Введение

Перекачка жидкостей или газа по трубопроводам

Трубопровод – это система труб для транспортировки жидкости или газа на большие расстояния, как правило, к рыночной зоне для потребления. Последние данные за 2014 год указывают на общую протяженность трубопроводов чуть менее чем в 120 странах мира. На Соединенные Штаты приходилось 65%, на Россию – 8%, а на Канаду – 3%, таким образом, 76% всех трубопроводов находились в этих трех странах. Согласно всемирному обзору Pipeline and Gas Journal, планируется строительство новых трубопроводов. Из них проекты находятся на стадии планирования и проектирования, а остальные – на различных этапах строительства. По трубопроводам транспортируются жидкости и газы, и любое химически стабильное вещество может быть по ним перекачано. Существуют трубопроводы для транспортировки сырой и переработанной нефти, топлива – такого как нефть, природный газ и биотопливо, – а также других жидкостей, включая сточные воды, шламы, воду, пиво, горячую воду или пар на небольшие расстояния. Трубопроводы полезны для транспортировки питьевой или ирригационной воды на большие расстояния, когда необходимо преодолевать холмы, или когда каналы и водотоки являются неоптимальным решением из-за испарения, загрязнения или воздействия на окружающую среду. Нефтепроводы изготавливаются из стальных или пластиковых труб, которые обычно зарываются в землю. Нефть перемещается по трубопроводам с помощью насосных станций, расположенных вдоль трассы. Природный газ (и аналогичные газообразные топлива) сжимаются в жидкости, известные как сжиженные углеводородные газы (СУГ). Трубопроводы для природного газа изготавливаются из углеродистой стали. Транспортировка водорода по трубопроводам – это перемещение водорода по трубам. Трубопроводы – один из самых безопасных способов транспортировки материалов по сравнению с автомобильным или железнодорожным транспортом, поэтому во время войны трубопроводы часто становятся целью военных атак. Нефть и природный газ

Хорошо задокументировано, когда был построен первый нефтепровод. Признание за развитие трубопроводного транспорта принадлежит, несомненно, Oil Transport Association, которая в 1860-х годах впервые построила кованный железный трубопровод протяженностью 6 миль (10 км) от нефтяного месторождения в Пенсильвании до железнодорожной станции в Оил-Крик. Трубопроводы, как правило, являются наиболее экономичным способом транспортировки больших объемов нефти, нефтепродуктов или природного газа по суше. Например, в 2014 году транспортировка сырой нефти по трубопроводу стоила около 5 долларов за баррель, в то время как железнодорожная транспортировка – от 10 до 15 долларов за баррель. Автомобильные перевозки обходятся еще дороже из-за необходимости дополнительной рабочей силы; занятость на завершенных трубопроводах составляет всего "1% от занятости в автомобильном транспорте". В Соединенных Штатах 70% сырой нефти и нефтепродуктов транспортируется по трубопроводам (23% – морским транспортом, 4% – автомобильным транспортом и 3% – железнодорожным транспортом). В Канаде 97% природного газа и нефтепродуктов транспортируется по трубопроводам. По мере строительства новых североамериканских трубопроводов увеличивается экспорт СПГ, пропана, бутана и других продуктов переработки природного газа на всех трех побережьях США. Для справки, добыча нефти в регионе Баккен в Северной Дакоте выросла на 600% с 2007 по 2015 год. Нефтяные компании Северной Дакоты отправляют огромные объемы нефти по железнодорожным цистернам, поскольку они могут направить нефть на рынок, предлагающий наилучшую цену, а железнодорожные цистерны можно использовать для обхода перегруженного нефтепровода, чтобы доставить нефть на другой трубопровод для более быстрой доставки на рынок или на другой менее загруженный нефтеперерабатывающий завод. Однако трубопроводы обеспечивают более дешевый способ транспортировки в пересчете на объем. Компания Enbridge в Канаде подала заявку на изменение направления нефтепровода, идущего с востока на запад (линия 9), его расширение и использование для транспортировки битуминозной нефти с запада Канады на восток. Его пропускная способность увеличится с нынешних 250 000 баррелей в сутки до 1,0–1,3 миллиона баррелей в сутки. Он будет доставлять западную нефть на нефтеперерабатывающие заводы в Онтарио, Мичигане, Огайо, Пенсильвании, Квебеке и Нью-Йорке к началу 2014 года. Нью-Брансуик также будет перерабатывать часть этой западной канадской нефти и экспортировать часть сырой и переработанной нефти в Европу из своего глубоководного порта для загрузки супертанкеров. Хотя трубопроводы можно строить под водой, этот процесс экономически и технически сложен, поэтому большая часть нефти в море транспортируется танкерами. Аналогичным образом, часто экономически целесообразнее транспортировать природный газ в форме СПГ, однако точка безубыточности между СПГ и трубопроводами будет зависеть от объема природного газа и расстояния его транспортировки. Рост рынка

