МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЫБРОСОВ И ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ ФАКЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ
Москва 1996
Российское акционерное общество "Газпром"
Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий (ВНИИгаз)
Информационно-рекламный центр газовой промышленности (ИРЦ Газпром)
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЫБРОСОВ И ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ ФАКЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ
Москва 1996
4.1.1.4. Для горизонтальных и высотных факельных установок в формуле (1) G заменяется на Gr, который определяется по п.4.1.1.2, а для наземных факельных установок - заменяется на G1 (расчет см. по п. 4.1.1.З.).
4.1.2. Мощность выброса диоксида углерода МСОг рассчитывается по формуле
Мсо2 = 0.01 G{3,67 n[C]m +[C02]m} - Мго - Mc„4 - Мс, r/c, (6)
где n - полнота сгорания углеводородной смеси и природного газа;
[C]mt [СОг^а - массовое содержание углерода и диоксида углерода, соответственно, в сжигаемой смеси, % мае.;
МСо. МСн4, Мс, - мощность выброса оксида углерода, метана и сажи, соответственно, г/с.
Содержание диоксида углерода в сжигаемой углеводородной смеси [COJm принимается по данным лабораторного анализа.
Массовое содержание углерода в сжигаемой смеси [С]т рассчитывается по п.6, приложения 3.
4.1.2.1. Параметр G и мощность выброса оксида углерода Мсо определяются по п. 4.1.1.
4.1.2.2. Полнота сгорания углеводородной смеси п, установленная на основе экспериментальных исследований, составляет:
0,9984 - для газовых и газоконденсатных смесей;
0,873 - для углеводородных конденсатов.
4.1.3. Для углеводородных смесей сернистых газовых и газоконденсатных месторождений наряду с мощностью выбросов вредных веществ, указанных в пп.4.1.1. и 4.1.2., рассчитывается мощность выбросов диоксида серы S02, сероводорода H2S и меркаптанов RSH по следующим формулам:
10
(7)
MSq2= 0,02[S]mGn;
MH8S = 0,01{H2S]mG(1-n); MRsH = 0I01[RSH]m.G(1-n).
(8)
(9)
Содержание сероводорода [H2S]m, меркаптанов [RSH]m, общей серы [S]m в сжигаемой углеводородной смеси принимается по данным лабораторного анализа; G - по п.4.1.1., п - по п.4.1.2.2.
4.2. Расчет температуры выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг
Температура горения Тг углеводородной смеси и природного газа вычисляется по формуле
где Т0 - температура углеводородной смеси и природного газа, °С;
Он - низшая теплота сгорания углеводородной смеси и природного газа, ккал/М3 (юсал/кг);
е - доля энергии, теряемая за счет излучения;
п - полнота сгорания углеводородной смеси и природного газа;
Сне - теплоемкость продуктов сгорания, ккал/м3 (ккап/кг);
V„c - объем газовоздушной смеси, полученный при сжигании 1 м3 (1 кг) углеводородной смеси и природного газа, м3/М3 (кг/кг). 1
4.2.1. Температура сжигаемой углеводородной смеси Тс определяется по результатам лабораторных измерений.
4.2.2. Низшая теплота сгорания газовых и газоконденсатных смесей Ом- и низшая теплота сгорания углеводородных конденсатов Qhk рассчитываются по формулам приложения 3.
4.2.3. Доля энергии е, теряемая за счет излучения, принимается:
для углеводородных конденсатов по рис. 1 приложения 3;
для природного газа, газовых и газоконденсатных смесей по формуле
е = 0,048(т)0,5. (11)
Молярную массу сжигаемой смеси и газа т(кг/кмоль) рассчитывают по формуле (5) приложения 3.
4.2.4. Значения полноты сгорания углеводородной смеси п приведены в п.4.1.2.2.
4.2.5. Количество газовоздушной смеси, полученное при сжигании 1 м3 (кг) углеводородной смеси и природного таза Vnc (м3/м3) или (кг/кг), рассчитывается по формуле
Vnc = 1 + «V0, (12)
где а - коэффициент избытка воздуха (принят равным 1);
V0 - стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 м3 (кг) углеводородной смеси и природного таза V0, м3Лг (кг/кг).
t5(H2S]0 +1<х + у/4)[СхНу]0 -[О2]0
Параметр V0 вычисляется по выражению
где [НгЭД, [СкЩ,, [ОД, - содержание сероводорода, углеводородов, кислорода, соответственно, в сжигаемой углеводородной смеси % об.
12
Стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 кг углеводородного конденсата V0 (кг/кг) принимается равным 14,8.
