Учебное пособие по расчету параметров выбросов и валовых

Федеральное агентство по образованию
Российский государственный университет
нефти и газа им. И.М. Губкина
2
УДК 628.512: 66.074.82-Ф
Учебное пособие по расчету параметров выбросов и валовых
выбросов вредных веществ в атмосферу от факельных установок
сжигания углеводородных смесей с использованием программного продукта «ФАКЕЛ». Фомина Е.Е.– М.: РГУ нефти и газа им.
И.М. Губкина, 2009. – 34 с.
Фомина Екатерина Евгеньевна
Учебное пособие по расчету параметров
выбросов и валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от факельных установок
сжигания углеводородных смесей с
использованием программного продукта
«ФАКЕЛ»
Описаны краткая характеристика программного продукта
«ФАКЕЛ», его возможности и область применения. Рассмотрены
пошаговые действия, необходимые для работы с программой.
Приведены примеры решения задач с использованием программного продукта «ФАКЕЛ».
Для студентов специальности 280101 – «Безопасность технологических процессов и производств», а также для инженернотехнических работников нефтегазовой и химической промышленности.
©
Москва, 2009
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009
3
4
Содержание
Расчет параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от факельных установок сжигания
углеводородных смесей с использованием программного продукта «ФАКЕЛ»
1. Краткая характеристика ПП «ФАКЕЛ» …………
2. Работа с программой ……………………………..
2.1. Запуск ПП «ФАКЕЛ» …………………………….
2.2. Ввод данных нового объекта ……………………..
3. Расчет параметров выброса вредных веществ …
4. Пример расчета параметров выбросов вредных
веществ от высотной факельной установки сжигания газовой смеси ……………………………….
5. Пример расчета параметров выбросов вредных
веществ от горизонтальной факельной установки
сжигания углеводородной смеси в дежурной горелке ………………………………………………..
6. Пример расчета параметров выбросов вредных
веществ в атмосферу от наземной факельной установки сжигания углеводородного конденсата
7. Контрольные задачи ………………………………
8. Контрольные вопросы ……………………………
4
5
5
8
9
9
17
23
30
34
Целью работы является оценка выбросов вредных веществ в
атмосферу при сжигании углеводородных смесей на различных
факельных установках.
Задачи:
1) ознакомиться с программным продуктом «ФАКЕЛ» (версия 2.0);
2) ознакомиться с расчетной методикой «Методика расчета
параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от
факельных установок сжигания углеводородных смесей», ВНИИгаз, ИРЦ Газпром, утвержденной Правлением РАО «Газпром»
1996 г;
3) с помощью программного продукта (ПП) «ФАКЕЛ» при
заданных параметрах факельной установки рассчитать параметры
выбросов вредных веществ в атмосферу от сжигания углеводородной смеси.
1. Краткая характеристика ПП «ФАКЕЛ»
Программа разработана фирмой «Integral» и предназначена
для расчета параметров выброса и валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от факельных установок сжигания некондиционных углеводородных смесей, образующихся при добыче, переработке и транспорте природного газа и газоконденсата. В программе реализована «Методика расчета параметров выбросов и
валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей», ВНИИгаз, ИРЦ Газпром, утвержденной Правлением РАО «Газпром» 1996 г.
Программа используется при:
1) проектировании и реконструкции объектов, имеющих в
своем хозяйстве факельные установки (газовые месторождения,
НПЗ, ГПЗ и т.п.);
5
2) установлении нормативов предельно допустимых выбро-
6
Значения кнопок на панели инструментов указаны на рис. 2.
сов;
3) инвентаризации выбросов вредных веществ;
4) расчете платы за загрязнение атмосферного воздуха;
5) разработке проекта «Оценка воздействия на окружающую
среду»;
6) определении санитарно-защитной зоны объектов нефтегазового комплекса.
2. Работа с программой
2.1. Запуск ПП «ФАКЕЛ»
На панели задач щелкните на кнопке Пуск. Откроется меню
Пуск, в нем укажите на пункт Программы, затем в папке Integral
укажите на программу Факел (Версия 2.0). Откроется окно
ФАКЕЛ. Ваш экран будет выглядеть, как показано на рис. 1.
Рисунок 2 – Панель инструментов
В Справочнике находятся: справочник веществ (рис. 3),
справочник смесей (рис. 4) и справочник конденсатов (рис. 5).
Справочники пополняются в процессе работы с программой.
