Экологическая безопасность газокомпрессорных станций. В 2 ч. Ч. 2. Воздействие системы транспорта газа на окружающую среду

УДК 502.13:622.691.4(075.8)
ББК 30.692я73+39.76-082.02я73
     0-78



Рецензенты:
кафедра энергетики Уральского государственного лесотехнического университета (завкафедрой д-р техн, наук, проф. С.М. Шанчуров); замначальника Комсомольского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Югорск» А. В. Пьянков
Научный редактор — д-р техн, наук, проф. Ю. М. Бродов
На обложке — изображение с сайта http:llstavropol-tr.gazprom.rulaboutlhistoryl

        Островская, А. В.
0-78 Экологическая безопасность газокомпрессорных станций. В 2 ч.
        Ч. 2. Воздействие системы транспорта газа на окружающую среду : учебное пособие / А. В. Островская. — Екатеринбург : Изд-во Урал, ун-та, 2017. — 151, [1] с.
        ISBN 978-5-7996-1990-9 (ч. 2)
        ISBN 978-5-7996-1396-9
Учебное пособие знакомит читателей с основными направлениями воздействия системы транспорта газа и, в частности, газокомпрессорных станций, на окружающую среду, а также с методами снижения данного негативного влияния. Значительное внимание уделено анализу факторов, влияющих на загрязнение окружающей среды природным газом и продуктами сгорания топлив.
Пособие может использоваться студентами всех форм обучения. Также может быть рекомендовано аспирантам и преподавателям, специализирующимся в области преподавания экологической безопасности.
Часть 1 вышла в 2015 г.
Библиогр.: 54 назв. Табл. 12. Рис. 17.
                                         УДК 502.13:622.691.4(075.8)
ББК 30.692я73 +39.76-082.02я73

ISBN 978-5-7996-1990-9 (ч. 2)
ISBN 978-5-7996-1396-9

© Уральский федеральный университет, 2017

                ВВЕДЕНИЕ




  Газовая отрасль России представляет собой сложную систему, включающую в себя добычу, транспортировку, хранение и переработку газа. В состав единой системы газоснабжения (ЕСГ) входят более 200 газовых и газоконденсатных месторождений; 170,7 тысяч километров магистральных газопроводов (МГ) и отводов; 250 линейных компрессорных станций (КС), на которых установлено 3825 газоперекачивающих агрегатов (ГПА) общей мощностью 46,1 тыс. МВт; около 22 подземных хранилищ газа; 16 газоперерабатывающих заводов*. Каждая часть этого комплекса является источником потенциальной экологической опасности, хотя степень их влияния на окружающую среду различна. Несмотря на экологические преимущества при использовании газа по отношению к другим видам топлива, объекты отрасли прямо или косвенно оказывают негативное воздействие на окружающую среду, отличающееся по своей значимости на этапах строительства и эксплуатации. Воздействие в период строительства носит активный, но кратковременный характер. А в период работы воздействие будет иметь постоянный, долговременный характер, обусловленный продолжительностью эксплуатации.
  Разработка месторождений, строительство газопроводов большой протяженности приводит к образованию новых значительных по площади техногенных ландшафтов. В результате отчуждения территорий под строительство сокращаются площади лесов, сельскохозяйственных угодий, оленьих пастбищ. При прокладке трубопроводов происходит активное воздействие на почвенный слой,
      URL: http://www.gazpromquestions.ru/transmission/

3

Введение

нарушаются и загрязняются водные системы, наносится огромный ущерб всему растительному и животному миру.
  Эксплуатация трубопроводов также приводит к загрязнению почвы, поверхностных и подземных вод, приземного слоя атмосферы, а в зоне многолетней мерзлоты — к интенсивному воздействию на структуру грунта. Основной проблемой становится выброс в атмосферу продуктов сгорания газотурбинных агрегатов — оксидов углерода, оксидов азота, углеводородов. Доля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, относящихся к ОАО «Газпром», в 2014 г. составила около 9% всех выбросов России. Огромный ущерб наносят потери природного газа, которые происходят по всей технологической цепочке (добыча, транспортировка и переработка) и составляют около 1 % от объема добытого газа. В результате аварийных разрывов газопроводов, которые сопровождаются, как правило, взрывом и последующим возгоранием природного газа, происходит загрязнение окружающей среды, уничтожение растительного и животного мира. Опасности подвергается и рядом проживающее население.
  При строительстве и эксплуатации магистральных газопроводов возникают достаточно мощные источники шума, такие как компрессорные станции, вертолетные площадки, транспортные магистрали. Высокий уровень шума создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала, для жителей близлежащих районов, а также для диких животных и птиц.
  Избежать полностью нарушения окружающей среды при современных методах освоения месторождений газа, конечно же, невозможно. Поэтому главная задача состоит в том, чтобы свести к минимуму нежелательные последствия работы газовой отрасли.
  В связи с этим данное учебное пособие состоит из двух разделов. Первый раздел посвящен анализу экологических аспектов системы транспорта газа и воздействия данной отрасли на отдельные компоненты окружающей среды (воздух, водные системы, почву) и здоровье человека. Отдельное внимание уделяется особенностям районов Крайнего Севера.
  Во втором разделе рассматриваются инженерные, институциональные и профилактические действия, направленные на снижение воздействия системы транспорта газа на окружающую среду и повышение экологической безопасности данной отрасли.