Объем рынка строительства нефте- и газопроводов значительно вырос до экономического спада в 2008 году. После снижения в 2009 году спрос на расширение и модернизацию трубопроводов увеличился в следующем году по мере роста производства энергии. К 2012 году почти 51 500 км североамериканских трубопроводов находились в стадии планирования или строительства. Когда пропускная способность трубопроводов ограничена, дополнительные варианты транспортировки нефтепродуктов могут включать использование веществ, снижающих трение, или транспортировку продукции грузовиками или по железной дороге. Строительство и эксплуатация

Нефтепроводы изготавливаются из стальных или пластиковых труб с внутренним диаметром, обычно от… Большинство трубопроводов обычно зарываются на глубину около… Для защиты труб от ударов, истирания и коррозии используются различные методы. К ним относятся деревянная обвязка (деревянные рейки), бетонное покрытие, защита камнем, полиэтилен высокой плотности, импортный песчаный заполнитель, жертвенные катоды и машины для укладки защитных материалов. Сырая нефть содержит различное количество парафинового воска, и в холодном климате в трубопроводе может образовываться отложение воска. Часто эти трубопроводы проверяются и очищаются с помощью прогонки, практики использования устройств, известных как "прогоночные снаряды", для выполнения различных операций по техническому обслуживанию трубопровода. Эти устройства также известны как "скребки" или "дьяволы". "Умные прогоночные снаряды" (также известные как "интеллектуальные" или "интеллектуальные" прогоночные снаряды) используются для обнаружения аномалий в трубе, таких как вмятины, потеря металла, вызванная коррозией, трещины или другие механические повреждения. Эти устройства запускаются со станций запуска прогоночных снарядов и проходят по трубопроводу, чтобы быть принятыми на любой другой станции ниже по течению, либо очищая восковые отложения и материалы, которые могли накопиться внутри трубопровода, либо проверяя и регистрируя состояние трубопровода. Для природного газа трубопроводы изготавливаются из углеродистой стали и имеют диаметр от… в зависимости от типа трубопровода. Газ сжимается компрессорными станциями и не имеет запаха, если не смешан с запаховым агентом, требуемым регулирующим органом. Аммиак

Основным аммиачным трубопроводом является украинский Трансаммиак, соединяющий завод TogliattiAzot в России с экспортирующим портом Черного моря Одесса. Топливный спирт

Трубопроводы использовались для транспортировки этанола в Бразилии, и существует несколько проектов этанольных трубопроводов в Бразилии и Соединенных Штатах. Основные проблемы, связанные с транспортировкой этанола по трубопроводу, – это его коррозионные свойства и тенденция к поглощению воды и примесей в трубопроводах, что не является проблемой для нефти и природного газа. Недостаточные объемы и экономическая эффективность – другие факторы, ограничивающие строительство этанольных трубопроводов. В США минимальные объемы этанола транспортируются по трубопроводам. Большая часть этанола перевозится по железной дороге, основными альтернативами являются автомобильный и баржевый транспорт. Доставка этанола по трубопроводу является наиболее предпочтительным вариантом, но склонность этанола к воде и растворяющие свойства требуют использования выделенного трубопровода или значительной очистки существующих трубопроводов. Уголь и руда

Шламопроводы иногда используются для транспортировки угля или руды с шахт. Транспортируемый материал тщательно смешивается с водой перед подачей в трубопровод; на другом конце материал необходимо высушить. Одним из примеров является шламопровод, который планируется построить для транспортировки железной руды с шахты Minas Rio (производящей 26,5 миллиона тонн в год) в порт Асу в Бразилии. Существующим примером является шламопровод Savage River в Тасмании, Австралия, возможно, первый в мире, построенный в 1967 году. Он включает в себя мостовой пролет длиной в 838 метров над рекой Savage River. Водород

Транспортировка водорода по трубопроводам…

Реализация

Трубопроводы обычно прокладываются под землей, поскольку температура там менее подвержена колебаниям. Так как трубопроводы обычно металлические, это помогает снизить расширение и сжатие, которые могут происходить при изменении погоды. Однако в некоторых случаях необходимо перекинуть трубопровод через долину или реку, используя трубопроводный мост. Трубопроводы для систем центрального отопления часто прокладывают на поверхности земли или над землей. Трубопроводы для транспортировки нефти в районах вечной мерзлоты, такие как Трансаляскинский нефтепровод, часто прокладываются над землей, чтобы избежать таяния мерзлого грунта горячей нефтью, что могло бы привести к оседанию трубопровода в землю.