Рисунок 3 – Справочник веществ
Рисунок 1 – Программа «Факел» на экране компьютера
7
8
2.2. Ввод данных нового объекта
При введении нового объекта необходимо ввести следующие
данные:
- название источника выброса;
- номер площадки;
- номер цеха;
- номер источника;
- номер варианта;
- тип источника выброса (горизонтальная, высотная или наземная
факельная установка). В зависимости от типа факельной установки, меняются параметры ввода данных;
для горизонтальной и высотной факельных установок
Рисунок 4 – Справочник смесей
Рисунок 5 – Справочник конденсатов
- параметры смеси (при нажатии кнопки
можно ввести
параметры смеси из уже имеющихся в справочнике). Состав углеводородной смеси задается в массовых либо объемных долях;
- тип смеси (газовая или газоконденсатная);
- геометрические характеристики факельной установки:
9 диаметр выходного сопла, м;
9 высота факельной установки над уровнем земли, м, (для
высотной факельной установки);
9 расстояние от полоски входа смеси до противоположной
стенки амбара, м, (для горизонтальной факельной установки);
9 расстояние между горизонтальной осью трубы и поверхностью земли, м, (для горизонтальной факельной установки);
9 тип факела (высотная установка или дежурная горелка);
- параметры установки:
9 объемный расход сжигаемой смеси, м3/с ;
9 начальная температура смеси, ºС;
9 продолжительность работы, ч;
- плотность воздуха, кг/м3.
для наземной факельной установки
- параметры конденсата (рис. 5);
9
10
- геометрические характеристики:
9 сечение амбара, м²;
9 высота наполнения амбара конденсатом, м;
9 расстояние между плоскостью поверхности горения и
уровнем земли, м;
9 тип факела;
- параметры установки:
9 начальная температура конденсата, ºС;
9 продолжительность работы, ч.
После ввода параметров смеси данные
можно
записать в справочник смесей, нажатием кнопки
.
3. Расчет параметров выброса вредных веществ
После ввода всех необходимых данных на панели инструментов, нажатием кнопки
получим результаты расчета (макси-
мально-разовый выброс, г/с, и валовый выброс, т/г, вредных веществ, а также параметры выбрасываемой смеси). Результаты
расчета можно получить в виде отчета, нажав на кнопку
.
4. Пример расчета параметров выбросов вредных веществ
от высотной факельной установки сжигания газовой смеси
Исходные данные
Источником выбросов вредных веществ в атмосферу является
высотная факельная установка, предназначенная для сжигания
некондиционного газа на объектах подготовки и переработки газа
и нефти. Исходные данные представлены на рис. 6. Состав углеводородной смеси введен в объемных долях.
Рисунок 6 – Ввод исходных данных
Результаты расчета
Результаты расчета представлены на рис. 7.
11
12
Характеристики сжигаемой смеси
Процентное содержание составляющих смеси
Массовая
Молекулярная
Составляющие смеси
доля, %
масса
Метан (CH4)
84,6268
16
Этан (C2H6)
5,4846
30
Пропан (С3Н8)
2,3345
44
Бутан (С4Н10)
0,9031
58
Пентан (С5Н12) и высшие
0,4982
72
Азот (N2)
6,1522
28
Диоксид углерода (СО2)
0
44
Сероводород (H2S)
0,0001
34
Меркаптаны (RSH)
0
69
Молярная масса смеси (m): 17,33.
Плотность сжигаемой смеси (Roг, кг/м3): 0,77.
Расчет вспомогательных параметров
Массовый расход (Gг, г/с): Gг = 1000 · Bг · Ro =1958,40.
Объемный расход (Bг, м3/с): 2,53.
Проверка критерия бессажевого горения
Рисунок 7 – Результаты расчета
Протокол результатов расчета
Объект: Объект №3
Площадка: [1] Цех: [1] Вариант: [1] Источник: [1] Название
источника выделения: Высотная факельная установка.
Скорость истечения смесей (Wист, м/с):
В
Wист = 1,27 2г =142,804.
d
Диаметр выходного сопла (d, м): 0,15.
Скорость распространения звука в смеси (Wзв, м/с):
К(Т о + 273)
= 428,856.
Wзв = 91,5
М
Показатель адиабаты (K): 1,3.
Wист
= 0,33 > 0,2. Горение бессажевое.
Wзв
13
14
Расчет мощности выбросов загрязняющих веществ
Расчет мощности выброса метана, оксида углерода, диоксида азота
Максимально-разовый выброс: Mi=УВi·Gг [г/с].
