного газа и конденсата является комплексным процессом, осуществляющимся в условиях непрерывного изменения состава сырья в результате снижения пластового давления при длительной эксплуатации скважин.
Наличие стабильной сырьевой базы и растущая потребность в компонентах природного газа в нефтехимических и других отраслях являются основой дальнейшего развития газопереработки [1].
Газовые комплексы являются мощным источником загрязнения атмосферного воздуха вредными веществами. Гигиенические условия проживания и здоровье населения газовых регионов определяются влиянием на них диффузного загрязнения атмосферного воздуха [12].
Основное назначение газоперерабатывающих заводов - очистка углеводородного газа от нежелательных примесей и разделение его с получением целевых фракций (метановой, этановой, пропановой и т.п.), а также стабилизация газового конденсата с последующим получением на его основе моторных топлив [1].
В состав природных и попутных нефтяных газов, помимо углеводородов, входят различные нежелательные (кислые) компоненты, в частности, сероводород, сероуглерод, серооксид углерода, диоксид углерода, меркаптаны. Данные компоненты способствуют созданию в аппаратах кислой среды, что приводит к коррозии металлов (особенно в присутствии воды), отравлению катализаторов и уменьшению эффективности процессов газопереработки, а также транспортировки газа. Стоит отметить, что такие серосодержащие вещества, как сероводород, серооксид углерода и меркаптаны, являются достаточно высокотоксичными.
Газоперерабатывающий завод - источник вредных веществ, которые образуются в процессе переработки, в связи с этим существует необходимость соответствующего оснащения, которое способствовало бы недопущению выбросов загрязняющих веществ и их утилизации. Данными вредными веществами являются: сероводород, углеводороды, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, меркаптаны, сажа и другие продукты сжигания топлива [21].
Основными источниками выбросов могут являться факелы, дымовые трубы, газопроводы, предохранительные клапаны, емкости, аварийные выбросы и т.п. Приоритетными загрязняющими веществами по массе выбросов из числа возможных выбрасываемых газоперерабатывающими предприятиями веществ являются: оксид углерода, диоксид серы и диоксид азота; по категории опасности - сероводород, диоксид азота и диоксид серы. Основную роль при возникновении ситуаций повышения концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы играют неблагоприятные метеорологические условия. Наиболее благоприятные условия для накопления вредных примесей в атмосфере складываются в осенне-зимний период, когда наблюдается наименьшая высота слоя термодинамической неустойчивости, до 500 м, приземные и приподнятые инверсии, появившиеся ночью, сохраняются в течение дня и имеют наибольшую мощность и интенсивность [8].
Из вышесказанного следует, что газовая промышленность создает мощную техногенную нагрузку на окружающую среду.
На рисунке 1 представлена классификация загрязнений атмосферного воздуха в газовой промышленности, исходя из существующих технологических схем по добыче и переработки газа, а также исследования выбросов различных предприятий [12].
Рис. 1. Классификация загрязнений атмосферного воздуха в газовой промышленности
С целью защиты состояния окружающей среды и для улучшения в целом экологической обстановки требуется осуществление природоохранных мероприятий в период разработки газовых месторождений, а также объектов для бурения, добычи, подготовки, транспортирования и хранения углеводородов и продуктов их переработки. Необходимо разрабатывать экологические программы, направленные на рациональное использование газовых ресурсов, предотвращение различных аварий, сохранение растительного и животного мира, а также на борьбу с загрязнением окружающей среды [24].
1.3. Оценка рисков процесса транспортировки газа магистральными трубопроводами в России
Приоритетными целями развития газотранспортных предприятий РФ являются повышение эффективности и экологичности процессов транспортировки природного газа, создание условий безаварийной работы, а также обеспечение надежности и долговечности технологического оборудования. В процессе транспортировки природного газа магистральными газопроводами и распределения его потребителям происходят значительные потери газа (по различным данным, от 6 до 10 %), что влечет за собой ряд экологических последствий, связанных с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, а также экономических – вызванных нерациональным использованием природных ресурсов [17].
Россия является крупнейшим поставщиком природного газа в мире, на её долю приходится порядка 24 % объемов добычи природного газа. В России действует самая протяженная газотранспортная сеть в мире. По данным ОАО «Газпром» Единая система газоснабжения (ЕСГ) включает 150,2 тыс. км магистральных газопроводов (с учетом изолированных газовых компаний протяженность газопроводов России более 151 тыс. км), 689 компрессорных цехов мощностью 42,2 млн. кВт, 22 объекта подземного хранения газа. Более 4000 ГПА суммарной мощностью 44,2 ГВт ежегодно перекачивают около 700 млрд. м3 природного газа на расстояние в тысячи километров. Около 85 % ГПА имеют привод от газотурбинных установок с КПД всего 23–35 % [30].
