Трубопровод — это система труб для транспортировки жидкости или газа на большие расстояния , как правило, в рыночную зону для потребления. Последние данные за 2014 год дают в общей сложности чуть менее 2 175 000 миль (3 500 000 км) трубопроводов в 120 странах мира. [1] На США приходилось 65%, на Россию — 8%, а на Канаду — 3%, таким образом, 76% всех трубопроводов приходилось на эти три страны. [1] Основными причинами загрязнения от трубопроводов являются коррозия и утечки. [2]
Данные всемирного исследования журнала Pipeline and Gas Journal показывают, что 118 623 миль (190 905 км) трубопроводов запланированы и находятся в стадии строительства. Из них 88 976 миль (143 193 км) представляют собой проекты на стадии планирования и проектирования; 29 647 миль (47 712 км) отражают трубопроводы на разных стадиях строительства. Жидкости и газы транспортируются по трубопроводам, и любое химически стабильное вещество может быть отправлено по трубопроводу. [3]
Трубопроводы существуют для транспортировки сырой и очищенной нефти, топлива , такого как нефть, природный газ и биотопливо, и других жидкостей, включая сточные воды , шлам , воду , пиво , горячую воду или пар на более короткие расстояния, и даже пневматические системы, которые позволяют создавать давление всасывания для полезной работы и при транспортировке твердых предметов. [4] Трубопроводы полезны для транспортировки воды для питья или орошения на большие расстояния, когда ее нужно перемещать через холмы или где каналы или протоки являются плохим выбором из-за соображений испарения , загрязнения или воздействия на окружающую среду.
Нефтепроводы изготавливаются из стальных или пластиковых труб , которые обычно закапываются. Нефть перемещается по трубопроводам насосными станциями вдоль трубопровода. Природный газ (и подобное газообразное топливо) сжимаются до состояния жидкости, известной как природный газовый конденсат (NGL). [5] Трубопроводы природного газа изготавливаются из углеродистой стали . Транспортировка водорода по трубопроводу — это транспортировка водорода по трубе. Трубопроводы являются одним из самых безопасных способов транспортировки материалов по сравнению с автомобильным или железнодорожным транспортом, и поэтому во время войны трубопроводы часто становятся объектом военных атак. [6]
Хорошо задокументировано, когда был построен первый нефтепровод . Заслуга в развитии трубопроводного транспорта, бесспорно, принадлежит Ассоциации по транспортировке нефти, которая первой построила 2-дюймовый (51 мм) кованый железный трубопровод длиной 6 миль (9,7 км) от нефтяного месторождения в Пенсильвании до железнодорожной станции в Ойл-Крик в 1860-х годах. Трубопроводы, как правило, являются наиболее экономичным способом транспортировки больших объемов нефти, очищенных нефтепродуктов или природного газа по суше. Например, в 2014 году трубопроводный транспорт сырой нефти стоил около 5 долларов за баррель, в то время как железнодорожный транспорт стоил около 10-15 долларов за баррель. [7] Грузоперевозки обходятся еще дороже из-за дополнительной рабочей силы; занятость на завершенных трубопроводах составляет всего «1% от занятости в отрасли грузоперевозок». [8]
В Соединенных Штатах 70% сырой нефти и нефтепродуктов транспортируются по трубопроводу. (23% — по морю, 4% — по грузовикам и 3% — по железной дороге). В Канаде 97% природного газа и нефтепродуктов транспортируются по трубопроводу. [7]
Природный газ (и аналогичные газообразные виды топлива) слегка сжимаются в жидкости, известные как сжиженный природный газ (СПГ). Небольшие установки по переработке СПГ могут быть расположены на нефтяных месторождениях, поэтому жидкий бутан и пропан под небольшим давлением 125 фунтов на квадратный дюйм (860 кПа) могут транспортироваться по железной дороге, грузовикам или трубопроводам. Пропан может использоваться в качестве топлива на нефтяных месторождениях для обогрева различных объектов, используемых бурильщиками или оборудованием и грузовиками, используемыми на нефтяном участке. НАПРИМЕР: пропан преобразуется из газа в жидкость под небольшим давлением, 100 фунтов на квадратный дюйм, плюс-минус в зависимости от температуры, и закачивается в автомобили и грузовики под давлением менее 125 фунтов на квадратный дюйм (860 кПа) на розничных станциях. Трубопроводы и железнодорожные вагоны используют примерно вдвое большее давление для перекачки при 250 фунтов на квадратный дюйм (1700 кПа).
