Геоэкологический мониторинг природно-техногенных катастроф на трубопроводном транспорте

МГУ географический факультет, НИЛ геоэкологии севера

Профессор д.т.н. Топчиев А. Г.

Академия геополитических проблем

ч.-корр. АГП  к.г.н. Пылев И. В.

В начале июня 1989 года произошла невиданная по масштабам техногенная катастрофа  на продуктопроводе «Сибирь-Урал-Поволжье». В результате комплекса предпосылок ЧС и отсутствия в системе эксплуатации трубопровода средств объективного мониторинга произошла утечка и взрыв большого объема сжиженного газа пропан-бутан мощностью 10-11 килотонн ТНТ соизмеримый по мощности с ядерным взрывом в Хиросиме. В эпицентре оказались сразу два железнодорожных состава Новосибирск – Адлер и Адлер – Новосибирск до отказа заполненные пассажирами на перегоне Аша – Улу – Теляк. Погибли более 600 человек, из которых 115 детей, столько же оказалось тяжело раненных. Искореженные вагоны, штабеля обгорелых трупов, кровь, оторванные конечности. Увиденное не поддается описанию. Нечеловеческие страдания жертв катастрофы, горе прибывающих родственников, колоссальные масштабы разрушений инфраструктуры и подвижного состава — все сложилось в картину какого-то библейского апокалипсиса, оценить которую разумом было невозможно.

Научное сообщество России неоднократно ставило перед директивными органами  один и тот же вопрос: почему в России не работает система оперативной диагностики и предупреждения катастроф на трубопроводном транспорте?  Как остановить страшную в своей неизбежности череду масштабных катастроф, ежегодно приносящих многомиллиардные потери экономике России?

Одной из главных причин, обуславливающих угрозу безопасно­сти газотранспортной отрасли России, является несовершенство информационных технологий, обеспечивающих техническую диагностику и оперативный контроль состояния комплекса газотранспортных геотехнических систем (ГТС). Нарушения техноло­гии эксплуатации, активизация комплекса деструктивных экзогенных геологических процессов, крайняя изношенность оборудования, невыполнение  установленных нормативных сроков замены оборудования вызывают техногенные ава­рии в промысловых зонах и на трубопроводах. В последние годы, в связи с активизацией криминогенных несанкционированных подключений к газораспределительным сетям низкого давления зафиксированы многочисленные аварийные ситуации. Установлены факты терактов на газопроводах приведшие к серьезным авариям и отключениям газотранспортных магистралей стратегического значения. Отсутствие актуальной ситуационной документации и согласования на строительные работы, выполняемые зачастую без лицензионного обеспечения, неоднократно приводили к техногенным авариям.  Сегодня для подразделений МЧС РФ в центре и на местах, актуальны задачи не только оперативной индикации и реагирования на техногенные и природные аварии, но в первую очередь, выявление предпосылок к возникновению чрезвычайных ситуаций, а также разработка превентивных мероприятий по предотвращению таких угроз на ранней фазе их развития.

Рассмотрим конкретные параметры проблемы. Массовая газификация страны прошла в 60-70-х годах. Срок эксплуатации более 21% газотранспортного оборудования, включая газораспределительные сети высокого давления и коридоры магистральных газопроводов превышает 40 лет, прошли установленный нормативный срок эксплуатации и требуют замены. Сегодня на трубопроводах высокого давления ежегодно регистрируется до 50 крупных и тысячи мелких аварий, сопровождающихся разливами  нефти и воспламенением газа, загрязнением всех элементов биосферы, огромными экономическими потерями. Потери углеводородов при  фильтрации через  микротрещины и свищи составляют от 3% до 8%  прокачиваемого  сырья. Площадь разливов нефти на месторождениях Западной Сибири достигает нескольких десятков тысяч квадратных метров. Ежегодные материальные потери в денежном выражении составляют от 25 до 30 млрд. руб. в целом по отрасли.

