автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационная поддержка принятия решений для минимизации экологического риска

003056082

На правах рукописи

ЧЛЕНОВ Александр Васильевич

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ МИНИМИЗАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА (НА ПРИМЕРЕ ОБЪЕКТОВ ЯМБУРГСКОГО ГКМ)

05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003056082

Работа выполнена на кафедрах Эколого-экономического анализа технологий и Информационных технологий в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова"

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Ярыгин Геннадий Андреевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кузин Рудольф Евгеньевич

доктор технических наук Равикович Виталий Ильич

Ведущая организация

ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий -ВНИИГАЗ" (ООО "ВНИИГАЗ")

Защита состоится " 27 " " апреля " 2007 года в 14.00 час, на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова

(119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86).

Автореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ru.

Реферат разослан " 27 "" марта " 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Бурляева Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших проектов ОАО "Газпром", реализуемых в настоящее время, является проект "Реконструкция и техническое перевооружение объектов Ямбургского ГКМ". Проект имеет высокую стратегическую и экономическую значимость, позволяя обеспечить планируемое потребление газа внутри страны и выполнение экспортных обязательств России на длительную перспективу. Ямбургское месторождение введено в разработку в 1986 году. С начала разработки добыто 2623,92 млрд.м3 газа, а средний дебит составляет 433 тыс. м3/сут. Промышленные объекты Ямбургского ГКМ образуют уникальную геотехническую систему (ГТС), оказывающую, с одной стороны, значительное воздействие на природную среду, активизируя многие негативные процессы и явления, а, с другой стороны, подвергаясь негативным воздействиям природной среды, и, в первую очередь, геодинамических или связанных с ними процессов.

Одной из важнейших особенностей строительства и эксплуатации рассматриваемой геотехнической системы является то, что территория Ямбургского ГКМ расположена в условиях Крайнего Севера, который характеризуется крайне сложными инженерно-геологическими условиями, включая: многолетнемерзлые грунты, являющиеся основой таких криогенных процессов как солифлюкция, криогенное сезонное и многолетнее пучение, криогенное растрескивание, наледеобразование, термокарст, курумообразование, термоэрозия и термоабразия, а также оползнеобразование, засоленность, дефляция, овражная и речная эрозия, просадки, расчлененность и заболоченность территории.

Как показывает практика эксплуатации объектов Ямбургского газоконденсатного месторождения и других объектов в условиях Крайнего Севера, строительство, эксплуатация и в особенности, аварии и отказы оборудования влекут за собой значительные экологические нарушения.

Однако проблемы экологического риска и экологической безопасности строительства, эксплуатации и, в частности, вопросы, связанные с поддержкой принятия решений по минимизации экологической нагрузки промышленных объектов газоконденсатного. месторождения в условиях Крайнего Севера исследованы недостаточно. Из этого следует актуальность поставленной задачи.

Целью диссертационной работы является повышения экологической безопасности и минимизации экологического риска эксплуатации и реконструкции

объектов Ямбургского ГКМ с помощью методов и моделей принятия решений в системе производственного экологического мониторинга дать количественные оценки экологического риска в условиях неопределенности и неполноты информации.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• исследование современного состояния и прогноз изменений окружающей среды в зоне влияния ГТС территории лицензионного участка Ямбургского газоконденсатного месторождения;

• анализ причин, частот возникновения аварий и объёмов выбросов на магистральных газопроводах, газопроводах-отводах и других объектах газовой промышленности;

• разработка моделей и методов оценок экологических рисков эксплуатации объектов газовой промышленности, учитывающих как нормальный, так и аварийный режимы работы;

• анализ коррозийных процессов конструкционных материалов, являющихся одним из основных факторов возникновения аварий, утечек и ведущих к загрязнению территории Ямбургского ГКМ нефтепродуктами;

• разработка структуры подсистемы поддержки принятия решений системы ПЭМ с оценкой возможных экологических последствий в штатной и аварийных ситуациях.

Научная новизна полученных результатов

1. Предложена аналитическая модель оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов газовой промышленности, основанная на сценарном подходе развития аварий, описываемых системой дифференциальных уравнений для вероятностей состояний;

2. Предложена модель оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов газовой промышленности, основанная на экспертной оценке возможности и экологических последствий аварий, новизна которой заключается в системной формализации причинно-следственных взаимосвязей факторов аварийности предприятий на основе учёта статистической и экспертной информации;

3. Обоснованы методы борьбы с коррозией металла объектов газопровода на основе анализа влияния состава конструкционных и сварочных материалов на

скорость протекания коррозии в среде углеводородных горючих ; 4. Разработана система требований и архитектура производственного экологического мониторинга, включающая в свой состав экспертную подсистему поддержки принятия решений по минимизации экологического риска.

Практическое значение имеют:

• полученные в работе оценки современного состояния и прогноз развития экологической ситуации территории Ямбургского газоконденсатного месторождения;

• результаты исследований по влиянию состава и свойств конструкционных и сварочных материалов на скорость протекания коррозии в среде углеводородных горючих;

• предложенная в работе функциональная схема экспертной системы результаты экспертно-статистического анализа аварийных ситуаций объектов газовой промышленной.

Обоснованность и достоверность полученных результатов.