Расстояние для доставки пропана на рынки намного короче, поскольку тысячи заводов по переработке природного газа расположены на нефтяных месторождениях или вблизи них. Многие нефтяные компании бассейна Баккен в газовых месторождениях Северной Дакоты, Монтаны, Манитобы и Саскачевана разделяют ПГЛ на месте, что позволяет бурильщикам продавать пропан напрямую мелким оптовикам, устраняя контроль крупных нефтеперерабатывающих заводов над продуктом и ценами на пропан или бутан.
Самый последний крупный трубопровод, который начал работать в Северной Америке, — это TransCanada natural gas line, идущий на север через мосты региона Ниагары. Этот газопровод транспортирует сланцевый газ Marcellus из Пенсильвании и других связанных с ним источников метана или природного газа в канадскую провинцию Онтарио. Он начал работу осенью 2012 года, поставляя 16 процентов всего природного газа, используемого в Онтарио.
Этот новый природный газ, поставляемый из США, вытесняет природный газ, который ранее поставлялся в Онтарио из западной Канады в Альберте и Манитобе, тем самым снижая регулируемые правительством сборы за транспортировку по трубопроводу из-за значительно более короткого расстояния от источника газа до потребителя. Чтобы избежать задержек и регулирования со стороны правительства США, многие малые, средние и крупные производители нефти в Северной Дакоте решили запустить нефтепровод на север в Канаду, чтобы встретиться с канадским нефтепроводом, транспортирующим нефть с запада на восток. Это позволяет производителям нефти из бассейна Баккен и Три-Форкс получать более высокие договорные цены на свою нефть, поскольку они не будут ограничены только одним оптовым рынком в США. Расстояние от крупнейшего нефтяного участка в Северной Дакоте, в Уиллистоне, Северная Дакота , составляет всего около 85 миль или 137 километров до границы Канады и США и Манитобы . Паевые инвестиционные фонды и совместные предприятия являются крупнейшими инвесторами в новые нефте- и газопроводы. Осенью 2012 года США начали экспортировать пропан в Европу, известный как LPG, поскольку оптовые цены там намного выше, чем в Северной Америке. Кроме того, в настоящее время строится трубопровод из Северной Дакоты в Иллинойс, обычно известный как Dakota Access Pipeline . [9]
По мере строительства большего количества трубопроводов в Северной Америке, все больше экспорта СПГ, пропана, бутана и других продуктов природного газа происходит на всех трех побережьях США. Для понимания, добыча нефти в регионе Баккен в Северной Дакоте выросла на 600% с 2007 по 2015 год. [10] Нефтяные компании Северной Дакоты перевозят огромные объемы нефти в цистернах, поскольку они могут направить нефть на рынок, который предлагает лучшую цену, а железнодорожные вагоны можно использовать, чтобы обойти перегруженный нефтепровод, чтобы доставить нефть на другой трубопровод, чтобы быстрее доставить нефть на рынок или на другой менее загруженный нефтеперерабатывающий завод. Однако трубопроводы являются более дешевым средством транспортировки по объему.
Компания Enbridge в Канаде подает заявку на реверс нефтепровода, идущего с востока на запад (линия 9), и расширяет его и использует для транспортировки западноканадской битумной нефти на восток. [11] Из нынешнего трубопровода с пропускной способностью 250 000 баррелей в день он будет расширен до 1,0–1,3 млн баррелей в день. К началу 2014 года он будет поставлять западную нефть на нефтеперерабатывающие заводы в Онтарио, Мичигане, Огайо, Пенсильвании, Квебеке и Нью-Йорке. Нью-Брансуик также будет перерабатывать часть этой западноканадской сырой нефти и экспортировать часть сырой и очищенной нефти в Европу из своего глубоководного порта погрузки нефти ULCC.
Хотя трубопроводы могут быть построены под морем, этот процесс экономически и технически сложен, поэтому большая часть нефти в море транспортируется танкерами . Аналогично, часто более экономически целесообразно транспортировать природный газ в виде СПГ, однако точка безубыточности между СПГ и трубопроводами будет зависеть от объема природного газа и расстояния, на которое он перемещается. [12]
Размер рынка строительства нефте- и газопроводов значительно вырос до экономического спада 2008 года. После спада в 2009 году спрос на расширение и обновление трубопроводов увеличился в следующем году по мере роста производства энергии. [13] К 2012 году было запланировано или находилось на стадии строительства почти 32 000 миль (51 500 км) североамериканских трубопроводов. [14] Когда трубопроводы ограничены, дополнительные варианты транспортировки продукта по трубопроводу могут включать использование антифрикционных присадок или транспортировку продукта по автомобильным или железным дорогам.
