Методика расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей

Источник: ИС ПАРАГРАФ, 10.05.2009 12:27:47

 

Утверждена

приказом Министра охраны окружающей среды

Республики Казахстан

от 30 января 2007 года № 23-п  

 

 

 

Методика

расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ

от факельных установок сжигания углеводородных смесей

(далее - настоящая методика)

(с изменениями по состоянию на 02.04.2008 г.) 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

1. Общее положение

2. Расчет параметров  выбросов вредных веществ

3. Расчет мощности  выброса вредного вещества М

4. Расчет температуры  выбрасываемой в атмосферу газовоздушной  смеси Тг 

5. Расчет расхода  выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси

6. Расчет высоты  источника выброса вредных веществ  в атмосферу над уровнем земли

7. Расчет средней  скорости поступления в атмосферу  газовоздушной смеси из источника выброса W

8. Расчет валовых  выбросов вредных веществ

9. Приложение 1. Качественный  состав выбросов от факельных  установок

10. Приложение 2. Удельные выбросы вредных веществ на единицу массы

11. Приложение 3. Расчет  физико-химических параметров углеводородной  смеси и природного газа

12. Приложение 4. Теплоемкость  продуктов сгорания при различных температурах

13. Приложение 5. Номограммы  для нахождения длины факела L при теоретическом удельном расходе  воздуха V- 8,5м3/м3

14. Приложение 6. Проверка  соблюдения бессажевого горения газовых и газоконденсатных смесей на горизонтальных и высотных факельных установках

15. Приложение 7. Примеры  расчетов 

 

 

 

1. Общие положения 

 

1. Настоящая методика:

разработана в целях получения исходных данных для оценки влияния на качество атмосферного воздуха выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания некондиционных углеводородных смесей (далее – факельные установки), образующихся при добыче, переработке и транспорте нефти, попутного нефтяного газа, природного газа и газоконденсата;

устанавливает порядок расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от горизонтальных, высотных и наземных факельных установок;

распространяется на факельные установки, эксплуатируемые в соответствии с проектными нормами (с учетом работы дежурных горелок факельных установок).

2. Полученные по настоящей методике результаты используются при:

расчете загрязнения атмосферного воздуха выбросами факельных установок;

установлении нормативов предельно допустимых выбросов; инвентаризации выбросов вредных веществ;

оценке воздействия на состояние окружающей среды проектируемых факельных установок.

3. Некондиционные углеводородные смеси – непригодные для непосредственного использования в хозяйственных целях углеводородные конденсаты, газовые и газоконденсатные смеси, образующиеся в процессе добычи, переработки и транспорта нефти, попутного нефтяного газа, природного газа и газоконденсата.

Горизонтальная факельная установка – открытое устройство (амбар) с горизонтальным подводом некондиционных газовых и газоконденсатных смесей под давлением в зону горения, конструкция которого обеспечивает выход горящего факела в атмосферу под углом 45°.

Высотная факельная установка – техническое устройство для сжигания в атмосфере некондиционных газовых и газоконденсатных смесей, транспортируемых под давлением в зону горения по вертикальному факельному стволу высотой 4 м и более.

Наземная факельная установка – открытая кочегарная яма-амбар круглой или прямоугольной формы, в которой сжигаются некондиционные углеводородные конденсаты. Поверхность горения сжигаемой смеси расположена ниже уровня земли.

4. Факельные установки относятся к одиночным источникам загрязнения атмосферы, влияние которых на качество атмосферного воздуха регламентировано положениями раздела 2 ОНД-86. Источником выброса вредных веществ от факельных установок является факел.

5. Для оценки максимальных значений приземных концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, выбрасываемых от факельных установок, настоящим документом предусматривается выполнение расчетов следующих параметров:

мощности выброса вредного вещества;

температуры выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси;

расхода выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси;

высоты источника выброса над уровнем земли;

средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса.

