И характеристика загрязнителей

 

Основные источники загрязнения приземного слоя атмосферы при трубопроводном транспорте газа – аварийные выбросы газа при отказах линейной части магистральных газопроводов и выбросы при проведении технологических операций (пуск и остановка ГПА, продувка пылеуловителей и т.д.), а также продукты сгорания ГПА. Отказы газопроводов вызываются использованием некондиционных исходных материалов (арматура, сварочная проволока и т.п.), нарушением технологии строительно-монтажных работ, ремонта и эксплуатации, коррозией и т.д.

Самопроизвольное возгорание газа при повреждении линейной части является, хотя редким и временным, но мощным источником загрязнения атмосферы.

На компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов (МГ) основным источником загрязнения являются газоперекачивающие агрегаты (ГПА), в выхлопных газах которых содержится окислы азота и углерода. Так один агрегат типа ГТК-10-4 за год выбрасывает свыше 750 тонн вредных веществ. Через свечи турбодетандеров, нагнетателей, газосепараторов и АВО газа выбрасывается природный газ общей массой около 200-250 тонн в год на один цех. Об относительной вредности отдельных компонентов выбросов можно судить по такому примеру: если принять за единицу норматив платы за выброс 1 т окиси углерода, то плата за выброс 1 т окиси азота составит 53, 3 единицы, двуокиси азота – 83, 3 единицы, углеводородов – 11 единиц.

Отрицательное воздействие загрязнителей воздуха обуславливается их токсическими и раздражительными свойствами. Ввиду этого к наиболее опасным загрязнителям атмосферы относят окись углерода и сернистый ангидрид, образующиеся в результате сгорания природного газа, нефти и нефтепродуктов, а также сжиженные газы – аммиак, метан, этилен, этан, пропан, бутан и др. Последние являются менее распространенными, однако намечающаяся тенденция к увеличению транспорта этих продуктов позволяет рассматривать их в качестве основных загрязнителей воздуха наряду с окисью углерода и сернистым ангидридом.

Окись углерода – это бесцветный газ, оказывающий отрицательное воздействие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы человека.

Сернистый ангидрид – бесцветный газ с острым запахом, ощутимый человеком уже при концентрации 5¸ 7 мг/м³ воздуха. Концентрация 20¸ 50 мг/м³ вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и дыхательных путей, более высокая концентрация - одышку и расстройство сознания. Максимальное время пребывания в воздухе с содержанием сернистого газа 120 мг/м³ не превышает 3 минут, а содержанием 300 мг/м³ – 1 мин. Во влажном воздухе сернистый газ соединяется с капельками воды и образует аэрозоль серной кислоты с резким запахом, порог ощущения которого 0, 6¸ 0, 85 мг/м³. При вдыхании аэрозоль вызывает раздражение слизистой оболочки дыхательных путей. Рефлекторные изменения дыхания отмечаются при концентрации аэрозоля 3, 5¸ 5 мг/м³.

Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом, порог ощущения – 37 мг/м³. Обладает сильным раздражающим действием на дыхательные пути.

Этилен – бесцветный газ, оказывающий наркотическое действие на человека.

Отрицательное влияние загрязненного воздуха, особенно содержащего сернистый газ, на растительность заключается в подавлении их роста. Из древесных пород наиболее чувствительны к загрязнению воздуха ель, сосна, пихта, лиственница, ольха, ива, береза; из злаковых и бахчевых культур – пшеница, рожь, ячмень, овес, люцерна, клевер и т.д.; из низших – кустистые лишайники. Установлено, что вредное воздействие сернистого газа на хвойные деревья обнаруживается на расстоянии до 80 км от места выброса.

Смесь углеводородных газов с воздухом при определенных концентрациях примесей пожаро- и взрывоопасна.

Для предупреждения неблагоприятных последствий загрязнения воздуха содержание вредных веществ в атмосфере регламентируется соответствующими нормативными документами. Допустимой считается концентрация вредного вещества, которая не оказывает прямого или косвенного вредного и неприятного действия на организм человека, не снижает его работоспособности, не ухудшает самочувствия. Недопустимыми являются такие концентрации вредных веществ, которые оказывают влияние на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы, условия жизни населения.

