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

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 G_r, 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 М_СОг рассчитывается по формуле

Мсо₂ = 0.01 G{3,67 n[C]_m +[C0₂]_m} - М_го - M_c„₄ - М_с, 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.;

М_Со. М_Сн₄, М_с, - 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)

(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 Т_г

Температура горения Т_г 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 Т_с 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).

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 Г_г.

Используя данные табл. 2, уточняют величину Спс и рассчитывают окончательную величину Т_г.

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+T_r)/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;

Т_г - температура горения этих смесей и газа, °С.

Для горизонтальных и высотных факельных установок в формуле (14) В заменяется на В_г, определяемый по формуле (3), а

13

для наземных факельных установок • на В,, рассчитываемый по формуле (5).

Параметры Т_ги 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,)±h_r;    (15)

для высотных установок

Н = Ц, + h,;    (16)

для наземных установок

Н =    ■    (0,5h_K    +hc«),    (17)

где 1-ф - длина факела, м;

1_а - расстояние от плоскости выхода сжигаемой углеводородной смеси из сопла трубы до противоположной стены амбара, м;

h_r - расстояние между горизонтальной осью трубы и уровнем земли (для труб, проложенных ниже уровня земли, значение h_r 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

G_r= 1000 Вг-рг, г/с,    (2)

где В_г - объемный расход газовых и газоконденсатных смесей и природного газа, м³/с;

р_г - плотность этих смесей и газа, кг/м³.

Плотность рг и объемный расход В_г 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

В_г= 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 G_K, 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 d_H - 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 d_H 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