Содержание

Обслуживание трубопроводов включает в себя проверку соответствия уровней катодной защиты заданному диапазону, наземный, водный и воздушный мониторинг строительства, эрозии или утечек, а также пропуск очистных снарядов, если транспортируемая среда обладает коррозионными свойствами. Правила обслуживания трубопроводов в США изложены в разделах Кодекса федеральных правил (CFR): 49 CFR 192 – для газопроводов природного газа и 49 CFR 195 – для трубопроводов для транспортировки жидких нефтепродуктов.

Регулирование

В США наземные и морские трубопроводы, используемые для транспортировки нефти и газа, регулируются Администрацией безопасности трубопроводов и опасных материалов (PHMSA). Некоторые морские трубопроводы, используемые для добычи нефти и газа, регулируются Службой управления минеральными ресурсами (MMS). В Канаде трубопроводы регулируются либо провинциальными органами регулирования, либо, если они пересекают границы провинций или границу между Канадой и США, Национальным энергетическим советом (NEB). Государственные нормы в Канаде и Соединенных Штатах требуют, чтобы подземные топливопроводы были защищены от коррозии. Зачастую наиболее экономичным методом защиты от коррозии является использование трубопроводного покрытия в сочетании с катодной защитой и технологиями мониторинга трубопровода. Наземные трубопроводы не могут быть защищены катодной защитой. Покрытие является единственной внешней защитой.

Трубопроводы и геополитика

Трубопроводы для основных энергетических ресурсов (нефть и природный газ) – это не просто элемент торговли. Они затрагивают вопросы геополитики и международной безопасности, а строительство, прокладка и контроль над нефтегазопроводами часто играют важную роль в государственных интересах и действиях. Ярким примером «трубопроводной политики» стал кризис в начале 2009 года, когда спор между Россией и Украиной, формально касавшийся ценообразования, привел к серьезному политическому кризису. Российская государственная компания «Газпром» прекратила поставки природного газа в Украину после провала переговоров с украинским правительством. Помимо прекращения поставок в Украину, был остановлен транзит российского газа через территорию Украины – включая почти весь объем, идущий в Юго-Восточную Европу, и часть поставок в Центральную и Западную Европу, что вызвало серьезный кризис в ряде стран, сильно зависящих от российского газа. Россию обвинили в использовании этого спора как инструмента давления, чтобы не допустить вмешательства других держав, особенно Европейского Союза, в дела «ближнего зарубежья». Нефте- и газопроводы также играют значительную роль в политике Центральной Азии и Кавказа.

Определение опасности

Поскольку растворительная фракция дильбита обычно содержит летучие ароматические углеводороды, такие как нафта и бензол, можно ожидать достаточно быстрого испарения носителя после разлива на поверхности – что, по всей видимости, позволит своевременно вмешаться, оставив лишь вязкий остаток, который медленно распространяется. Эффективные протоколы по минимизации воздействия нефтехимических паров хорошо разработаны, и нефть, вылившаяся из трубопровода, вряд ли достигнет водоносного горизонта, если за неполной рекультивацией последует поступление другого носителя (например, серии сильных ливней). Попадание бензола и других летучих органических соединений (в совокупности BTEX) в подземную среду усугубляет угрозу, исходящую от утечки из трубопровода. Особенно если после утечки последует дождь, произойдет растворение BTEX и установление равновесия бензола в воде, после чего эта смесь будет просачиваться в водоносный горизонт. Бензол может вызывать множество проблем со здоровьем и является канцерогеном, при этом максимально допустимая концентрация (MCL) по стандартам EPA установлена на уровне 5 мкг/л для питьевой воды. Хотя этот вопрос изучен недостаточно, даже однократное воздействие бензола связывают с острым развитием онкологических заболеваний. Кроме того, установлено, что воздействие бензола на сельскохозяйственных животных, в основном крупный рогатый скот, вызывает различные проблемы со здоровьем, такие как нейротоксичность, повреждение плода и смертельное отравление. Всю поверхность надземного трубопровода можно непосредственно осмотреть на предмет повреждений. Скопление нефти очевидно, легко обнаруживается и указывает на место, где требуется ремонт. Поскольку эффективность дистанционного контроля ограничена стоимостью оборудования для мониторинга, расстояниями между датчиками и необходимостью интерпретации данных, небольшие утечки в подземных трубопроводах иногда могут оставаться незамеченными.

