CC BY
83
УДК 622.691.24
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-1-41-45
КОНЦЕПЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И БОРЬБЫ С УТЕЧКАМИ МЕТАНА В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
TECHNICAL REGULATION CONCEPT OF GREENHOUSE GAS EMISSIONS AND CONTROL OF METHANE LEAKS IN THE OIL AND GAS INDUSTRY
С.В. Китаев, О.В. Смородова
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8605-0273, E-mail: Svkitaev@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4331-972X, E-mail: olga_smorodova@mail.ru
Резюме: Нефтегазовая промышленность начиная с 50-х годов XX века развивалась очень высокими темпами. Развитие промышленности стало сопровождаться выбросами парниковых газов в атмосферу. Основными из них являются углекислый газ и метан. С ростом содержания газов, относящихся к парниковым, в атмосфере происходит парниковый эффект, при котором солнечные лучи легко проникают через оболочку Земли и задерживаются в атмосфере. В 2015 году ООН было подписано Парижское соглашение по климату, заменившее Киотский протокол. В 2019 году РФ ратифицировало соглашение с намерениями удержать совместно с другими странами глобальную температуру в пределах +2 °C по сравнению c доиндустриальным уровнем. За доиндустриальный уровень приняты показатели 1990 года. Для реализации Парижского соглашения Россия разработала Стратегию по сокращению выбросов до 2050 года. Базовый сценарий предполагает снижение РФ выбросов парниковых газов к 2050 году до 2 млрд т эквивалента СО2 (на 36% от уровня 1990 года), в том числе за счет массового внедрения энергосберегающих технологий в энергетике и промышленности, стимулирования производства и использования продукции с высоким классом энергоэффективности. Утилизация выбросов метана выделяется отдельным пунктом в стратегии. В статье рассмотрены вопросы актуализации технических мероприятий по сокращению утечек метана при добыче, трубопроводном транспорте, хранении, распределении, переработке нефти и природного газа. Рассмотрены аспекты о возможности масштабируемости технологий выявления утечек для расширения возможностей борьбы с ними.
Ключевые слова: нефтегазовая отрасль, парниковые газы, Стратегия низкоуглеродного развития, выбросы метана, масштабирование технологий выявления утечек метана.
Для цитирования: Китаев С.В., Смородова О.В. Концепция технического регулирования выбросов парниковых газов и борьбы с утечками метана в нефтегазовой отрасли // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 1. С. 41-45.
D0I:10.24412/0131-4270-2021-1-41-45
При падении солнечных лучей на поверхность Земли парниковые газы отражают инфракрасные волны. Парниковые газы имеют свойство скапливаться в атмосфере и создавать над поверхностью планеты плотную оболочку, ухудшающую теплообмен.
На рис. 1 приведены данные по воздействию парниковых газов на изменение радиационного баланса Земли.
Sergey V. Kitaev, Olga V. Smorodova
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8605-0273, E-mail: Svkitaev@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4331-972X, E-mail: olga_smorodova@mail.ru
Abstract: The oil and gas industry has developed at a very high rate since the 1950s. The development of industry began to be accompanied by emissions of greenhouse gases into the atmosphere. The main ones are carbon dioxide and methane. An increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere causes the greenhouse effect, in which the sun's rays easily penetrate the Earth's shell and are retained in the atmosphere. In 2015, the UN signed the Paris Climate Agreement, replacing the Kyoto Protocol. In 2019, the Russian Federation ratified an agreement with the intentions to keep, together with other countries, the global temperature within plus two degrees compared to the pre-industrial level. The indices of 1990 are taken as the pre-industrial level. To implement the Paris Agreement, Russia has developed a Strategy to Reduce Emissions until 2050. The Ministry of Economic Development has submitted the Low-Carbon Development Strategy to the government for approval, which is planned to be approved in 2020. In the baseline scenario, Russia will reduce greenhouse gas emissions by 36% by 2050 (from the 1990 level), to 2 billion tons of CO2 equivalent, including through the massive introduction of energy-saving technologies in the energy sector and industry, stimulating the production and use of products with a high energy efficiency class . Utilization of methane emissions is highlighted as a separate item in the Strategy. The article discusses the issues of updating technical measures to reduce methane leaks during the production, processing, storage, transportation and distribution of natural gas, as well as during the production, processing, transportation and storage of crude oil. There were considered aspects of the scalability of leak detection technologies to expand the ability to deal with them.
