Научная статья на тему 'Надежность обеспечения населения питьевой водой как индикатор устойчивого развития экономики города'

Надежность обеспечения населения питьевой водой как индикатор устойчивого развития экономики города Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
66
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Москаленко А. П., Игнатьев В. М., Москаленко С. А.

Освещены аспекты надежности существующей системы водо-снабжения МУП «Горводоканал» г. Новочеркасска и ее надежность при реализации политики коммерческого обеспечения населения города кондиционной водой. Рассмотрены экономические аспекты, связанные с надежностью системы водоснабжения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Москаленко А. П., Игнатьев В. М., Москаленко С. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Надежность обеспечения населения питьевой водой как индикатор устойчивого развития экономики города»

_ЭКОНОМИКА ПРОМЫШЛЕННОСТИ_

УДК 658.3: 504.8

НАДЕЖНОСТЬ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ КАК ИНДИКАТОР УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ ГОРОДА

© 2003 г. А.П. Москаленко, В.М. Игнатьев, С.А. Москаленко

В ряду возможных индикаторов - показателей экономически устойчивого развития в рамках обеспечения населения кондиционной питьевой водой можно указать:

1. Улучшение здоровья населения и состояния окружающей среды:

- сокращение числа людей, в обеспечении которых питьевой водой не соблюдаются стандарты физиологически безопасной питьевой воды;

- уменьшение использования хлора, хлорсодер-жащих препаратов и озона в узлах обеззараживания питьевой воды;

- снижение заболеваемости и смертности, вызванных воздействием некондиционной питьевой воды;

- сокращение продуктов питания, «не свободных» от хлора, основой производства которых является питьевая вода;

2. Социальная справедливость:

- увеличение процента людей из различных социальных групп, имеющих платежеспособный доступ к кондиционной питьевой воде;

- рост расходов на улучшение качества питьевой воды;

3. Сохранение окружающей природной среды:

- сокращение выбросов и сбросов свободного хлора и галогеносодержащих соединений в атмосферу и водные источники;

- сокращение материалоемкости и энергоемкости производства питьевой воды.

Опрос населения, использующего воду из централизованных систем водоснабжения [1], показал, что 72-86 % респондентов связывают неблагоприятные изменения своего здоровья с качеством питьевой воды (в малых городах этот процент выше). Что касается возможных способов изменения ситуации, то 12-15 % опрошенных отдают предпочтение бутылированной воде, 48-60 % - кондиционной воде, подготовленной на специальных водоразборных пунктах коллективного пользования, остальные ориентируются на бытовые водоочистители и внутридомовые очистные установки.

Реализация концепции устойчивого и экологически безопасного водообеспечения населения должна учитывать социальные предпочтения и потребует существенных инвестиций и определения источников финансирования даже при сохранении уже вложенных в существующие системы водоснабжения активов [2].

К вышеуказанным индикаторам - показателям, отражающим реализацию политики устойчивого во-дообеспечения населения, можно также отнести показатель надежности системы обеспечения питьевой водой.

Под надежностью будем понимать свойство указанной системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов [3]. С учетом назначения нашей системы, условий ее эксплуатации свойство надежности системы водообеспечения населения будем описывать показателем безотказности.

Износ водопроводных сетей в среднем по городам России составляет 70 %, а утечки и неучтенные расходы воды - 30 % подаваемой воды [4]. По данным МУП «Горводоканал» г. Новочеркасска за 2001 г. водозабор равен 15847 тыс. м3/год, или 43,4 тыс. м3/ сут. Протяженность водовода 97 км, а разводящих сетей -235 км (всего 332 км водопроводов). Сведения о происшедших авариях приведены в таблице.

Сведения об авариях на трубопроводах г. Новочеркасска

Тип аварии Число аварий Потери воды, тыс. м3 Аварии на 100 км трубопровода

Серьезные 279 372 84

Свищи на соединениях 645 54 194

Общее число 924 426 278

Время ликвидации повреждения на трубопроводах составляет 8-12 ч. На водоводе происходит 10 - 12 аварий в год, или 10,3 аварии на 100 км сети. На водопроводных сетях в год случается 400 - 600 аварий, или в среднем 255 аварий на 100 км. Время истечения воды из трубопроводов в среднем равно 3 ч для одной аварии.

Годовые потери воды в результате утечки на водоводе составляют 96 тыс. м3, а на водопроводных сетях - 271 тыс. м3. Общие потери воды в городе за год равны 367 тыс. м3. Затраты на восстановление в 1999 г. составили на водоводе 1154,7 тыс. р., а на водопроводных сетях - 1555 тыс. р. Удельные затраты на восстановление работоспособности равны 12 р./м3 и 5 р./м3 соответственно, что составляет на водоводе 4,4 %, а на водопроводных сетях - 5,1 % от себестоимости воды.