Вместе с тем в отрасли отсутствуют актуальная база данных и высокоэффективные технологии инвентаризации и диагностики нефте- и газотранспортного оборудования. По данным ОАО «Газпромрегингаз» в стране действует 205 газораспределительных предприятий (ГРП) в 60 регионах РФ, в зоне технического контроля которых находится 565 тыс. км. (80% всех сетей). Контроль газотранспортного оборудования осуществляется силами обходчиков не имеющих специального оборудования для диагностики. В стране отсутствует транспортная инфраструктура, позволяющая получить оперативный доступ к объектам транспортировки углеводородов. Поэтому работа обходчиков крайне неэффективна. На балансе ОАО «Газпромрегингаз» всего 32 тыс. км. сетей, на балансе дочерних и зависимых обществ (ГРО) — 225 тыс. км., 300 тыс. км сетей – «прочие собственники» т.е. региональные и муниципальные предприятия не имеющие квалифицированных кадров и технических средств для контроля и диагностики газотранспортных сетей. На протяжении 11 тыс.км.трубопроводов высокого давления (расстояние от Владивостока до Парижа) вообще нет собственника. Поэтому диагностика на этих объектах не проводится.

Эти причины выдвигают задачу создания высокоэффективной  системы, основанной на применении малой авиации (МИ-8Т, К-26 и др.) и сверхлегких летательных аппаратов (Авиатика U840, Поиск – 06 ТМ и др.), оборудованных стандартными портативными бортовыми комплексами ДЗ, именуемыми далее по тексту системы локального мониторинга (СЛМ). Обработка данных, получаемых такой системой, осуществляется на основе современных геоинформационных технологий (ГИС), для которых базовый информационный слой создается по данным актуальной спутниковой информации высокого разрешения. Таким образом, речь идет о комплексировании космической информации и данных локального мониторинга взаимно дополняющих друг друга.

Создание высокоэффективной системы локального аэромониторинга магистральных трубопроводов в труднодоступных  районах особенно  актуально для обеспечения  оперативного реагирования на аварийные ситуации, вызванные природными и техногенными катастрофами (1). Кроме того, актуальна задача прогнозирования аварийных ситуаций на инженерных объектах высокого техногенного риска. Важнейшей задачей нефтегазовой отрасли является также диагностика линейной части нефе- и газопроводного транспорта. Решение этих задач может быть достигнуто с помощью системы со  сверхвысоким  пространственным и спектральным  разрешением, размещенной  на борту  летательных аппаратов класса «Ультра лайт», обеспечивающих условия для локального  аэромониторинга  на предельно малых высотах (до 500 м) с оптимальными скоростями  пилотирования.

В результате комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных в лаборатории геоэкологии севера Географическогофакультета МГУ им. М.В. Ломоносова и на кафедре АПС РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, разработана концепция и методология локального мониторинга объектов нефтяной и газовой промышленности. Определен круг решаемых функциональных задач и объектов локального аэромониторинга, сформулированы требования к тактико-техническим данным бортового програмно-аппаратурного комплекса, проведен комплекс экспериментальных летно-съемочных и синхронных наземных работ по определению оптимальных параметров летно-съемочных работ (2).  На основе выполненных исследований была создана и прошла летно-эксплуатационные испытания опытная модель бортового программно-аппаратурного комплекса «Биосфера ТНК» на платформе дельталета «Поиск 06» (Рис.1).

В бортовую  систему включены   блок управления полетом, функционирующий на базе ГИС-технологий, связанный с блоком навигационных данных ГЛОНАСС – GPSи  бортового компьютера, а также оптический  блок  в составе курсовой  и съемочной камер,

Рис.1 «Биосфера НТ»: высокая степень автоматизации летно-съемочных работ обеспечивается применением электронных систем управления поворотными платформами правого и левого борта на которых размещены: профессиональная цифровая камера (1); тепловизор (2); трехматричная профессиональная видеокамера (3).

установленных на платформе  с приводом вращения в горизонтальной плоскости и вертикальной. Новый  оптический блок снабжен   цифровыми камерами   высокого разрешения. Система дополнительно снабжена связанным  со всеми блоками дистанционным  командным прибором, а также  синхронизатором  таймеров камер оптического блока и GPS,  откалиброванного по атомным часам сервера точного времени. Дальнейшее усовершенствование данной системы было выполнено на основе инсталлирования в состав БПАК современного тепловизораTermacamP 25 (США — Швеция) и усовершенствования управления разворотом съемочных систем с помощью двухкоординатной консоли и командного прибора для отработки углов по азимуту и месту (3).