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества называется такое содержание его в воздухе, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не может вызвать у человека каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Санитарное законодательство выделяет два вида ПДК: максимально-разовую и среднесуточную. Максимально-разовая ПДК учитывает залповые, массивные выбросы в атмосферу вредных веществ вследствие особенностей технологии, аварийных ситуаций. Среднесуточная ПДК учитывает пиковые и наименьшие концентрации атмосферных загрязнений, которые имеют место в течение суток. Эта концентрация представляет собой среднюю арифметическую из всех проб, отобранных в населенном пункте в течение суток.

Предельно допустимая концентрация в воздухе населенных мест установлена для максимально разового и среднесуточного значений. Для воздуха производственных помещений установлена норма только максимально разовой концентрации. Для производственных помещений, где человек находится ограниченное время, ПДК выше, чем ПДК для воздуха населенных мест.

В России ПДК узаконены и обязательны для выполнения. При их установлении принимают коэффициенты запаса от 2 до 100 для разных вредных веществ, что создает дополнительную гарантию безопасности.

Ниже приведены ПДК вредных веществ, транспортируемых по магистральным трубопроводам или образующихся из транспортируемых жидких и газообразных продуктов (табл. 11.10).

Таблица 11.10

Предельно допустимые концентрации
некоторых вредных веществ в атмосфере

 

Вещество	ПДК, мг/м3	Опасность
Макси­мально-ра­зовая в на­селенных пунктах	Среднесу­точная	В рабочей зоне	Токси­ческая	Экологи­ческая
Сероводород H2S	0, 008	0, 008
Диоксид азота NO2	0, 085	0, 04
Оксид азота NO	0, 4	0, 06	-
Углеводороды	0, 03	0, 005
Метанол	1, 0	0, 5
Метилмеркаптан	9´ 10-6	9´ 10-6
Сернистый газ SO2	0, 5	0, 05
Угарный газ CO	5, 0	3, 0
Бензин		1, 5
Метан	-
Бенз(а) пирен	0, 00001	0, 00001	-

 

При одновременном присутствии в воздухе нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, их безразмерная суммарная концентрация (для каждой группы указанных вредных веществ однонаправленного действия) не должна превышать единицы при расчете по формуле

где С₁, С₂, …, С_n – концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности; ПДК₁, ПДК₂, …, ПДК_n – максимальные предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

 

Расчет выбросов в атмосферу

 

Источниками выбросов, как указано в 11.2.1, могут служить самые разные технические устройства. Для каждого типа этих устройств имеется своя методика расчета выбросов, утверждаемая компетентными организациями, согласно существующему законодательству. Привести все методики в рамках данного пособия невозможно, поэтому далее будут приведены только некоторые примеры расчета выбросов.

 

11.2.2.1. Потери газа при транспортировке

 

Транспорт газа по магистральным газопроводам (МГ) в идеале может быть экологически чистым, если бы не существовало неплотностей оборудования, стравливания газа в атмосферу при операциях пуска-остановки газоперекачивающих агрегатов, продувок оборудования, аварий и т.д.

Аварийные потери можно рассчитать по приближенной формуле:

где n – число линейных кранов на смежных участках трассы, где произошло падение давления; V_i – геометрический объем смежных участков; T_i – средняя температура газа на тех же участках; P'_i, z'_i – среднее давление и коэффициент сжимаемости на участке до аварии; P''_i, z''_i – то же, после перекрытия аварийных кранов; Q_пос. – количество газа, поступившее с ближайшей КС с момента аварии до закрытия кранов; Q_отб. – количество газа, отбираемое попутными потребителями из смежных участков; t – время от момента разрыва до перекрытия кранов.

Более точная, но и более сложная методика, разработана ВНИИГазом. Объем утечки газа при повреждении магистрального газопровода определяется положением точки разрыва относительно ближайших компрессорных станций, охранных и линейных кранов, давлением и температурой газа, диаметром газопровода, продолжительностью интервалов времени между моментом возникновения утечки, отключения КС и кранов. Методика расчета потерь газа с учетом этих параметров основана на результатах физического моделирования.