Методы исследований базируются на концепциях системного подхода к анализу экологической промышленной безопасности объектов газовой промышленной, в основе которого лежит идея динамического преобразования вероятностей состояний объекта в соответствии с некоторым сценарием развития аварии. При создании когнитивных моделей возникновения и развития типовых аварий на уровне технологического объекта газопереработки использованы методы математической статистики и методы экспертных систем.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы: корректным использованием математического аппарата при обосновании и построении системно- динамических моделей развития аварий и оценке экологического риска эксплуатации основных объектов газоперерабатывающего предприятия; сопоставимостью результатов расчетов экологических рисков и последствий аварий на магистральных газопроводах с данными, полученными другими авторами.

Апробация работы. Материалы, включенные в диссертацию, доложены на нескольких совещаниях и конференциях.

1. Первой Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса". Москва, 1988 г.

2. Международном симпозиуме "Геокриологические исследования в Арктических райнах". Тюмень 1989 г

3. Международном симпозиуме "International Arctic Technology Conference". Alaska, 1991.

4. Научно-техническом совете Инженерно-технического центра экологической безопасности газовой промышленности "Оргэкогаз": "Опыт разработки, внедрение и эксплуатация системы производственной экологической безопасности объектов газовой промышленности", г.Москва, декабрь 2000 г.

5. Научно-техническом семинаре НПФ "ДИЭМ": "Методы и критерии оценки экологического риска в проекте производственного экологического мониторинга", г.Москва, сентябрь 2005 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 научных работах, в т.ч. в 1 статье в ведущем рецензируемом журнале.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 128 страницах, включая библиографию из 89 источников, 23 рисунка и 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Территория Ямбургского месторождения располагается в северной части Западно-Сибирской аккумулятивной равнины в 120 километрах к северо-западу от поселка Тазовский. Административно Ямбургское месторождение входит в состав Тюменской области, Ямало-Ненецкого автономного округа и находится в пределах Надымского и Тазовского административных районов. Месторождение располагается за 67-й параллелью, на Тазовском полуострове, в субарктической зоне Ямало-Ненецкого автономного округа на водоразделе между Обской губой и рекой Пойловояха (рисунок 1). Климат района - субарктический с продолжительной суровой зимой и достаточно прохладным коротким летом. Средняя температура самого холодного месяца, января, минус 23 с половиной градуса, а самого теплого, июля, около плюс 15-ти, среднегодовая температура 6 с половиной градуса ниже нуля. Абсолютный минимум минус 62 градуса, абсолютный максимум 35 градусов выше нуля (данные по станциям в г. Салехард и в пос. Тазовский).

Условные обозначения:

Границы: | | административных районов

_ _| землепользователей

I I Явбургского ГКМ

Рисунок 1. Общая схема территории Ямбурского ГКМ.

Промышленными землепользователями являются объединение "Ямбурггаздобыча", занимающееся эксплуатацией Ямбургского ГКМ, ЗАО "Тюментрансгаз" обеспечивающее подачу добытого газа по системе магистральных газопроводов в Европейскую часть РФ, ЗАО "Тюменьэнерго", обеспечивающее подачу электроэнергии на газопромыслы, и предприятия МПС, эксплуатирующего по временной схеме железную дорогу Новый Уренгой -Ямбург.

Для исследования и минимизации влияния ГТС Ямбургского ГКМ на

7

окружающую среду была реализована программа инженерно-экологических изысканий, которые проводились на территории лицензионного участка Ямбургского газоконденсатного месторождения. Результаты выполненных геоэкологических исследований представлены в первой главе диссертации. Анализ результатов опробования атмосферного воздуха Ямбургского месторождения показал, что содержания оксида углерода, диоксида азота, диоксида серы, метана и суммарных углеводородов не превышают соответствующих ПДКСС (таблица 1). Концентрации оксида углерода, диоксида азота, метана составляют тысячные и сотые доли ПДКСС для воздуха населенных мест, а диоксида серы и суммарных углеводородов - десятые доли ПДК. Превышение значений ПДКСС было зафиксировано лишь по взвешенным веществам в районе УКПГ-6 и УКПГ-7. Так на территории УКПГ-6 содержание взвешенных веществ в 2004 г. составило 0,171 мг/м3 (1,14 ПДКСС), а на территории УКПГ-7 - 0,19 мг/м3 (1,3 ПДКс.с). В районах расположения остальных объектов концентрация взвешенных веществ в атмосферном воздухе приближена к нормативному содержанию.

Таблица 1.

Параметры содержания химических веществ в атмосферном воздухе

Ингредиенты ПДКмр пдксс Яср а Ямах V Чср-/ пдксс в,%

СО 5 3 0,0039 0,009 0,0142 2,24 0,0013 -

Ы02 0,085 0,04 0,0031 0,005 0,0113 1,75 0,077 -

БОг 0,5 0,05 0,006 0,029 0,026 4,72 0,124 -

суммарные углеводороды ОБУВ=50 6,45 26,5 149,7 4,09 0,13 26

взвешенные вещества 0,5 0,15 <0,26 0,04 0,46 2,32 0,98 -

метан ОБУВ=50 2,27 171,5 3,7 75,5 0,04 -

Примечание: яср -среднее арифметическое значение концентрации примеси; а -среднее квадратичное отклонение; цмах - максимальное значение концентрации примеси; V -коэффициент вариации У= <т/цср, % - повторяемость случаев превышения ПДКмр разовыми значениями концентрации.