4

РАЗДЕЛ А. ВОЗДЕЙСТВИЕ
ОБЪЕКТОВ
ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ


            1. Характеристики природной и социальной среды районов Крайнего Севера


  Для выявления экологических проблем, возникающих при работе конкретной отрасли промышленности, а также для поиска оптимальных решений этих проблем необходимо знать особенности природной и социальной среды того региона, где расположены предприятия данной отрасли. Большая часть месторождений природного газа России сосредоточена в районах Крайнего Севера. Природа этой территории является очень чувствительной к воздействию со стороны человека. Поэтому рассмотрим в качестве примера особенности именно этих регионов России, разделив их по следующим основным группам факторов:
  • абиотические факторы природной среды (климат, геоморфологические особенности, характеристики водной среды и почвы и т.п.);
  • биотические факторы природной среды (растительный и животный мир);

5

Раздел А. Воздействие объектов газовой промышленности на окружающую среду

  •  характеристики социальной среды (влияние отрасли на здоровье человека, особенности жизни местного населения и т.п.).
  Районы Крайнего Севера — это часть территории России, расположенная главным образом к кяу от Северного Полярного круга, в арктическом и субарктическом природном поясах. Здесь встречаются четыре основные природные зоны: арктические пустыни, безлесная тундра, лесотундра и северная тайга.
  Климат Арктики и Субарктики характеризуется явно выраженными сезонными ритмами с длительными холодными зимами (до 8 мес.) и короткими солнечными летними периодами (60-70 дн.). Среднегодовая температура в арктических районах отрицательная, около -10 °C. Средние температуры самого холодного месяца года (января) составляют около -26 °C, минимальные температуры опускаются до -70 °C. Средняя температура летних месяцев близка к 0 °C, однако, несмотря на это, под воздействием прямой солнечной радиации камни и поверхностный слой почвы летом могут прогреться до 30 °C, что является важным с экологической точки зрения фактором. В субарктических районах (в зонах лесотундры и тайги) немного теплее, сезонность выражена менее четко, но в целом зима также холодная и длинная, а лето короткое.
  Имеют место приземные температурные инверсии, что способствует накоплению в нижних слоях воздуха загрязняющих веществ (пыль, смог и т.д.). От локального скопления загрязняющих веществ страдают в первую очередь лишайники, составляющие основу пищевой цепи в тундре и в высшей степени чувствительные к загрязнению воздуха.
  Климат также характеризуется небольшим количеством осадков, преимущественно в виде снега. Влажность воздуха низкая зимой и высокая летом. Сильные ветры способствуют перераспределению снежного покрова в безлесных районах и выхолаживанию почвы.
  Основной характерной особенностью геоморфологии арктических районов, имеющей большое экологическое значение, является многолетняя («вечная») мерзлота. Многолетнемерзлым называется грунт, температура которого длительное время (от 2-3 лет до тысячелетий) удерживается ниже 0 °C. Глубина такого мерзлого слоя может доходить до 1000 м. Поверх слоя вечной мерзлоты расположен активный, или деятельный, слой толщиной 1-4 м, оттаивающий в летний период (рис. 1).

6

1. Характеристики природной и социальной среды районов Крайнего Севера

  В России территории вечной мерзлоты занимают около 65%, толщина вечной мерзлоты в большинстве регионов Крайнего Севра составляет 400-500 м.