Рис. 2 Дефектоскопия предаварийных участков магистрального газопровода в зоне активного оврагообразования:участки  вскрытия газопровода в результате водной эрозии (1); прогнозируемые участки вскрытия газопровода (2)

Данная конфигурация бортового программно-аппаратурного комплекса успешно прошла летно-эксплуатационные испытания и защищена Патентами РФ на изобретение № 2315951 от 27.01.08 г и полезную модель № 58696 от 27.11.06 г. «Боровая система локального аэромониторинга объектов природно-техногеннойсферы», а также Патентом РФ № 2227271 от 10.12.2002 г. «Способ локального аэромониторинга геотехнических систем и бортовой комплекс для его осуществления» (4).

В ходе работ определены основные параметры экономической эффективности технологии локального мониторинга. Производительность предлагаемой системы локального мониторинга 25 кв. км/час. Стоимость 1 кв. км – 90 рублей. Достигается снижение затрат на выполнение дистанционного зондирования в сравнении с существующими космическими системами (QuickBird, IKONOS, IRS, SPOT-5 и др.) в 7 раз; с данными, получаемыми с помощью авиационных платформ — в 12 раз. Прибыль от выполнения производственных летно-съемочных работ при оперативном контроле магистральных газотранспортных систем составит не менее 80   – 100   млн. руб./год.в расчете на одно УМГ.  Применение системы уже на этапе опытно-производственных работ позволило обеспечить решение ряда производственных задач по выявлению предпосылок природно-техногенных аварий на отдельных участках линейной части коридора магистральных газопроводов Уренгой-Помары-Ужгород (рис.2,3).

Рис.3. Прогноз аварийного состояния газопровода на участке перехода реки (левый снимок) и оврага (правый снимок):
отчетливо дешифрируются русловые валы на участке всплытия газопровода (1); оползневой блок (2) висит на трубопроводах 1420 мм (3)

Таким образом, сохраняя преемственность в части общей методологии научно-прикладных исследований аэрокосмического мониторинга, структуры базы данных атрибутивной информации и функций информационно-справочных ГИС, предлагаемые технологии СЛМ позволят перейти на качественно новый уровень информационного обеспечения региональных органов МЧС при прогнозировании и оперативном реагировании на нештатные ситуации в нефтегазовом комплексе, а также обеспечат оптимизацию  управления газотранспортной отрасли в труднодоступных  районах в части диагностики и прогнозирования аварийных ситуаций. Обобщение данных локального мониторинга и ввод в производственную эксплуатацию отраслевых наземных Центров коллективного пользования и оперативного контроля магистральных газотранспортных систем будут способствовать оптимизации управления, предотвращения техногенных и природных аварий в нефтегазовом комплексе России.

Литература:

1.Топчиев А. Г. ДевичевА.А. Новый подход к организации мониторинга объектов нефтегазового комплекса Среднего Приобья. В сб. «Криосфера Земли». Новосибирск, изд-во СО РАН, 2000 г. № 1, с. 123-130

2.Топчиев А. Г., Кондранин Т. В., Козодеров В. В. Системы локального мониторинга природно-техногенной сферы. Экология и промышленность России, 2006, № 11. «Экология и промышленность России». М., № 11, с. 24-31

3. Никитин И. В. Топчиев А. Г. Новейшие методы крупномасштабного геоэкологического мониторинга объектов нефтегазового освоения криолитозоны с использованием дельталетов. Научный вестник МГТУ ГА № 154, М., Изд-во МГТУ ГА, 2010 г., 42-48 с.

4. Топчиев А. Г., Горбенко В. Я., Петренко А. С., Девичев А. А. «Способ локального аэромониторинга геотехнических систем и бортовой комплекс для его осуществления» (Патент № 2227271 от 10.12.2002 г.). Бюллетень № 11. Издательство Роспатента РФ, 2004 г.

транспорт,  мониторинг,  катастрофа 

25.10.2013, 6647 просмотров.