Keywords: oil and gas industry, greenhouse gases, low-carbon strategy, methane emissions, scaling up technologies for detecting methane leaks.
For citation: Kitaev S.V., Smorodova O.V. TECHNICAL REGULATION CONCEPT OF GREENHOUSE GAS EMISSIONS AND CONTROL OF METHANE LEAKS IN THE OIL AND GAS INDUSTRY. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021, no. 1, pp. 41-45.
DOI:10.24412/0131-4270-2021-1-41-45
Парижское соглашение регулирует меры по снижению углекислого газа в атмосфере с 2016 года в рамках Рамочной конвекции Организации объединенных наций (ООН) об изменении климата [1].
Парижское соглашение пришло на смену Киотскому протоколу, но с расширенными целями и более жесткими нормативами. Цель - не допустить повышения температуры на
Оксид азота (1М20) 5%
Фторохлорные углеводороды ^С) 15%
Метан (СН4) 19%
Земле к 2100 году более чем на 2 °С. Вступило в силу 4 ноября 2016 года.
На сегодня 196 стран официально признали влияние деятельности человека на климат и подписали соглашение, из них 113 стран уже его ратифицировали. Парижское соглашение по климату было ратифицировано Российской Федерацией (РФ) 22 сентября 2019 года постановлением правительства [2], минуя парламент.
РФ была разработана Стратегия по сокращению выбросов парниковых газов на период до 2050 года [3]. Основная концепция стратегии заключается в том, что для обеспечения стабильного развития национальной экономики Россия должна заниматься климатической повесткой.
Низкоуглеродный сценарий (со снижением выбросов парниковых газов) стимулирует инновационное экономическое развитие Российской Федерации. В стратегии определены два основных сценария снижения выбросов парниковых газов - базовый и интенсивный.
Базовый сценарий предполагает снижение парниковых выбросов к 2050 году до 2 млрд т эквивалента СО2 (на 36% от уровня 1990 года).
В базовом сценарии предусматривается:
- массовое внедрение энергосберегающих технологий и технических решений для снижения потерь энергоресурсов в области: энергетики, промышленности и транспорта;
- наращивание объемов переработки отходов, проведение рекультивации крупнейших свалок, утилизация метана;
- совершенствование технологических процессов производства и выпуск энергоэффективной продукции;
- усиление охраны лесов, предупреждение возгораний, защита от вредителей, прекращение сплошной вырубки лесных массивов; обозначение в национальном кадастре леса как национального достояния,
Рис. 1. Влияние парниковых газов на изменение радиационного баланса Земли
Водяной пар (Н20), озон (03) 11%
Углекислый газ (СО2) 50%
обеспечение сохранности леса, выросшего на заброшенных землях (в настоящее время такой лес уничтожается землевладельцами).
Интенсивный сценарий предполагает снижение Россией выбросов на 36% уже к 2030 году, а к 2050-му году сокращение их до 1,6 млрд т эквивалента СО2 (на 48%). Углеродная нейтральность (нулевые нетто-выбросы парниковых газов) будет достигнута к 2100 году. Прим этом Россия внесет самый значительный вклад в ограничение роста глобальной приземной температуры уровнем 1,5 °С, а накопленное снижение выбросов составит 90 млрд т эквивалента СО2 к 2050 году, что вполне реально.