Ледяные линзы в грунте

Т ермокарстовые озера

Наледь Ледовые клинья

Гидролакколиты (пинго) Пласт подземного льда

Активный слои

Многолетняя мерзлота

Лед

Рис. 1. Различные формы ландшафта на многолетней мерзлоте [31]

                                      Непромерзающая [коренная) порода







  В многолетней мерзлоте грунтовые воды находятся в виде льда, его количество определяет термическую стабильность такого грунта. Различают сухую и льдистую многолетнемерзлую породу. Чем больше льда, тем сложнее вести строительство, тем больше проблем с обеспечением экологической безопасности любого объекта, в том числе и газопровода. В толще породы лед встречается в виде прослоек, линз, клиньев, а то и многометровых пластов ископаемого (каменного) льда. Образуются своеобразные криогенные формы рельефа. Некоторые из них, характерные для геоморфологии Севера, показаны на рис. 1.
  Морозобойное растрескивание грунта происходит из-за большого охлаждения и сжатия поверхностных слоев. Образовавшиеся трещины глубиной до 5-6 м в теплое время года заполняются водой, которая впоследствии замерзает и превращается в ледяные клинья. Замерзая, лед расширяет трещину. В следующем году процесс повторяется, клинья растут, их ширина достигает нескольких метров, а длина и глубина доходит до десятка метров.


7

Раздел А. Воздействие объектов газовой промышленности на окружающую среду

  Иногда образующаяся линза льда и поступающая снизу вода приподнимают залегающие выше грунты, возникает бугор вспучивания, называемый гидролакколитом (от греч. hydor — вода, la'kkos — яма, litos — камень). В Якутии бугры пучения (местное население называет их «пинго») достигают 25-40 м высоты и 200-300 м ширины.
  Если давление накопленной в породе воды высоко, она прорывает грунт, вырывается на поверхность и, замерзая, образует наледь. Поскольку различные здания и сооружения препятствуют промерзанию грунта, вода может устремиться туда и прорваться в подвале дома, разрушая его конструкции.
  Под влиянием попеременного промерзания и оттаивания почв и горных пород на склонах, а также силы тяжести деятельный слой начинает медленно сползать даже с пологих склонов со скоростью от сантиметра в год до сотен метров в час. Этот процесс называют солифлюкцией (от лат. solum — почва, fluctio — истечение). Он особенно развит в полярных районах, где мерзлота препятствует просачиванию воды вглубь, и верхний слой становится переувлажненным. Сползая по склону, грунт увлекает за собой и все, что на нем расположено.
  Большая часть арктического ландшафта подвержена также и термокарстовым явлениям — процессу, при котором происходит проседание грунта из-за оттаивания заключенного в нем льда. После заполнения впадин водой образуются термокарстовые озера. Вода в таком озере является аккумулятором теплоты, которая передается близлежащим породам, что способствует дальнейшему вытаиванию льда и развитию термокарста. Этот процесс в последнее время усиливается из-за потепления климата, уничтожения растительности, нарушения верхнего слоя грунта транспортом.
  Описанные мерзлотные процессы очень осложняют строительство и эксплуатацию зданий, дорог, трубопроводов. Для сохранения мерзлых грунтов в естественном природном состоянии приходится применять различные меры: устраивать холодные подполья, ставить здания на опоры, прокладывать охлаждающие трубы в грунте и др.
  Климат и рельеф территорий Крайнего Севера создают специфические условия для формирования гидрологического режима края. Несмотря на малое среднегодовое количество осадков, здесь много мелких озер и болот.

8

1. Характеристики природной и социальной среды районов Крайнего Севера

  Термокарстовые озера, образованные в результате оттаивания многолетней мерзлоты, могут занимать до 90 % поверхности. Эти озера характеризуются низкой концентрацией растворенных веществ и малым биологическим разнообразием вследствие низких температур. Способность к самоочищению в таких озерах крайне низка, поэтому даже незначительное загрязнение водных систем чужеродными веществами приводит к их деградации.
  Северные реки большей частью мелководны, хотя есть среди них и крупные (Обь, Таз, Надым и др.). Многие мелкие реки зимой промерзают до дна.
  Значительную часть территории занимают болота (в Тюменской области более 50 % территории, в Ханты-Мансийском автономном округе — около 70% территории). Заболачивание территорий является следствием малой скорости испарения, невозможности просачивании воды вглубь из-за наличия там мерзлотных пород, а также низкого потребления воды растениями.
  Слой почвы в арктических и субарктических районах довольно тонкий, отличается малым количеством питательных веществ. Сочетание низких температур с переувлажнением снижает микробную активность почвы, что приводит к накоплению больших масс неразложившейся органики при дефиците доступных питательных веществ. Из-за медленного роста растений на самовосстановление нарушенного или уплотненного участка почвы могут понадобиться десятилетия.
  Растительность самых северных районов отличается скудостью и состоит в основном из лишайников и мхов. Встречаются невысокие травы и кустарнички (карликовые виды березы и ивы, ягодные кустарники). Таежные районы в основном покрыты хвойным лесом (ель, пихта, сосна и лиственница), приземный ярус состоит из мхов.
  Арктика способна обеспечить благоприятные условия для больших популяций птиц в летние месяцы благодаря несметным количествам насекомых в этот период. Зимой же условия слишком суровы для того, чтобы в них могли выжить многие виды. Зимними обитателями являются белая куропатка, белая сова, ворон, тундровая чечетка. В субарктической тайге могут зимовать около 30 видов. Все виды птиц играют важную роль в экосистеме, занимая разные экологические ниши.