Разработчики трубопроводов не всегда уделяют приоритетное внимание эффективному контролю за утечками. Подземные трубопроводы вызывают меньше жалоб. Они изолированы от экстремальных температур окружающей среды, защищены от ультрафиолетового излучения и менее подвержены фотодеградации. Подземные трубопроводы защищены от попадания мусора, гроз, торнадо, ураганов, града и кислотных дождей. Они защищены от гнездования птиц, повреждений, наносимых животными, и случайных попаданий дроби. Подземные трубопроводы менее уязвимы к повреждениям в результате несчастных случаев (например, автомобильных столкновений) и менее доступны для вандалов, диверсантов и террористов.

Экспозиция

Предыдущие исследования показали, что «наихудший сценарий воздействия» может быть ограничен конкретным набором условий. Благодаря передовым методам обнаружения и стандартным операционным процедурам отключения трубопроводов, разработанным TransCanada, риск значительного или крупного выброса за короткий промежуток времени, загрязняющего грунтовые воды бензолом, представляется маловероятным. Процедуры обнаружения, отключения и ликвидации последствий ограничат растворение и перенос бензола. Следовательно, воздействие бензола будет ограничено утечками, которые находятся ниже предела обнаружения и остаются незамеченными в течение продолжительного времени. Или 14,5% от общей длины трубопровода, и за 50-летний срок службы всего трубопровода ожидается от 11 до 91 случая разлива. При этом только 0,5% всех разливов за последние 10 лет превысили 10 000 баррелей.

Бензол, судьба и транспортировка

Бензол считается легким ароматическим углеводородом с высокой растворимостью и высокой летучестью. Неясно, как температура и глубина повлияют на летучесть бензола, поэтому было сделано предположение, что бензол в нефти (1% по объему) не будет испаряться до установления равновесия с водой. Когда в 2010 году в Маршале, штат Мичиган, произошел разрыв нефтепровода Enbridge Line 6B, было разлито не менее 843 000 галлонов дильбита. После обнаружения утечки были использованы боновые заграждения и вакуумные машины. Сильные дожди привели к переполнению реки через существующие плотины, и дильбит был унесен течением на 30 миль вниз по реке, прежде чем удалось локализовать разлив. Работы по восстановлению позволили собрать более 1,1 миллиона галлонов нефти и почти 200 000 кубических ярдов нефтезагрязненных отложений и мусора из речной системы Каламазу. Однако нефть продолжали обнаруживать в пострадавших водоемах в октябре 2012 года.