Уровень концентрирования загрязняющих веществ в атмосферном воздухе

на разных постах различен. Так, в отдельных пробах были зафиксированы

превышения ПДКмр от 2,3 до 3,0 раз. По результатам камеральной обработки

данных опробования поверхностных вод установлено следующее. Из всех

загрязняющих веществ, поступающих в водоемы Тюменской области, нефть и

нефтепродукты занимают лидирующее положение. Фенолы являются наиболее

8

распространенным загрязняющим веществом водоемов. Кроме естественного продуцирования их в связи с заболоченностью региона, их содержание может значительно увеличиваться в связи с техногенным воздействием.

Исследовались так же: химический анализ донных отложений всех обследованных водоемов в районе аэропорта и посёлка Ямбург; содержание загрязняющих веществ в воде и в в донных отложениях; дана комплексная оценка состояния водных объектов в районе посёлка Ямбург.

Согласно критериям оценки экологической обстановки уровень загрязнения поверхностных вод исследуемой территории изменяется от умеренно опасного до чрезвычайно опасного. Основной вклад в общее загрязнение поверхностных вод внесли ртуть, железо, медь и взвешенные вещества. Среднее содержание нефтепродуктов в водных объектах Ямбургского месторождения (рисунок 2) составляет 0,14 мг/дм3 или 3,1 доли ПДК. Вариация значений изменяется от <0,02 до 1,7 мг/дм3 (34 ПДК). В поверхностных водах Ямбургского месторождения среднее содержание фенолов (рисунок 3) составляет 0,0012 мг/дм3, в большинстве определений <0,001 мг/дм3.Содержание фенолов в донных отложениях всей территории месторождения изменяется в пределах <0,01-24,82 мг/кг и величины, принятой нами в настоящем отчете в качестве норматива (50 мг/кг), не превышает.

12

10 8

4

2 О

УКПГ1 УКПГ-1В УКПГ-2 УКПГЭ УКПГ-ЭВ УКПГ-4 УКПГ-5 УХПГ-е УКПГ-7 вэропорт пос Ямбург

□ нефтепродукты

Рисунок 2. Содержание нефтепродуктов в поверхностных водах Ямбургского ГКМ.

Оценка современного состояния гидрохимической обстановки на Ямбургском месторождении свидетельствует о неудовлетворительном состоянии водных объектов. Несоответствие санитарным нормам в воде установлено по азоту аммонийному, нефтепродуктам, фенолам, метанолу, железу, марганцу, меди,

ш ш

^ Н и щ ¡в Ш н „ ж

цинку, свинцу и ртути. В донных отложениях - по нефтепродуктам, никелю. Наиболее сложная экологическая ситуация сложилась в районе УКПГ-1, УКПГ-4, УКПГ-5 и в районе промзоны поселка Ямбург.

3,0 2,5 2,0

V

fi,

g

Ч

1.0 0.5 0.0

Рисунок 3. Содержание фенолов в поверхностных водах Ямбургского ГКМ. Таким образом, экологическое состояние почв Ямбургского месторождения характеризуется следующим образом: вокруг различных источников техногенного воздействия в почвах формируются участки загрязнения. В геохимическую ассоциацию веществ-загрязнителей входят нефтепродукты, никель, кадмий, редко - медь. При этом, загрязнение почв нефтепродуктами иногда достигает высокого и очень высокого опасного уровня. Основной вклад в загрязнение территории нефтепродуктами вносят утечки и аварии трубопроводов и емкостей для хранения нефтепродуктов.

Во второй главе диссертации приведены результаты обзора научных и диссертационных работ, по проблемам экологической безопасности и охране окружающей среды. Экологической безопасности вообще и безопасности в нефтехимической промышленности, в частности, посвящены работы известных ученых: - Гидаспова Б.В., Кафарова В.В., Горского В.Г., Егорова А.Ф, Куприянова В.В., Измалкова В.И., Кузьмина И.И., Хенли Э. Дж., Кумамото X., Маршалла В. Вопросы экологической безопасности и надёжности предприятий газовой промышленности были предметом исследования ученых :- Аргасова Ю.Н., Бабенко A.B., Белинского Б.И., Березнякова А.И., Босняцкого Г.П., Бухгалтера Э.Б., Гривы Г.И., Гриценко А.И., Дзюбы С.А., Дмитриевского А.Н., Едигарова

A.C., Захарова Ю.Ф., Лимар Е.Е., Лукьянова О.В., Максимова В.М., Мещерина И.В., Набатчикова Н.И., Овчарова C.B., Одишария Г.Э., Осокина А.Б., Сафонова

B.C., Шапиро В.Д., Швыряева A.A.

-

щ. _

- if is-*-. ü Щ: 15 s ff;

УКПГ-1 УКПГ-1В УКПГ-2 УКПГ-3 УКПГ-ЗВ УКПГ-4 УКПГ-5 УКПГ-6 УКПГ-7 аэропорт поселок

О фенолы

Анализ этих работ показывает, что интенсивность аварий по газопроводам в целом по отрасли не снижается. Остаётся неизменным и распределение причин возникновения аварий для газопроводов разных диаметров (таблица 2). Таким образом, следует признать, что и при современном техническом уровне развития производства, технологическом уровне сооружения объектов и сложившейся практике их эксплуатации техногенные аварии на газопроводах являются неизбежным, объективным и постоянно действующим фактором газовой

промышленности.