Валовой выброс: Пi=0,0036·t·Mi [т/год].
Продолжительность работы (t) [ч/год]: 40.
Вещество
Оксид углерода (СО)
Оксид азота NO в пересчете на NO2
Метан (СН4)
Расчет мощности выброса серосодержащих
Мощность выброса диоксида серы М SО 2 :
М SО 2 =0,02·[S]m·G·n = 0,0077 [г/c].
Мощность выброса диоксида серы П SО 2 :
П SО 2 =0,0036·t· М SО 2 = 0,0011 [т/год].
Код
УВ [г/г]
М [г/с]
П [т/г]
337
0,02
39,168
5,640
301
0,003
5,875
0,846
410
0,0005
0,979
0,141
Мощность выброса сероводорода М Н 2S :
М Н 2S =0,01·[H2S]m·G·(1-n) = 0,1443 [г/c].
Мощность выброса сероводорода П Н 2S :
П Н 2S =0,0036·t· М Н 2S = 0,8478 [т/год].
Мощность выброса меркаптанов М RSН :
М RSН =0,01·[RSH]m·G·(1-n) = 0 [г/c].
Расчет мощности выброса диоксида углерода
Мощность выброса диоксида углерода М СО 2 :
М СО 2 =0,01·G·(3,67·n·[C]m+[CO2]m) - М СО - М СН 4 - М С =
=5251,3226 [г/c].
Мощность выброса диоксида углерода П СО 2 :
П СО 2 =0,0036·t· М СО 2 = 756,190 [т/год].
Массовое содержание углерода [C]m:
N
[С]m =
12∑ x i ⋅ [i]o
i =1
(100 − [нег ]о ) ⋅ m
⋅ 100 =73,740.
Объемное содержание негорючих [нег]о: 3,8098.
Относительное содержание i-ого компонентов сжигаемой
смеси [i]o: 102,490.
Полнота сгорания углеводородной смеси [n]: 0,998.
Мощность выброса меркаптанов П RSН :
П RSН =0,0036·t· М RSН = 0 [т/год].
Результаты по диоксиду углерода и серосодержащим
Вещество
Код
М [г/с]
П [т/г]
Диоксид углерода (СО2)
380
5251,3226
756,1904
Диоксид серы (SO2)
330
0,0077
0,0011
Сероводород (Н2S)
333
0,1443
0,8478
Меркаптаны (RSH)
0
0
0
Расчет температуры выбрасываемой газовоздушной смеси (Tг)
Начальная температура сжигаемой углеводородной смеси (To,
ºС): 20.
Доля энергии, теряемой за счет излучения (e):
е = 0,048 m = 0,19987.
15
16
Низшая теплота сгорания газовых и газоконденсатных смесей
(Qнг, кКал/м3):
Qнг = 85,5[CH4]o+152[C2H6]o+218[C3H8]o+283[C4H10]o+349[C5H12]o+
+56[H2S]o = 8641,90915.
Стехиометрическое количество воздуха необходимое для
сжигания 1 м3 углеводородной смеси (Vо, м3/м3):
Расчет высоты источника выброса вредных веществ над
уровнем земли (H)
[
]
N
⎧
⎫
y⎞
⎛
Vo = 0,0476⎨1,5[H 2S]o + ∑ ⎜ x + ⎟ C x H y o − [O 2 ]o ⎬ = 9,6071.
4⎠
i =1 ⎝
⎩
⎭
Ar =
Количество газовоздушной смеси, полученной при сжигании
3
1 м углеводородной смеси (Vпс, м3/м3) : Vпс=1+Vо = 10,6071.
Предварительная
теплоемкость
газовоздушной
смеси
кКал ⎞
⎛
⎜ С пс′ , 3 о ⎟ : 0,4.
м ⋅ С⎠
⎝
(
)
о
Ориентировочное значение температуры горения Т г′ , С :
Q ⋅ (1 − е) ⋅ n
= 1647,10.
Т г ′ = Т о + нг
Vпс ⋅ С пс′
Уточненная
⎛
⎝
си ⎜ С пс ,
теплоемкость
газовоздушной
сме-
кКал ⎞
⎟ : 0,39.
м 3 ⋅о С ⎠
Температура горения (Tг ,ºC):
Q ⋅ (1 − е) ⋅ n
Т г ′ = Т о + нг
= 1688,82.