Несчастные случаи и опасности

Трубопроводы могут способствовать экономическому благополучию страны и, как таковые, представлять собой вероятную цель террористов или противников в военное время. Ископаемое топливо может транспортироваться по трубопроводу, железной дороге, грузовику или морским путем, хотя для экономичной транспортировки природного газа требуется его сжатие или сжижение. При транспортировке сырой нефти по этим четырем способам различные отчеты указывают на то, что трубопроводы, пропорционально, вызывают меньше человеческих жертв и материального ущерба, чем железнодорожный и автомобильный транспорт, а также меньшие разливы нефти, чем автомобильный. 4 марта 1965 года – 32-дюймовый газопровод, расположенный к северу от Начитоша, штат Луизиана, принадлежащий компании Tennessee Gas Pipeline, взорвался и сгорел из-за разрушения, вызванного коррозионным растрескиванием под напряжением, что привело к гибели 17 человек. По меньшей мере 9 человек получили ранения, а 7 домов, расположенных в 450 футах от места разрыва, были разрушены. Эта и другие аварии того времени побудили тогдашнего президента Линдона Б. Джонсона в 1967 году призвать к созданию национального агентства по безопасности трубопроводов. В том же трубопроводе произошел взрыв 9 мая 1955 года, всего в 280 метрах от места разрыва 1965 года. 16 июня 1976 года – строительная бригада в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, повредила бензопровод. Бензин распылился, вскоре воспламенился, убив 9 человек и ранив по меньшей мере 14 других. Недопонимание относительно глубины залегания трубопровода в районе строительства, по-видимому, стало фактором, способствовавшим аварии. 4 июня 1989 года – Уфимская железнодорожная катастрофа: искры от двух проходящих поездов воспламенили газ, вытекающий из трубопровода сжиженного газа вблизи Уфы, Россия. По меньшей мере 575 человек погибли. 17 октября 1998 года – Взрыв трубопровода Джесси в 1998 году: в районе Джесси на дельте реки Нигер в Нигерии взорвался нефтепровод, в результате чего погибло около 1200 жителей деревни, некоторые из которых собирали бензин. 10 июня 1999 года – Разрыв трубопровода в парке в городе Беллингем, штат Вашингтон, привел к утечке 277 200 галлонов бензина. Бензин воспламенился, вызвав взрыв, в результате которого погибли двое детей и один взрослый. Неправильная эксплуатация трубопровода и ранее поврежденный участок трубы, который не был обнаружен, были установлены как причины аварии. 19 августа 2000 года – Разрыв и пожар на газопроводе вблизи Карлсбада, штат Нью-Мексико; в результате взрыва и пожара погибли 12 членов большой семьи. Причиной стала сильная внутренняя коррозия трубопровода. 30 июля 2004 года – Взрыв крупного газопровода в Гисленгхиене, Бельгия, недалеко от города Ат (в 30 километрах к юго-западу от Брюсселя), унес жизни по меньшей мере 24 человек и ранил 132, некоторые из которых находились в критическом состоянии. 12 мая 2006 года – Нефтепровод был поврежден вблизи Лагоса, Нигерия. По предварительным данным, погибло до 200 человек. Подробнее – о нефтяном взрыве в Нигерии. 1 ноября 2007 года – Взрыв газопровода пропана произошел вблизи города Кармайкл, штат Миссисипи, примерно в 48 километрах к югу от города Меридиан, штат Миссисипи. Двое погибли на месте, еще четверо получили ранения. Несколько домов были разрушены, а шестьдесят семей остались без крова. Трубопровод принадлежит компании Enterprise Products Partners LP и проходит от Монт-Белвю, штат Техас, до города Апекс, штат Северная Каролина. Неспособность обнаружить дефекты в трубах, сваренных методом ERW до 1971 года, стала одним из факторов, способствовавших аварии. 9 сентября 2010 года – Взрыв трубопровода Сан-Бруно: 30-дюймовый газопровод высокого давления, принадлежащий компании Pacific Gas and Electric Company, взорвался в жилом районе Крестмур, в 3,2 километрах к западу от международного аэропорта Сан-Франциско, в результате чего погибли 8 человек, 58 получили ранения и 38 домов были разрушены. Плохой контроль качества труб и строительных работ были названы факторами, способствовавшими аварии. 27 июня 2014 года – Взрыв произошел после разрыва газопровода в деревне Нагарам, район Восточный Годавари, штат Андхра-Прадеш, Индия, в результате чего погибли 16 человек и были разрушены "десятки домов". 31 июля 2014 года – В ночь на 31 июля в городе Гаосюн, Тайвань, произошла серия взрывов, вызванных утечками в подземных газопроводах. Вытекающий газ заполнил канализационные коллекторы вдоль нескольких главных магистралей, и в результате взрывов несколько километров дорожного полотна превратились в глубокие траншеи, выбрасывая транспортные средства и обломки в воздух и вызывая пожары на большой территории. По меньшей мере 32 человека погибли и 321 получили ранения.

В качестве целей

Трубопроводы могут становиться объектом вандализма, саботажа или даже террористических атак. Например, с начала 2011 года по июль 2012 года газопровод, соединяющий Египет с Израилем и Иорданией, подвергся 15 нападениям. В 2019 году топливопровод к северу от Мехико взорвался после того, как воры топлива сделали врез в трубопровод. По сообщениям, погибло по меньшей мере шестьдесят шесть человек. Во время войны трубопроводы часто становятся целью военных атак, поскольку уничтожение трубопроводов может серьезно нарушить логистику противника. 26 сентября 2022 года на трубопроводах "Северный поток-1" и "Северный поток-2", проходящих из России в Европу под Балтийским морем, произошла серия взрывов и последовавшие за ними масштабные утечки газа. Предполагается, что утечки были вызваны диверсией.