Согласно этой методике процесс истечения газа из газопровода при его повреждении разделяют на две стадии: первая – истечение газа из участков L_i(L_i+1) (рис. 11.3) до отключения i-и (i+1-й) КС или закрытия крана К_i(К_i+1); вторая – истечение газа из участков L_i(L_i+1) после отключения КС (КС_i+1) или из участков l_i(l_i+1) после закрытия кранов К_j(К_j+1).

В качестве исходных данных при расчете используют протяженность участков L_i, l_i, L_i+1, l_i+1, внутренний диаметр газопровода d, продолжительность первой (второй) стадии течения газа, рабочее давление на КС_i (КС_i+1) – p_i (p_i+1) и то же в момент их отключения – p_i (p'_i+1), давление газа на кранах К_j(К_j+1) в момент их закрытия – p_Kj (p_Kj+1), а также в точке разрыва газопровода до возникновения утечки p_p.

Потери газа при наличии исходных данных рассчитывают в следующей последовательности.

1. Определяют продолжительность первой (второй) стадии истечения на газопроводе-модели Т' по формуле

(11.1)

где Т – продолжительность первой (второй) стадии истечения газа в натуре; d – внутренний диаметр газопровода; z – коэффициент сжимаемости газа при температуре t и давлении p; m – параметр газопровода-модели, равный 53, 63 при x=L_i, и 56, 86 при x=L_i+1; x – протяженность расчетного участка газопровода, в км; l – коэффициент гидравлического сопротивления газопровода до возникновения утечки, равный 0, 01; D – относительная плотность газа по воздуху, равная 0, 6.

2. Определяют степень сжатия газа на участках L_i и L_i+1 соответственно e_i=p_i/p_p и e_i+1=p_p/p_i+1.

3. Определяют объем утечки воздуха V'' из газопровода-модели по номограмме (рис. 11.4) на первой стадии процесса в зависимости от Т' и e_i (e_i+1) и на второй стадии от Т''.

4. Вычисляют объем утечки газа из натурного газопровода V по формуле

(11.2)

где V_{1, 2}=(4, 455pxV'd²m^2/3)/zt – объем утечки газа на первой (второй) стадии истечения; p – давление газа.

В выражениях (11.1) и (11.2) переменная x может принимать значения L_i(L_i+1) и l_i(l_i+1); t – значения t_i(t'_i), t_i+1(t'_i+1) (где t_i, t_i+1 – температура газа соответственно в начале L_i и конце L_i+1, t'_i и t'_i+1 – то же в момент отключения КС_i, КС_i+1); z – значения z_i(z'_i), z_i+1(z'_i+1), z_Kj z_Kj+1; p – значения p_i(p_i+1), p'_i(p'_i+1), p_Kj(p_Kj+1).

Технические потери газа в компрессорном цехе можно оценить:

q=1, 25[(q₅+q₁₀)n_ГПА+q₁₇+q₁₈+q₃₀+q_И.Г.+q_Т.А.].

Характеристика слагаемых в этой формуле приведена в табл. 11.11 для одного агрегата при общем их числе n_ГПА.

Ясно, что чем больше количество выбросов и чем эти выбросы вреднее для окружающей среды, тем ущерб и плата за загрязнение выше. С этой точки зрения наибольший ущерб причиняют выхлопные газы работающих ГПА, а точнее оксиды азота и углерода, из которых в основном и состоят эти выхлопные газы.

Рис. 11.4. Номограмма для определения объема утечки из газопровода-модели: I и II – соответственно для участков Li Li+1 на первой стадии процесса истечения газа; III и IV – соответственно для участков Li(li) и Li+1(li+1) на второй стадии истечения газа

Таблица 11.11

Характеристика источников технических потерь газа на КС

 

Место утечки	Обозначение	Диапазон значений, м3/час	Среднестатисти­чес­кие потери, м3/час
Работающий агрегат
свеча №5	q5	0¸ 50
Резервный агрегат,
свеча №10	q10	0¸ 30
свеча №17	q17	0¸ 250
свеча №18	q18	0¸ 300
свеча №30	q30	0¸ 100
Импульсный газ	qИ.Г.	0¸ 20
Технологические аппараты	qТ.А.	0¸ 100

 

 

11.2.2.2. Определение ущерба от загрязнения атмосферы

 

В силу того, что воздушный бассейн является общим для всех живущих на Земле и им невозможно не пользоваться для дыхания, ущерб, нанесенный атмосфере, касается каждого человека. Выброшенные газовые загрязнения, пыль и аэрозоли рано или поздно выпадают на Землю и на водные поверхности, то есть через загрязнение воздушного бассейна происходит комплексное загрязнение всех компонентов окружающей природной среды. Атмосфера имеет огромную емкость и способность к самоочищению, но и объемы выбросов на протяжении последних десятилетий непрерывно возрастали.

