CC BY
38
УДК 504.054
ОЦЕНКА НЕУЧТЕННОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ СИСТЕМЫ НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЯ НА АТМОСФЕРУ ГОРОДА ИРКУТСКА И ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
С.С. Тимофеева1, С.С. Тимофеев2, Д.В. Перминова3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассчитана дополнительная экологическая нагрузка на атмосферу Иркутской области и г. Иркутска, создаваемая системой нефтепродуктообеспечения. Определен вклад автозаправочных станций и комплексов в загрязнение атмосферы нефтепродуктами. Установлено, что дополнительно в результате технологических процессов поступает нефтепродуктов на 20% больше, чем от стационарных источников загрязнения атмосферы. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: нефтепродуктообеспечение; автозаправочные комплексы и станции; потери углеводородов; "большое и малое" дыхание; экологическая нагрузка.
EVALUATION OF UNACCOUNTED ENVIRONMENTAL LOAD OF PETROLEUM PRODUCT SUPPLY SYSTEM ON THE ATMOSPHERE OF THE CITY OF IRKUTSK AND THE IRKUTSK REGION S.S. Timofeeva, S.S. Timofeev, D.V. Perminova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors calculated additional environmental load on the atmosphere of the Irkutsk region and the city of Irkutsk, created by the system of petroleum products supply. They specified the contribution of refueling stations and complexes to air pollution with petroleum products. It is determined that as a result of technological processes up to 20% more of petroleum products are emitted in the atmosphere comparing with the stationary sources of air pollution. 6 figures. 2 tables. 6 sources.
Key words: petroleum product supply; refueling complexes and stations; losses of hydrocarbons; "great and small" breath; environmental load.
Система нефтепродуктообеспечения является важной составной частью топливно-энергетического комплекса России, для которой характерны: специализированная инфраструктура; режимы единого технологического регулирования; маневрирование при использовании мощностей и ресурсов; взаимосвязь технологических процессов, протекающих в границах РФ. Нефтепродуктообеспечение играет важную связующую роль между производителями и потребителями нефтепродуктов и представляет собой сложнейший техногенный процесс, входными элементами которого являются крупные предприятия, производящие нефтепродукты. Производимые нефтепродукты по трубопроводам, в цистернах по железным дорогам и в танкерах водным путем транспортируются на крупные перевалочные и распределительные нефтебазы. Далее продукты через обширную сеть нефтебаз и их филиалов поставляются в многочисленные автозаправочные станции и другим потребителям.
Российская система нефтепродуктообеспечения поддерживает колоссальные потоки продуктов от
нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) к потребителям. Совокупная суточная производительность пото-копроводящей сети составляет около 1 млн т.
Функциональную схему реализации нефтепродуктов (нефтепродуктообеспечения) можно распределить по следующим уровням:
нижний - нефтебаза, АЗС; средний - производственное (коммерческое) объединение;
верхний - центральный аппарат руководства нефтяной компании.
В условиях рыночной экономики главная цель систем обеспечения нефтепродуктами (или точнее коммерческой системы реализации нефтепродуктов) -своевременное удовлетворение потребности в них согласно платежеспособному спросу с наименьшими издержками обращения, т.е. максимума прибыли компании.
Объектом исследования является завершающий узел товаропроводящей сети нефтепродуктообеспе-чения - автозаправочная станция (АЗС) и автозапра-
1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106.
Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel. 8(3952) 405106.
2Тимофеев Семен Сергеевич, старший преподаватель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405671.
Timofeev Semen, Senior Lecturer of the Department of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952) 405671.
3Перминова Дарья Владимировна, студентка. Perminova Daria, Student.
вочный комплекс (АЗК) [1].
Мировой автомобильный парк ежегодно потребляет 2 млрд т топлива и выбрасывает в атмосферу около 700 млн т вредных веществ. В России автомобильный парк ежегодно потребляет более 50 млн т топлива. Его доля в загрязнении атмосферы достигла 40%, в том числе в городах - 50-60%, в мегаполисах -85-90%, а количество производственных отходов превысило 20 млн т в год.
