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=(4,455 pxV'd ² m ^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	q 5	0¸50
Резервный агрегат,
свеча №10	q 10	0¸30
свеча №17	q 17	0¸250
свеча №18	q 18	0¸300
свеча №30	q 30	0¸100
Импульсный газ	q И.Г.	0¸20
Технологические аппараты	q Т.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 = 0,1 n).

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.