Таблица 2.

Распределение причин возникновения аварий для газопроводов разных диаметров

Причины Всего

возникновения в т.ч. по газопроводам разных диаметров, мм за 10

аварий, % лет

1420 1220 1020 820 720 529 менее 529

Дефект труб 11,1 6,2 19,7 0 12,9 1,8 7,4 9,4

Дефект заводского 8,3 1,6 2,6 0 3,2 0 4,9 3,0

изготовления

Брак СМР 52,8 39,1 29,0 23,3 12,9 25,4 11,1 25,8

Нарушение проекта 0 0 1,3 0 0 0 0 0,2

Нарушение правил 5,5 0 4,0 3,4 6,5 10,9 9,9 5,9

технической

эксплуатации

Внутренняя 0 0 1,3 0 8,1 5,5 8,7 4,0

коррозия и эрозия

Наружная коррозия 5,6 35,9 32,9 50,0 14,5 1,9 12,4 22,0

Механические 0 9,4 5,3 23,3 29,0 38,2 35,8 21,0

повреждения

Термическое 0 1,6 0 0 1,6 0 0 0,5

воздействие

Стихийные 13,9 3,1 1,3 0 4,8 3,6 4,9 4,2

бедствия

Прочие причины 2,8 3,1 2,6 0 6,5 5,5 4,9 4,0

Всего: % 8,5 15,6 19,0 7,8 15,4 14,4 19,3 100

шт. 35 64 78 32 63 59 79 410

В соответствии с российским природоохранным законодательством и

действующими нормативно-правовыми документами, одним из эффективных инструментов охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности в зоне влияния промышленных объектов на всех этапах реализации проекта является производственный экологический мониторинг (ПЭМ). В

рассмотренных работах, в основном, разработана теоретическая база, позволяющая решать основные проблемы, связанные с охраной окружающей среды, организацией производственного экологического мониторинга на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объектов газовой промышленности. В то же время вопросы построения одной из важнейших подсистем ПЭМ - Подсистемы Поддержки Принятия Решений по повышению уровня экологической безопасности и снижению уровня экологического риска строительства, эксплуатации, реконструкции объектов газовой промышленности в условиях Крайнего Севера исследованы недостаточно. В частности, - отсутствуют критерии оценок экологических рисков, слабо развит подход к формализации моделей экологической безопасности и экологических рисков на базе экспертных методов; -отсутствует методология построения систем ППР по минимизации экологических рисков.

Экологический риск (с учетом уточнения концепции риска вообще) в третьей главе диссертации интерпретируется как риск, в котором в качестве нежелательного (неблагоприятного) события (событий) выступают события, влекущие за собой негативные экологические последствия. Такими негативными первичными последствиями могут быть, как уже отмечалось: гибель персонала и населения, загрязнения атмосферы из-за постоянных малых или залповых выбросов газа в атмосферу, загрязнение гидросферы сточными водами, эрозия почвы (особенно в тундровой зоне) из-за тепловой эмиссии трубопроводов и протаивания вечно мерзлотных слоев, нарушение путей миграции диких животных, птиц и ихтиофауны, последствия взрывов, пожаров и т.п. Первичными эти последствия названы потому, что вполне вероятны вторичные (более удаленные по времени) последствия. Такими последствиями могут быть, например, ухудшение здоровья населения, деградация почвенного покрова из-за кислотных осадков, образующихся из-за накопления в атмосфере различных окислов азота, серы и др.

В данной работе рассматриваются вопросы экологической безопасности как применительно к "нормальному" (безаварийному) режиму эксплуатации, так и применительно к авариям. В работе дано определение экологического риска эксплуатации, основанное на известных понятиях "риск поставщика" и "риск заказчика", которые были введены в системный анализ еще в 20-ых годах (Де Гроот, Хенли, Чернов). Общая формула риска имеет вид:

где Аь А2.....Ац - полная группа событий, характеризующих состояния

объекта; P(Ai), Р(А2).....P(AN) - вероятности этих состоянй; U(Ai), U(A2), ...,

U(AN) - размеры ущерба, связанные с наступлением событий.

В общем случае, для синтеза обобщенной структуры модели экологического риска эксплуатации целесообразно исходить из предпосылок, что объект газопровода может находиться лишь в состояниях - "нормальном" и "аварийном". Этим состояния^ соответствует вклад экологического воздействия. Предположим, что:

• исследуемый объект может находиться в состояниях: S0 (нормальное состояние) и Sa (аварийное состояние);

• вероятность нормального состояния - величиной Рп;

• в нормальном состоянии So ущерб измеряется величиной Un, а в аварийном состоянии Sa ущерб зависит от сценария развития аварии;

• развитие аварии (в состоянии Sa) возможно по одному из m сценариев Sa,, Sa2, ..., Sa„,;

• указанные сценарии также образуют полную группу, а их вероятности равны соответственно P(S(ai)), P(S(a2)),..., P(S(am));

• указанным сценариям соответствуют ущербы U(S(ai));

• общее число состояний объекта равно т+1.