Нефтепроводы изготавливаются из стальных или пластиковых труб с внутренним диаметром обычно от 4 до 48 дюймов (от 100 до 1220 мм). Большинство трубопроводов обычно заглубляются на глубину около 3–6 футов (от 0,91 до 1,83 м). Для защиты труб от ударов , истирания и коррозии используются различные методы. Они могут включать деревянную обшивку (деревянные планки), бетонное покрытие, камнеотбойник, полиэтилен высокой плотности , импортную песчаную подсыпку, жертвенные катоды и машины для подсыпки. [15]
Сырая нефть содержит различное количество парафина , и в более холодном климате в трубопроводе может происходить накопление воска. Часто эти трубопроводы проверяются и очищаются с помощью скребков , практики использования устройств, известных как «свиньи», для выполнения различных операций по техническому обслуживанию трубопровода. Устройства также известны как «скребки» или «Go-devils». «Умные свиньи» (также известные как «интеллектуальные» или «интеллектуальные» свиньи) используются для обнаружения аномалий в трубе, таких как вмятины, потеря металла, вызванная коррозией, трещинами или другими механическими повреждениями. [16] Эти устройства запускаются со станций запуска скребков и перемещаются по трубопроводу, чтобы быть принятыми на любой другой станции ниже по течению, либо очищая отложения воска и материал, которые могли накопиться внутри линии, либо проверяя и регистрируя состояние линии.
Для природного газа трубопроводы изготавливаются из углеродистой стали и имеют диаметр от 2 до 60 дюймов (от 51 до 1524 мм) в зависимости от типа трубопровода. Газ сжимается компрессорными станциями и не имеет запаха, если только не смешан с одорантом меркаптаном , если это требуется регулирующим органом.
Основным аммиакопроводом является украинский Трансаммиак, соединяющий завод «Тольяттиазот» в России с экспортным черноморским портом Одесса .
Трубопроводы использовались для транспортировки этанола в Бразилии, и существует несколько проектов по трубопроводам для этанола в Бразилии и Соединенных Штатах. [17] Основными проблемами, связанными с транспортировкой этанола по трубопроводу, являются его коррозионная природа и тенденция к поглощению воды и примесей в трубопроводах, что не является проблемой для нефти и природного газа. [17] [18] Недостаточные объемы и экономическая эффективность являются другими факторами, ограничивающими строительство трубопроводов для этанола. [18] [19]
В США минимальные объемы этанола транспортируются по трубопроводу. Большая часть этанола перевозится по железной дороге, основными альтернативами являются грузовики и баржи. Доставка этанола по трубопроводу является наиболее предпочтительным вариантом, но сродство этанола к воде и свойствам растворителя требуют использования специального трубопровода или значительной очистки существующих трубопроводов.
Иногда пульпопроводы используются для транспортировки угля или руды из шахт. Транспортируемый материал тщательно смешивается с водой перед подачей в трубопровод; на дальнем конце материал должен быть высушен. Одним из примеров является 525-километровый (326 миль) пульпопровод, который планируется транспортировать железную руду из шахты Минас-Рио (производящей 26,5 миллионов тонн в год) в порт Асу в Бразилии. [20] Существующим примером является 85-километровый (53 мили) пульпопровод Savage River в Тасмании , Австралия, возможно, первый в мире, когда он был построен в 1967 году. Он включает в себя 366-метровый (1201 фут) пролет моста на высоте 167 метров (548 футов) над рекой Savage. [21] [22]
Трубопроводный транспорт водорода — это транспортировка водорода по трубе как часть водородной инфраструктуры . Трубопроводный транспорт водорода используется для соединения точки производства водорода или доставки водорода с точкой спроса, при этом транспортные расходы аналогичны расходам на КПГ , [23] технология проверена. [24] Большая часть водорода производится в месте спроса, каждые 50–100 миль (160 км) промышленного производственного объекта. [25] Водородный трубопровод Рейн-Рур длиной 240 км (150 миль), построенный в 1938 году, все еще находится в эксплуатации. [26] По состоянию на 2004 год [обновлять]в США насчитывается 900 миль (1400 км) водородных трубопроводов низкого давления, а в Европе — 930 миль (1500 км).
