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

Погрешность от пренебрежения составляющей теплоты парообразования не превышает 1%, поэтому при расчете не учитывается. 

 

(13)

 

 

Параметр Vо вычисляется по выражению:  

 

где [H2S]о, [СхНу]о, [О2]о  – содержание сероводорода, углеводородов, кислорода, соответственно, в сжигаемой углеводородной смеси % об.

Стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 кг углеводородного конденсата Vо (кг/кг) принимается равным 14,8.

21. При теплоемкости газовоздушной смеси (продуктов сгорания) для газовой и газоконденсатной смеси и природного газа Cпс =0,4 (ккал/м3 ·°С) и для углеводородного конденсата Cпс = 0,35 (ккал/кг ·°С)  рассчитывают ориентировочное значение температуры горения Тг.

Используя данные таблицы 1 приложения 4 к настоящей методике, уточняют величину и рассчитывают окончательную величину Тг. 

 

 

 

2.3 Расчет расхода выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси V1 

 

Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси V1 (м3/с) рассчитывается по формуле:            

V1 = В· Vпс (273 + Тг)/273,                          (14) 

 

где В – объемный расход углеводородной смеси и природного газа, м3/с;

Vпс – объем газовоздушной смеси, полученный при сжигании 1 м3 углеводородной смеси и природного газа, м3/ м3;

Тг – температура горения этих смесей и газа, °С.

Для горизонтальных и высотных факельных установок в формуле (14) В заменяется на Вг, определяемый по формуле (3), а для наземных факельных установок – на Вк, рассчитываемый по формуле (5).

Параметры Тг  и Vпс рассчитывают по формулам (10) и (12). 

 

 

 

2.4 Расчет высоты источника выброса вредных веществ в атмосферу над уровнем земли Н 

 

Высота источника выброса вредных веществ в атмосферу от факельных установок сжигания углеводородных смесей рассчитывается по следующим формулам:

для горизонтальных установок:                                               

 Н = 0,707 (Lф - lа) ± hг;                     (15)

для высотных установок:                                              

 Н = Lф + hв;                                       (16)    

для наземных установок:           

                                     Н = 1- Lфн - (0,5hк + hсв),                 (17) 

 

где Lф – длина факела, м;

lа – расстояние от плоскости выхода сжигаемой углеводородной смеси из сопла трубы до противоположной стены амбара, м

hг – расстояние между горизонтальной осью трубы и уровнем земли (для труб, проложенных ниже уровня земли, значение вычитается; выше уровня земли – прибавляется), м;

0,707 – коэффициент, учитывающий  угол отклонения факела от  вертикального положения;

hв – высота факельной установки от уровня земли, м;

hк – высота наполнения амбара углеводородным конденсатом, м;

hсв – расстояние между плоскостью поверхности горения углеводородного конденсата и уровнем земли, м.

Высота источника выброса Н вредных веществ в атмосферу от факельных установок сжигания природного газа, поступающего на дежурные горелки и факельный ствол высотной установки, при расчетах принимается равной:

для горизонтальной и наземной установок Н = 2 м;

для высотной факельной установки Н = hв.

22. В формуле (15) параметры lа и hг устанавливаются по проектным данным горизонтальной факельной установки.

23. В формуле (16) высота факельной  трубы hв принимается по проектным данным высотных факельных установок.

24. В формуле (17) параметр hк может быть установлен как разность между проектной высотой кочегарной ямы-амбара и измеренным расстоянием от поверхности углеводородного конденсата до верхней кромки амбара;

25. Длина факела Lф для горизонтальных и высотных факельных установок при Wист/Wзв  0,2 устанавливается с помощью номограмм (рис. 1-5), представленных в приложении 5. Если фактические данные факельной установки не совпадают с исходными данными номограмм, то Lф (м) рассчитывается по формуле:

Lф = 1,74 d·Ar0,17 ·(Lсх/ d)0,59,                                     (18)

где  Ar приведенный критерий Архимеда;

Lсх/ d – отношение стехиометрической длины факела к диаметру выходного сопла.

Длина факела Lф для высотных факельных установок при принимается равной 15 d.

26. Диаметр выходного сопла d горизонтальной  или вертикальной трубы подачи  сжигаемой углеводородной смеси  устанавливается по проектным  данным факельной установки.

Параметр Lсх/ d устанавливается по номограмме, приведенной на рис. 6 приложения 5. 

 

27. Приведенный критерий Архимеда Ar учитывающий действие подъемной силы факела вычисляется по выражению:                                 

 

C учетом g = 9,81 м/с2 и ρв = 1,29 кг/м3:

Ar = 0,26 W

 ρг/ d                                       (19)

где ρг – плотность газовой, газоконденсатной смеси и природного газа, кг/м3;

ρв – плотность воздуха, кг/м3;

W  – скорость истечения сжигаемой газовой или газоконденсатной смеси и природного газа, м/с.

Плотность сжигаемой газовой или газоконденсатной смеси устанавливается по данным лабораторных измерений.

28. Скорость истечения сжигаемой газовой или газоконденсатной смеси рассчитывается по формуле:

W  = 4Вг/(π d2) или W  = 1,27 Вг/ d2   (20)

Диаметр d выходного сопла принимается по проектным данным горизонтальной или высотной факельной установки; объемный расход Вг сжигаемой смеси - по результатам измерений.