Городской водопровод в году должен работать 8760 ч, а 2780 ч находился в состоянии ремонта, если принять, что на ликвидацию аварии требуется в среднем 10 ч (см. СНиП 2.04.02-84). Отношение времени, в котором система водоснабжения находится в состоянии ремонта, к общему времени работы системы за год есть коэффициент нахождения системы в состоянии ремонта. Если значение этого коэффициента

повторяется несколько раз, то для приведенной выше выборки значений можно утверждать, что система водоснабжения имеет вероятность отказа, равную 0,32. Значит, согласно теории надежность водоснабжения населения г. Новочеркасска в настоящее время равна 1 - 0,32 = 0,68.

Построим зависимость износа системы водоснабжения от числа аварий на 100 км сетей при вероятности отказа 0,32. Логистическая зависимость специального вида, дающая взаимосвязь износа и числа аварий, приведена на рис. 1.

Износ, % 100

/

Число ав арий Рис. 1

500

водой общая надежность системы водоснабжения населения города качественной питьевой водой повышается.

Схема для оценки надежности снабжения населения города питьевой водой приведена на рис. 2.

Рис. 2

Блок - вероятность отказа водовода, Я2 - вероятность отказа разводящих водопроводных сетей, Я3 -вероятность отказа при снабжении населения расфасованной питьевой водой, ^ - вероятность срыва снабжения питьевой водой социальной службой. Общая надежность системы водоснабжения города, приведенная на рис. 2, рассчитывается по формуле

NcäH = (1 - Ri) (1 - R2 R3 R4).

(1)

Ряд специалистов утверждает [5], что 200 аварий в год и износ в 60 % - это критическая точка. Если число аварий в год на 100 км трубопровода более 200 и/или износ сети водоснабжения превышает значение критической точки, то число аварий возрастает лавинообразно. Если в городе за год на сети было 278 аварий на 100 км, то износ системы городского водоснабжения Новочеркасска подошел к уровню 80 %. Таким образом, водоснабжение населения города не отвечает концепции устойчивого развития экономики.

В малых и средних городах концепцию устойчивого и экологически безопасного обеспечения населения кондиционной питьевой водой можно реализовать использованием для этой цели ограниченного объема воды, забираемой из существующей централизованной системы водоснабжения. Для производства кондиционной питьевой воды в этом случае применяются такие технологические операции по корректировке ее качественных показателей, как обеззараживание, консервация [6], обогащение фтором, йодом. Данные операции проводятся после первичного хлорирования воды и осуществляются на специальной установке получения кондиционной питьевой воды. Такой подход позволяет снизить стоимость воды как полупродукта, используемого для дальнейшего кондиционирования, на 30 - 40 % от ее себестоимости в «кране» [2].

Большая часть полученной кондиционной питьевой воды должна направляться предприятиям социальной сферы, пищевой индустрии и на «разлив» в водораздаточные пункты коллективного пользования (галереи разлива). Меньшая часть кондиционной питьевой воды идет на бутылирование и/или пакетирование [2].

Таким образом, за счет такой коммерческой политики обеспечения населения кондиционной питьевой

Используя выражение (1), можем получить формулу вероятности отказа системы водоснабжения

Rобш = 1 - = 1 - (1 - (1 - R2 Rз R4). (2)

Для оценки надежности снабжения водой жителей г. Новочеркасска используем следующие расчетные исходные данные:

по данным МУП «Горводоканал», время устранения аварии на водоводе равно ~ 24-30 ч, а на разводящих водопроводных сетях ~ 12 ч;

^ = 30 • 10 / 8760 = 30 / 876 ~0,034;

R2 = 600 • 12 / 8760 = 720 /876 = 0,82;

R3 = Rl , так как производство фасованной кондиционной воды определяется только надежностью работы водовода, R3 = 0,034;

R4 ~ 0,5^1 = 0,02. Будем считать, что R4 < R1 или R4 ~ 0,5^ь где 0,5 - надежность доставки воды транспортом. Значение R4 взято ориентировочно.

Общая надежность системы водоснабжения города, рассчитанная по формуле (1), равна

^бш = (1 - Ъ) (1 - R2 Rз R4) = =(1 - 0,041)(1 - 0,820,041 0,02)= 0,958.

Вероятность отказа системы водоснабжения, рассчитанная по формуле (2), равна

Rобш = 1 - = 1 - 0,958 = 0,042.

В настоящее время при отсутствии снабжения населения расфасованной питьевой водой и социальных услуг по доставке кондиционной воды (отсутствие блоков R3 и R4) общая надежность снабжения питьевой водой равна

^бш = (1 - Ъ) • (1 - R2) = (1 - 0,041)(1 - 0,82) = 0,173.

Вероятность срыва водоснабжения равна 0,827.

0

Таким образом, создание параллельных каналов коммерческого снабжения населения кондиционной питьевой водой (каналы R3 и R4) значительно повышает общую надежность системы водоснабжения населения малых и средних городов.