Реализация при интенсивном сценарии дополнительных мер даст желаемый результат. Будет вводиться ценовое регулирование выбросов газов, относящихся к парниковым (налоги и сборы). Обеспечение для потребителя прозрачности способа получения электроэнергии, введение национальной системы маркировки углеродоемких товаров. Стимулирование внедрения солнечных коллекторов и фотопанелей на зданиях и сооружениях. Предполагается введение утилизационных сборов, расширение ответственности
I
Рис. 2. Данные по выбросам парниковых газов в 1990 году
в эквиваленте СО
2
Рис. 3. Данные по выбросам парниковых газов в 2017 году
в эквиваленте СО
2
5,6
° 4
£ 2
® 1
5,4
3,9
3,1
1 4
1,4 1,2 1,2 II11
0,6
0,5 0,5
I I I
го го
16 14 12 10 8 6 4 2 0
13,5
5,7
1П
<
3
о
3,6
I
1,6 I
1,2
0,7 0,5
6
5
3
0
1. ИК камера OPGAL Eye C Gas для детектирования утечек газа ■ 2. Переносной детектор Lasermini
производителей, переквалификация части отходов во вторичные энергоресурсы. Вырубка леса будет ограничена. Будет учитываться возобновляемость лесных ресурсов.
Данные по выбросам парниковых газов в эквиваленте СО2 в 1990 году приведены на рис. 2.
По данным на 2017 год, на Россию приходится 4% выбросов парниковых газов в общемировом объеме, она занимает 5-е место в мире после Китая, США, Индии, ЕС (рис. 3). Россия принимала серьезные меры, чтобы снизить к 2020 году объем выбросов парниковых газов до уровня не более 75% от объема 1990 года, что сделать успешно удалось.
Метан является мощным парниковым газом и является вторым по величине фактором глобального потепления, вызванным деятельностью человека, после С02. На единицу массы метан в 84-86 раз сильнее, чем С02 за 20 лет и в 28-34 раза сильнее за 100 лет.
Во всем мире от 50 до 65% общих выбросов СН4 приходится на деятельность человека. Ежегодно количество метана в атмосфере увеличивается более чем на 1%. За последние 140 лет концентрация метана в атмосфере увеличилась более чем на 150%.
Технические системы природного газа и нефти являются значительным источником выбросов метана [4-6]. Метан -основной компонент природного газа. Он выбрасывается в атмосферу при добыче, транспортировании, хранении, распределении природного газа. При добыче, подготовке, транспортировании и хранении сырой нефти также имеются значительные выбросы метана в атмосферу, как и при добыче каменного угля.
В силу актуальности задач по сокращению выбросов метана в атмосферу в печати в последние годы появилось много научных публикаций с действующими техническими решениями [7-11].
Утечки метана происходят через разъемные соединения трубопроводной арматуры на объектах трубопроводного транспорта, хранения, распределения и переработки природного и нефтяного газа. Утечки газа через разъемные соединения трубопроводной арматуры устранить полностью невозможно, но, безусловно, можно сократить.
Мониторинг утечек газа представляет существенную важность сразу в нескольких аспектах: снижение выбросов метана в атмосферу позволит уменьшить его негативное влияние метана на экологию; сохранение товарного газа
обеспечит экономический эффект; кроме того, станет возможным более точное планирование технического обслуживания и ремонта оборудования, имеющего разъемные соединения. Мониторинг утечек позволит улучшить планирование технического обслуживания и ремонта оборудования, имеющего разъемные соединения.
В настоящее время существует два технических решения для бесконтактного обнаружения утечек с помощью инфракрасных камер (фото 1) и лазерной технологии (фото 2).
Современные инфракрасные камеры позволяют выявлять утечки и определять их объем количественно. Недостатком применения этих камер является низкая чувствительность, возможность их использования только в дневное время, кроме того, не все камеры являются взрывобезопасными.
Лазерная технология может применяться как для периодического обследования оборудования, так и для проведения непрерывного мониторинга утечек. Лазерные датчики обладая высокой чувствительностью (до 1 ррт-м) могут применяться для мониторинга утечек на удалении датчика от контролируемого объекта до 100 м.