В связи с этим, для улучшения экологической ситуации в стране в первую очередь необходимо обеспечить снижение вредных выбросов в системах автомобильного транспорта и нефтепродуктообеспечения [2].
Сокращение потерь нефтепродуктов на АЗС -один из актуальных вопросов экономии топливно-энергетических ресурсов. Основным видом потерь, полностью не устранимых на данном этапе развития систем хранения и транспортировки топлива, а также на этапе выдачи потребителю, являются естественные потери из резервуаров на АЗС.
Потери от испарений нефтепродуктов наносят как экономический (неполучение прибыли от продажи испарившегося топлива), так и экологический ущерб (загрязнение почв, атмосферы, подземных и поверхностных вод нефтепродуктами).
Наиболее актуально данная проблема стоит в мегаполисах, где, во-первых, наблюдается высокая концентрация автотранспортных средств, которым нужно топливо и при этом возрастает оборачиваемость резервуаров, а во-вторых, большая плотность застройки, которая препятствуют рассеиванию выбросов [3].
Потери топлива от испарения при транспортировании и хранении, а значит и загрязнение атмосферы углеводородами, обусловлены явлением, которое называют «дыханием». Оно происходит потому, что внутренняя полость емкостей с топливом соединяется с атмосферой с помощью трубопровода, в котором установлен дыхательный клапан. Как только давление в верхней части емкости, заполненной смесью воздуха и паров топлива, превысит давление, на которое отрегулирован клапан, происходит «выдох» и смесь выбрасывается в атмосферу. После закрытия клапана газовое пространство емкости опять насыщается парами топлива, и выброс паровоздушной смеси повторяется.
Количество паров топлива, поступающих в газовое пространство резервуара, зависит от его объема. Чем больше объем пространства, тем больше топлива испаряется при насыщении. Поэтому потери топлива от дыхания при заполнении резервуара на 25% составляет 1,2%, а при заполнении на 95% - 0,15% вместимости.
Дыхание может быть большим и малым. "Большое дыхание" - это вытеснение паров топлива и воздуха из газового пространства емкости при ее заполнении. "Малые дыхания" вызываются суточными колебаниями температуры окружающего воздуха и парциального давления паров бензина в газовом пространстве резервуара.
Пары нефтепродуктов, поступающих в атмосферу в результате потерь топлива в системе нефтепродуктообеспечения, ухудшают качество среды обитания. Они содержат низкомолекулярные углеводороды (СХНУ), высокомолекулярные углеводороды (альдегиды), а также бензол, олефины, полициклические ароматические углеводороды и другие ароматические соединения. Все они токсичны и поэтому оказывают вредное воздействие на здоровье людей [1].
Ежегодно в атмосферу городов от стационарных источников выбрасывается большое количество загрязняющих веществ.
Стационарные источники выброса вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух подразделятся на два типа:
- с организованным выбросом;
- с неорганизованным выбросом.
Под организованным выбросом понимается выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы. Под неорганизованным - выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности работы оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы вентиляционных систем, местных отсосов в местах загрузки, выгрузки или хранения сырья, топлива, полупродуктов, продуктов и т.д.