Повышение надежности системы за счет увеличения надежности функционирования блока R2 потребует ~ 16,46 млн р./год приведенных затрат: Ъ = С + Кв^ Ко = = 1,55 + 0,36 • 41,4 = 16,46 млн р./год, где С - эксплуатационные затраты на устранение аварий разводящих сетей города (по данным МУП «Горводоканал» С « 1,55 млн р./год); Ко - затраты на замену изношенных водоразводящих городских сетей; при 80 %-м износе около 180 км сетей требуют замены (стоимость заме-ны составляет 230-250 тыс. р./км - данные МУП

г (1 + г )Т

«Горводоканал»); Квосст = —■-——т--коэффициент

(1 + г)т - 1

восстановления капитала; г - ставка сравнения (г = 0,3); Т - длительность жизненного цикла.

Приведенные затраты на реализацию политики коммерческого обеспечения населения кондиционной водой равны 14,45 - 16,2 млн р./год (при различных ее вариантах) [2]. В то же время при сравнимых значениях

приведенных затрат при реализации вышеуказанной политики возможно получение чистого дохода в размере 3,3 - 3,7 млн р./год [2].

Литература

1. Бадюк Н.С., Стрижаленко Т.В. Вода и здоровье: к анализу материалов социологического опроса // Тез. докл. IV междунар. конгр. «Вода: экология и технология» АКВАТЭК-2000. С. 741-742.

2. Москаленко А.П., Москаленко С.А. Экономические аспекты реализации политики коммерческого обеспечения населения кондиционной питьевой водой // Водное хозяйство России. Екатеринбург, 2001. Т. 3. № 2. С. 122-134.

3. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения.

4. Жуков Н.Н., Светлополянский А.В., Суриков Б.К. и др. Техническое состояние сетей водопровода и канализации городов России и пути их развития // Водоснабжение и санитарная техника. 2001. № 11. С. 3-4.

5. Катастрофа. Дырявое водоснабжение // Аргументы и факты. 2001. № 8 (1061).

6. Денисов В.В., Гутенев В.В., Москаленко А.П. Хлор-

серебряный метод обеззараживания питьевой воды // Изв. вузов. Сев-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. № 2. С. 53-59.

27 сентября 2002 г.

Новочеркасская государственная мелиоративная академия

УДК 621.64:519.7

ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРУБОПРОВОДНОГО

ТРАНСПОРТА

© 2003 г. А.А. Кизим, В.А. Любин, А.М. Скряго

Важную роль в международной торговле нефтью и газом, в обеспечении жизнедеятельности любой страны играют трубопроводные системы.

Трубопроводы - специфический метод транспортировки воды, продукции химической отрасли, каменного угля, нефти и нефтепродуктов, газа от места их происхождения (добычи) к местам потребления или переработки. Трубопроводный транспорт отличается наименьшей себестоимостью, технически более совершенен по сравнению с другими видами транспорта. Его преимущества заключаются в возможности функционировать в течение всего года, в минимальных потерях продукта при транспортировке, в возможности прокладки трубопроводов по кратчайшему расстоянию практически вне зависимости от рельефа местности.

В целом протяженность магистральных нефтепроводов 27 стран (они представляют основную часть сети), по которым существует статистика ООН, достигает 536 тыс. км. Ежегодно по этой сети прокачивается более 2 млр. т нефти и нефтепродуктов. Наиболее крупными владельцами нефтепроводов являются США и Россия.

Подавляющую часть прокачиваемого топлива составляют нефтепродукты для внутреннего потребле-

ния. Общая протяженность российских магистральных трубопроводов - 215 тыс. км, включая 48 тыс. км нефтепроводов для подачи нефти и 15 тыс. км для нефтепродуктов. В транспортируемом по этой системе наливе преобладает сырая нефть. В 1990-х гг. пик российских отгрузок пришелся на 1996 г. (по нефти -126,0 млн т, по нефтепродуктам - 61 млн т).

Трубопроводные или нефтяные компании владеют трубопроводами, терминалами и насосным оборудованием, а также имеют или арендуют права на расположение трубопроводов. Постоянные издержки таких компаний состоят из затрат на содержание зданий и сооружений насосных (перегонных) станций, на плановый ремонт используемого оборудования, а также на управленческие функции (цели). Постоянные и переменные издержки, возникающие при транспортировке продукции (газа, нефтепродуктов, эмульсии) трубопроводным транспортом, по отношению к общим (совместным) издержкам других видов транспорта сравнительно невысоки. Однако, чтобы снизить общие издержки, в первую очередь за счет переменных, и быть конкурентоспособными, трубопроводные компании (нефтяные, газовые, угледобывающие) должны работать с большими объемами грузов.