Vпс ⋅ С пс
Расчет расхода выбрасываемой газовоздушной смеси (V1)
Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси
(V1 , м3/с):
V1 =
B ⋅ Vпс ⋅ (273 + Т г )
= 192,8481.
273
Высота источника выброса вредных веществ (H, м):
H=Lф+Hв=60,95.
Плотность воздуха (ρв, кг/м3): 1,29.
Приведенный критерий Архимеда (Ar):
2
3,3 ⋅ Wист
⋅ ρг
= 27442,7922.
ρ в ⋅ 9,81 ⋅ d
Отношение стехиометрической длины факела к диаметру выходного сопла
⎛ L сх ⎞
⎜
⎟ : 127,8762.
⎝ d ⎠
Длина факела (Lф, м): Lф = 1,74 ⋅ d ⋅ Ar
0,17
⎛L ⎞
⋅ ⎜ cx ⎟
⎝ d ⎠
0,59
=25,9525.
Высота факельной установки над уровнем земли (Hв, м):
H=35.
Расчет средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса (Wо)
Средняя скорость поступления в атмосферу газовоздушной
смеси из источника выброса (Wо, м/с): Wo = 1,27
V1
=17,82.
Dф2
Диаметр факела (Dф, м): Dф = 0,14·Lф+0,49·d = 3,70.
17
5. Пример расчета параметров выбросов вредных веществ
от горизонтальной факельной установки сжигания углеводородной смеси в дежурной горелке
18
Результаты расчета
Результаты расчета представлены на рис. 9.
Исходные данные
На предприятии «Астраханьбургаз» на третьем этапе строительства скважины проводится отработка (продувка) скважины до
чистого газа. Некондиционная углеводородная смесь отводится на
горизонтальную факельную установку для ее сжигания. Максимальное время отработки скважины составляет 24 часа.
Исходные данные представлены на рис.8.
Рисунок 9 – Результаты расчета
Протокол результатов расчета
Рисунок 8 – Ввод исходных данных
Объект: Астраханьбургаз
Площадка: [1] Цех: [1] Вариант: [1] Источник: [1] Название
19
источника выделения: Факельная установка для сжигания газ.
смеси.
Характеристики сжигаемой смеси
Процентное содержание составляющих смеси
Массовая
Молекулярная
Составляющие смеси
доля, %
масса
Метан (СН4)
33,677
16
Этан (С2Н6)
2,612
30
Пропан (С3Н8)
1,999
44
Бутан (С4Н10)
0,439
58
Пентан (С5Н12) и высшие
7,905
72
Азот (N2)
0,530
28
Диоксид углерода (СО2)
21,156
44
Сероводород (Н2S)
31,666
34
Меркаптаны (RSH)
0,016
69
Молярная масса смеси (m): 26,41.
Плотность сжигаемой смеси (Roг, кг/м3): 1,17.
20
Wист = 1,27
Вг
=75,163.
d2
Диаметр выходного сопла (d, м): 0,14.
Скорость распространения звука в смеси (Wзв, м/с):
Wзв = 91,5
К(Т о + 273)
=347,469.
М
Показатель адиабаты (K): 1,3.
Wист
= 0,21631 > 0,2. Горение бессажевое.
Wзв
Расчет мощности выбросов загрязняющих веществ
Расчет мощности выброса метана, оксида углерода, диоксида азота
Максимально-разовый выброс: Mi=УВi·Gг [г/с].
Валовой выброс: Пi=0,0036·t·Mi [т/год].
Продолжительность работы (t) [ч/год]: 24.
Вещество
Расчет вспомогательных параметров
Оксид углерода (СО)
Массовый расход (Gг, г/с): Gг = 1000 · Bг · Ro =1367,820.
Объемный расход (Bг, м3/с): 1,16.
Оксид азота NO в пересчете на NO2
Метан (СН4)
Код УВ [г/г] М [г/с]
П [т/г]
337
0,02
27,356
2,364
301
0,003
4,103
0,355
410
0,0005
0,684
0,059
Проверка критерия бессажевого горения
Для достижения бессажевого горения сбрасываемых углеводородных смесей на горизонтальных и высотных факельных установках должно выполняться следующее условие: отношение скорости истечения сжигаемой смеси Wист к скорости распространения звука в этой смеси Wзв должно быть более 0,2.
Скорость истечения смесей (Wист,м/с):
Расчет мощности выброса диоксида углерода
Мощность выброса диоксида углерода М СО 2 :
М СО 2 = 0,01·G·(3,67·n·[C]m+[CO2]m) - М СО - МСН4 - М С =
=3960,431 [г/c].