6. Выделяемые (выбрасываемые) в атмосферу от факельных установок вредные вещества представляют собой газовоздушную смесь продуктов сгорания и несгоревших компонентов сжигаемой углеводородной смеси. Качественная и количественная характеристика выбросов вредных веществ определяется составом сжигаемой смеси, типом и параметрами факельной установки. Качественный состав выбросов вредных веществ от факельных установок приведен в приложении 1 к настоящей методике.

7. Конструкции факельных установок обеспечивают бессажевое горение природного газа, поступающего на дежурные горелки горизонтальной, наземной и высотной факельных установок и факельный ствол высотной установки.

Для достижения бессажевого горения сбрасываемых углеводородных смесей на горизонтальных и высотных факельных установках необходимо выполнение следующего условия: отношение скорости истечения сжигаемой смеси Wист к скорости распространения звука в этой смеси Wзв должно быть более 0,2.

8. Необходимые для выполнения  расчетов экспериментальные данные  получают с соблюдением требований  закона Республики Казахстан  «О единстве измерений»: с применением  аттестованных методик выполнения измерений и средств поверки измерений. 

 

 

 

2. Расчет параметров выбросов вредных веществ

2.1 Расчет мощности выброса вредного вещества М 

 

9. Мощность выброса метана, оксида углерода, оксидов азота

(в пересчете на диоксид азота) и сажи М  (г/с) рассчитывается по формуле: 

 

 

  М=УВ·G,                                                      (1)

где УВ – удельные выбросы вредных веществ, г/г;

G – массовый расход углеводородных смесей и природного газа, г/с.

10. Удельные выбросы вредных веществ на единицу массы сжигаемой смеси принимаются по таблице 1 приложения 2 к настоящей методике.

11. Массовый расход сжигаемой газоконденсатной смеси Gг (г/с) рассчитывают по формуле:        

Gг = 1000Вг·ρг,                                          (2) 

 

где Вг – объемный расход газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, м3/с;

ρг – плотность этих смесей и газа, кг/м3.

Плотность rг и объемный расход Вг газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, сжигаемых на горизонтальных и высотных факельных установках, принимают по результатам измерений. В отсутствие данных по объемному расходу Вг газовых и газоконденсатных смесей его значение рассчитывают по формуле:

Вг = 0,785·Wист·d2,                                                 (3) 

 

где Wист  - скорость истечения газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, м/с;           

 d - диаметр выходного сопла, м.

При этом параметр Wист  рассчитывают по формулам (21)-(25), а диаметр выходного сопла d устанавливают по проектным данным горизонтальной или высотной факельной установки.

12. Массовый расход углеводородного конденсата Gк (г/с), сжигаемого в кочегарных ямах-амбарах, находят из выражений:

круглой формы -

Gк = 250 · π · d

 · Wвыг  или Gк = 785 · d  · Wвыг;       (4)

прямоугольной формы -

Gк = 1000 · a · b · Wвыг,                                           (4 а)

где dн  - диаметр кочегарной ямы - амбара, м;

Wвыг  - скорость выгорания углеводородного конденсата, кг/(м2·с);

a , b - длина и ширина ямы-амбара, соответственно, м.

Скорость выгорания углеводородного конденсата Wвыг рассчитывается по формуле (13) приложения 3 к настоящей методике.

Диаметр кочегарной ямы-амбара dн и его длина a и ширина b принимаются по проектным данным наземной факельной установки.

Объемный расход Вк (м3/с) углеводородного конденсата (наземные факельные установки), сжигаемого в кочегарных ямах-амбарах, рассчитывают по формуле:

Вк = 0,001 · Gк/ρкг ,                                      (5) 

 

где Gк  - массовый расход углеводородного конденсата, г/с;

ρкг  - плотность углеводородного конденсата в газовой фазе, кг/м3.

Плотность углеводородного конденсата ρкг  рассчитывается по формуле (7а) приложения 3 к настоящей методике.