Переменные издержки включают главным образом затраты на энергию по транспортировке добываемой продукции и издержки, связанные с работой насосных станций. Издержки энергетические существенно зависят от линии (геометрии) трубопровода и диаметра трубы. Характер издержек при перекачке нефтепродуктов для труб различного сечения представлен на рис. 1.

С

общ.уд.

С1 С2

С3

с3

0

ßxio , баррель /сут.

Рис. 1. Общие трубопроводные издержки как функция зависимости от диаметра трубы и объема пропускной способности: Собщ.уд. - цена за т/км; С - С4 -цена за т/км для разных сечений труб; Q - расход

Фрикционные потери (т.е. потери, вызванные соприкосновением перемещаемого продукта с поверхностью трубопровода), а поэтому и расход энергии на перекачку имеют тенденцию к росту с увеличением площади сечения трубы и скорости транспортировки, а следовательно, и объемов перемещаемого продукта.

Исходя из анализа использования труб разных диаметров (12-30") компаниями по эксплуатации трубопроводов, можно сделать вывод, что существует определенная зависимость между объемами и стоимостью транспортируемого груза. Так, при диаметре труб 12" и 18" и транспортировке нефти соответственно от 100 000 до 200 000 баррелей/сут. издержки при меньшем диаметре трубы выше, чем при большем. В то же время при объемах транспортировки продукта от 200 000 до 300 000 баррелей/день использование трубы диаметром 24" будет экономически выгоднее, чем, например, трубы диаметром 30".

Проведенный анализ позволяет утверждать, что существует оптимальный с точки зрения размера диаметр трубы, дающий наибольший экономический эффект при транспортировке продукта.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Определение наиболее предпочтительного диаметра трубопровода зависит от таких показателей, как объем транспортируемого продукта, стоимость труб соответствующего диаметра, используемое монтажное оборудование, допустимое изменение диапазона объема транспортируемого (перекачиваемого) продукта. Так, например, при диапазоне изменения объемов перемещаемого продукта от 150 000 до 300 000 баррелей/сут. наиболее оптимальным будет использование трубы диаметром 24".

Затраты по транспортировке грузов по трубопроводам различного диаметра, полученные эмпирическим путем, могут быть обоснованы и спрогнозированы с помощью математической модели трубопроводного транспорта.

При построении математической модели нам необходимо определить (идентифицировать) переменные, в терминах которых будет строиться модель, целевую функцию (например, затраты на транспортировку) и на основании полученной целевой функции провести исследование данной модели на оптимальность в зависимости от введенных переменных.

В рассматриваемой модели в качестве основной переменной, в терминах которой записана целевая функция, будет диаметр используемого трубопровода (О). Целевую функцию (затраты на транспортировку) мы представим в виде суммы трех слагаемых, которые естественным образом отражают затраты, связанные с геометрией трубопровода, с амортизационными отчислениями, а также с физическим процессом транспортировки (перекачивания) продукта. Рассматриваемые ниже формулы (1)-(4) получены факторным анализом соответствующих характеристик из [1, 2].

Затраты, связанные с геометрией трубопровода (Л!), зависят от глубины его укладки, характеристики грунта, длины и сечения самого трубопровода.

Тогда стоимостное выражение удельных издержек геометрической составляющей определяется следующим образом:

А1 = к1 ах ЬЪ Бт, (1)

где к\ - коэффициент, выравнивающий размерност-ные характеристики; а - удельная цена перекачки 1 т продукта по трубопроводу данной геометрической конфигурации; L - длина трубопровода, км; Ь, m -параметры, зависящие от глубины укладки и характеристики грунта: размерность "Ь" в км-т, т.е. Б т -безразмерная характеристика; О - диаметр в дюймах (1" = 2510-6 км) используемого трубопровода.

Затраты, связанные с амортизационными отчислениями (Л2), зависят от годового процента отчислений и срока эксплуатации трубопровода.

Тогда данную составляющую определим по формуле

пТ

100

L b Dm

(2)

где к2 - коэффициент, выравнивающий размерност-ные характеристики; п - годовой процент амортизационных отчислений (сумма денежных средств / год); Т - срок эксплуатации трубопровода в годах.

Затраты, связанные с физическим процессом транспортировки (перекачивания) продукта (А3), зависят от объемной плотности продукта, его расхода, коэффициента полезного действия (КПД) насосной станции, стоимости расходуемой электроэнергии (кВт ч), от технического состояния внутренней поверхности трубопровода.

Определение данной составляющей будет производиться по следующей формуле:

А_kSуQHt

102n

(3)

где к3 - коэффициент, выравнивающий размерност-ные характеристики; - стоимость расхода электро-

1

2

3

энергии, за 1 кВтч; у - объемная плотность транспортируемого продукта, кг/м3; Q - расход продукта, м3/с; п - КПД насосной станции, %/кВт; t - время работы трубопровода, сут.; Н - потери напора перемещаемого продукта. Величина потерь вычисляется по формуле

8Х 0 21

H =

п2 g

D5

(4)

где X - параметр, учитывающий состояние внутренней поверхности трубы с/кг2; g = 9,8 м/с2 ускорение свободного падения.