4.2.6 При теплоемкости газовоздушной смеси (продуктов сгорания) для газовой и газоконденсатной смеси и природного газа Спс = 0,4 кхал/(м3°С) и для углеводородного конденсата О* = 0,35 (ккал/(кг-°С) рассчитывают ориентировочное значение температуры горения Гг.
Используя данные табл. 2, уточняют величину Спс и рассчитывают окончательную величину Тг.
|
Таблица 2 |
|
Температура продуктов сгорания Тг, °С |
800-
1000 |
1000-
1200 |
1200-
1500 |
1500-
1800 |
1800-
2000 |
|
Теплоемкость продуктов сгорания С„с. ккал/(м3°С) ккал/(кг°С) |
0,36
0,31 |
0,37
0,32 |
0,38
0,33 |
0,39
0,34 |
0,4
0,35 |
|
4.3. Расчет расхода выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси V,
Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси рассчитывается по формуле
Vi = B V„c(273+Tr)/273, м3/с, (14)
где В - объемный расход углеводородной смеси и природного газа,
м3/с;
V» - объем газовоэдушной смеси, полученный при сжигании 1 м3 углеводородной смеси и природного газа, мТм3;
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
13
для наземных факельных установок • на В,, рассчитываемый по формуле (5).
Параметры Тги Vne рассчитывают по формулам (10) и (12).
4.4. Расчет высоты источника выброса вредных веществ в атмосферу над уровнем земли Н
Высота источника выброса Н (м) вредных веществ в атмосферу от факельных установок сжигания углеводородных смесей рассчитывается по следующим формулам:
для горизонтальных установок
Н = 0,707(1^,- l,)±hr; (15)
для высотных установок
Н = Ц, + h,; (16)
для наземных установок
Н = ■ (0,5hK +hc«), (17)
где 1-ф - длина факела, м;
1а - расстояние от плоскости выхода сжигаемой углеводородной смеси из сопла трубы до противоположной стены амбара, м;
hr - расстояние между горизонтальной осью трубы и уровнем земли (для труб, проложенных ниже уровня земли, значение hr вычитается; выше уровня земли - прибавляется), м;
0,707 - коэффициент, учитывающий угол отклонения факела от вертикального положения;
h, - высота факельной установки от уровня земли, м; h* - высота наполнения амбара углеводородным конденсатом, м; he. - 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
14
Замечания и предложения по настоящему нормативному документу следует направлять по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, посРазвилка, ВНИИгаз.
© Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий (ВНИИгаз), 1996
© Информационно-рекламный центр газовой промышленности (ИРЦ Газпром), 1996
Настоящий нормативный документ не может быть тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения РАО "Газпром*
Нормативный документ "Методика расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей" разработан в целях получения исходных данных для оценки воздействия выбросов вредных веществ факельных установок на качество атмосферного воздуха при добыче, переработке и транспорте газа.
Согласован с начальником Управления НТП и экологии Седых АД. 10.04.95, с Минтопэнерго России 15.06.95, Минприроды России 14.07.95.
Утвержден заместителем Председателя Правления РАО "Газпром” Ремизовым В.В. 17.10.95.
Вводится в действие с 01.09.95 с одновременной отменой ранее действующего документа "Методика расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании газа на факельных установках".
Разработчики: Г.С.Акопова, к.т.н., Л.В.Стрекалова,
Л.В.Шарихина, А.М.Прокофьева (ВНИИгаз).
3
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Настоящий нормативный документ:
разработан 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 природного газа и газоконденсата;
устанавливает методику 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 и установленными в [1] требованиями (с учетом работы дежурных горелок факельных установок);
разработан для предприятий РАО 'Газпром", территориальных органов Минприроды России, а также проектных организаций (при выполнении работ по контрактам с РАО "Газпром").
1.2. Полученные по настоящему нормативному документу результаты используются при:
расчете загрязнения атмосферного воздуха выбросами факельных установок;
установлении нормативов предельно допустимых выбросов; инвентаризации выбросов вредных веществ; расчете платы за загрязнение атмосферного воздуха; оценке воздействия на состояние окружающей среды проектируемых факельных установок газовой отрасли.
2. ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Некондиционные углеводородные смеси - непригодные для использования в хозяйственных целях углеводородные конденсаты,
4
газовые и газоконденсатные смеси, образующиеся в процессе добычи, переработки и транспорта природного газа и газоконденсата.
Гориэонтальная 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 фекальная 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.
Определения остальных понятий соответствуют установленным в нормативных документах [1-4].
3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
3.1 Факельные установки относятся к одиночным источникам загрязнения атмосферы, влияние которых на качество атмосферного воздуха регламентировано положениями раздела 2 ОНД-86 {4]. Источником выброса вредных веществ от факельных установок является факел.
3.2 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;
5
средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса.