Два тысячелетия назад древние римляне использовали большие акведуки для транспортировки воды с возвышенностей, строя акведуки в ступенчатых сегментах, которые позволяли гравитации толкать воду, пока она не достигала места назначения. Сотни таких акведуков были построены по всей Европе и в других местах, и наряду с мельницами они считались жизненно важной артерией Римской империи. Древние китайцы также использовали каналы и системы труб для общественных работ. Знаменитый придворный евнух династии Хань Чжан Ран (ум. 189 н. э.) однажды приказал инженеру Би Лану построить ряд цепных насосов с квадратными поддонами за пределами столицы Лоян . [27] Эти цепные насосы обслуживали императорские дворцы и жилые помещения столицы, поскольку вода, поднимаемая цепными насосами, подавалась по системе керамических труб . [27] [28]
Трубопроводы полезны для транспортировки воды для питья или орошения на большие расстояния, когда ее необходимо перемещать через холмы или где каналы или протоки являются неподходящим выбором из-за испарения , загрязнения или воздействия на окружающую среду.
530-километровая (330 миль) система водоснабжения Голдфилдс в Западной Австралии с использованием 750-миллиметровой (30-дюймовой) трубы, завершенная в 1903 году, была крупнейшей системой водоснабжения своего времени. [29] [30]
Примерами значительных водопроводов в Южной Австралии являются трубопроводы Морган-Уайалла (завершен в 1944 году) и Маннум-Аделаида (завершен в 1955 году), оба из которых являются частью более крупного проекта Снежных гор . [31]
В Лос-Анджелесе (Калифорния) есть два акведука: акведук Оуэнс-Вэлли (завершен в 1913 году) и второй акведук Лос-Анджелеса (завершен в 1970 году), в которых также широко используются трубопроводы.
Великая рукотворная река Ливии поставляет 3 680 000 кубических метров (4 810 000 кубических ярдов) воды каждый день в Триполи, Бенгази, Сирт и несколько других городов Ливии. Длина трубопровода составляет более 2 800 километров (1 700 миль), и он подключен к скважинам, вскрывающим водоносный горизонт на глубине более 500 метров (1 600 футов) под землей. [32]
Системы централизованного теплоснабжения или телеотопления состоят из сети изолированных подающих и обратных труб, которые транспортируют нагретую воду, горячую воду под давлением или иногда пар к потребителю. Хотя пар является самым горячим и может использоваться в промышленных процессах из-за его более высокой температуры, его производство и транспортировка менее эффективны из-за больших потерь тепла. Масляные теплоносители, как правило, не используются по экономическим и экологическим причинам. Типичные годовые потери тепловой энергии при распределении составляют около 10%, как это видно в сети централизованного теплоснабжения Норвегии. [34]
Трубопроводы централизованного теплоснабжения обычно прокладываются под землей, за некоторыми исключениями. В системе может быть установлен аккумулятор тепла для выравнивания пиковых нагрузок. Тепло передается в центральное отопление жилых помещений через теплообменники на тепловых пунктах , без смешивания жидкостей в любой из систем.
Бары в Veltins-Arena , главном футбольном поле в Гельзенкирхене , Германия, соединены между собой пивным трубопроводом длиной 5 км (3,1 мили). В городе Раннерс в Дании эксплуатировался так называемый трубопровод Thor Beer. Первоначально медные трубы шли прямо от пивоварни, но когда пивоварня переехала из города в 1990-х годах, Thor Beer заменила его гигантским резервуаром.
В сентябре 2016 года в Брюгге , Бельгия, был завершен трехкилометровый пивной трубопровод, призванный сократить движение грузовиков на улицах города. [35]
Деревня Гальштат в Австрии, известная своей долгой историей добычи соли , утверждает, что в ней находится «самый старый промышленный трубопровод в мире», датируемый 1595 годом. [36] Он был построен из 13 000 выдолбленных стволов деревьев для транспортировки рассола на расстояние 40 километров (25 миль) от Гальштата до Эбензее . [37]
В период с 1978 по 1994 год между голландским островом Амеланд и Холвердом на материке пролегал 15-километровый молокопровод , из которых 8 км проходили под Ваттовым морем . Каждый день 30 000 литров молока, произведенного на острове, перевозились для переработки на материке. В 1994 году трубопровод был заброшен. [38]
В некоторых местах трубопровод может пересекать водные пространства, такие как небольшие моря, проливы и реки. [39] Во многих случаях они полностью лежат на морском дне. Эти трубопроводы называются «морскими» трубопроводами (также «подводными» или «морскими» трубопроводами). Они используются в основном для транспортировки нефти или газа, но транспортировка воды также важна. [39] В морских проектах проводится различие между «выкидной линией» и трубопроводом. [39] [40] [41] Первый является внутрипромысловым трубопроводом в том смысле, что он используется для соединения подводных устьев скважин , коллекторов и платформы в пределах конкретного месторождения разработки. Последний, иногда называемый «экспортным трубопроводом», используется для доставки ресурсов на берег. [40] Строительство и обслуживание морских трубопроводов подразумевают логистические проблемы, которые отличаются от наземных, в основном из-за динамики волн и течений, а также других геологических опасностей . В Нигерии нефтепроводы заполонили воры, в 2022 году во время российско-украинской войны были взорваны подводные газопроводы «Северный поток I» и «Северный поток II».