Таким образом, полная стоимость затрат на эксплуатацию трубопровода составит:

Собщ.уд. = А1 + А2 + А3 .

Или, учитывая используемые математические выражения для соответствующих затрат, получим окончательную формулу для целевой функции:

Собщ = LbDm

к\ О"! + к2

nT

Töö

+ к.

S Y Q 8XQ2 L 102пп2 gD5

t .(5)

8000 -(

6000

С

4000

2000

1000

Q

Цена, дол 1000800 ■: 600"! 400": 200 ■:

Q = 600 q = 880

Q = 1160 Q = 1440 Q = 1720 Q = 2000

1l 2l3 \4)

1-J-1-1-1-1-J-1-1-1-1-J-1-1-1-1-J-1-Г"

2

4

6

-1 I

Графическое изображение полученного математического выражения как функции диаметра (В) и расхода (О) представлено на рис. 2.

8 Диаметр трубы, дм

Рис. 3. Зависимость стоимости транспортировки Q баррелей/мин нефтепродуктов от диаметра трубы (В)

На рис. 4 представлены кривые зависимости стоимости транспортировки различных нефтепродуктов от их расхода, параметризованные диаметрами трубопроводов.

Цена, дол. за бар./ 1000 -

800-

600

400

200

Рис. 2. Функциональная зависимость стоимости транспортировки нефтепродуктов от диаметра (В) и пропускной способности трубопровода (Q)

Замечание. В нашей модели предполагается, что все параметры, отраженные в (5), кроме В и Q, от диаметра и расхода не зависят.

Мы также считаем, что это наиболее удачный вид поверхности С (В, Q). Но координатные ребра базисного параллелепипеда не видны, поэтому координатные шкалы вынесены на видимые ребра параллелепипеда.

Рассматривая сечение данной поверхности (рис. 2) Q = const, получим следующее графическое представление зависимости стоимости (рис. 3) транспортировки от диаметра (В), параметризованной расходом (Q).

■ I I 11 11 I 11 11 I 11 11 I 11 11 I 11 11 I 11 11 I 11

100 200 300 400 500 600 700 800 Пропускная способность, баррель/мин

Рис. 4. Зависимость стоимости транспортировки нефтепродуктов от пропускной способности при используемых диаметрах трубопровода: 1 -2"; 2 - 2,8"; 3 - 3,6"; 4 - 4,4";

5 - 5,2"; 6 - 6"

Исследуем полученную целевую функцию. Будем полагать, что все параметры в формуле 5 зафиксированы, т.е. данная формула выражает полную стоимость эксплуатации Ь метров трубопровода как функцию диаметра (В).

Наиболее предпочтительный (экономичный) диаметр трубопровода определяется как экстремальная точка данной функции и вытекает из условия экстремальности:

§ - 0. <«

Так как

dC dD

= LbmD m-1

а k + к 2

nT 100

- к 3

5SyQ 8 XQ2 L 102пп2gD6 '

то уравнение (6) имеет следующее решение, которое и дает возможность выбора оптимального диаметра трубопровода, минимизирующего расходы по эксплуатации трубопроводного транспорта.

П = k,03 /(т+5)

min

40S уХ t

102пп2g / т \ öi ki + ko 11 2 100 bm

т + 5

Таким образом, рассмотренная экономико-математическая модель трубопроводного транспорта позволяет объяснить представленные в работах российских и зарубежных экономистов [3, 4] зависимости стоимости транспортировки различных продуктов от диаметра трубопровода.

Следует отметить, что данная модель рассматривалась для транспортировки продуктов, являющихся несжимаемыми жидкостями.

Для сжимаемых жидкостей расчетные формулы должны быть соответственным образом скорректированы с учетом изменения их объема при сжатии.

На основании предложенной нами модели можно анализировать зависимость затрат не только от диаметра трубопровода, но и от других параметров, например, геометрии трубопровода, величины амортизационных отчислений, самого физического процесса транспортировки, а также решать задачи оптимизации процессов, связанных с эксплуатацией трубопроводов.

Литература

1. СНиП IV-14-84. Сб. 8-3.1

2. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., 1978.

3. Кизим А.А. Транспорт и логистика: организация, планирование сервисных услуг. Краснодар, 2002.

4. Ronald H. Ballou. Basic Business Logistics. Prentice - Holl International. Inc. 1987.

Кубанский государственный университет (г. Краснодар)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11 декабря 2002 г.