9

Раздел А. Воздействие объектов газовой промышленности на окружающую среду

  Видовой состав животного мира тундры и лесотундры беден и включает в себя в основном землероек, зайцев, песцов, волков, лис, медведей, северных оленей. Животный мир тайги несколько богаче и разнообразнее. Вследствие малого видового разнообразия даже незначительное антропогенное воздействие на живые организмы приводит к серьезным изменениям в структуре экосистем.
  Важным обстоятельством для северных регионов является потребность некоторых крупных млекопитающих в жизненном пространстве для пастьбы, возможности миграции на большие расстояния между летними пастбищами и местами зимовки. Интенсивная человеческая деятельность в этих районах сильно ограничивает возможности этих видов животных для выживания. Беспокойство млекопитающих в период размножения может приводить к повышенной смертности молодняка, снижению численности популяции.
  Климатические особенности северных районов не могут не сказаться на показателях здоровья населения, особенно временно там проживающего. Многие факторы, воздействующие на человека, отличаются на Севере не столько абсолютной величиной показателей, сколько скоростью их изменений во времени, что влияет на уровень напряжения механизмов адаптации организма человека, особенно «мигрантов». Совокупность характерных для северян расстройств адаптации названа «синдромом полярного напряжения». Также играет свою роль и воздействие специфических факторов высоких широт: изменение фотопериодичности в период полярного дня и полярной ночи; быстрые изменения напряженности геомагнитного поля Земли; особенности химического состава воды, почвы, растений.
  Как правило, на Севере наблюдается избыток таких элементов, как железо и марганец. Случаи «ржавой воды» связаны, как правило, не с техногенным загрязнением, а с природными особенностями тундровых ландшафтов. Напротив, большинство других микроэлементов, важных для организма, находится в дефиците (например, содержание меди, цинка, молибдена и других элементов в 5-10 раз ниже средних нормативов). Важной геохимической особенностью ландшафтов тундр является недостаток кальция при избытке его аналогов (стронция, кадмия и др.), что отражается на состоянии костей, кожи и других органов. Многие восстановительные процессы на Севере протекают у человека значительно медленнее.
  Коренное население Арктики и Субарктики (ханты, ненцы, коми) занимаются натуральным хозяйством, зависящим от возобновляе

10

2. Воздействие на окружающую среду при строительстве магистрального газопровода

мых ресурсов, в частности растений и животных. Поэтому сохранение природных богатств северных регионов России означает и сохранение местного населения с его языком, культурой, психическим укладом, обычаями и традициями. Права и культурное наследие коренного населения должны учитываться при планировании любой предполагаемой деятельности в этих регионах.


            2.        Воздействие на окружающую среду при строительстве магистрального газопровода


  Воздействие объектов газовой отрасли (линейной части газопровода, газокомпрессорных станций и др.) на окружающую среду на этапе строительства обычно носит кратковременный, но интенсивный характер. Оно распространяется на все, без исключения, составляющие окружающей среды: атмосферный воздух, почву и грунт, поверхностные и подземные воды, животный и растительный мир.
2.1. Воздействие на земельные ресурсы
  При прокладке магистрального газопровода происходит изъятие земель из оборота во временное и постоянное использование:
  •  с целью строительства линейной части газопровода, линий электропередач, временных и постоянных подъездных дорог;
  •  строительства компрессорных станций;
  •  сооружения временных объектов — баз хранения строительных материалов, жилых городков строителей, площадок складирования отходов;
  •  прокладки систем теплоснабжения, водоснабжения и канализации;
  •  разработки карьеров для нужд строительства;
  •  и др.
  Ширина полосы земли, отводимой для строительства линейной части магистральных газопроводов, определяется проектом, при этом существуют нормы отвода земель для прокладки самого газопровода во временное краткосрочное пользование и размеры земельных участков для размещения запорной арматуры для бессрочного (постоянного) пользования.
  Ширина полосы земель, отводимой на период строительства однониточного магистрального подземного трубопровода, приведена

11