В целом трубопроводы можно разделить на три категории в зависимости от назначения:
При строительстве трубопровода проект строительства должен включать не только общестроительные работы по прокладке трубопровода и строительству насосных/компрессорных станций, но и все работы, связанные с установкой полевых устройств, которые будут поддерживать удаленную эксплуатацию.
Трубопровод прокладывается вдоль так называемой «полосы отвода». Трубопроводы обычно разрабатываются и строятся с использованием следующих этапов:
Россия имеет «Трубопроводные войска» как часть тыловых служб , которые обучены строить и ремонтировать трубопроводы. Россия — единственная страна, имеющая трубопроводные войска. [43]
Правительство США, в основном через Агентство по охране окружающей среды , Федеральную комиссию по регулированию энергетики и энергетики и другие организации, рассматривает предлагаемые проекты трубопроводов с целью соблюдения Закона о чистой воде , Закона о национальной политике в области охраны окружающей среды , других законов и, в некоторых случаях, муниципальных законов. [44] [45] Администрация Байдена стремилась разрешить соответствующим штатам и племенным группам оценивать и потенциально блокировать предлагаемые проекты. [46]
Полевые приборы — это приборы, устройства сбора данных и системы связи. Полевые приборы включают в себя датчики/преобразователи расхода, давления и температуры, а также другие устройства для измерения соответствующих требуемых данных. Эти приборы устанавливаются вдоль трубопровода в некоторых определенных местах, таких как станции впрыска или доставки, насосные станции (жидкостные трубопроводы) или компрессорные станции (газопроводы), а также станции запорной арматуры.
Информация, измеренная этими полевыми приборами, затем собирается в локальных удаленных оконечных устройствах (RTU), которые передают полевые данные в центральное местоположение в режиме реального времени с использованием систем связи, таких как спутниковые каналы, микроволновые линии связи или сотовые телефоны.
Трубопроводы контролируются и эксплуатируются дистанционно из так называемого «главного диспетчерского пункта». В этом центре все данные, связанные с полевыми измерениями, объединяются в одну центральную базу данных. Данные поступают от нескольких RTU вдоль трубопровода. Обычно RTU устанавливаются на каждой станции вдоль трубопровода.
Система SCADA в Главном диспетчерском пункте получает все полевые данные и представляет их оператору трубопровода через набор экранов или интерфейс человек-машина , показывая рабочие условия трубопровода. Оператор может контролировать гидравлические условия линии, а также отправлять рабочие команды (открывать/закрывать клапаны, включать/выключать компрессоры или насосы, изменять заданные значения и т. д.) через систему SCADA на поле.
Для оптимизации и обеспечения безопасности работы этих активов некоторые трубопроводные компании используют так называемые «расширенные трубопроводные приложения», представляющие собой программные инструменты, устанавливаемые поверх системы SCADA, которые обеспечивают расширенные функциональные возможности для обнаружения утечек, определения их местоположения, отслеживания партий (жидкостных линий), отслеживания скребков, отслеживания состава, прогнозного моделирования, упреждающего моделирования и обучения операторов.
Трубопроводные сети состоят из нескольких единиц оборудования, которые работают вместе для перемещения продуктов из одного места в другое. Основными элементами трубопроводной системы являются:
Поскольку нефте- и газопроводы являются важным активом экономического развития практически любой страны, правительственные постановления или внутренняя политика требуют обеспечения безопасности активов, а также населения и окружающей среды в местах прохождения этих трубопроводов.
Компании, занимающиеся трубопроводами, сталкиваются с государственным регулированием, экологическими ограничениями и социальными ситуациями. Правительственные постановления могут определять минимальный штат для выполнения операции, требования к обучению операторов, трубопроводные сооружения, технологии и приложения, необходимые для обеспечения эксплуатационной безопасности. Например, в штате Вашингтон операторы трубопроводов обязаны иметь возможность обнаруживать и локализовать утечки в размере 8 процентов от максимального расхода в течение пятнадцати минут или меньше. Социальные факторы также влияют на работу трубопроводов. Кража продукции иногда также является проблемой для компаний, занимающихся трубопроводами. В этом случае уровни обнаружения должны быть ниже двух процентов от максимального расхода, с высокими ожиданиями точности определения местоположения.