Транспортировка газа магистральными трубопроводами представляет опасность для окружающей среды: во-первых, при обычной эксплуатации, так как газокомпрессорные станции являются крупнейшим источником загрязнения атмосферного воздуха, во-вторых, при плановых ремонтах, в ходе которых производится стравливание газа и, в-третьих, газопроводы опасны для окружающей среды в случаи наступления аварийных ситуаций.
Эксплуатация объектов газотранспортной системы характеризуется риском возникновения аварийных ситуаций, сопровождающихся возгораниями, взрывами и аварийными выбросами загрязняющих веществ. Для минимизации негативного воздействия производственной деятельности на предприятиях газопроводного транспорта разрабатываются природоохранные программы, приоритетной целью которых, как правило, является предотвращение возникновения аварийных ситуаций на компрессорных станциях и линейных участках магистральных трубопроводов, приводящих к отрицательному воздействию на многие компоненты окружающей среды [23].
Проблема минимизации загрязнения окружающей среды при аварийных ситуациях на объектах газотранспортной системы требует разработки мер, направленных на обеспечение безаварийности работы технологических объектов. К решению проблемы обеспечения безаварийности работы и снижения негативного воздействия на окружающую среду необходимо подходить комплексно, через разработку и внедрение системы управления рисками процесса перекачки газа на компрессорных станциях, так как именно работа перекачивающих агрегатов характеризуется наибольшими воздействиями на окружающую среду. Внедрение такой системы позволит обеспечить не только снижение технологических и экологических рисков, но и приведет к сокращению экономических потерь, средств, направленных на ликвидацию последствий аварийных ситуаций [19].
Разработка системы управления рисками процесса перекачки газа включает не только анализ и оценку технологических и прочих рисков, чему посвящено большинство научных трудов по данной тематике [18].
По мнению многих экспертов, в настоящее время не существует общепринятого метода оценки рисков промышленных объектов, а те, что сегодня применяются на практике, направлены на оценку отказов в работе технологического оборудования, используемого в производственном процессе. Что касается экологических рисков, связанных с отказами работы технологического оборудования, исследования нацелены на оценку масштабов и характера распространения выбросов в окружающую среду. При этом недостаточное внимание уделяется вопросу управления процессом для снижения вероятности и возникающего ущерба в случае наступления нештатных ситуаций, то есть отсутствует система, позволяющая реализовывать эффективные мероприятия, предупреждающие различного рода аварийные ситуации [25].
Процесс транспортировки природного газа магистральными газопроводами включает в себя следующие виды деятельности: распределение газа на промысловых газораспределительных станциях, перекачка газа на газокомпрессорных станциях (головная и линейные), транспортировка на линейных участках газопровода и распределение газа на газораспределительных станциях потребителям.
Газокомпрессорные станции – это элементы системы транспортировки газа, обеспечивающие основные технологические процессы подготовки и транспорта природного газа. Как было сказано выше, наибольшее воздействие на окружающую среду оказывается в процессе перекачки газа на газокомпрессорных станциях, оборудованных газоперекачивающими агрегатами, имеющими привод от газотурбинных установок. Поэтому основное внимание при разработке алгоритма управления рисками транспортировки природного газа уделялся именно этому процессу [3].
Ввиду того, что управление рисками является важнейшей составляющей общей системы менеджмента на современном предприятии, для разработки системы управления рисками процесса перекачки природного газа на газокомпрессорных станциях использовались основные методологические подходы управления процессами с целью выработки различного рода решений, преимущественно управленческого характера. Данные подходы заложены в требованиях международных стандартов по разработке систем управления [3].
Для процесса перекачки газа на газокомпрессорных станциях предложен алгоритм идентификации, оценки и управления рисками, в основе которого лежит модель системы управления рисками в соответствии с международным стандартом ISO 31000 (рис. 2) [11].
Рис. 2. Основные элементы системы управления рисками
Управление рисками – это совокупность методов анализа и нейтрализации факторов рисков, объединенных в систему планирования, мониторинга и корректирующих действий. В то же время это является дополнительным инструментом постоянного совершенствования системы управления предприятия, направленным на повышение качества выполняемых работ, а также повышения удовлетворенности заинтересованных сторон (потребителей, персонала, населения, инвесторов, акционеров и т.д.) [16].
Основными элементами системы управления рисками являются:
- выявление потенциальных рисковых событий, оказывающих влияние на эффективность деятельности в рамках системы управления качеством окружающей среды и в области профессиональной безопасности и охраны труда;
- оценка уровня их влияния;
- изменение характеристик риска в соответствии с обозначенным уровнем допустимости соответствующих типов (видов) рисков;
- разработка решений по управлению рисками.