Р

Обозначим через * w . вероятность того ,что в момент t система находится в к. состоянии . Придадим t малое приращение At и найдем вероятность того события , что в момент t +At система будет находится в к- состоянии .Это

событие, при достаточно малых At зависит от вероятностей переходов ^ к-\ ^

перехода из состояния (&-1) в состояние к - за время At, и вероятности 'А' переходов из состояния к в состояние (к+1 ) . Как показано в диссертации эволюция системы описывается системой дифференциальных уравнений для Р (/)

вероятностей состояний *v > :

......................4 Л (2)

ар и)

—= Р ,(/)Я ,-Р{1)ц

¿1 п — 1 п-1 и ч/ги

Начальные значения вероятностей состояний (начальные условия) берутся в зависимости от того, каково было начальное состояние системы при 1 = 0. Разумным предположением будет предположение ,что в нулевой момент времени система находилась в состоянии "О", причём для любого I выполняется условие

<=° . Решения системы (2) при некоторых дополнительных условиях,

определённых в диссертации, с ростом I стремятся к установившимся режимам, которые равны:

Я0Я.Я2КЯ*-1 'А' Л Я(

I = 0 г> _ п ' ~ 1

Рк ~ и и и и Р°~ ~~к ^о - п />0

^ЗК *к ^ , = 1 И |

/ = 1 (3)

^0 =

£ я * /-1

-1

1+ I П ) = 1 1 = 1 А1/

С учетом полученного результата получим выражение для расчёта экологического риска эксплуатации:

Л = Рп • (/(5«) + £ />(5(в,) • (7(5(а, ))

(4)

Данная формула может быть использована для оценивания экологического риска эксплуатации в случае когда по имеющимся статистическим данным

возможна оценка интенсивностей переходов и ^, что далеко не всегда осуществимо и делает необходимым применять экспертные методы оценки.

В основе экспертного метода оценки, предлагаемого в диссертации, лежит модель Аргасова- Лукьянова . Эта модель имеет вид-

14

Л = С + к{АВ) (5)

где:

С - экспертная оценка экологических последствий безаварийного режима работы объекта газопровода;

А - экспертная оценка возможности аварии;

В - экспертная оценка экологических последствий аварии;

к - функция для сопоставления экологических последствий безаварийного и аварийного режимов эксплуатации;

Я — общая экспертная оценка экологического риска эксплуатируемого объекта.

Сравнивая выражения (4) и (5) нетрудно видеть, что оба они имеют одинаковую структуру и, следовательно, есть основания полагать, что выбранная нами форма критерия достаточно универсальна и имеет прозрачный физический смысл. В простейшем случае (5) может быть представлено в виде:

Я=С+АВ

9

В диссертации выведены формулы для экспертного оценивания А, В, С, которые в упрощенном виде приведены в главе 3 диссертации. Все индексы, входящие в состав параметров для определения комплексной оценки риска, могут быть найдены с помощью:

1. Обработки экспериментальных данных результатов химического анализа выбросов;

2. Экспертных оценок факторов профессиональной подготовки и трудовой дисциплины персонала;

3. Нормативных документов на проектирование трубопроводов с учетом ТУ на трубы;

4. Вычислительных экспериментов (например, расчет аварийного истечения газа проводится на базе пакета прикладных программ расчета нестационарной газовой динамики при разрыве трубопровода) и т.д..

В четвёртой главе диссертационной работы рассмотрены вопросы коррозийной стойкости основных объектов Ямбургского ГКМ. Необходимость такого исследования продиктована тем, что именно коррозия является одной из основных причин аварий, ведущих к загрязнению территории Ямбургского ГКМ нефтепродуктами. Основными объектами загрязнений являются трубопроводы и

резервуары для хранения нефтепродуктов, в особенности в районе Аэропорта. Существенен вклад в загрязнения вносят и аварии на основных объектах Ямбургского ГКМ, обусловленные коррозией бетонных оснований и фундаментов. В этой главе диссертации рассматриваются факторы, обуславливающие процессы коррозии металлических конструкций и анализируется набор химических компонентов необходимых для определения их на стадии изысканий трассы газопровода. В частности рассматривается влияние - рН среды; -кислорода, растворенного в воде; - растворенного в воде углекислого газа; -сероводорода и сульфатов; - хлоридов.

Для оценки коррозирующей способности воды предлагается использовать коэффициент коррозии (Кк), по численному значению которого можно судить об агрессивности воды к металлу.

Для кислых вод (рН < 7) Кк определяется по формуле: Кк = гН+ + гА13+ + гРе8+ + гМ§2+ - гС032" - гНС03\ для щелочных вод: Кк = гМв2+-гНС03"

В диссертации показано, что на скорость протекания коррозии в среде

углеводородных горючих существенное влияние оказывает состав и свойства

конструкционных и сварочных материалов. Для строительства трубопроводов,

обычно, применяется специальный трубный прокат из малоуглеродистой стали

обыкновенного качества марки Ст-Зсп. Состав стали по ГОСТ 14634-89, %.