Для мониторинга трубопроводов были реализованы различные технологии и стратегии: от физического обхода линий до спутникового наблюдения. Наиболее распространенной технологией защиты трубопроводов от случайных утечек является вычислительный мониторинг трубопроводов (CPM). CPM берет информацию с места, связанную с давлением, потоками и температурами, для оценки гидравлического поведения транспортируемого продукта. После завершения оценки результаты сравниваются с другими полевыми эталонами для обнаружения наличия аномалии или неожиданной ситуации, которая может быть связана с утечкой.
Американский институт нефти опубликовал несколько статей, посвященных эффективности CPM в трубопроводах для жидкостей. Публикации API:
Если трубопровод проходит под дорогой или железной дорогой, он обычно заключен в защитный кожух. Этот кожух вентилируется в атмосферу, чтобы предотвратить накопление горючих газов или едких веществ, а также чтобы позволить производить отбор проб воздуха внутри кожуха для обнаружения утечек. Вентиляционное отверстие кожуха , труба, выступающая из земли, часто служит также предупреждающим маркером, называемым маркером вентиляционного отверстия кожуха . [47]
Трубопроводы обычно прокладываются под землей, поскольку температура менее изменчива. Поскольку трубопроводы обычно металлические, это помогает уменьшить расширение и усадку, которые могут возникнуть при изменении погоды. [48] Однако в некоторых случаях необходимо пересекать долину или реку по трубопроводному мосту . Трубопроводы для централизованных систем отопления часто прокладываются по земле или над землей. Трубопроводы для нефти, проходящие через районы вечной мерзлоты, такие как Трансаляскинский трубопровод, часто прокладываются над землей, чтобы избежать таяния замерзшей земли горячей нефтью, что привело бы к погружению трубопровода в землю.
Техническое обслуживание трубопроводов включает проверку уровней катодной защиты на соответствие требуемому диапазону, наблюдение за строительством, эрозией или утечками с использованием пешеходов, наземного транспорта, лодок или воздуха, а также запуск очистных поршней в случае, если по трубопроводу перемещается что-либо, вызывающее коррозию.
Правила технического обслуживания трубопроводов в США изложены в разделах Свода федеральных правил (CFR): 49 CFR 192 для трубопроводов природного газа и 49 CFR 195 для трубопроводов жидких нефтепродуктов.
В США наземные и морские трубопроводы, используемые для транспортировки нефти и газа, регулируются Управлением по безопасности трубопроводов и опасных материалов (PHMSA). Некоторые морские трубопроводы, используемые для добычи нефти и газа, регулируются Службой по управлению минеральными ресурсами (MMS). В Канаде трубопроводы регулируются либо провинциальными регулирующими органами, либо, если они пересекают границы провинций или границу Канады и США, Национальным энергетическим советом (NEB). Правительственные постановления в Канаде и США требуют, чтобы подземные топливные трубопроводы были защищены от коррозии . Часто наиболее экономичным методом борьбы с коррозией является использование покрытия трубопровода в сочетании с катодной защитой и технологией мониторинга трубопровода. Над землей катодная защита невозможна. Покрытие является единственной внешней защитой.
_Area_Maps_of_Oil_and_Gas_fields,_Prospects,_Structural_Axes,_and_Petroleum_Facilities_--_1951_-_DPLA_-_bfbf332b09ce6186590cf6158a869bab.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Трубопроводы для основных энергоресурсов (нефти и природного газа) являются не просто элементом торговли. Они также связаны с вопросами геополитики и международной безопасности , а строительство, размещение и контроль над нефте- и газопроводами часто занимают видное место в государственных интересах и действиях. Яркий пример политики трубопроводов произошел в начале 2009 года, когда спор между Россией и Украиной якобы по поводу цен привел к крупному политическому кризису. Российская государственная газовая компания «Газпром» прекратила поставки природного газа на Украину после того, как переговоры между ней и украинским правительством провалились. В дополнение к прекращению поставок на Украину, российский газ, проходящий через Украину, который включал почти все поставки в Юго-Восточную Европу и некоторые поставки в Центральную и Западную Европу , был прекращен, что создало крупный кризис в нескольких странах, сильно зависящих от российского газа в качестве топлива. Россию обвинили в использовании спора в качестве рычага в попытке удержать другие державы, и в частности Европейский Союз , от вмешательства в ее « ближнее зарубежье ».
Нефте- и газопроводы также играют важную роль в политике Центральной Азии и Кавказа .