21
Мощность выброса диоксида углерода П СО 2 :
П СО 2 =0,0036·t· М СО2 = 342,181 [т/год].
Массовое содержание углерода [C]m:
N
[С]m =
12∑ x i ⋅ [i]o
i =1
(100 − [нег]о ) ⋅ m
⋅ 100 = 73,806.
Объемное содержание негорючих [нег]о: 13,199.
Относительное содержание i-ого компонентов сжигаемой
смеси [i]o: 141,011.
Полнота сгорания углеводородной смеси [n]: 0,998.
Расчет мощности выброса серосодержащих
Мощность выброса диоксида серы М SО 2 :
М SО 2 =0,02·[S]m·G·n=865,319 [г/c]
Мощность выброса диоксида серы П SО 2 :
П SО 2 =0,0036·t· М SО 2 =74,764 [т/год]
Мощность выброса сероводорода М Н 2S :
М Н 2S =0,01·[H2S]m·G·(1-n)=0,693 [г/c]
Мощность выброса сероводорода П Н 2S :
П Н 2S =0,0036·t· М Н 2S =0,059 [т/год]
Мощность выброса меркаптанов М RSН :
М RSН =0,01·[RSH]m·G·(1-n)=0,0004 [г/c]
Мощность выброса меркаптанов П RSН :
П RSН =0,0036·t· М RSН =0,025 [т/год]
Результаты по диоксиду углерода и серосодержащим
Вещество
Код
М [г/с]
П [т/г]
Диоксид углерода (СО2)
380
3960,431
342,181
22
Вещество
Диоксид серы (SO2)
Сероводород (Н2S)
Меркаптаны (RSH)
Код
330
333
0
М [г/с]
865,319
0,693
0,0004
П [т/г]
74,764
0,059
0,025
Расчет температуры выбрасываемой газовоздушной смеси (Tг)
Начальная температура сжигаемой углеводородной смеси
(To, ºС): 20.
Доля энергии, теряемой за счет излучения (e):
е = 0,048 m =0,247.
Низшая теплота сгорания газовых и газоконденсатных смесей
(Qнг, кКал/м3):
Qнг = 85,5[CH4]o+152[C2H6]o+218[C3H8]o+283[C4H10]o+349[C5H12]o+
+56[H2S]o=7810,739.
Стехиометрическое количество воздуха необходимое для
сжигания 1 м3 углеводородной смеси (Vо, м3/м3):
[
]
N
⎫
⎧
y⎞
⎛
Vo = 0,0476 ⎨1,5[H 2S]o + ∑ ⎜ x + ⎟ C x H y o − [O 2 ]o ⎬ =8,279.
4⎠
i =1 ⎝
⎭
⎩
Количество газовоздушной смеси, полученной при сжигании
1 м углеводородной смеси (Vпс, м3/м3) : Vпс=1+Vо=9,279.
Предварительная
теплоемкость
газовоздушной
смеси
3
кКал ⎞
⎛
⎜ С пс′ , 3 о ⎟ : 0,4.
м ⋅ С⎠
⎝
(
о
)
Ориентировочное значение температуры горения Т г′ , С :
Т г′ = Т о +
Q нг ⋅ (1 − е) ⋅ n
=1602,67.
Vпс ⋅ С пс′
23
Уточненная
теплоемкость
кКал ⎞
⎛
си ⎜ С пс , 3 о ⎟ : 0,39.
м ⋅ С⎠
⎝
Температура горения (Tг ,ºC):
24
газовоздушной
сме-
Q ⋅ (1 − е) ⋅ n
Т г ′ = Т о + нг
=1643,25.
Vпс ⋅ С пс
Расчет расхода выбрасываемой газовоздушной смеси (V1)
6. Пример расчета параметров выбросов вредных веществ
в атмосферу от наземной факельной установки сжигания углеводородного конденсата
Исходные данные
Исходные данные для расчета параметров выбросов вредных
веществ от наземной факельной установки сжигания углеводородного конденсата представлены на рис.10. Состав конденсата
задан в массовых долях.
Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси (V1
,м3/с):
V1 =
B ⋅ Vпс ⋅ (273 + Т г )
=75,556.
273
Расчет высоты источника выброса вредных веществ над
уровнем земли (H)
Высота источника выброса вредных веществ (H, м): H=2.