УДК 622.8: 621.6.033

ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ВБЛИЗИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

© 2003 г. С.О. Версилов, А.Н. Дулин, А.А. Короткий, В.В. Гущин, С.В. Лазарева

При значительной протяженности территории Российской Федерации магистральные нефтепроводы являются важными объектами нефтедобывающего производства, во многом определяющими эффективность работы всей отрасли и государственной экономики в целом. В настоящее время протяженность магистральных нефтепроводов в России составляет 49,5 тыс. км (при 404 работающих нефтеперекачивающих станциях и 13,2 млн м3 резервуарных емкостях), объемы нефти, транспортируемые магистральными нефтепроводами, весьма значительны. Например, в линейной части магистрального нефтепровода Каспийского Трубопроводного Консорциума (КТК) будет содержаться 692630,6 т, что намного превышает предельное количество (200 т), установленное Приложением 2 № 116-ФЗ от 21 июля 1997 г., поэтому в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» линейная часть нефтепровода относится к особо опасному производству по данному веществу.

Геологические условия прокладки трасс нефтепроводов также могут быть самыми разнообразными. В частности, нефтепровод может быть проложен вблизи месторождений полезных ископаемых, которые в дальнейшем, возможно, будут эксплуатироваться. Следует отметить, что при глубокой переработке (доведении до конечной продукции) многих видов

широко распространенного минерального сырья горнодобывающее предприятие получает существенную прибыль.

Например, инвесторами Щедокского гипсового комбината был построен цех по переработке гипсового камня в высококачественный отделочный материал - гипсокартон. Это позволило убыточному предприятию стать рентабельным. На сегодняшний день доля платежей ОАО «Кубанский гипс-Кнауф» в местный районный бюджет составляет более 60%.

На территории Российской Федерации располагаются огромные запасы невостребованных на сегодняшний день полезных ископаемых, вблизи которых с большой вероятностью могут проходить трассы магистральных нефтепроводов. Любое месторождение полезных ископаемых при развитии новых технологий переработки и дальнейшем использовании может оказаться высокорентабельным предприятием. Поэтому проблема оценки безопасности и эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов вблизи работающих горнодобывающих предприятий на сегодняшний день реальна и достаточно актуальна.

В качестве примера рассмотрим ситуацию на Верхне-Баканском месторождении мергеля, у южной границы которого проходит участок нефтепроводной системы КТК: нефтеперекачивающая станция «Кропоткин - морской терминал».

Согласно технологическому проекту, нефтепровод на участке НПС «Кропоткин - морской терминал» будет проходить в районе горы Острой у Верхне-Баканского месторождения мергелей. Минимальное расстояние до контура балансовых запасов месторождения 199,45 м. На рассматриваемом участке нефтепровод будет выполнен одной ниткой труб диаметром 1067 мм, проложенной в земле на глубине 1,5 м. Массив земной поверхности представлен ритмичным переслаиванием тонкослойных карбонатов глин, мергелей и глинистых известняков объемным весом 2,5 т/м3, насыщенных водой в период ливневых осадков.

Множественные сейсмические воздействия от проведения буровзрывных работ на карьере могут существенно повысить вероятность возникновения аварий и являться основной причиной повреждения трубопровода.

В зависимости от назначения и условий проведения взрывных работ по существующим в настоящее время методикам определяют радиусы опасных зон от следующих разрушающих факторов: разлета кусков пород при взрыве; сейсмического действия взрыва; действия воздушной ударной волны; газоопасной зоны.

Так как нефтепровод КТК проложен в земле на глубине 1,5 м от земной поверхности, то основным разрушающим фактором будет являться сейсмическое воздействие взрыва на охраняемый объект.

Согласно [1] радиус сейсмоопасной зоны гс при проведении многократных взрывов целесообразнее определять по следующей формуле:

r = ■ с

K K а rc

N14

Q1/3,

(1)

где Кг - коэффициент, зависящий от типа грунта в основном охраняемого сооружения; Кс - коэффициент, зависящий от типа охраняемого объекта;, а - коэффициент, зависящий от условий взрывания; N -число зарядов ВВ; Q - общая масса взрываемого ВВ. Расчеты гс по формуле (1) показывают следующее: а) при Кг = 12 (принимается для необводненных песчаных и глинистых грунтов глубиной более 10 м и условий проведения буровзрывных работ, указанных в проекте проведения буровзрывных работ на участке № 12 Новороссийской группы в карьере Верхне-Баканского цементного завода, при отсутствии осадков ливневых вод); Кс =1; а = 1; N14 =1,18 (согласно «Проекту проведения буровзрывных работ» и [1]

12 • 1 • 1 1,18

• 3/1620 = 119,75

м;

б) при Кг = 20 (принимается для водонасыщенных грунтов и условий проведения буровзрывных работ, указанных в проекте проведения буровзрывных работ на участке № 12 Новороссийской группы в карьере Верхне-Баканского цементного завода в период ливневых осадков); а = 2 (согласно [1] и условий проведения буровзрывных работ, указанных в проекте проведения буровзрывных работ на участке № 12 Ново-

российской группы в карьере Верхне-Баканского цементного завода в период ливневых осадков)

N14 =1,18; 20 ^1 ^ 2 • V162Ö = 399,3

1,18

м.