3.3. Выделяемые (выбрасываемые) в атмосферу от факельных установок вредные вещества представляют собой газовоздушную смеси 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 приведен в приложе-
3.4. Конструкции факельных установок обеспечивают бесса-жевое горение природного газа, поступающего на дежурные горелки горизонтальной, наземной и высотной факельных установок и факельный ствол высотной установки.
Для достижения бессажавого горения сбрасываемых углеводородных смесей на горизонтальных и высотных факельных установках необходимо выполнение установленного в [1] следующего условия: отношение скорости истечения сжигаемой смеси W** к скорости распространения звука в этой смеси должно быть более 0,2.
3.5. Необходимые для выполнения расчетов экспериментальные данные должны быть получены с соблюдением требований закона Российской Федерации ”06 обеспечении единства измерений”: с применением аттестованных методик выполнения измерений и средств поверки измерений.
4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
4.1. Расчет мощности выброса вредного вещества М
4.1.1. Мощность выброса метана, оксида углерода, оксидов азота (в пересчете на диоксид азота) и сажи рассчитывается по формуле
6
M = УВ-G, г/с,
где УВ - удельные выбросы вредных веществ, г/г;
G - массовый расход углеводородных смесей и природного газа,
г/с.
4.1.1.1. Удельные выбросы вредных веществ на единицу массы сжигаемой смеси принимают»! по табл. 1.
4.1.1.2. Массовый расход сжигаемой газовой и газоконденсатной смеси Gr рассчитывают по формуле
Gr= 1000 Вг-рг, г/с, (2)
где Вг - объемный расход газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, м3/с;
рг - плотность этих смесей и газа, кг/м3.
Плотность рг 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 Вт газовых и газоконденсатных смесей его значение рассчитывают по формуле
Вг= 0,785 W^d2, (3)
где Wmct - скорость истечения газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, м/с;
d - диаметр выходного сопла, м.
При этом параметр рассчитывают по формулам (21)-(25), а диаметр выходного сопла d устанавливают по проектным данным горизонтальной или высотной факельной установки.
7
|
Таблица 1 |
|
Факельная
установка |
Сжигаемая смесь |
Вредное вещество |
УВ, Г/Г* |
|
Горизонтальная, высотная |
Некондиционные газошеи газоконденсатные смеси |
Оксид углерода СО Оксцды азота NOx в пересчете на Ы02 Метан СН4 и другие углеводороды (кроме содержащих серу) в пересчете на СН4 Сажа |
0,02
0,003
0,0005
** |
|
Наземная |
Некондиционный
углеводородный
конденсат |
Оксид углерода СО Оксиды азота Nox в пересчете на М02 Углеводороды (кроме содержащих серу) в перемете на СН4 Сажа |
0,25
0,002
0,03
0,03 |
|
Горизонтальная, высотная, наземная дежурные горелки и факельный ствол) |
Природный газ |
Оксид углерода СО Оксцды азота NOx в пересчете на N02 Метан СН4 и другие углеводороды (кроме содержащих серу) в пересчете на СН4 |
0,02
0,003
0,0005 |
|
* - УВ установлены по результатам экспериментальных исследований на стендовых установках; ** - при соблюдении условий по п. 3.4. сажа не выделяется. Если условия бессажевого горения углеводородных смесей не подтверждаются расчетом по приложению 2, мощность выброса сажи для горизонтальных и высотных установок рассчитывается по формуле (1) при УВсаам = 0,002
8
4.1.1.3. Массовый расход углеводородного конденсата GK, сжигаемого в кочегарных ямах-амбарах, находят из выражений:
круглой формы -
G* = 250 п■ d2 • W^r или G„ = 785 d2 W»,, г/с; (4)
прямоугольной формы -
G„ = 1000 а-ЬЛЛ/аыг, г/с, (4а)
где dH - диаметр кочегарной ямы-амбара, м;
Wawr - скорость выгорания углеводородного конденсата,
кг/(м2с);
а, Ь - длина и ширина ямы-амбара, соответственно, м.
Скорость выгорания углеводородного конденсата рассчитывается по формуле (13) приложения 3.
Диаметр кочегарной ямы-амбара dH или его длина а и ширина b принимаются по проектным данным наземной факельной установки.
Объемный расход В„ углеводородного конденсата (наземные факельные установки), сжигаемого в кочегарных ямах-амбарах, рассчитывают по формуле
В* = 0,001 Gn/pn-, м3/с, (5)
где G,, - массовый расход углеводородного конденсата, г/с;
р«г - плотность углеводородного конденсата в газовой фазе,
кг/м3.
Плотность углеводородного конденсата р„. рассчитывается по формуле (7а) приложения 3.
9
1
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.
Погрешность от пренебрежения составляющей теплоты парообразования не превышает 1 %, поэтому при расчете не учитывается.
11