Длина факела (Lф, м):
⎛L ⎞
Lф = 1,74 ⋅ d ⋅ Ar 0,17 ⋅ ⎜ cx ⎟
⎝ d ⎠
0,59
=17,769.
Расчет средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса (Wо)
Средняя скорость поступления в атмосферу газовоздушной
смеси из источника выброса (Wо, м/с): Wo = 1,27
V1
=14,68.
Dф2
Диаметр факела (Dф, м): Dф=0,14·Lф+0,49·d=2,55.
Рисунок 10 – Ввод исходных данных
25
Результаты расчета
26
Площадка: [1] Цех: [1] Вариант: [2] Источник: [1] Название
источника выделения: Новый источник выбросов.
Результаты расчета представлены на рис. 11.
Характеристики сжигаемого углеводородного конденсата
Состав углеводородного конденсата
Скорость
Молярная
Плотвыгора[%]
[%]
Фракции конмасса (М)
ность ρ,
об.
мас.
денсата
ния Wвыг,
кг/кмоль
кг/м3
мм/мин
Бензиновая
756
0,0465
69,964 49,3
115
фракция
Керосиновая,
845
0,0465
18,772 22,2
193
дизельная
фракция
Остаток
914
0,0345
11,262
28,5
413
КОНДЕНСАТ:
0,00
0,0430
100
100
163,20
Молярная масса смеси (m): 163,20.
Расчет вспомогательных параметров
Форма амбара: ПРЯМОУГОЛЬНАЯ
Массовый расход углеводородного конденсата (Gк, г/с):
Gг = 1000 · а · b · Wвыг = 387,72.
Длина ямы-амбара (a, м): 3.
Ширина ямы-амбара (b, м): 3.
Рисунок 11 – Результаты расчета
Протокол результатов расчета
Объект: Факел №2
Объемный расход (Bк, м3/с): В к = 0,001
Gк
= 0,0888.
ρ кг
27
Плотность
конденсата
12,2 ⋅ m
ρ кг =
=4,36.
Т кип + 273
в
28
газовой
фазе
3
(ρкг,
кг/м ):
2041 ⋅ ρ к ( 200 )
1000
= 12053.
Полнота сгорания углеводородной смеси [n]: 0,873.
Расчет мощности выбросов загрязняющих веществ
Расчет мощности выброса метана, оксида углерода, диоксида азота
Код
337
УВ [г/г]
0,02
301
0,003
410
328
0,0005
0,002
М [г/с]
96,93
0,7754
11,6316
11,6316
Расчет мощности выброса серосодержащих
Мощность выброса диоксида серы М SО 2 :
М SО 2 =0,02·[S]m·G·n = 35,2019 [г/c]
Мощность выброса диоксида серы П SО 2 :
Максимально-разовый выброс: Mi = УВi · Gг [г/с].
Валовой выброс: Пi = 0,0036 · t · Mi [т/год].
Вещество
Оксид углерода (СО)
Оксид азота NO в пересчете на NO2
Метан (СН4)
Углерод (сажа)
Qнк = 12053 −
П SО 2 =0,0036·t· М SО 2 = 0,3535 [т/год]
П [т/г]
0,6979
0,0056
0,0837
0,0837
Расчет мощности выброса диоксида углерода
Мощность выброса диоксида углерода М СО 2 :
М СО 2 = 0,01·G·(3,67·n·[C]m+[CO2]m) - М СО - М СН 4 - М С =
= 932,902 [г/c].
Мощность выброса диоксида углерода П СО 2 :
П СО 2 =0,0036 · t · М СО 2 = 6,717 [т/год].
Массовое содержание углерода [C]m: [C]m = 0,00816 · Qнк =
98,352.
Низшая теплота сгорания углеводородного конденсата (Qнк,
кКал/м3):
Содержание общей серы [S]m: 5,2
Мощность выброса сероводорода М Н 2S :
М Н 2S =0,01·[H2S]m·G·(1-n) = 2,5605 [г/c]
Мощность выброса сероводорода П Н 2S :
П Н 2S =0,0036·t· М Н 2S = 0,01844 [т/год]
Содержание сероводорода [H2S]m: 5,2
Мощность выброса меркаптанов М RSН :
М RSН =0,01·[RSH]m·G·(1-n)=0 [г/c]
Мощность выброса меркаптанов П RSН :
П RSН =0,0036·t· М RSН =0 [т/год]
Содержание меркаптанов [RSH]m: 0
Результаты по диоксиду углерода и серосодержащим
Вещество
Код
М [г/с]
П [т/г]
Диоксид углерода (СО2)
380
932,902
6,618
Диоксид серы (SO2)
330
35,202
0,254
Сероводород (Н2S)
333
2,561
0,018
Меркаптаны (RSH)
0
0
0
29
30
Расчет температуры выбрасываемой газовоздушной смеси (Tг)
Расчет высоты источника выброса вредных веществ над
уровнем земли (H)
Начальная температура сжигаемой углеводородной смеси (To,
ºС): 20.