При отсутствии данных об объемном расходе смеси Вг сжигаемой на высотных факельных установках, скорость ее истечения W  (м/с) принимается:

при постоянных сбросах:

W

= 0,2· Wзв*,

при периодических и аварийных сбросах:

W

= 0,5· Wзв,                                                                            (21) 

 

,                             (22) 

 

При отсутствии данных об объемном расходе Вг смеси, сжигаемой на горизонтальных факельных установках, скорость ее истечения рассчитывается по формуле:

где q - коэффициент скорости истечения сжигаемой углеводородной смеси, равный 0,5:

К - показатель адиабаты

R - универсальная газовая постоянная (847,8(кг·м)/(кмоль·К). 

 

                               (23) 

 

29. Показатель адиабаты К для газовых смесей принимается равным 1,3 для газоконденсатных смесей рассчитывается по значениям индивидуальных углеводородов: 

 

где [i]o - относительное содержание i-го компонента в сжигаемой углеводородной смеси (% об.), устанавливаемое по результатам лабораторного анализа.

С учетом значений постоянных величин скорость истечения рассчитывается по следующим формулам:

для газовых смесей: 

 

W

= 48,5 [(To+273) /m]0,5;                       (24) 

 

для газоконденсатных смесей: 

 

 

  W =  64,5 [ K/(К+1)· (To+273) /m] 0,5,                    (25) 

 

 

 

30. Длина факела при сжигании углеводородных конденсатов на наземных факельных установках Lфн (м) вычисляется по формуле:

Lфн= 2·Dэкв,                           (26)

где Dэкв  - эквивалентный диаметр поверхности горения, м.

Значение Dэкв при сжигании углеводородного конденсата в кочегарной яме-амбаре круглой формы соответствует ее диаметру dн;

для кочегарных ям-амбаров прямоугольной формы Dэкв (м) рассчитывается следующим образом:                       

                     Dэкв = 2 ab/(a+b),                        (27)

где a , b - длина и ширина ямы-амбаров, м. 

 

 

 

2.5 Расчет средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса Wo 

 

Средняя скорость поступления в атмосферу газовоздушной смеси Wo (м/с) для горизонтальных, высотных и наземных факельных установок рассчитывается по формуле:

* Расчет скорости звука в  сжигаемой смеси дан в приложении 6.

Wo= 4 Vi/ π D

,                                   (28)

или (с учетом π=3,14)

Wo= 1,27 Vi/  D

,                                   (28а) 

 

где Vi  - расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси, м/с

Dф - диаметр факела, м.

31. Расход выбрасываемой в атмосферу  газовоздушной смеси Vi устанавливается по п. 2.3

32. Диаметр факела Dф (м) при сжигании углеводородных смесей на горизонтальных и высотных факельных установках вычисляется по формуле:

Dф= 0,14Lф+0,49 d,                                     (29)

Длина факела Lф рассчитывается по п 25; диаметр выходного сопла d принимается по проектным данным горизонтальной или высотной факельной установки.

33. Для наземных факельных установок  сжигания углеводородных смесей  в формуле (28) Dф заменяется на Dэкв.

34. Диаметр факела Dф при сжигании природного газа на высотных факельных установках в формуле (28) заменяется на диаметр выходного сопла d вертикального факельного ствола.

35. Для горизонтальных и наземных  факельных установок сжигания  природного газа на дежурных  горелках диаметр факела Dф заменяется на диаметр выходного сопла d и dн соответственно. 

 

 

 

3. Расчет валовых выбросов вредных веществ 

 

Валовый выброс i-гo вредного вещества Пi (т/год) от горизонтальных, высотных и наземных факельных установок, рассчитывается по формуле:

Пi=0,0036τ·Мi,                                            (30)

где τ - продолжительность работы факельной установки, ч/год;

Мi -мощность выброса i-гo вредного вещества,  г/с.

Примеры расчетов параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей и природного газа даны в приложении 7. 

 

Приложение 1

к Методике расчета параметров выбросов и

валовых выбросов вредных веществ от факельных

установок сжигания углеводородных смесей 

 

Качественный состав выбросов от факельных установок 

 

Месторождение	Факельная установка	Сжигаемая смесь	Выбрасываемые вещества
Бессернистое сернистое	Горизонтальная, высотная	Некондиционные газовые и газоконденсатные смеси Природный газ***	Оксид углерода СО Диоксид углерода СО2 Оксиды азота NOх* Метан СН4 Сажа С** Оксид углерода СО Диоксид углерода СО2 Оксиды азота NOх Метан СН4 Сажа С** Диоксид серы SO2 Сероводород H2S Меркаптаны RSH
Бессернистое сернистое	Наземная	Некондиционные газовые и газоконденсатные смеси Природный газ***	Оксид углерода СО Диоксид углерода СО2 Оксиды азота NOх* Углеводороды по СН4 Сажа С Оксид углерода СО Диоксид углерода СО2 Оксиды азота NOх* Углеводороды по СН4 Сажа С Диоксид серы SO2 Сероводород H2S Меркаптаны RSH

 

 

* - при горении углеводородной смеси и природного газа образуется оксид азота, который при быстром охлаждении в среде атмосферного воздуха переходит в диоксид азота

** - сажа образуется и контролируется на горизонтальных и высотных установках только в случаях несоблюдения условия п.3.4;

*** - при сжигании природного газа на дежурных горелках горизонтальных, высотных и наземных факельных установок сажа не образуется. 

 

В приложение 2 внесены изменения в соответствии с приказом Министра охраны окружающей среды РК от 02.04.08 г. № 79-р

Приложение 2

к Методике расчета параметров выбросов и