Существует два основных метода оценки ущерба атмосфере: метод прямого счета и метод укрупненного счета.

При применении метода прямого счета учитывается, какие конкретные объекты природной среды, в каком количестве и в какой мере пострадали от загрязнения данным видом выброса от данного источника (предприятия, цеха, отрасли в целом и т.д.) Такой подход позволяет точно выявить источники наиболее вредных выбросов и установить очередность природоохранных мероприятий, разработать структуру затрат на эти цели и возместить нанесенный ущерб, то есть обосновать размер платежей за загрязнение среды. Однако такой метод требует огромного количества исходных данных и длительного периода обследования предприятий, цеха, отрасли в целом. Метод прямого счета трудоемкий и дорогой, а, следовательно, применяется редко, несмотря на свою высокую достоверность и точность.

Применение метода укрупненного счета основано на эмпирических (опытных) коэффициентах и экспертных оценках. Экономический ущерб (J_атм.) (удельный, в руб./год) рассчитывается:

где g – константа, зависящая от роста цен; s – коэффициент относительной опасности, зависящий от типа территории; f – коэффициент, учитывающий характер рассеивания примесей в атмосфере; M – приведенная масса годового выброса (усл. т/год).

Коэффициент относительной опасности s определяется по формуле:

где S_i – площадь i-й части зоны активного загрязнения (га); S_ЗАЗ – площадь зоны активного загрязнения (га); i – номер части ЗАЗ, относящейся к одному из типов территорий; n – общее число типов территорий, попавших в ЗАЗ; s_i – коэффициент относительной опасности данного вида территории (для курортов и заповедников – 10, для пригородных зон отдыха – 8, для лесов – 0, 2¸ 0, 0025, для пашен – 0, 25, для садов – 0, 5, для населенных пунктов с плотностью населения n чел/га s = 0, 1n).

Коэффициент f оценивается в зависимости от скорости оседания частиц, высоты их выброса и температуры. Так, для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 см/с f = 0, 89¸ 4, для частиц со скоростью оседания менее 1 см/с f = 1¸ 0, 08.

Величина приведенной массы выброса рассчитывается по формуле:

где N – общее число загрязнителей; A_i – безразмерный показатель относительной активности примеси i-го вида (усл. т/год); m_i – масса годового выброса i-го вида.

Значения А для некоторых загрязнителей: оксид углерода – 1, сернистый ангидрид – 22, сероводород – 54, 8, пары фтора – 980. Остальные справочные величины приведены во Временной типовой методике Научного совета АН СССР.

На предприятиях нефтегазового комплекса применяются, как правило, упрощенные методики, основанные на методе укрупненного счета, по которым определяют не величину ущерба, а плату за загрязнение воздушного бассейна с учетом вида оборудования, состава и количества выбросов. Эти методики имеются на каждом предприятии и обычно содержатся в экологическом паспорте предприятия, паспорте безопасности или томе ПДВ.

Состояние воздушной среды

 

За последние 10 лет объем промышленного производства в России сократился примерно на 50%. Можно было бы предположить, что выбросы в атмосферу сократились на столько же. Однако, они уменьшились только на 25%. Причины такого парадокса довольно просты: экологически более чистые производства закрыты, а предприятия «грязных» отраслей (топливно-энергетического комплекса, черной и цветной металлургии) борются за существование до последнего, вставая на путь жесткой экономии, закрывая очистные сооружения. В результате из 148 млн. россиян 40¸ 50 млн. человек испытывает влияние 10-кратного превышения ПДК вредных веществ, 55¸ 60 млн. человек – 5-кратного. В списке городов, вредных для проживания лидируют Аткарск, Архангельск, Биробиджан, Бийск, Каменск-Уральский, Комсомольск-на-Амуре, Кызыл, Магадан, Москва, Мытищи, Поводвинск, Норильск, Прокопьевск, Самара, Сыктывкар, Ульяновск, Уссурийск, Челябинск, Черемхово, Щёлково. К самым «грязным» городам России, где тяжелое положение сохраняется уже более 5 лет, относятся: Братск, Волжский, Екатеринбург, Зима, Иркутск, Кемерово, Красноярск, Курган, Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Новосибирск, Омск, Ростов-на-Дону, Саратов, Селекгинск, Ставрополь, Тольятти, Улан-Удэ, Усолье-Сибирское, Хабаровск, Чита, Шелехов, Южно-Сахалинск.