Доля энергии, теряемой за счет излучения (e):
Высота источника выброса вредных веществ (H, м): H=22,31.
Длина факела (Lф, м): Lф = 2 Lф · Dэкв = 6.
Эквивалентный диаметр поверхности горения (Dэкв ,м):
е = 0,048 m =0,33.
D экв =
2⋅а ⋅b
=3.
a+b
Стехиометрическое количество воздуха необходимое для
сжигания 1 м3 углеводородного конденсата (Vо, м3/м3): 14,8.
Количество газовоздушной смеси, полученной при сжигании
1 м3 углеводородного конденсата (Vпс, м3/м3) : Vпс=1+Vо= 15,8.
Предварительная
теплоемкость
газовоздушной
смеси
Высота наполнения амбара углеводородным конденсатом
(hк, м): 3.
Расстояние между плоскостью поверхности горения и уровнем земли (hсв, м): 0,3.
кКал ⎞
⎛
⎜ С пс′ , 3 о ⎟ : 0,35.
м ⋅ С⎠
⎝
Расчет средней скорости поступления в атмосферу газовоздушной смеси из источника выброса (Wо)
(
)
Ориентировочное значение температуры горения Т г ′ , о С :
Т г′ = Т о +
Q нг ⋅ (1 − е) ⋅ n
=1477,9727.
Vпс ⋅ С пс′
Уточненная
⎛
⎝
си ⎜ С пс ,
теплоемкость
смеси из источника выброса (Wо, м/с): Wo = 1,27
газовоздушной
сме-
(Tг
,ºC):
кКал ⎞
⎟ : 0,33.
м 3 ⋅о С ⎠
Температура
Т г′ = Т о +
горения
Q нг ⋅ (1 − е) ⋅ n
=1352,8685.
Vпс ⋅ С пс
Расчет расхода выбрасываемой газовоздушной смеси (V1)
Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси (V1
,м3/с):
V1 =
B ⋅ Vпс ⋅ (273 + Т г )
=8,3567.
273
Средняя скорость поступления в атмосферу газовоздушной
V1
= 1,98.
Dф2
Диаметр факела (Dф, м): Dф=0,14·Lф+0,49·d=2,31.
7. Контрольные задачи
7.1. Рассчитать параметры выброса и валовые выбросы
вредных веществ от высотной факельной установки сжигания газовой смеси.
Исходные данные
Состав некондиционной углеводородной смеси
Составляющие смеси
Объемная доля, %
Метан (СН4)
85,1
Этан (С2Н6)
3,8
Пропан (С3Н8)
1,7
Бутан (С4Н10)
0,8
31
Составляющие смеси
Пентан (С5Н12) и высшие
Азот (N2)
Диоксид углерода (СО2)
Сероводород (Н2S)
Меркаптаны (RSH)
32
Объемная доля, %
1,5
4,8
0,6
1,7
-
Параметры установки: высота факельной установки равна 50
м; диаметр выходного сопла 0,25 м; объемный расход сжигаемой
смеси равен 3,1 м3/с; начальная температура газовой смеси равна
20ºС; продолжительность работы факельной установки составляет
700 ч/год.
7.2. Рассчитать параметры выброса и валовые выбросы
вредных веществ от высотной факельной установки сжигания газовой смеси.
Исходные данные
Состав некондиционной углеводородной смеси
Составляющие смеси
Объемная доля, %
Метан (СН4)
82,05
Этан (С2Н6)
5,33
Пропан (С3Н8)
2,13
Бутан (С4Н10)
0,81
Пентан (С5Н12) и высшие
0,27
Азот (N2)
0,79
Диоксид углерода (СО2)
5,0
Сероводород (Н2S)
3,62
Меркаптаны (RSH)
Параметры установки: высота факельной установки равна 40
м; диаметр выходного сопла 0,2 м; объемный расход сжигаемой
смеси равен 2,8 м3/с; начальная температура газовой смеси равна
20ºС; продолжительность работы факельной установки составляет
300 ч/год.