Расчеты, проведенные по вышеприведенной методике, рекомендованной и утвержденной Госгортех-надзором России, показывают, что при ведении буровзрывных работ на Верхне-Баканском карьере в благоприятных погодных условиях (при отсутствии ливневых осадков) радиус сейсмически опасной зоны, в пределах которой могут происходить разрушения нефтепровода КТК, будет равен 119,75 м.

При ведении буровзрывных работ в неблагоприятных погодных условиях, в период ливневых осадков, насыщающих грунт водой, радиус сейсмически опасной зоны увеличивается более чем в 2 раза. В общем виде зависимость радиуса сейсмоопасной зоны от водонасыщенности грунта, влияющей на нефтепровод, приведена на рисунке 1.

Следовательно, при ведении буровзрывных работ на Верхне-Баканском карьере в период ливневых осадков сейсмическое воздействие взрыва может быть основной причиной разрушения трубопровода или способствовать развитию аварийной ситуации при наличии других дефектов и разрушающих факторов различного происхождения (коррозийных дефектов, усталости металла, колебании давления нефти и других отрицательных событий).

К 20"

18

16 —

14 —

12 100

200

Зависимость радиуса сейсмоопасной зоны от водонасы-щенности грунта, вмещающего магистральный нефтепровод: Кг - коэффициент, зависящий от типа грунта (водонасыщенности грунта); Яс - радиус сейсмоопасной зоны, в которой возможны разрушения нефтепровода

Наибольший ущерб от аварий связан с компенсационными выплатами за загрязнение нефтью водных объектов и земель.

Сумма компенсационных затрат за ущерб окружающей среде в среднем от одной аварии составляет, по данным официальных документов, более 5 млрд р., а от наиболее крупных аварий, связанных с разливом нескольких сотен тонн нефти, - более 25 млрд р. (в ценах 1997 г.).

r=

300 Rc , м

Гс =

Следует отметить, что существующие методики не достаточно точно показывают величину ущерба от аварий на нефтепроводах. На сегодняшний день предприятия нефтяной отрасли являются одними из основных доноров государственного бюджета. Поэтому многочисленные аварии, при которых предприятиям за счет своих внутренних резервов приходится компенсировать ущерб, наносимый окружающей среде, снижают эффективность их работы, уменьшают прибыль и процент отчисления средств в государственный бюджет. С другой стороны, уровень рентабельности предприятия нефтяной отрасли во многом зависит от устанавливаемых на международном рынке цен на всю продукцию. Поэтому последствия ущерба для нефтяных предприятий и для всей государственной экономики в различные периоды времени могут существенно отличаться. Следовательно, для более полной оценки эффективности функционирования важных объектов нефтяной отрасли - магистральных трубопроводов, транспортирующих нефть, необходимо применять более совершенные критерии, отвечающие современным экономическим условиям.

В условиях новых рыночных отношений, сложившихся в России, характеризующихся высоким уровнем инфляции и нестабильными ценами на нефть, одним из критериев, определяющих эффективность работы нефтепроводов, может быть дисконтированая прибыль, получаемая при добыче и транспортировке нефти по магистральным трубопроводам до потребителя:

!Пpt = IpF1v1tp(ЦtiK - Q) t=1 t=1

1

(1 + E)tp - 1

(2)

где ХП рг - сумма дисконтированной прибыли за

t=1

расчетный период; Ца - ценность 1т нефти в 1-й год расчетного периода времени; Си - себестоимость транспортировки 1т нефти по магистральному трубопроводу в /-й год расчетного периода времени; К -коэффициент прибыльности (рентабельности) работы предприятия, эксплуатирующего нефтепровод; /р -расчетный период времени; Vг - скорость транспортировки нефти по /-му участку трубопровода; Е, -сечение /-го участка трубопровода; Е - коэффициент дисконтирования затрат и прибыли во времени; р -плотность нефти.

Формула (2) позволяет определить прибыль в идеальном случае, т. е. при отсутствии ущерба от аварий, связанных с разгерметизацией трубопровода и разливом нефти.

Для реальных условий с учетом имеющих место неизбежных аварий и связанного с ними ущерба зависимость будет иметь вид

p p 1

inpt = ZpFVitp(ЦаК - Cü) 1

t=1 t=1 (1 +E) p -1

1

- IMnl(ЦiK - Ci) 1 -1MmK3 +

t=1 (1 + E)P - 1 t=1

где Мп/ - масса потерянной нефти за /-ю аварию, произошедшую за расчетный период времени; Кз - коэффициент затрат, характеризующий ущерб, который наносит окружающей среде разлитая нефть в /-ю аварию; Ксб - коэффициент сбора разлитой нефти; Ксб может составлять от 0,5 до 0,95 в зависимости от удаленности аварийно-восстановительных пунктов от места разлива, рельефа местности, типа почв и водных объектов. Значения Ксб определяются экспертным путем исходя из специфики рассматриваемого трубопровода.