Первым этапом для создания комплексной системы управления рисками процесса перекачки газа на газокомпрессорных станциях является определение области применения системы, которая включает разработку целей и задач анализа, оценки и управления рисками данного процесса. При разработке целей и задач должны учитываться стратегические направления в области обеспечения качества данного процесса, экологической безопасности, а также обязательства компании по снижению негативного воздействия процесса на окружающую природную среду и здоровье персонала [18].
Следующий этап – оценка рисков в соответствии с целями и задачами разработки системы.
Оценка риска – это количественное описание выявленных рисков, в ходе которого определяются такие их характеристики, как вероятность и размер возможного ущерба.
Алгоритм оценки рисков для перекачки газа на газокомпрессорных станциях представлен на рис. 3.
В качестве основы для расчета рисков процесса перекачки природного газа на газокомпрессорных станциях предлагается использовать методологию систематической оценки рисков. По данной методологии риск – это величина, зависящая от ряда переменных, таких как уязвимость, угроза, вероятность, воздействие и экономическая ценность активов (материальных и нематериальных), используемых в данном процессе. Оценка риска – это изучение уязвимых мест, угроз, вероятности, возможных потерь и теоретической эффективности мер, направленных на управление рисками [17].
Величина риска в соответствии с данной методологией определяется следующей формулой: Риск = Угроза ? Уязвимость ? Воздействие.
Данная методология отличается от традиционной оценки рисков, где главной категорией, определяющей величину риска, является вероятность наступления рискового события. В соответствии с применяемой методологией вероятность определяется произведением величины «уязвимости» технологического оборудования и «угрозы». «Уязвимость» – это категория, характеризующая технологические параметры оборудования, применяемого в процессе. «Угроза» – опасности, которые могут произойти входе технологического процесса (пожар, взрыв и т.д.).
Рис. 3. Алгоритм оценки рисков процесса перекачки природного газа на газокомпрессорных станциях
В соответствии с предложенным алгоритмом начинать анализ и оценку рисков необходимо с описания процесса, для чего можно использовать различные методики описания бизнес-процессов. Наиболее удобным в данном случае является применение методологии функционального моделирования. В качестве исходной информации могут быть использованы технологические схемы, технологические регламенты, а также документация по оборудованию, используемому в данном процессе. Разработанная функциональная модель является основой для идентификации «угроз» и «уязвимостей» данного технологического процесса [19].
Интересным в предлагаемом алгоритме является определение величины ущерба, так как с точки зрения управления процессом данная категория является наиболее значимой, потому как служит приоритетным критерием для определения величины допустимости риска. Расчет экономического ущерба в результате наступления аварийной ситуации должен представлять не только оценку стоимости потерянных или поврежденных материальных активов предприятия, но и оценку нематериальных активов, таких как документация, персонал, имидж и т.д.
Завершающим этапом анализа рисков является математический расчет величины риска, построение таблиц и матриц рисков для процесса перекачки газа. После чего определяется уровень допустимого риска для данного конкретного случая. На этом завершается этап анализа и оценки рисков [16].
Основное преимущество предложенного алгоритма анализа количественной оценки рисков перед традиционными заключается в том, что в ходе данного анализа выявляются «уязвимости» в технологическом процессе, которые в дальнейшем (на этапе разработки мероприятий по управлению рисками) используются в качестве контролируемого и управляемого параметра. Традиционные же методики оценки величины риска ориентированы на определение вероятности наступления рискового события и позволяют сделать выводы только об опасности объекта и, соответственно, разработать рекомендации по контролированию опасностей.
Следующим этапом формирования системы управления рисками является разработка мероприятий, позволяющих снизить уязвимость технологического процесса, что, в свою очередь, обеспечивает повышение безаварийности работы. Выделяют следующие методы управления рисками: снижение уровня риска, передача риска (страхование рисков), избежание риска (отказ от деятельности, реализация которой связана с рисками), принятие риска на себе и удержание риска на приемлемом уровне.
Таким образом, управление рисками опасных производственных процессов, разработанное как целостная система, позволяет выявлять угрозы в реализации основных процессов и реализации стратегических целей и задач и информировать о них высшее руководство через отчетность в области анализа и оценки рисков. Внедряя систему управления рисками в соответствии с современными принципами и подходами к управлению, помимо выявления рисков и снижения их до допустимого уровня, предприятие обеспечивает оценку потерь, которые компания может понести в плановом периоде, и, соответственно, своевременное принятие необходимых мер с целью их избежания [16].
1.4. Перспективы развития газовой промышленности в России
Газовая промышленность России играет важную роль в экономике страны и глобальной системе энергообеспечения, располагая мощным ресурсным, производственным, технологическим и кадровым потенциалом. Однако в последние годы отрасль сталкивается с рядом внутренних и внешних вызовов, в связи с этим значительный интерес представляет рассмотрение ситуаций, связанных с оценкой места России в мировой системе газообеспечения, определением региональной и организационной структур добычи, переработки и транспорта газа в России.