13. Для горизонтальных и высотных факельных установок в формуле (1) G заменяется на Gг, а для наземных факельных установок - заменяется на Gк .

14. Мощность выброса диоксида  углерода МСО2 (г/с) рассчитывается по формуле:

МСО2 = 0,01 G{3,67 n[C]m+[CO2]m }- МСО - МСH4 -  МС ,           (6)

где, n - полнота сгорания углеводородной смеси и природного газа;

[C]m, [CO2]m - массовое содержание углерода и диоксида углерода, соответственно, в сжигаемой смеси, % мас.;

МСО, МСH4 , МС  - мощность выброса оксида углерода, метана и сажи соответственно, г/с.

Содержание диоксида углерода в сжигаемой углеводородной смеси [CO2]m принимается по данным лабораторного анализа.

Массовое содержание углерода в сжигаемой смеси [C]m рассчитывается по п.6 приложения 3 к настоящей методике.

15. Полнота сгорания углеводородной смеси n, установленная на основе экспериментальных исследований, составляет:

0,9984 – для газовых и газоконденсатных  смесей;

0,873 – для углеводородных конденсатов.

16. Для углеводородных смесей  сернистых газовых и газоконденсатных месторождений наряду с мощностью выбросов вредных веществ, указанных в пп.9 и 14, рассчитывается мощность выбросов диоксида серы SO2, сероводорода H2S и меркаптанов RSH по следующим формулам:

МSО2 = 0,02[S]m· G· n;                                                         (7)

МH2S = 0,01[H2S]m· G· (1-n);                                               (8)

МRSH = 0,01[RSH]m· G· (1-n)                                               (9) 

 

Содержание сероводорода [H2S]m, меркаптанов[RSH]m, общей серы [S]m в сжигаемой углеводородной смеси принимается по данным лабораторного анализа. 

 

 

 

2.2 Расчет температуры выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг 

 

Температура горения Тг (° С*) углеводородной смеси и природного газа вычисляется по формуле:  

 

(10)

 

  

где То – температура углеводородной смеси и природного газа, °С;

QH – низшая теплота сгорания углеводородной смеси и природного газа, ккал/м3  (ккал/кг);

e – доля энергии, теряемая за счет излучения;

n –  полнота сгорания углеводородной смеси и природного газа;

Cпс – теплоемкость продуктов сгорания, ккал/м3 (ккал/кг);

Vпс – объем газовоздушной смеси, полученный при сжигании 1 м3 (1 кг) углеводородной смеси и природного газа, м/м3 (кг/кг).

17. Температура сжигаемой углеводородной смеси То определяется по результатам лабораторных измерений.

18. Низшая теплота сгорания газовых и газоконденсатных смесей Qнг и низшая теплота сгорания углеводородных конденсатов Qнк рассчитываются по формулам приложения 3 к настоящей методике.

19. Доля энергии е, теряемая за счет излучения, принимается:

для углеводородных конденсатов по рис. 1 приложения 3 к настоящей методике;

для природного газа, газовых и газоконденсатных смесей по формуле: 

 

 

 е = 0,048 (m)0,5                                                            (11) 

 

Молярную массу сжигаемой смеси и газа m (кг/кмоль) рассчитывают по формуле (5) приложения 3 к настоящей методике.

20. Количество газовоздушной смеси, полученное при сжигании 1 м3 (кг) углеводородной смеси и природного газа  (м/м3) или (кг/кг), рассчитывается по формуле:

Vпс  = 1+ α Vо  ,                                   (12)

где α  - коэффициент избытка воздуха (принят равным 1);

Vо –  стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 м3 (кг) углеводородной смеси и природного газа м/м3  (кг/кг),

* При расчете температуры горения углеводородного конденсата используются значения низшей теплоты сгорания, теплоемкости газовоздушной смеси, отнесенные к 1 кг сжигаемой смеси и количества газовоздушной смеси в весовых долях, кг/кг;