При проведении мониторинга загрязнений атмосферного воздуха, экспертными организациями учитываются выбросы от стационарных источников с организованным выбросом, но никто не проводит учет выбросов, происходящих от источников с неорганизованным выбросом, таких как: резервуарные парки, сливо-наливные железно- и автодорожные эстакады. Поэтому основной целью работы является оценка неучитываемой экологической нагрузки на окружающую среду от автозаправочных станций и комплексов, расположенных на территории Иркутска и Иркутской области. Для сравнительного анализа и ранжирования по степени экологического риска АЗС и АЗК, вся территория Иркутской области была разделена на следующие зоны (рис. 1):
Рис. 1. Деление территории Иркутской области на зоны
Таблица 1
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в 2009 г. от стационарных источников и автомобильного транспорта в городах Иркутской области_
Город (принадлежность к зоне) Источники
стационарные передвижные
Всего, т/год Твердых веществ, т/год Газообразных и жидких веществ, т/год Углеводородов, т/год Автомобильный транспорт, углеводороды, включая ЛОС, т/год
Иркутская область 548568 103569 445090 2157 37490,74
Ангарск (I) 181734 23340 158394 496 3272,43
Байкальск (I) 1380 576 804 - -
Усолье-Сибирское (I) 30640 6886 23754 - 979,35
Братск (III) 116067 18018 98049 45 4115,23
Зима (II) 1792 519 1273 9 -
Иркутск (I) 57369 9776 47593 432 9923,31
Шелехов (I) 29144 7569 21575 9 995,93
Усть-Илимск (IV) 32847 17101 15746 6 1379,55
Саянск (II) 30592 3945 26647 43 599,35
1. Иркутск, Иркутский, Шелеховский, Усть-Удинский, Эхирит-Булагатский, Баяндаевский, Оль-хонский, Качугский, Жигаловский, Ангарский, Усоль-ский, Слюдянский районы;
2.Зиминский, Саянский. Заларинский, Тулунский, Нижнеудинский, Тайшетский районы;
3.Братский район;
4. Усть-Илимский, Усть-Кутский районы.
По данным Прибайкальского управления Ростех-надзора, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу городов и населенных пунктов, расположенных на территории Иркутской области в 2008 г., от стационарных источников составили 604748 т, в том числе: твердых веществ - 119703 т, газообразных и жидких -485045 т. В 2009 г. выбросы от стационарных источников составили: 548568 т, в том числе: твердых веществ - 103569 т, газообразных и жидких - 445090 т. В табл. 1 представлены показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферу городов Иркутской области от стационарных организованных источников.
Из приведенных выше данных видно, что города, входящие в I зону наносят наибольший вред атмосфере Иркутской области, что составляет 54, 61% от
общего загрязнения. Наименьший ущерб наносят города, входящие во II зону - 5,91, III - 21,5% и IV - 5,99. На долю загрязнений от других городов Иркутской области приходится 12% [4, 5].
Значительные потери горюче-смазочных материалов, и соответствующее загрязнение атмосферы, почвы и воды происходят в системе нефтепродукто-обеспечения: АЗС и пункты заправки, средства транспортировки и хранения горюче-смазочных материалов. К ним относятся: испарение топлива из резервуаров в результате "дыханий", испарения от ТРК при заправке и из открытых бензобаков автомобилей, а также проливах из шлангов топливораздаточных колонок. Нами выполнен расчет потерь нефтепродуктов на каждом из технологических процессов, на примере резервуара РГ-60 (рис. 2).
Для количественной оценки дополнительной экологической нагрузки, привносимой АЗС и АЗК, впервые для нашего региона, были просчитаны потери от "большого" и "малого" дыханий с учетом температурных особенностей региона для основных типов резервуаров, используемых на АЗС (табл. 2).
Рис. 2. Потери на АЗС и АЗК от одного резервуара РГ-60, т/год
Объем и тип резервуара, т Потери от "большого дыхания", т/год Потери от "малого дыхания", т/год
РГ - 60 1,533 0,219
РГ - 50 1,109 0,0949
РГ - 40 0,679 0,0256
Как ранее мы установили, на территории Иркутской области поставщиками и продавцами нефтепродуктов выступает более 20 компаний, среди которых две наиболее крупные: Роснефть-Иркутскнеф-тепродукт и КрайсНефть [6]. Эти компании обеспечивают более 50% потребностей региона в нефтепродуктах.
Нами выполнена инвентаризация АЗС и АЗК этих компаний на территории Иркутской области и просчитана дополнительная экологическая нагрузка на атмосферу региона при естественных потерях от резервуаров (рис. 3), от топливораздаточных колонок при заправке (рис. 4), а также при проливах для заполнения резервуаров и при заправке автотранспорта (рис. 5) соответственно по зонам, выделенным нами.
Таблица 2 максимальное количество пунктов реализации нефтепродуктов.