7.3. Рассчитать параметры выброса и валовые выбросы
вредных веществ от высотной факельной установки сжигания газовой смеси.
Исходные данные
Состав некондиционной углеводородной смеси
Составляющие смеси
Объемная доля, %
Метан (СН4)
85,31
Этан (С2Н6)
5,81
Пропан (С3Н8)
5,31
Бутан (С4Н10)
2,05
Пентан (С5Н12) и высшие
0,18
Азот (N2)
0,90
Диоксид углерода (СО2)
0,44
Сероводород (Н2S)
Меркаптаны (RSH)
Параметры установки: высота факельной установки равна 99
м; диаметр выходного сопла 1,6 м; объемный расход сжигаемой
смеси равен 20 м3/с; начальная температура газовой смеси равна
20ºС; продолжительность работы факельной установки составляет
1400 ч/год.
7.4. Рассчитать параметры выброса и валовые выбросы
вредных веществ от горизонтальной факельной установки
сжигания газоконденсатной смеси.
Исходные данные
Состав некондиционной углеводородной смеси
Составляющие смеси
Объемная доля, %
Метан (СН4)
80,849
Этан (С2Н6)
3,535
Пропан (С3Н8)
2,947
Бутан (С4Н10)
1,695
Пентан (С5Н12) и высшие
0,908
Азот (N2)
4,939
33
Составляющие смеси
Диоксид углерода (СО2)
Сероводород (Н2S)
Меркаптаны (RSH)
34
Объемная доля, %
1,55
3,45
0,127
Геометрические параметры факельной установки: диаметр
выходного сопла d=0,089м; расстояние между горизонтальной
осью трубы и уровнем земли h=0,8м; расстояние от плоскости выхода углеводородной смеси из сопла до противоположной стеки
амбара равно 10 м. Продолжительность работы факельной установки 4 часа в год. Объемный расход газоконденсатной смеси 1
м3/с. Температура сжигаемой смеси равна 30ºС.
7.5. Рассчитать параметры выброса и валовые выбросы
вредных веществ от горизонтальной факельной установки
сжигания газоконденсатной смеси.
Исходные данные
Состав некондиционной углеводородной смеси
Составляющие смеси
Объемная доля, %
Метан (СН4)
47,48
Этан (С2Н6)
1,92
Пропан (С3Н8)
0,93
Бутан (С4Н10)
1,06
Пентан (С5Н12) и высшие
2,58
Азот (N2)
1,98
Диоксид углерода (СО2)
21,54
Сероводород (Н2S)
22,50
Меркаптаны (RSH)
0,01
Геометрические параметры факельной установки: диаметр
выходного сопла d=0,01 м; расстояние между горизонтальной
осью трубы и уровнем земли h=0,8 м; расстояние от плоскости
выхода углеводородной смеси из сопла до противоположной стеки амбара равно 10 м. Продолжительность работы факельной ус-
тановки 10 часов в год. Объемный расход газоконденсатной смеси
равен 1,3 м3/с. Температура сжигаемой смеси равна 25ºС.
8. Контрольные вопросы
1.
Что такое максимально разовый и валовый выброс
вредных веществ?
2.
Какими параметрами характеризуется выброс
вредных веществ в атмосферу при сжигании некондиционных
углеводородных смесей на факельных установках?
3.
Какие основные элементы входят в состав факельной установки?
4.
Что такое высотная факельная установка?
5.
Что такое горизонтальная факельная установка?
6.
С какой целью используются наземные факельные
установки?
7.
Что такое дежурная горелка, ее функции?
8.
При разработке каких документов используется
программный продукт «Факел»?
9.
Какие типы факельных установок рассматриваются
в программе «Факел»?
10.
Какими исходными данными необходимо располагать для расчета параметров выбросов и валовых выбросов
вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей?
11.
Какие параметры позволяет определить ПП «Факел»?
35
Учебное издание
ФОМИНА Екатерина Евгеньевна
Учебное пособие по расчету параметров выбросов и валовых
выбросов вредных веществ в атмосферу от факельных установок
сжигания углеводородных смесей с использованием
программного продукта «ФАКЕЛ»
Компьютерная верстка: Е.Е. Фоминой
Подписано в печать
2008. Формат 60×901/16.
Печать офсетная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,1
Тираж 50 экз. Заказ №
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина
Адрес 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65