Рассмотрим возможные платформы для зондирования утечек метана на объектах нефтегазовой отрасли:
1. Ручные инструменты. Достоинства: выявляются точные утечки. Недостатки: оператору требуется много времени для выявления утечек, промежуток времени между осмотрами может вызвать задержки в выявлении и проведении ремонтов.
2. Наземный мониторинг. Достоинства: локализация источника, непрерывный мониторинг может быстро определить утечку.
3. Беспилотный летательный аппарат. Наземный транспорт. Достоинства: обнаруживает меньшие утечки, сканы высокого разрешения. Недостатки: прерывистый снимок, ограничения по расстоянию.
4. Пилотируемые летательные аппараты. Достоинства: эффективность для обследования большой области, высокая скорость обследования. Недостатки: выявляются только крупные утечки, объемом более 30 кг/ч, прерывистый снимок, погодные ограничения.
5. Спутники.Достоинства: Обнаруживает крупные утечки, полностью пространственное покрытие. Недостатки: применимость ограничена облаками и солнечным светом.
Хорошие показатели лазерных технологий с использованием ручных инструментов, позволяющих определять утечки количественно, дают основание для постановки вопроса о масштабируемости технических решений.
Решения о масштабируемости целесообразно рассматривать с точки зрения построения системы газовой сигнализации на объектах для выявления крупных утечек при разгерметизации оборудования и оценки масштабов инцидента или аварии. Для отдельных ответственных разъемных узлов газопроводов можно рассмотреть установку стационарных лазерных датчиков для детектирования утечек.
Выводы
1. Россия ратифицировала Парижское соглашение и разработала Стратегию по сокращению выбросов парниковых газов до 2050 года. В базовом сценарии Россия снизит выбросы парниковых газов к 2050 году на 36 % (от уровня
1990 года), до 2 млрд т эквивалента СО2. Метан по степени влияния на парниковый эффект находится на втором месте после углекислого газа. Степень влияния метана на парниковый эффект в 30 раз сильнее углекислого газа.
2. Утечки метана происходят через разъемные соединения трубопроводной арматуры на объектах трубопроводного транспорта, хранения, распределения и переработки природного и нефтяного газа. Утечки газа через разъемные соединения трубопроводной арматуры устранить полностью невозможно, но, безусловно, можно сократить.
3. Для поиска места утечек могут применяться ИК-камеры. Хорошие показатели лазерных технологий, позволяющие определять утечки количественно, дают основание для постановки вопроса о масштабируемости технических решений. Для отдельных ответственных разъемных узлов газопроводов можно рассмотреть установку стационарных лазерных датчиков для детектирования утечек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4.
6.
9.
10.
11
Парижское соглашение по климату. URL: http://docs.cntd.ru/document/542655698. (дата обращения 07.06.2020). Постановление «О принятии Парижского соглашения» от 21 сентября 2019 года № 1228. URL: https://www. garant.ru/products/ipo/prime/doc/72661694/. (дата обращения 07.06.2020).
Стратегия долгосрочного развития российской федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года. URL: https://www.economy.gov.ru/material/file/babacbb75d32d90e28d3298582d13a75/proekt_strategii. pdf. (дата обращения 07.06.2020).
Китаев С.В., Смородова О.В., Усеев Н.Ф. Об энергетике России // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 4 (106). С. 241-249.
Зинченко А.В., Парамонова Н.Н., Привалов В.И. и др. Оценка источников метана на основе измерений его концентрации в районе добычи газа на севере Западной Сибири // Метеорология и гидрология. 2008. № 9. С. 51-64.
Байков И.Р., Китаев С.В., Медведев А.В. Исследование выбросов парниковых газов на газотранспортных предприятиях // Известия высших учебных заведений, 2008. № 3. С. 114-116.
Иванов Э.С., Китаев С.В. Ресурсосберегающая технология отключения участка магистрального газопровода в ремонт с выработкой газа компрессорной станцией на ГПА и потребителя через газораспределительную станцию // Территория Нефтегаз. 2015. № 6. С. 40-46.