Расчет вклада АЗС и АЗК в загрязнение атмосферы провели с учетом территориального деления города на районы. Установлено, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят АЗС, расположенные на территории Ленинского района и потери нефтепродуктов составляют 162,843 т/год. Другие районы ранжируются следующим образом - Свердловский в атмосферу города поставляет 140,08 т/год углеводородов, Правобережный - 113,815 т/год и Октябрьский -101,558 т/год.
Таким образом, дополнительная неучтенная экологическая нагрузка по углеводородам на атмосферу Иркутска достигает 518, 296 т/год. Если сравнить полученные расчетные значения с данными ежегодного доклада о состоянии окружающей среды в 2009 г. (см. табл. 1), то можно утверждать, что неучитываемая экологическая нагрузка по углеводородам на 20% превосходит нагрузку, создаваемую стационарными источниками.
Для города Иркутска нами определены потери, которые несут компании, занимающиеся розничной продажей светлых нефтепродуктов. На рис. 6 представлена диаграмма ежегодных потерь при "большом и
329.373
КрайсНефть
■ И ркутскнеАтепрсдакт"
505,4
239,4 239,4
106,4
i И III IV
Рис. 3. Потери бензинов при "дыханиях" резервуаров, т/год
4.982
7.632
3.6305 3,630В
I Ц III IV
■ ЗАО "Иркутсрлефтепродукг* ■ КрайсНефть
Рис. 4. Потери при испарении от ТРК при заправке, т/год
Как видно из приведенных данных, наибольшая неучтенная экологическая нагрузка на атмосферу региона характерна для первой зоны, так как здесь сосредоточены крупные города.
На примере Иркутска мы оценили долю АЗС и АЗК в загрязнении атмосферы, так как именно в городе
малом дыхании", разных компаний, функционирующих на рынке Иркутска. При средней оптовой стоимости бензина - 25535 руб/т экономические потери компаний составляют (руб/год): Омни - 3 327 466, КрайсНефть -2 525 667, Роснефть - 2 204 947, Энергис -641 439,
! !! Ш IV
■ ЗЛО "Иркутсккефтепродукт* с КрайсНефть
Рис. 5. Потери при проливах из резервуаров и ТРК, т/год
Омни КрайсНефть Роснефть Энергис ФастОйл
Рис. 6. Естественные потери нефтепродуктов компаний, работающих в системе нефтепродуктообеспечения Иркутска, т/год
ФастОйл 280 629. Экологический ущерб для атмосферы города составляет 2 591 475 руб.
В проектах АЗС и АЗК сегодня в качестве средств, уменьшающих выбросы, используются газоуравнительные системы. Однако специфика работы резервуаров АЗС и АЗК заключается в том, что их заполнение осуществляется из автоцистерн относительно большого объема, а опорожнение - круглосуточно объемами, в сотни раз меньшими, чем объемы авто-
цистерн. По этой же причине коэффициент совпадения операций закачки-выкачки у резервуаров АЗС близок к нулю. Поэтому необходимы исследования, направленные на разработку технологии сокращения потерь нефтепродуктов, а следовательно, снижения дополнительной неучтенной экологической нагрузки. Решения должны быть простыми и легко осуществимыми в условиях Иркутской области.
Библиографический список
1. Коваленко В.Г., Зоря Е.И., Фролов Ю.Н. Экологическая безопасность в системах нефтепродуктообеспечения и автомобильного транспорта. М.: Изд-во ООО «Центр ЛитНеф-теГаз», 2004. 176 с.
2. Павлова Е.И. Экология транспорта: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 2006. 344 с.
3. Тугунов П.И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов:учеб. пособие. Уфа: Изд-во ООО «Дизайн-ПолиграфСервис», 2002. 658 с.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2008 году». Иркутск,
2009. 410 с.
5. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2008 году». Иркутск,
2010. 585 с.
6. Тимофеева С.С., Тимофеев С.С., Перминова Д.В. Экологическая нагрузка от автозаправочных станций на территории Свердловского и Ленинского районов г. Иркутска // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири, 2010. Вып. № 10. С. 103-107.