Наличие в составе стали: кремния (БО, марганца (Мп) и повышенное содержание

углерода (С) приводит к замедлению атмосферной коррозии, содержание меди

(Си) — 0,14% снижает атмосферную коррозию в несколько раз. При

использовании Ст-Зкп (кипящий) вместо Ст-Зсп (спокойной) происходит

ухудшение эксплуатационных свойств резервуаров, а при отрицательных

температурах — разрушение элементов конструкций. В отличие от этой стали

сталь марки Ст-Зсп имеет высокую пластичность и ярко выраженные

механические свойства, что позволяет хорошо сваривать ее ручной дуговой

сваркой. Высокие требования к качеству монтажных работ при сооружении

резервуаров и обеспечение надежности конструкций заставляют руководителей

работ обращать повышенное внимание на сварку. Для сварки резервуаров могут

быть использованы электроды марок: МР-3, АНО, УОНИИ-13. Исследование

практики использования различных марок электродов показало, что чем менее

благороднее электрод, тем больше вероятность образования гальванических пар

16

между металлом шва и стальным листом, тем быстрее происходит нарушение герметичности резервуаров и расходы по устранению их дефектов растут в геометрической прогрессии. В диссертации показано, что для сварки резервуаров целесообразно использовать электроды марки УОНИИ-13/45 или УОНИИ-13/55. Это обусловлено тем, что в электродах УОНИИ-13 газовая защита обеспечивается диссоциацией мрамора: СаСОз СаО + С02

Двуокись углерода С02 производит окисляющие действие и связывает водород, попавший в зону сварки, в водяной пар Н20: С02 + Н2 —> СО + Н20

Водяной пар взаимодействует с жидким металлом с образованием окиси железа и выделением водорода: Н20 + Бе = [РеО] + Н2

Вредное воздействие водорода компенсируется введением в расплав плавикового шпата СаР3. С02 заполняет зону сварки, вытесняя из нее воздух, и это способствует созданию своеобразной защитной атмосферы. Но углекислый газ С02 активно окисляет жидкий металл:

С02 = СО + 1/202Ре + 1/202 = |ТеО] С02 + Ре = [РеО + СО] Чтобы компенсировать окислительное действие С02 на металл в расплав вводятся сильные раскислители: 2РеО + 81 = 2Ре + БЮ2 РеО + С = Ре + СО

Легирующие составляющие представлены ферромарганцем и ферросилицием. Марганец вступает в реакцию с серой, в результате которой образуется сульфид марганца: Мп + БО = Мп80+. Эта реакция предотвращает образование трещин шва и околошовной зоне.

В работе показано, что для сварочных работ при строительстве и реконструкции резервуаров целесообразно применение электродов УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, класс качества № 3, для всех положений № 1,толстого покрытия "Д", обратной полярности постоянного тока индекс "О". В диссертации обоснованы основные методы борьбы с коррозией металла, в числе которых могут быть использованы периодическая зачистка, пескоструйка и окрашивание поверхности резервуаров Главным методом защиты труб является электрогальваническая защита, реализуемая заземляющими контурами через каждые 500 метров трассы на сухих участках и через 200 метров на увлажненных.

В диссертации исследованы, так же, проблемы, связанные с разрушением бетонных конструкций объектов Ямбурского ГКМ в результате воздействия подземных вод. Агрессивность подземных вод по отношению к бетонным

конструкциям обусловлена присутствием в ее составе ряда компонентов, основными из которых являются ионы водорода, сульфатов, магния и свободного диоксида углерода. Агрессивность воды к бетону выражается в разрушительном воздействии подземных вод на бетонные сооружения за счет растворения или выщелачивания составных частей бетона, образования в бетоне новых соединений в результате взаимодействия его составных частей с растворенными в воде веществами. При контакте подземных вод с бетонными сооружениями возможно проявление различных видов агрессивности, рассмотренных в диссертации, среди которых выделены: выщелачивающая, углекислотная, общекислотная, сульфатная и магнезиальная. В диссертации исследованы химические компоненты, необходимые для оценки и прогноза рассмотренных выше видов агрессивности воды к бетонным конструкциям, которые приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Химические компоненты необходимые для оценки агрессивности воды к бетону

Вид агрессивности воды Необходимые для прогноза химические компоненты

Выщелачивающая Общекислотная Углекислотная Сульфатная Магнезиальная Са2+, Mg2+, НС03" и С032-РН С02св, НС03", СОз2' и Са2+ 8042' и СГ Ме2+ и СГ

Для оценки последних рекомендуется использование современной тензометрической аппаратуры - датчиков гидростатического давления, позволяющих оценивать состояние гидростатического массива как в относительно проницаемых, так и в водоупорных прослоях изучаемой толщи.

В соответствии с российским природоохранным законодательством и действующими нормативно-правовыми документами в целях обеспечения экологической безопасности в зоне возможного влияния газопровода на всех этапах реализации проекта будет осуществляться производственный экологический мониторинг (ПЭМ). Проведение производственного экологического мониторинга позволит контролировать воздействие объектов транспорта газа на различные компоненты природной среды и на этой основе осуществлять природоохранные мероприятия, а также своевременно предотвращать или локализовать негативное воздействие опасных природных и природных процессов.