Поскольку фракция растворителя дилбита обычно включает летучие ароматические соединения , такие как нафта и бензол , можно ожидать достаточно быстрого испарения носителя после надземного разлива — якобы позволяющего своевременно вмешаться, оставляя только вязкий остаток, который медленно мигрирует. Эффективные протоколы для минимизации воздействия нефтехимических паров хорошо известны, и нефть, разлитая из трубопровода, вряд ли достигнет водоносного слоя , если за неполной очисткой не последует введение другого носителя (например, серия проливных ливней).
Попадание бензола и других летучих органических соединений (совместно BTEX ) в подземную среду усугубляет угрозу, создаваемую утечкой трубопровода. Особенно если за этим последует дождь, разрыв трубопровода приведет к растворению BTEX и равновесию бензола в воде с последующей фильтрацией примеси в водоносный горизонт. Бензол может вызывать множество проблем со здоровьем и является канцерогенным , максимальный уровень загрязнения (MCL) Агентства по охране окружающей среды установлен на уровне 5 мкг/л для питьевой воды . [49] Хотя это недостаточно изучено, единичные случаи воздействия бензола были связаны с острым канцерогенезом. [50] Кроме того, было показано, что воздействие бензола на скот, в основном крупный рогатый скот, вызывает множество проблем со здоровьем, таких как нейротоксичность , повреждение плода и смертельное отравление. [51]
Вся поверхность надземного трубопровода может быть непосредственно осмотрена на предмет существенного нарушения. Скопившаяся нефть однозначна, легко обнаруживается и указывает на место необходимого ремонта. Поскольку эффективность удаленного осмотра ограничена стоимостью контрольного оборудования, зазорами между датчиками и данными, требующими интерпретации, небольшие утечки в подземной трубе иногда могут остаться незамеченными
Разработчики трубопроводов не всегда отдают приоритет эффективному наблюдению за утечками. Подземные трубы вызывают меньше жалоб. Они изолированы от экстремальных температур окружающей среды , защищены от ультрафиолетовых лучей и меньше подвержены фотодеградации . Подземные трубы изолированы от переносимого по воздуху мусора, электрических бурь , торнадо , ураганов , града и кислотных дождей . Они защищены от гнездящихся птиц, млекопитающих и случайной картечи. Подземные трубы менее уязвимы для аварийных повреждений (например, автомобильных столкновений ) и менее доступны для вандалов , диверсантов и террористов .
Предыдущая работа [52] показала, что «худший сценарий воздействия» может быть ограничен определенным набором условий. На основе передовых методов обнаружения и стандартных операционных процедур перекрытия трубопровода , разработанных TransCanada, риск существенного или крупного выброса в течение короткого периода времени, загрязняющего грунтовые воды бензолом, маловероятен. [53] Процедуры обнаружения, перекрытия и рекультивации ограничат растворение и транспортировку бензола. Следовательно, воздействие бензола будет ограничено утечками, которые ниже предела обнаружения и остаются незамеченными в течение длительных периодов времени. [52] Обнаружение утечек контролируется с помощью системы SCADA , которая оценивает давление и объемный расход каждые 5 секунд. Утечка через точечное отверстие, которая выделяет небольшие количества, которые не могут быть обнаружены системой SCADA (<1,5% потока), может накапливаться в существенный разлив. [53] Обнаружение утечек через точечное отверстие будет происходить с помощью визуального или обонятельного осмотра, аэросъемки или несоответствий баланса массы. [53] Предполагается, что утечки через точечные отверстия обнаруживаются в течение 14-дневного интервала проверки, однако снежный покров и местоположение (например, удаленность, глубина) могут задержать обнаружение. Бензол обычно составляет 0,1–1,0% нефти и будет иметь различную степень летучести и растворения в зависимости от факторов окружающей среды.
Даже при объемах утечек из трубопровода в пределах обнаружения SCADA, иногда утечки из трубопровода ошибочно интерпретируются операторами трубопровода как неисправности насосов или другие проблемы. Авария на трубопроводе сырой нефти Enbridge Line 6B в Маршалле, штат Мичиган , 25 июля 2010 года, по мнению операторов в Эдмонтоне, произошла из-за разделения колонны дилбита в этом трубопроводе. Утечка на водно-болотных угодьях вдоль реки Каламазу была подтверждена только через 17 часов после того, как это произошло, сотрудником местной газовой компании.