Гадельшина А.Р., Китаев С.В., Галикеев А.Р. Практическое решение задачи экономии природного газа путем выработки его разнотипными газоперекачивающими агрегатами, работающими по схеме в параллель // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 1. С. 5-8.
Грицевич И.Г. Перспективы снижения выбросов метана в нефтегазовом секторе России // Газовая промышленность. 2009. № 11(638). С. 84-86.
Пузанов А.В., Робертус Ю.В. Современные уровни и пути снижения выбросов парниковых газов в Республике Алтай // Экология урбанизированных территорий. 2016. № 1. С. 64-66.
Елдышев Ю.Н. Парниковые газы: эффекты и проекты // Экология и жизнь. 2009. № 9. С. 48-57.
REFERENCES
1. Parizhskoye soglasheniye po klimatu (The Paris Climate Agreement) AAvailable at: http://docs.cntd.ru/ document/542655698 (accessed 07 June 2020).
2. Postanovleniye «O prinyatii Parizhskogo soglasheniya» ot 21 sentyabrya 2019 goda № 1228 (Resolution" On the adoption of the Paris Agreement " of September 21, 2019 No. 1228) Available at: https://www.garant.ru/products/ ipo/prime/doc/72661694/ (accessed 07 June 2020).
3. Strategiya dolgosrochnogo razvitiya rossiyskoy federatsii s nizkim urovnem vybrosov parnikovykh gazov do 2050 goda (Strategy for the long-term development of the Russian Federation with low greenhouse gas emissions until 2050) Available at: https://www.economy.gov.ru/material/file/babacbb75d32d90e28d3298582d13a75/proekt_strategii. pdf (accessed 07 June 2020).
4. Kitayev S.V., Smorodova O.V., Useyev N.F. On power engineering of Russia. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov, 2016, no. 4 (106), pp. 241-249 (In Russian).
5. Zinchenko A.V., Paramonova N.N., Privalov V.I. Assessment of methane sources based on measurements of its concentration in the gas production area in the north of Western Siberia. Meteorologiya i gidrologiya, 2008, no. 9, pp. 51-64 (In Russian).
6. Baykov I.R., Kitayev S.V., Medvedev A.V. Research of greenhouse gas emissions at gas transport enterprises. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy, 2008, no. 3, pp. 114-116 (In Russian).
7. Ivanov E.S., Kitayev S.V. Resource-saving technology off of the main gas pipeline during repair with the production of gas by compressor station on GPA and consumer through gas-distributing station. Territoriya Neftegaz, 2015, no. 6, pp. 40-46 (In Russian).
8. Gadel'shina A.R., Kitayev S.V., Galikeyev A.R. Practical solution to the problem of conserving natural gas through the development of different types of compressors operating according to the scheme in parallel. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2016, no. 1, pp. 5-8 (In Russian).
9. Gritsevich I.G. Prospects for reducing methane emissions in the oil and gas sector of Russia. Gazovaya promyshlennost, 2009, no. 11(638), pp. 84-86 (In Russian).
3
7
3
10. Puzanov A.V., Robertus YU.V. Modern levels and ways to reduce greenhouse gas emissions in the Altai Republic. Ekologiya urbanizirovannykh territoriy, 2016, no. 1, pp. 64-66 (In Russian).
11. Yeldyshev YU.N. Greenhouse gases: effects and projects. Ekologiya izhizn', 2009, no. 9, pp. 48-57 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Китаев Сергей Владимирович, д.т.н., проф. кафедры транспорта и хранения нефти и газа. Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Смородова Ольга Викторовна, к.т.н., доцент кафедры промышленной теплоэнергетики. Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Sergey V. Kitaev, Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas. Ufa State Petroleum Technological University. Olga V. Smorodova, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Industrial Heat Power Engineering. Ufa State Petroleum Technological University.