Система ПЭМ является автоматизированной информационно-измерительной

18

системой и предназначена для контроля за источниками негативного воздействия и загрязнением различных компонентов природной среды в зоне влияния объектов газопровода путем сбора измерительных данных, интегрированной обработки и анализа этих данных, распределения результатов мониторинга между пользователями и своевременного доведения мониторинговой информации до должностных лиц. Необходимая репрезентативность, полнота, достоверность и точность измерительных данных об экологической обстановке на контролируемой территории достигается за счет правильного выбора состава контролируемых параметров и схемы размещения измерительных звеньев и пунктов контроля на местности, выполнения регламента измерений и наблюдений, использования метрологически аттестованных средств контроля и аттестованных методик отбора проб и их анализа. В пятой главе диссертации описявается разработанная при участии автора одна из основных подсистем ПЭМ - Информационно-Управляющая Подсистема, которая выполняет функции сбора и обработки мониторинговой информации системы ПЭМ. Данная подсистема функционирует в распределенной вычислительной среде, в соответствии со структурой управления объекта мониторинга, строится по иерархическому принципу, объединяя:

. Центры мониторинга элементов промышленного объекта, на котором функционирует система ПЭМ (ЦМЭ);

. Центры мониторинга участков контролируемой территории (ЦМУ);

. Центр производственно-экологической безопасности объекта (ЦПЭБ);

• Подсистему связи и телекоммуникаций, обеспечивающую взаимодействие ИУП с информационно-измерительной сетью (ИИС), а также оперативный обмен данными между Центрами ИУП.

В структуре системы ПЭМ Ямбургского ГКМ на первом этапе предусматривается следующие функциональные подсистемы:

• информационно-управляющая подсистема (ИУП);

. информационно-измерительная сеть (ИИС);

. подсистема передачи данных (ППД) (рисунок 4).

В диссертации описана перспективная структура ПЭМ Ямбурского ГКМ ,

представленная на рисунке 5. Информационно-управляющая подсистема (ИУП),

входящая в перспективную структуру АСЭМ, представляет собой комплекс

технических и программных средств, обеспечивающих организацию процесса

сбора, обработки, хранения, распределения и представления информации в

системе ПЭМ и осуществляющих управление режимами работы измерительной

19

сети и системы ПЭМ в целом.

ПЭМ Ямбургского ГКМ

У г

Информационно-измерительная сеть (ИИС) Информационно- управляющая подсистема (ИУП) Подсистема передачи данных (ППД)

1 4 4

Комплекс технических и программных средств для:

• измерений, наблюдений;

• сбора и первичной обработки данных об источниках выбросов и сбросов;

• сбора информации об экологических параметрах контролируемых параметров природной среды.

Комплекс технических и программных средств для:

• организации хранения, распределения и представления информации в ПЭМ;

• реализация правляющих функций в АРМ-э

компрессионных станций;

• поддержки принятия решений в центрах мониторинга участков

газотранспортной системы.

Комплекс технических и программных средств для:

• организации обмена информацией между ИУП.ИИС, АРМ-э, ЦМ;

• организация обмена информацией между ПЭМ и внешними потребителями экологической информацией._

Рисунок 4. Функциональные подсистемы ПЭМ Ямбурского ГКМ на первом этапе.

Информационные и управляющие функции ИУП реализуются с помощью автоматизированных рабочих мест эколога (АРМ-Э), размещающихся на компрессорных станциях, и Центров мониторинга (ЦМ) участков газотранспортной системы, располагающихся в имеющихся или вновь строящихся помещениях диспетчерских служб газотранспортных предприятий, эксплуатирующих участки газопровода.

В диссертационной работе описана структура и основные функции ИУП ПЭМ и в особенности функции, связанные с информационной поддержкой принятия решений на основе разработанных экспертных моделей экологического риска с оценкой возможных экологических последствий принятия решений в штатной и аварийных ситуациях.

г

Функциональные

подсистемы ^ территориального _уровня_

Распределенная система экологического _ мониторинга ЯГКМ _

Функциональные подсистемы ^ локального уровня

Локальная система , экологического мониторинга

Автоматизированные рабочие места (АРМы) по решению

частных задач экологического мониторинга

Пользователи системы

Наблюдательная сеть локального уровня Региональные администрации Госкомприрода сэс

Система измерений экологических и метеорологических факторов

1 1 1 к . г 1 1 1 г ' к J 1 , 1 г

Гидрометеостанция Посты мониторинга поверхностных вод Автоматическая станция мониторинга атмосферного воздуха Передвижная лаборатория наблюдений загрязненной природной среды Стационарная аналитическая лаборатория Аэрологические посты

Рисунок 5. Перспективная структура системы производственного экологического мониторинга Ямбургского ГКМ

Технологические объекты Я ГКМ

Станции наблюдений и анализа

Интегрированные базы данных и знаний

Анализ интегрального экологического техногенного воздействия

Информационные измерительные сети

Модели загрязнения и принятия решений

Общая оценка экологической ситуации

Прогноз развития экологической ситуации

Принятие информационно-управляющих решений

Рисунок 6. Схема принятия решений Если подойти к вопросам функционирования экспертной мониторинговой системы с неформальной стороны, то основные этапы обработки информации сводятся к следующим: -информация, поступающая в ПЭМ, после