Иногда для предотвращения возникновения аварийных ситуаций целесообразно заменить отдельные участки нефтепровода. Строительно-монтажные работы могут проводиться без остановки работы нефтепровода путем прокладывания параллельной ветки. Перенос отдельных участков трубопровода может быть экономически выгодным при его нахождении, например, вблизи работающего горного предприятия, когда из-за сейсмического воздействия взрыва возможно разрушение нефтепровода. В этих условиях необходимо оценить, в каком случае ущерб больше: при переносе участка трубопровода или при оставлении целика нетронутых запасов полезного ископаемого.

В общем виде критерий оценки эффективности функционирования нефтепровода с учетом проведения строительно-монтажных работ выглядит следующим образом:

tp t p-(t0+&) 1

ХПр1 = Х рРнуЖЦК - С)---+

£ р £ Ит нКЧ *> (1 + Е)р - (^ + 0) -1

+ Х рРо^оАЦК - С) —1— - Х Кк (1 + Е)С -£ 0 (1 + Е)С £ (1 + Е)С - 1

t p-(to +tc) tc

- I У - I У,-

(4)

+1 мпкб (ЦК - Ci) t=1

(1 + E)tp - r (3)

где ХП^ - сумма дисконтированной прибыли за

t=1

расчетный период; Е^ - сечение нового трубопровода на /-м участке; ин - скорость транспортирования нефти на /-м участке; Еы - сечение существующего трубопровода на /-м участке; - скорость транспортирования нефти по существующему трубопроводу на /-м участке; Ъ - время строительства нового участка трубопровода; 4 - время остановки основного магистрального трубопровода для переключения на новый участок; Ек - коэффициент, показывающий процент банковского кредита, взятого предприятием для проведения реконструкции нефтепровода; К - капитальные затраты на строительно-монтажные работы в /-м t р-(0 + &)

году; Х Уг - ущерб от 1-го количества аварий на

t=1

ч

новом участке трубопровода; Х У у - ущерб от j-го

t=1

количества аварий на существующем трубопроводе до его реконструкции.

t=1

1

Если для сохранения нефтепровода потерять часть запасов полезного ископаемого (оставить предохранительный целик), то ущерб горнодобывающего предприятия составит:

tp tp

Уц = I Прб - X прн t=1 t=1

или

УЦ = £ A6t (Цqöö Сqöö )

1

t=1

(1 + E) tp - 1

1

Х Aнt (Цqнн Сqнн ) (1 + E) t 1 t=1 (1 + Е) р - 1

В расчете на 1 т добычи ущерб будет равен (р./т)

Уц = (£np6t -£ПрМ)/£Aft.

t=1 t=1 t=1

(5)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В формулах (2)-(4) Сдб, Сдн - затраты на добычу и переработку полезного ископаемого при вариантах производственной мощности горнодобывающего предприятия без оставления предохранительного целика и с его оставлением в ^й год; Абь Ан( - базовая производственная мощность предприятия (без оставления целика) и новая (при оставлении целика); Цдб( и Цдн( -извлекаемая ценность полезного ископаемого при обоих вариантах.

Расчет по формулам (2)-(5), приведенный в таблице, показывает, что ущерб, получаемый Верхне-Ба-канским цементным заводом, составит 277.646.400 руб.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что выгоднее перенести трассу нефтепровода или снизить производственную мощность предприятия и принять для каждого конкретного случая экономически обоснованное решение.

Экономические показатели для расчета ущерба Верхне-Баканскому цементному заводу

Наименование показателей Базовый вариант Новый вариант (КТК)

Производительность карьера, т/год 1000000 950000

Себестоимость добычи, руб/т 398 456

Ф - доля условно постоянных затрат в себестоимости добычи и обжига 0,6 0,62

д - доля уменьшения производственной мощности из-за оставления части запасов полезного ископае- - 0,05

мого

Ценность 1т цемента, руб/т 568 568

Время эксплуатации запасов в охранной зоне, лет 3,6 3,6

Запасы мергелей в охранной зоне, т 3580000 3580000

Ставка банковского кредита, % 20-22 20-22

Налог на прибыль, % 30 30

Ущерб, получаемый предприятием за счет снижения производственной мощности, руб. 277646400

Литература

1. Безопасность при взрывных работах: Сб. документов. Сер. 13. Вып. 1. ГУП. НТЦ. «Промышленная безопасность», 2001.

2. РД 08-120-96 «Метод. указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов» (утв. 12.07.1996 Госгортехнадзором России). М., 1996.

Научно-исследовательский институт промышленной и экологической безопасности ЮРГТУ (НПИ) Управление Северо-Кавказского округа Госгортехнадзора

27 сентября 2002 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.