В атмосфере этих городов присутствует пыль, диоксид азота, бензапирен, фенол, аммиак, формальдегид, хлористый водород и т.д. При одной только аварии на тамбовском АО «Пигмент» было выброшено в атмосферу 94 кг фосгена (достаточно для полного уничтожения 7¸ 8 млн. человек). Вообще аварии и пожары на опасных производствах, в силу своей непредсказуемости и тяжелейших последствий, дамокловым мечом повисли над головой практически каждого жителя наших городов.

Тюменская область входит в число регионов, где остро стоит проблема сокращения вредных выбросов в атмосферу. Ежегодно от стационарных и передвижных источников в воздух выбрасывается примерно 4 млн. т жидких, твердых и газообразных веществ. Преобладают углеводород (46%), окись углерода (39%) и окислы азота (9%). На стационарных установках очищается около 20 % газообразных выбросов. Нефтедобывающая промышленность служит источником выбросов в объеме около 750 тыс. т, газовая – 300, трубопроводный транспорт – 450, авиация – 180. Наибольшее количество выбросов от стационарных источников наблюдается в Сургуте – 54 тыс. т, Тюмени – 16, 2, Тобольске – 7, 6, Нижневартовске – 7, 6, Новом Уренгое – 6 тыс. т.

Основными предприятиями-загрязнителями являются: «Тюменьтрансгаз» – 190 тыс. т/год, «Уренгойгазпром» – 106 тыс. т/год, «Юганскнефть» – 38 тыс. т/год и другие, где происходит сжигание газа, как в факелах, так и в газотурбинных и котельных установках. Кроме стационарных источников выбросов, значительное воздействие оказывают передвижные, в первую очередь – автотранспорт. Отходящие (выхлопные) газы автомобилей содержат более 200 вредных компонентов, среди которых присутствуют канцерогенные и мутагенные. Доля выбросов автотранспорта в общем объеме выбросов в Тюменской области превышает 55% (около 2, 2 млн. т).

В воздушной среде Тюмени концентрация пыли превышает ПДК почти вдвое, бензапирена – в 1, 2 раза, формальдегида – в 2 раза. В районе Дома обороны содержание фенола превышает 2 ПДК, в Центральном районе превышены ПДК по пыли и оксиду углерода, а в Заречном – диоксиду азота.

В Сургуте происходит почти постоянное превышение ПДК по формальдегиду и бензапирену, в Тобольске и Нефтеюганске – по диоксиду азота, пыли и формальдегиду.

Усилиями предприятий, экологических фондов, органов местного самоуправления удается в некоторых местах улучшить ситуацию, в том числе – сократить потери нефти и газа при авариях и технологических операциях, погасить часть факелов, контролировать состояние топливных систем автомобилей и т.д. На это тратятся существенные суммы (около 200 млн. руб./год), однако общая ситуация либо не улучшается, либо остается без заметных изменений.

Если человек может очистить питьевую воду и не пить ее из водоема, то не дышать атмосферным воздухом мы еще не научились.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. AGR (advanced gas-cooled reactor)
2. ANSI – национальный институт стандартизации США
3. Basic data processing operations
4. Before reading text 4, learn the new terms.
5. Before reading text 8, learn the words and combinations.
6. Breadwinner; breadearner; support)
7. Charles Dickens - Чарльз Диккенс
8. Concretes.of strength evaluation on cores drilled from structures
9. Cущностные характеристики техники
10. E) Методический совет, предметные методические объединения, проблемный семинар, единый методический день.
11. E) Солнечной энергии и движению воздушных масс.
12. E)Городская телефонная связь