предварительной обработки анализируется системой с целью выявления аномальностей в поведении параметров объектов. Эта процедура требует использования предварительно настроенных (обученных) механизмов идентификации. После того, как выдвинуты гипотезы о возможных причинах, осуществляется процедура интерпретации ситуации, т.е. определение возможного направления развития процессов и оценивание существующих рисков. Результаты этой операции представляет собой основу механизма принятия решений. В работе сформулированы основные требования к экспертным системам принятия решений, разработаны функциональные требования, определены программные и технические средства реализации. На рис.6 представлена, разработанная в диссертации схема принятия решений в экспертной системе производственного экологического мониторинга.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Исследовано современное состояние и дан прогноз изменений окружающей среды в зоне влияния объектов газовой промышленности на территории лицензионного участка Ямбургского газоконденсатного месторождения;

2. Выполнен анализ причин, частот возникновения аварий и объёмов выбросов на магистральных газопроводах, газопроводах-отводах и других объектах газовой промышленности;

3. 3. Разработаны методы и модели оценок экологических рисков эксплуатации объектов газовой промышленности ЯМГ, учитывающие как нормальный, так и аварийный режимы работы, основанные на сценарном подходе развития аварий, описываемых системой дифференциальных уравнений для вероятностей состояний;

4. Выполнен анализ влияния на коррозийные процессы технологических характеристик, состава и свойств конструкционных материалов объектов газопроводов, являющихся одним из основных факторов возникновения аварий, утечек и ведущих к загрязнению территории Ямбургского ГКМ нефтепродуктами;

5. Разработана структура подсистемы поддержки принятия решений системы ПЭМ объектов Ямбургского ГКМ, с оценкой возможных экологических последствий в штатной и аварийных ситуациях на основе использования обобщенной когнитивной модели Аргасова-Лукьянова оценки экологического риска эксплуатации промышленных объектов газовой промышленности;

6. Разработана система требований и архитектура и функциональная схема производственного экологического мониторинга, включающая в свой состав экспертную подсистему поддержки принятия решений по минимизации

экологического риска эксплуатации и реконструкции объектов Ямбургского ГКМ, позволяющей минимизировать субъективизм при принятии решений, дать количественные оценки экологического риска в условиях неопределенности и неполноты информации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Членов А.В. Принципы построения систем ПЭМ объектов газодобывающей промышленности. Труды ВлГУ. Владимир. 2006 г., стр. 36-42.

2. Членов А.В. Совершенствование организации и технологии контроля окружающей среды при строительстве объектов в условиях Крайнего Севера. ИИЦ ВНИИПК технонефтьгазстрой. Экология нефтегазового комплекса. Москва, 1988 г., стр. 155-157.

3. Членов А.В., Шишов В.Н. Ведомственная служба экологического контроля в составе специализированного природоохранного производственного подразделения. ИИЦ ВНИИПК технонефтегазстрой. Экология нефтегазового комплекса. Москва, 1988 г., стр. 157-159.

4. Членов А.В., Шишов В.Н. Экологический контроль водных бассейнов в нефтегазовом строительстве. Экспрес-информация. Серия "Строительство нефтегазопромысловых объектов". 1988 г. N 19.

5. Членов А.В., Шишов В.Н. Вопросы организационно- технического обеспечения экологического контроля при строительстве объектов нефтегазового комплекса: Материалы 1-ой Всесоюзной конференции "Экология нефтегазового комплекса". Выпуск 1. Часть 2. ИИЦ ВНИИПК технонефтегазстрой. Москва, 1988 г.

6. Членов А.В., Ланецкий Н.К.,Шишов В.Н. Экологизация технологических процессов нефтегазового строительства в Арктических регионах. АН СССР Сибирское отделение. Международный симпозиум " Геокриологические исследования в Арктических райнах". Выпуск З.ИПОС. Тюмень 1989 г.

7. Членов А.В., Шишов В.Н., Молдаванов О.И. Организационно- технические вопросы экологического контроля при строительстве нефтегазовых объектов. Обзорная информация ИИЦ ВНИИПК технонефтегазстрой. Москва, 1989 г.

8. Членов А.В. Вопросы обоснования технологии и организации природоохранных работ при строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности в Аркических районах. Обзорная инфбрмация ИИЦ ВНИИПК технонефтегазстрой. Москва, Под редакцией И.И. Мазура. Части 1,2,3,1989 г.

9. Членов А.В., Мазур И.И., Шишов В.Н., Молдаванов О.И. Вопросы экологической паспортизации технологии, объектов и предприятий в нефтегазовом строительстве. Обзорная информация ИИЦ ВНИИПК. Серия "Строительство нефтегазопромысловых объектов" Выпуск 2-3.1990.

Ю.Членов А.В. Теория и практика сохранения и восстановления тундровых ландшафтов Западной Сибири. Под редакцией С.Д. Масалкина. РИО Упрполигграфиздата. Омск, 1990 г.

ll.Chlenov A.V. Environmental Research Project for Yamburg Fielas. International Arctic Technology Conference. Alaska, 1991.

Подписано в печать 12.03.2007. Сдано в производство 20.03.2007. Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1,5 п.л.

_Тираж 100 экз. Заказ № 449_

Отпечатано в ООО "Фирма БЛОК" 107140, г.Москва, ул. Краснопрудная, вл.13. т.264-3073 Изготовление брошюр, авторефератов, печать и переплет диссертаций