Хотя Управление по безопасности трубопроводов и опасных материалов (PHMSA) имеет стандартные базовые частоты инцидентов для оценки количества разливов, TransCanada изменила эти предположения на основе улучшенной конструкции трубопровода, эксплуатации и безопасности. [53] Оправданы ли эти корректировки, является спорным вопросом, поскольку эти предположения привели к почти 10-кратному снижению оценок разливов. [52] Учитывая, что трубопровод пересекает 247 миль водоносного горизонта Огаллала, [54] или 14,5% всей длины трубопровода, и ожидается, что за 50-летний срок службы всего трубопровода произойдет от 11 до 91 разлива, [52] можно ожидать, что примерно 1,6–13,2 разлива произойдут по водоносному горизонту. Оценка 13,2 разливов по водоносному горизонту, каждый из которых длится 14 дней, приводит к 184 дням потенциального воздействия за 50-летний срок службы трубопровода. В сценарии наихудшего случая воздействия с ограниченным объемом объем утечки через точечное отверстие при 1,5% от максимального расхода в течение 14 дней оценивается в 189 000 баррелей или 7,9 миллионов галлонов нефти. [52] Согласно базе данных инцидентов PHMSA, [55] только 0,5% всех разливов за последние 10 лет составили >10 000 баррелей.
Бензол считается легким ароматическим углеводородом с высокой растворимостью и высокой летучестью. [ необходимо разъяснение ] Неясно, как температура и глубина повлияют на летучесть бензола, поэтому были сделаны предположения, что бензол в масле (1% веса по объему) не улетучится до достижения равновесия с водой. [52]
Используя коэффициент распределения октанол-вода и 100-летнее выпадение осадков для этого района, можно предположить, что худший вариант — 75 мг/л бензола — поступит в водоносный горизонт. [52] Фактическое движение шлейфа через системы грунтовых вод не описано должным образом, хотя одна из оценок заключается в том, что до 4,9 млрд галлонов воды в водоносном горизонте Огаллала могут быть загрязнены бензолом при концентрациях выше ПДК. [52] Окончательное заявление о воздействии на окружающую среду от Государственного департамента не включает количественный анализ, поскольку предполагается, что большая часть бензола испарится. [53]
Одной из главных проблем, связанных с дилбитом, является сложность его очистки. [56] Когда в 2010 году в Маршалле, штат Мичиган, произошел разрыв вышеупомянутого нефтепровода Enbridge Line 6B, вылилось не менее 843 000 галлонов дилбита. [57] После обнаружения утечки были задействованы боны и вакуумные машины . Сильные дожди привели к тому, что река перелилась через существующие плотины и перенесла дилбит на 30 миль вниз по течению, прежде чем разлив был локализован. В ходе восстановительных работ было собрано более 1,1 миллиона галлонов нефти и почти 200 000 кубических ярдов загрязненных нефтью осадков и мусора из системы реки Каламазу. Однако в октябре 2012 года нефть все еще находили в пострадавших водах. [58]
Трубопроводы могут помочь обеспечить экономическое благосостояние страны и, как таковые, представляют собой вероятную цель террористов или военных противников. Ископаемое топливо может транспортироваться по трубопроводу, железной дороге, грузовиками или судами, хотя природный газ требует сжатия или сжижения , чтобы сделать транспортировку на автомобиле экономичной. Для транспортировки сырой нефти этими четырьмя способами различные отчеты оценивают трубопроводы как пропорционально вызывающие меньше человеческих жертв и ущерба имуществу, чем железная дорога и грузовики, и разливающие меньше нефти, чем грузовики. [7]
Трубопроводы, транспортирующие легковоспламеняющиеся или взрывоопасные материалы, такие как природный газ или нефть, представляют особую опасность. Хотя коррозия, давление и отказ оборудования являются распространенными причинами, повреждения при раскопках также являются ведущим типом несчастных случаев, которых можно избежать, позвонив по номеру 811 перед тем, как копать вблизи трубопроводов. [59]
Трубопроводы могут стать объектом вандализма , саботажа или даже террористических атак . Например, в период с начала 2011 года по июль 2012 года газопровод, соединяющий Египет с Израилем и Иорданией, подвергся 15 нападениям. [71] В 2019 году топливный трубопровод к северу от Мехико взорвался после того, как воры топлива проникли в линию. Сообщалось, что по меньшей мере шестьдесят шесть человек были убиты. [72] Во время войны трубопроводы часто становятся объектом военных атак, поскольку разрушение трубопроводов может серьезно нарушить логистику противника . 26 сентября 2022 года на трубопроводах «Северный поток-1» и «Северный поток-2» , которые проходят в Европу из России по дну Балтийского моря, произошла серия взрывов и последующих крупных утечек газа . Считается, что утечки были вызваны актом саботажа. [73] [74] [75]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
{{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )