Инструкция по нормированию расхода и расчету выбросов метанола для объектов ОАО "ГАЗПРОМ"

Назва: 
Инструкция по нормированию расхода и расчету выбросов метанола для объектов ОАО "ГАЗПРОМ"

Download

Система нормативных документов в газовой промышленности

ВЕДОМСТВЕННЫЙ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ИНСТРУКЦИЯ

ПО НОРМИРОВАНИЮ РАСХОДА И РАСЧЕТУ ВЫБРОСОВ МЕТАНОЛА ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ОАО "ГАЗПРОМ"

ВРД 39-1.13-051-2001

УДК 628.512:561.721

Дата введения 01-12-2001

ПРЕДИСЛОВИЕ

РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно- исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ» (ООО «ВНИИГАЗ»)

СОГЛАСОВАН Министерством природных ресурсов РФ (№ 33-01-8/2140 от 29.05.2001 г.)

Министерством энергетики РФ (№ УГ-1229 от 14.02.2001 г.)

ВНЕСЕН Управлением науки, новой техники и экологии ОАО "Газпром"

УТВЕРЖДЕН Председателем Правления ОАО "Газпром" А.Б. Миллером

BBEДЕH В ДЕЙСТВИЕ Приказом ОАО "Газпром" № 87 от 29 ноября 2001 г.

ИЗДАН Обществом с ограниченной ответственностью "Информационно-рекламный центр газовой промышленности" (ООО "ИРЦ Газпром")

ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ

ВВЕДЕНИЕ

Все основные технологические процессы газовой промышленности (добыча, подготовка газа к транспорту и переработка, транспорт и подземное хранение газа) сталкиваются с проблемой гидратообразования, обусловленной возникновением при определенных условиях твердых кристаллических соединений газа с водой.

Основным промышленным способом предупреждения процесса гидратообразования и разложения уже образовавшихся гидратных отложений («пробок») является использование так называемых «ингибиторов» гидратообразования. В качестве основного промышленного ингибитора применяется метиловый спирт (метанол).

Настоящий документ разработан с целью создания единой методологической основы по определению расхода метанола и выбросов его паров от неорганизованных и организованных источников проектируемых, реконструируемых и действующих объектов ОАО «Газпром».

Результаты, полученные на основе расчетов в соответствии с настоящим документом, могут быть использованы при нормировании выбросов паров метанола в проектах ПДВ, а также в экспертных оценках для определения экологических характеристик газоперерабатывающего оборудования.

Инструкция устанавливает методику нормирования расхода метанола и определения выбросов паров метанола от объектов ОАО «Газпром».

Она предназначена для использования экологическими службами дочерних обществ, осуществляющих добычу, переработку и транспорт газа, научно-исследовательскими и проектными организациями ОАО «Газпром».

Область действия Инструкции распространяется на стационарные, точечные, площадные и протяженные постоянные и периодические источники загрязнения воздушного бассейна.

Ответственные исполнители:

От ООО "ВНИИГАЗ" д.т.н., нач.лаборатории Э.Б. Бухгалтер, к.г.н., вед.н.с. А.Г. Бурмистров

От НИИ "Атмосфера" к.г.н., нач.отдела М.С. Буренин, к.т.н., ст.н.с. А.С. Турбин

Исполнители: н.с. B.C. Дьячихина, к.г.н., ст.н.с. Б.О. Будников, инж. I кат. И.Э. Павлова, аспирант Е.А. Лужкова

Консультации при подготовке Инструкции оказывал зам. начальника УННТиЭ Е.В.Дедиков.

1. ССЫЛКИ НА НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

ГОСТ 17.2.1.04-77 Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий. ОНД-86.

2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

G - расход метанола по предприятию в целом, тыс.т/год;

Gi - удельный расход метанола на ингибирование i-го объекта УКПГ, входящего в состав предприятия, т/млн.м3 газа (кг/1000 м3);

Qi - объем газа, добываемого на i-ом объекте (УКПГ), млн.м3/год;

W - количество содержащейся в газе (или конденсате) жидкой воды, кг/1000 м3;

С2 - требуемая для предотвращения гидратообразования минимально необходимая концентрация метанола в водной фазе, % маc.;

C1 - концентрация закачиваемого в газ метанола (обычно 90 ... 95 % маc.);

qГ1 - количество метанола, со держащегося в поступающем газе, кг/1000 м3;

qГ2 - количество метанола, растворяющегося в газовой фазе при его концентрации в водном растворе C2, г/м3;

qК1 - количество метанола, содержащегося в поступающем с газом углеводородном конденсате, г/м3;

qК2 - количество метанола, растворяющегося в углеводородном конденсате при концентрации водометанольного раствора С2, г/м ;

GУКПГ - интегральный показатель по расходу метанола для условий конкретной УКПГ, т/год;

G1 - требуемый для обеспечения безгидратного режима удельный расход метанола для предупреждения гидратообразования в системе "шлейф-коллектор-сепаратор 1 ступени", кг/1000 м3;

G2 - то же для условий непосредственно на УКПГ, кг/1000 м3.

Остальные обозначения приведены в тексте под соответствующими формулами.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАНОЛА

3.1. Основные понятия и определения

Метиловый спирт (метанол) СН3ОН - простейший представитель гомологического ряда предельных спиртов, молекулярная масса 32,04; метанол - бесцветная легкоподвижная летучая горючая жидкость, сильный яд, действующий преимущественно на нервную и сосудистую систему, с резко выраженным кумулятивным действием. Использование метанола в качестве вещества, предупреждающего образование твердых кристаллических соединений газа с водой (гидратов), является основным промышленным способом предупреждения образования гидратных отложений в скважинах, промысловых коммуникациях и технологических аппаратах.

Гидраты природного газа или его компонентов - твердые кристаллические соединения газа (газов) с водой, которые при высоких давлениях существуют даже при положительных температурах. По структуре газовые гидраты - соединения включения (клатраты), образующиеся при внедрении молекул газа в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды.

Ингибиторы гидратов (гидратообразования) - вещества, меняющие равновесные параметры гидратообразования, т.е. обеспечивающие снижение температуры образования гидратов при постоянном давлении или повышение давления их образования при постоянной температуре.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) метанола в воздухе - максимальная концентрация, отнесенная к определенному времени осреднения, которая не оказывает вредного воздействия на человека при периодическом воздействии или на протяжении всей его жизни, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) - максимальный объем (количество) загрязняющего вещества, допускаемый для выброса в атмосферу в данном месте в единицу времени, превышение которого ведет к неблагоприятным последствиям в окружающей природной среде или опасно для здоровья человека.

Залповый выброс - резкое кратковременное повышение величины массового выброса от источника загрязнения атмосферы, предусмотренное технологическим регламентом работы источника выделения загрязняющего вещества.

3.2. Предельно допустимые концентрации

При установлении ПДК метанола в воздухе рабочей зоны или населенных мест следует ориентироваться на токсикологический показатель вредности или рефлекторную реакцию организма.

Для санитарной оценки воздушной среды используются следующие показатели:

ПДКр.з. - предельно допустимые концентрации метанола в воздухе рабочей зоны, мг/м3. Эта концентрация не должна вызывать у работающих с реагентом при ежедневном (кроме выходных дней) вдыхании в течение 8 ч (или другой продолжительности рабочего дня, но не более 40 ч в неделю) в период всего рабочего стажа заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки. Рабочей зоной считается пространство высотой 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих с метанолом.

ПДКм.р. - максимальная разовая концентрация метанола в атмосферном воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных) реакций в организме человека.

ПДКс.с. - среднесуточная предельно допустимая концентрация метанола в атмосферном воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

Перечисленные показатели для метанола в сравнении с другими ингибиторами гидратообразования (этиленгликолем и диэтиленгликолем), а также для сероводорода и сероводорода в смеси с углеводородами C1 – C5 таковы, мг/м3:

 

ПДКр.з.

ПДКм.р.

ПДКс.с.

ОБУВ

КОД

СН3ОН

5*

1

0,5

-

1052

ЭГ

0,1

-

0,5

1,000

1078

ДЭГ

0,2

-

-

0,200

1134

H2S

10+

0,008

0,008

-

0333

H2S в смеси

3

-

-

-

-

____________

* - опасен при поступлении через кожу.

3.3. Методы измерения метанола в газовых и газовоздушных средах

Существует большое количество различных методик контроля содержания метанола в газах и воздухе. В соответствии со справочником [3] под редакцией Л.К. Исаева рекомендуются методы, перечисленные в табл. 1.

Однако Госкомэкологией России для применения в воздухоохранной деятельности в "Перечне..." 1999 г. утверждены лишь две методики контроля содержания метанола в газовоздушных выбросах:

1. № 74. Методика выполнения измерений массовой концентрации циклогексана, циклогексена, метанола, бензола, акролеина, толуола, трихлорэтилена в промышленных выбросах хроматографическим методом. ОАО "Щекиназот" (срок окончания действия Методики - 2003 г.).

Метод измерения*

Метрологические характеристики

Наименование методики

Диапазон измерений, мг/м3

Границы погрешностей (Р=0,95)

 

Ф

0,12-1,2

±25 %

РД 52.04.186-89

Лабораторный анализ атмосферного воздуха для определения уровня загрязнения. Метанол: отбор проб в барботеры

ГХ

0,25 - 25

±25 %

РД 52.04.186-89

Лабораторный анализ атмосферного воздуха для определения уровня загрязнения. Метанол: отбор проб на молекулярные сита (ГХ-метод)

ГХ

0,25 - 10,0

±25 %

РД 52.18.302-91

Методика выполнения измерений массовой концентрации метанола в атмосферном воздухе.

* - Ф - фотометрический метод; ГХ - газохроматографический метод.

2. № 105. Методика измерения содержания первичных спиртов С1 – С10 в газовых выбросах промышленных производств (газохроматографический метод), ВФ ВНИИПАВ (срок окончания действия Методики 2000 г. по «Проекту "Перечня..." 2000 г.»).

4. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ МЕТАНОЛА

4.1. Нормирование расхода метанола

Более 90 % метанола, потребляемого в газовой отрасли, приходится на ингибирование системы добычи газа.

В системе добычи газа метанол расходуется на ингибирование скважин, шлейфов и УКПГ.

Особенность применения метанола состоит в необходимости корректировки его расхода в том случае, если этот реагент уже содержится в потоке поступающего газа. Данное обстоятельство имеет место на УКПГ и обусловлено высокой летучестью паров метанола, вследствие чего введенный ранее в газ метанол (например, в скважину или шлейф) содержится и на последующих участках сбора, подготовки и транспортировки газа.

Расход метанола при добыче по предприятиям газовой отрасли определяется как сумма "средневзвешенных" по объемам добываемого газа расходных показателей для входящих в него объектов.

Расчет производится по формуле

,                                                              (1)

где G - расход метанола по предприятию в целом, тыс. т/год;

Qi - удельный расход метанола на ингибирование i-го объекта УКПГ, входящего в состав предприятия, т/млн, м3 газа;

Qi - объем газа, добываемого на i-ом объекте (УКПГ), млн. м3/год.

В общем случае расчетная зависимость для определения удельного расхода метанола, вводимого в поток газа в конкретной точке, имеет вид

,       (2)

где DW - количество содержащейся в газе (или конденсате) жидкой воды, кг/1000 м3;

С2 - требуемая для предотвращения гидратообразования минимально необходимая концентрация метанола в водной фазе, % маc.;

C1 - концентрация закачиваемого в газ метанола (обычно 90...95 % маc.);

qГ1 - количество метанола, содержащегося в поступающем газе в растворенном виде, кг/1000 м3,

qГ2 - количество метанола, растворяющегося в газовой фазе при его концентрации в водном растворе С2, кг/1000 м3;

qK1 - количество метанола, содержащегося в поступающем с газом углеводородном конденсате, кг/1000 м3;

qK2 - количество метанола, растворяющегося в углеводородном конденсате при концентрации водометанольного раствора С2, кг/1000 м3.

При минерализации воды свыше 30-40 мг/л учитывается снижение температуры гидратообразования, обусловленное присутствием растворенных в воде солей. Зависимость снижения температуры образования гидратов от минерализации при различном содержании метанола в пластовой воде представлена на рис.1.

Наибольшие затруднения при нормировании расхода метанола связаны с условиями ингибирования системы "скважина - шлейф (коллектор) - входной сепаратор УКПГ".

Это обусловлено, в первую очередь, тем обстоятельством, что режимы работы скважин, шлейфов и коллекторов могут существенно различаться между собой. Вследствие этого расходные показатели по метанолу для них также могут заметно отличаться.

К числу факторов, способствующих такому различию, относятся производительность скважин, длина шлейфов и их загрузка, что обуславливает температурный режим их работы, количество выносимой из скважины воды и ее минерализацию; количество углеводородной жидкости и др.

Обоснование расхода метанола для конкретных условий работы скважины (если она работает в "гидратном" режиме) или шлейфа сложностей не вызывает. Трудности чаще всего возникают в получении достоверной исходной информации для расчетов, о которых упоминалось выше.

Рис. 1. Зависимость снижения температуры образования гидратов от минерализации при различном содержании метанола в пластовой воде

Для получения объективных данных требуется проведение регулярных замеров и сбор данных по условиям работы в системе добычи и первичной подготовки газа.

Интегральные показатели по расходу метанола для условий конкретной УКПГ (GУКПГ, т/год) определяются по формуле

GУКПГ = Q · (G1 + G2),                                                         (3)

где G1 - требуемый для обеспечения безгидратного режима удельный расход метанола для предупреждения гидратообразования в системе "шлейф-коллектор - сепаратор 1 ступени", кг/1000 м3;

G2 - то же для условий непосредственно на УКПГ, кг/1000 м3;

Q - объем поступающего на УКПГ газа, млн. м3/год.

При ингибировании метанолом скважин или шлейфов с использованием индивидуальных систем дозировки и метанолопроводов расчет по приведенным формулам обеспечивает получение достаточно точных результатов.

Если закачка ингибитора ведется с использованием общих метанолопроводов для нескольких скважин, то в получаемые расчетом данные вносится корректировка.

Данное обстоятельство обусловлено разными условиями работы скважин (шлейфов) и труднореализуемым контролем за распределением метанола по индивидуальным отводам от общего метанолопровода.

В результате требуемый расход метанола на стадии падающей добычи месторождений может длительное время оставаться на постоянном уровне и даже давать "всплески".

В этом случае обобщенный удельный показатель по расходу для всех скважин принимается равным для скважины с осредненными параметрами работы.

В связи со специфическими физико-химическими свойствами метанола, а также разнообразием условий промысловой подготовки газа расход этого реагента определяется расчетом для каждого конкретного объекта.

Температура гидратообразования в общем случае зависит от давления

tгидр = f (P)                                                                   (4)

и определяется для каждого месторождения индивидуально. В примерах приведены расчетные зависимости tгидр = f (P) для сеноманского газа Уренгойского ГКМ.

Требуемое снижение температуры гидратообразования Dt определяется по формуле

Dt = tгидрtгаза,                                                                 (5)

где tгаза - температура газа в конце "защищаемого" участка (иногда обозначается как t2).

Значение концентрации метанола в водном растворе, обеспечивающей заданное снижение температуры, определяется по преобразованной формуле Гаммершмидта

,                                        (6)

где 32 - молекулярная масса метанола; 1295 - константа Гаммершмидта.

Надежный безгидратный режим УКПГ достигается при концентрации метанола в 1,15-1,2 раза выше по сравнению с теоретической.

Влагосодержание газа рассчитывается по формуле

,                                 (7)

где А и В - эмпирические коэффициенты, зависящие от температуры.

Количество содержащейся в газе или конденсате жидкой воды определяется по уравнению

.                                  (8)

Равновесное содержание метанола в газовой фазе над водометанольным раствором определяется из выражения

,                                           (9)

где M0 - количество метанола, растворяющегося в газе при данном давлении и температуре (определяется по рис. 2).

Попадание метанола в атмосферу технологическими регламентами процессов добычи, транспорта и хранения газа не предусматривается. Тем не менее возможны потери метанола на всех этапах его транспортировки, хранения и применения:

1) вместе с потерями газа;

2) при проведении метанольно-кислотных обработок (для карбонатных коллекторов, например, на Оренбургском месторождении);

3) при освоении и продувке скважин при выходе их из бурения или капремонта;

4) при заполнении затрубного пространства скважин;

5) от испарения в факельных линиях;

6) от утечек в резервуарах, трубопроводах, насосах и т.д.

Оценить общие потери метанола можно, исходя из норм, регламентируемых Методикой [5]. Например, потери метанола от испарения при хранении в факельных линиях на установках регенерации принимаются равными 0,003 кг/1000 м3. В реальных условиях выбросы носят случайный характер. Вследствие низкой температуры кипения метанола (64, 65 °С) его потери возрастают при высокой температуре воздуха. Следует учитывать, что при отдельных технологических операциях доля метанола, попадающего в атмосферу, различна.

4.2. Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема промысловой обработки газа по методу НТС представлена на рис.3.

Газ из скважины поступает для отделения от жидкости в сепараторы. Перед поступлением в сепаратор С-1 в газ впрыскивается метанол. После сепаратора С-1 газ охлаждается в теплообменнике Т-1 потоком выделенного газа, далее проходит через промежуточный сепаратор С-3 и охлаждается в теплообменнике Т-2. После дросселя Д-1 он поступает в низкотемпературный сепаратор С-2.

Из сепараторов водометанольный раствор, насыщенный газом, поступает в приемную емкость Е-1, из которой насосом Н-2 подается в колонну регенерации К-1. Предварительно смесь подогревается в Т-3 кубовой жидкостью, которая отводится в канализацию.

Пары метанола из колонны охлаждаются до точки конденсации в холодильнике Т-4 водометанольным раствором из емкости Е-1. Далее регенерированный метанол поступает в емкость Е-2, откуда насосом Н-3 перекачивается в емкость Е-3 (основной объем) и возвращается в цикл. Частично метанол поступает в колонну регенерации в качестве рефлюксной жидкости.

Из емкостей Е-1, 2 выделяющееся из жидкости незначительное количество газа отводится на свечу.

В емкость Е-3 по мере необходимости подается также свежий метанол для компенсации потерь в цикле.

Рис. 2. Растворимость метанола в газе в системе "метанол-природный газ" (М0)


Рис. 3. Принципиальная схема промысловой обработки газа по методу НТС с использованием метанола для газовых месторождений

Условные обозначения:

С - 1,2,3 - сепараторы;

ПОТОКИ:

 

Т - 1,2,3 - теплообменники;

Е - 1,2,3 - емкости;

К - 1 - колонна регенерации метанола;

Н - 1,2,3 - насосы;

Д - 1 - дроссельное устройство.

 Жидкость

 Газ

 Газо(паро)жидкостная смесь

Возможные выбросы метанола


4.3. Определение выбросов метанола

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха парами метанола на объектах УКПГ являются:

• Неорганизованные источники:

1) разгружаемые транспортные емкости (авто- и железнодорожные цистерны, бочки, резервуары водного транспорта);

2) приемные и технологические резервуары "чистого" метанола и водо-метанольного раствора (BMP);

3) запорно-регулирующая арматура на внешних и внутренних технологических линиях УКПГ.

• Организованные источники:

1) непрерывного действия - вытяжные трубы систем общеобменной вентиляции из помещений основного технологического оборудования;

2) периодического действия - "залповые выбросы" от "свечей" при периодических продувках технологического оборудования.

4.3.1. Расчет выбросов в атмосферу при сливе метанола из транспортных цистерн

Как правило, слив метанола из транспортных цистерн производится под атмосферным давлением. В этих условиях выбросы в атмосферу происходят за счет так называемого "обратного выдоха", частичного вытеснения из цистерны воздуха, насыщенного парами сливаемой жидкости. При этом валовые выбросы в атмосферу рассчитываются по модифицированному уравнению [6]

                                 (10)

где 1,2·10-3 - коэффициент, который составляет 10 % от величины "большого дыхания" транспортной цистерны;

QЦН - годовой объем сливаемой из цистерн жидкости, м3/год;

хмет - мольная доля метанола (в водометанольном растворе) в сливаемой жидкости, для однокомпонентной жидкости (чистого метанола) хмет = 1;

Kмет - константа равновесия между паром и метанолом при температуре парогазового пространства транспортной цистерны, которая принимается как температура окружающего воздуха to.в, и определяется отношением

Кмет = Рмет / Ра,

где Рмет - давление паров метанола, мм.рт.ст. (определяется по рис. 4);

Ра = 760 мм рт.ст. - атмосферное давление;

,  - среднегодовая (среднесезонная для водного транспорта) и среднемесячная наиболее жаркого месяца года температуры окружающего воздуха, °С;

mмет - молекулярная масса метанола, кг/кмоль, равная 32,04.

Рис.4. Зависимость давления насыщенных паров метанола, мм.рт.ст., от температуры

Максимально разовые выбросы паров метанола при сливе из транспортных цистерн определяются по уравнению

, г/с,                           (11)

где 0,333 = 1,2 · 1000/3600 - коэффициент перевода кг/ч в г/с;

Vч - часовая производительность насоса (либо "самослива"), м3/ч, при перекачке метанола из транспортной емкости в приемный резервуар.

Остальные обозначения те же, что и в формуле (10).

4.3.2. Расчет выбросов паров метанола из приемных и технологических резервуаров

С учетом эксплуатационных особенностей резервуаров и состава размещаемых в них водометанольных растворов расчет выбросов паров метанола проводится по формулам [14]

, т/год, (12)

, г/с,                    (13)

где  - валовой, т/год, и  - максимально разовый, г/с выбросы паров метанола из каждого отдельного резервуара;

,  - давление насыщенных паров метанола при минимальной и максимальной (среднемесячных для наружных резервуаров) температурах соответственно, мм.рт.столба (определяется по рис. 4);

xмет, хвод - массовые доли метанола и воды в водометанольном растворе ("метаноле");

,  - опытный коэффициент, характеризующий эксплуатационные особенности резервуара (определяется по табл. 2);

 - максимальный объем паровоздушной смеси, вытесняемой из резервуара во время закачки в него жидкости (равен производительности насоса), м3/ч;

КВ - коэффициент, характеризующий распределение концентраций паров метанола по высоте газового пространства резервуара; при температурах менее +50 °С КВ = 1,00;

Коб - коэффициент (определяется по табл. 3), учитывающий оборачиваемость резервуара ,

где В - количество метанола, закачиваемое в резервуар в течение года, т/год;

rмет - плотность метанола, т/м3 (rмет = 0,792);

Vp и Np - объем, м3, и количество, шт, одноцелевых резервуаров.

Таблица 2

Значение опытных коэффициентов Кр [7]

Конструкция резервуаров

Объем резервуара Vp, м3

 

100 и менее

200-400

700-1000

2000 и более

Режим эксплуатации - "мерник". ССВ* отсутствует

Наземный вертикальный

0,90

0,63

0,87

0,61

0,83

0,58

0,80

0,56

Заглубленный

0,80

0,56

0,77

0,54

0,73

0,51

0,70

0,50

Наземный горизонтальный

1,00

0,70

0,97

0,68

0,93

0,65

0,90

0,63

Режим эксплуатации - "мерник". ССВ - понтон

Наземный вертикальный

0,20

0,14

0,19

0,13

0,17

0,12

0,16

0,11

Режим эксплуатации - "мерник". ССВ - "плавающая крыша"

Наземный вертикальный

0,13

0,094

0,13

0,087

0,12

0,080

0,11

0,074

Режим эксплуатации - "буферная емкость"

Все типы конструкций

Кр

0,10

0,10

0,10

0,10

* Примечание: ССВ - средства снижения выбросов

Таблица 3

Значение опытных коэффициентов Коб [7]

n

100 и более

80

60

40

30

20 и менее

Коб

1,35

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

4.3.3. Расчет выбросов метанола от запорно-регулирующей арматуры

Причиной выбросов паров метанола от запорно-регулирующей арматуры, находящейся под избыточным давлением, являются увеличивающиеся со временем эксплуатации потери метанолсодержащего газа либо протечки метанолсодержащей жидкости через неплотности герметизирующих уплотнений (прокладок, сальниковых набивок и т.п.). Расчеты выбросов паров метанола в этом случае проводятся по формулам:

а. Валовые выбросы, т/год, (от всех источников)1

.                                           (14)

б. Максимально разовые выбросы, г/с, (от каждого отдельного источника)

,                                                     (15)

где 10-3 и 0,278 = 103/3600 - коэффициенты перевода кг/ч в т/год и г/с соответственно;

yi - величины утечек, кг/ч;

bi - доля потерявших герметичность подвижных или неподвижных уплотнений запорно-регулирующей арматуры;

Ni и ti - соответственно количество, шт., и время работы в течение года, ч/год, однотипных источников выбросов паров метанола;

n - общее число имеющихся типов запорно-регулирующей арматуры и видов технологических потоков (среды: парогазовые, парогазожидкостные либо жидкостные);

xi - массовая доля метанола в соответствующей парогазовой или водометанольной среде.

4.3.4. Расчет выбросов паров метанола от организованных источников

Местная вытяжная вентиляция (включая общеобменную) отсасывает воздух из помещений, в которых расположено технологическое оборудование, в том числе неорганизованные источники выделения, такие, как резервуары водометанольные, запорно-регулирующая арматура. При этом концентрация вредных выбросов в воздухе, уходящем через вентиляционный патрубок наружу, рассчитывается по формуле, г/м3

,                                                    (16)

______________

1 Выражение в скобках при Ni = 1 справедливо для каждого отдельного источника.

где  - сумма вредных выбросов метанола от различных видов оборудования, установленного в помещении, г/с;

 - суммарная производительность вытяжных вентиляторов, вентилирующих данное помещение, м3/ч.

Скорость загрязненного воздуха на выходе из вентиляционных патрубков, м/с

,                                                          (17)

где Fвпi - площадь поперечного сечения вентиляционных патрубков, м2; рассчитывается раздельно для местных отсосов и для общеобменной вентиляции помещений.

Расчет выбросов паров метанола  через неплотности запорно-регулирующей арматуры, размещенной в помещениях насосных и компрессорных, проводится по формуле (15) с учетом величин утечек и процента потерявших герметичность уплотнений (табл. 4).

Таблица 4

Величины утечек подвижных и неподвижных уплотнений запорно-регулирующей арматуры, кг/ч [8]

Наименование оборудования, вид технологического потока

Величина утечки, yi

Доля потерявших герметичность уплотнений, bi

Запорно-регулирующая арматура

   

Среда газовая (природный газ с парами метанола)

0,0210

0,293

Легкие углеводороды, двухфазный поток (пары метанола над "чистым" метанолом - для метанолопроводов; метанол + газ + газовый конденсат)

0,0130

0,365

Предохранительные клапаны

   

Парогазовые потоки (природный газ с парами метанола)

0,136

0,460

Легкие жидкие углеводороды (пары метанола в метанолопроводах; метанол + газ + конденсат)

0,084

0,250

Фланцы

   

Парогазовые потоки (природный газ с парами метанола)

0,00073

0,030

Легкие углеводороды, двухфазный поток (пары метанола в метанолопроводах, конденсатопроводах)

0,00038

0,050

Уплотнение центробежного компрессора

   

(природный газ с парами метанола)

0,120

0,765

Сальниковое уплотнение поршневого компрессора

   

(природный газ с парами метанола)

0,115

0,700

Уплотнение насосов - торцовое

   

жидкие легкие углеводороды (пары метанола в метанолопроводах, конденсатопроводах)

0,080

0,638

При расчете выбросов паров метанола от технологического оборудования, расположенного в помещении УКПГ, кроме выделений от ЭРА и резервуаров по формулам (12-17), следует учитывать "залповые выбросы" при периодических продувках технологического оборудования, отводимые "на свечу" или "на факел".

4.3.5. Расчет "залпового выброса"

1. В случае сжигания газов продувки "на факеле" в зоне высоких температур (1000 °С и более) происходит полное сгорание метанола, поэтому расчет его выбросов не производится.

2. При отсутствии гидратов в скважине нет необходимости закачивать в нее метанол. Тогда продувка технологического оборудования УКПГ "на свечу" осуществляется "безметанольным" газом. В этом случае расчет выбросов паров метанола также не производится.

3. При продувке оборудования "на свечу" метанолсодержащим природным газом выбросы метанола можно рассчитать по формуле

, т/год;                                    (18)

, г/с,                                              (19)

где ,  - соответственно валовый и максимально-разовый выбросы паров метанола при продувке технологического оборудования "на свечу";

Vпот - определяемый по данным предприятия фактический объем потерь газа, м3, при проектировании принимается в размере 0,05 % от годовой производительности УКПГ;

qг - равновесное содержание метанола в газе, кг/1000 м3;

 - сумма потерь метанола от запорно-регулирующей арматуры на газовых линиях предприятия, определяемая по формуле (14), т/год;

278 = 1000000/3600 - коэффициент перевода т/ч в г/с;

tсв - время продувки оборудования "на свечу", ч/год, при проектировании принимается равным 0,05 % от годового фонда времени работы оборудования.

5. ПРИМЕР НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА МЕТАНОЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ДЛЯ ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Для проведения нормирования расхода и определения выбросов метанола в качестве исходных данных используются значения пластового давления Рпл и давления газа в конце шлейфа Ргаза, а также соответствующие значения температуры tпл и tгаза

Рпл = 10 МПа; tпл = 31 °С; Ргаза = 7,5 МПа; tгаза = 5 °С.

Параметры гидратообразования сеноманского газа по уравнению (4) таковы:

.

Указанное уравнение получено обработкой экспериментальных данных.

Для термобарических условий в конце шлейфа рассчитанная по данной формуле температура образования гидратов t = 9,8 °С.

Требуемое снижение температуры гидратообразования составляет (см. уравнение 5)

 °C.

Рассчитанное по уравнению (6) значение концентрации метанола в водном растворе для обеспечения заданного снижения температуры С2 = 10,6 % маc. С учетом необходимого на практике запаса (коэффициент запаса равен 1,2) принимаем к дальнейшему расчету значение С2 = 13 % маc.

Равновесное содержание метанола в газе определяется по уравнению (9)

qг = 3,2 · 9 · 13 / (1600 - 7 · 13) = 0,25 кг/1000 м3,

где 3,2 - значение М0, г/м3, для Р = 7,5 МПа и t = 5 °С (определяется по данным рис.2).

Найденные значения С2 и qг применимы для расчета по уравнению (2) при различном содержании в газе жидкой водной фазы. Количество поступающей с газом воды при водопроявлении скважин определяется замером. Например, замеренное количество воды превышает количество конденсирующейся влаги и составляет 0,75 г/м3.

Требуемый расход 95 %-го метанола определяется по уравнению (2) и составляет

G = (0,73 · 13) / (95 - 13) + (100 - 13) / (95 - 13) · 0,25 = 0,384 кг/1000 м3.

При минерализации воды свыше 30-40 мг/л учитывается снижение температуры гидратообразования, обусловленное присутствием растворенных в воде солей. Требуемая концентрация метанола в этом случае определяется в соответствии с данными рис.5.

Рис. 5. Определение концентрации метанола в водометанольном растворе

При отсутствии выноса пластовой воды количество конденсирующейся влаги определяется по уравнению (8). Для условий примера (при отсутствии выноса пластовой воды) эта величина равна

DW = 0,517 - 0,142 · 9 · 13 / (1600 – 7 · 13) = 0,386 кг/1000 м3.

Требуемый расход метанола в этом случае в соответствии с уравнением (2) составляет

G = (0,386 · 13) / (95 - 13) + (100 - 13) / (95 - 13) · 0,25 = 0,326 кг/1000 м3.

При годовом объеме газа 10 млрд. м3 и его потерях около 0,05 % потери метанола с газом составят

0,326 / 1000 · 10 000 000 000 · 0,0005 = 1630 кг/год.

Расчет потерь метанола на других этапах его транспортировки, хранения и применения, а также расчет выбросов метанола от организованных и неорганизованных источников УКПГ приведен ниже.

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ МЕТАНОЛА ОТ ОРГАНИЗОВАННЫХ И НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

6.1. Расчет выбросов при сливе железнодорожных цистерн

Исходные данные:

ОЦН = 2100 м3/год - годовой объем сливаемого из цистерн метанола;

xмет = 0,914 (95 % мас.) - мольная доля метанола в сливаемой жидкости;

 = -5 °С (по рис.4: Рмет = 23 мм рт.ст.);

 = +15 °C (по рис.4: Рмет = 80 мм рт.ст.);

 = -25 °С (по рис.4: Рмет = 6,5 мм рт.ст.).

Валовые выбросы паров метанола при сливе ж/д цистерн вычисляем по формуле (10)

 = 1,2 · 0,001 · 2100 · 23/760 · 0,914 · 32 / (273 - 5) = 0,0083 т/год.

При времени "самослива" одной железнодорожной цистерны объемом 60 м3 равном 1 ч максимально-разовый выброс паров метанола (11)

 = 0,333 · 60 · 80 / 760 · 0,914 · 32 / (273 + 15) = 0,214 г/с.

6.2. Расчет выбросов паров метанола из резервуаров

Исходные данные:

а. Приемный резервуар. Vp = 300 м3; В = 1630 т/год; Хмет = 0,95;

nа = 1630 / (0,792 · 300) = 6,87; Коб = 2,50 (по табл.3) (вне помещения).

б. Емкость свежего метанола. Vp = 50 м3; В = 3260 т/год; Хмет = 0,95;

nб = 3260 / (0,792 · 50) = 82,3; Коб = 1,50 (по табл.3) (вне помещения).

в. Емкость с регенерированным метанолом. Vp = 50 м3; В = 1630 т/год; Хмет = 0,95;

nв = 1630 / (0,795 · 50) = 41,2; Коб = 2,00 (вне помещения).

г. Емкость водометанольного раствора. Vp = 50 м3; В = 11600 т/год; Хмет = 0,13;

сводомет = 0,967 т/м3; nг = 11600 / (0,967 · 50) = 240; Коб = 1,35 (по табл.3) (резервуар в помещении:  =  = 16 °С, Рводомет = 83 мм рт.ст.)

Примечание. Пересчет мас. % в мольные доли

Валовые выбросы (12)

а)  т/год

б)  т/год

в)  т/год

г)  т/год

Максимально-разовые выбросы (формула 13)

а)  г/с (Vч = 60 м3/ч)

б)  г/с (Vч = 0,5 м3/ч)

в)  г/с (Vч = 0,25 м3/ч)

г)  г/с (Vч = 0,04 м3/ч)

6.3. Расчет "залпового выброса"

Исходные данные:

Vпот = 0,0005 · QУКПГ = 0,0005 · 10000000000 = 5000000 м3/год

qг = 0,25 кг/1000 м3

 = 3,493 · 10-4 т/год (по таблице 5)

tсв = 0,0005 · 8760 = 4,38 ч/год

Валовый "залповый выброс" по формуле (18) составит

 = 10-3 · 5000000 · 0,25 · 10-3 - 3,493 · 10-4 = 1,24965 = 1,25 т/год.

Максимально-разовый "залповый выброс" по формуле (19) составит

 = 278 · 5/4,38 = 317,4 г/с.

Расход продувочного газа "на свечу" составит

Vсв = Vпот / tсв = 5000000 / 4,38 = 1141552,5 м3

(Vсв / 3600 = 317 м3/с).

При диаметре продувочной "свечи" 1,42 м линейная скорость "залпового выброса" по формуле (17) составит

Wсв = Vсв / 0,785 (Dсв)2 = 317 / 0,785 (1,42)2 = 200 м/с.

Концентрация паров метанола в "залповом выбросе" по формуле (16) составит

 г/м3.

Таблица 5

Расчет выбросов паров метанола от ЭРА

Наименование оборудования, вид технологического потока

Кол-во ед. оборуд., шт.

Величина утечки, кг/ч

Доля потерявших герме-

тичность уплот-

нений, bi

Валовые выбросы Gi, т/год (14)

Максимально-

разовые выбросы Мi, г/с (15)

Время его работы, ч/г Ni/ti

Мас. доля метанола уi/Хi*)

От ед. оборудо-

вания

От Ni ед. оборудо-

вания

От ед. оборудо-

вания

От Ni ед. оборудо-

вания

1

2

3

4

5

6

7

8

Метанолопровод

             

Задвижки

3

8760

0,013

0,95

0,365

0,0395

0,118

0,0013

0,0039

Предохранительные клапаны

2

8760

0,084

0,95

0,25

0,175

0,0078

0,0039

0,0078

Фланцы

16

8760

0,00038

0,095

0,05

1,58·10-4

7,8·10-5

0,49·10-5

7,8·10-5

Насосы-торцовое уплотнение

3

8760

0,080

0,95

0,638

0,425

0,0405

0,0135

0,0405

Итого

       

1,7455

 

0,052208

Коллектор газа

             

Кран-отсекатель

2

8760

0,0210

0,00051

0,293

0,274·10-4

0,55·10-4

0,8·10-6

0,16·10-5

Фланцы

6

8760

0,00073

0,00051

0,03

0,96·10-7

0,58·10-6

0,31·10-8

0,18·10-7

Итого

       

0,556·10-4

 

0,1618·10-5

Газовая обвязка цеха УКПГ

             

Предохранительные клапаны

2

8760

0,136

0,00033

0,46

0,181·10-4

0,36·10-4

5,7·10-6

11,4·10-6

Фланцы

6

8760

0,00073

0,0003

0,03

0,042·10-6

0,7·10-6

0,19·10-8

0,3·10-7

Итого

       

0,367·10-4

 

11,43·10-6

Транспортный газопровод

             

Кран-отсекатель

2

8760

0,210

0,00010

0,293

0,053·10-4

0,106·10-4

0,17·10-6

0,34·10-6

Предохранительные клапаны

2

8760

0,0210

0,00010

0,46

0,548·10-4

1,1·10-4

1,74·10-6

3,48·10-6

Фланцы

12

8760

0,136

0,00010

0,03

0,192·10-7

0,23·10-6

0,61·10-9

0,73·10-8

Центробежный компрессор

1

8760

0,120

0,00010

0,765

0,804·10-4

0,804·10-4

0,25·10-5

0,25·10-5

Итого

       

2,012·10-4

 

6,327·10-6

Конденсатопровод

             

Задвижки

2

8760

0,013

0,002

0,365

0,831·10-4

1,662·10-4

2,6·10-6

5,2·10-6

Предохранительный клапан

1

8760

0,084

0,002

0,025

3,68·10-4

3,68·10-4

1,16·10-5

1,16·10-5

Фланцы

10

8760

0,00038

0,002

0,05

0,33·10-6

3,3·10-6

0,104·10-7

1,04·10-7

Насос

1

8760

0,080

0,002

0,638

8,94·10-4

8,94·10-4

2,83·10-5

8,94·10-5

Итого

       

1,42·10-3

 

4,52·10-5

Всего

       

1,75 т/год

 

0,52 г/с

*) Расшифровка значений Хi, в мас. долях

Плотность газа принята равной 0,755 кг/м3 (755 кг/1000 м3);

0,95 - содержание метанола в "чистом метаноле";

0,384:755 = 0,00051 - содержание метанола в коллекторе газа;

0,25:755 = 0,00033 - среднее равновесное содержание метанола в газе УКГП;

0,08:755 = 0,00010 - остаточное содержание метанола в транспортном газе;

0,34/1000:170/1000 = 0,34:170 = 0,002 - содержание метанола в углеводородном конденсате (определено из соотношения содержания метанола в газе к содержанию в газе углеводородного конденсата).

Таблица 6

Расчет выбросов от организованных источников (насосная, компрессорная, цех УКПГ - по данным табл. 5)

Наименование

оборудования

Кол-во ед.

Валовые выбросы Gi, т/год (14)

Макс.-разовые выбросы

Мi < г/с (15)

Смет, г/м3

(16)

W, м/с

(17)

От единицы

оборудования

От Ni ед.

оборудования

От единицы

оборудования

От Ni ед.

оборудования

1

2

3

4

5

6

7

8

Насосная метанола

             

(Vв = 16000 м3/ч;

Fвп = 0,785 м2)

             

Насос

1

0,425

0,425

0,0135

0,0135

0,0034

5,7

Задвижка

1

0,0395

0,0395

0,0013

0,0013

   

Фланцы

4

0,158·10-3

0,632·10-3

0,49·10-4

1,96·10-4

   

Итого

   

0,465 т/г

 

0,0150 г/с

   

Компрессорная

             

(Vв = 8500 м3/ч;

Fвп = 0,785 м2)

             

Компрессор центробежный

1

0,8·10-4

0,8·10-4

0,25·10-5

0,25·10-5

1,9·10-6

3,01

Кран-отсекатель

2

0,053·10-4

0,106·10-4

0,17·10-6

0,34·10-6

   

Предохранительный клапан

1

0,548·10-4

0,548·10-4

1,74·10-6

1,74·10-6

   

Фланцы

8

0,192·10-7

1,536·10-7

0,61·10-9

0,488·10-6

   

Итого

   

1,47·10-4

 

4,58·10-6

   

Цех УКПГ

             

(Ув =250000 м3

             

Рвп = 19,6 м2)

             

Кран-отсекатель

1

0,053·10-4

0,053·10-4

0,17·10-6

0,17·10-6

2,1·10-4

3,5

 

1

0,274·10-4

0,274·10-4

0,80·10-6

0,80·10-6

   

Задвижки

2

0,0395

0,079

0,0013

0,0026

   

Предохранительные клапаны

2

0,175

0,350

0,0039

0,0078

   

Фланцы*'

1

0,181·10-4

0,181·10-4

5,7·10-6

5,7·10-6

   

Резервуар водо-

1

0,548·10-4

0,548·10-4

1,74·10-6

1,74·10-6

   

метанольного

28

1,58·10-4

44,24·10-4

4,9·10-6

0,137·10-3

   

раствора

1

0,129

0,129

0,004

0,004

   

Итого

   

0,563

 

0,0145

   

*) Выбросы от фланцевых соединений взяты по максимуму (условно)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расчет предельно допустимых выбросов должен проводиться, основываясь на реальных параметрах работы систем добычи, промыслового сбора газа и станций подземного хранения. Особенность применения метанола состоит в необходимости корректировки его расхода в том случае, если этот реагент уже содержится в потоке поступающего газа. В связи со специфическими физико-химическими свойствами метанола, а также разнообразием схем применения метанола для обработки газа (на УКПГ, магистральном транспорте газа, станциях ПХГ и т.д.) расход этого реагента определяется расчетом для каждого конкретного объекта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М.: Химия, 1980.

2. Бухгалтер Э.Б. Гидраты природных и нефтяных газов // Итоги науки и техники. Сер. Разработка нефтяных и газовых месторождений. № 14. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1984.

3. Бухгалтер Л.Б., Дедиков Е.В., Бухгалтер Э.Б., Хабаров А.В., Ильякова Е.Е. Экологическая оценка воздействия работы объектов транспорта газа на окружающую среду / Транспорт и подземное хранение газа. № 5.1997. С.53 -59.

4. Методика расчета вредных выбросов в атмосферу от нефтехимического оборудования (РМ 62-91-90). Воронеж, 1990.

5. Перечень методик выполнения измерений концентраций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий. СПб, 1999.

6. Методические указания по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров. Новополоцк, 1997.

7. Методика расчета неорганизованных выбросов газоперерабатывающих установок. Краснодар, 1987.

8. Методика расчета выбросов вредных веществ в окружающую среду от неорганизованных источников нефтегазового оборудования. РД 39-142-96. М., 1996.

9. Бурмистров А. Г., Сперанский Б. В., Степанова Г. С. Причины высоких концентраций метанола в низкотемпературном сепараторе УКПГ / Газовая промышленность. 1986. №4. С.21-22.

10. Бухгалтер Э. Б. Метанол и его использование в газовой промышленности. М.: Недра, 1986. 238с.

11. Дегтярев Б. В., Бухгалтер Э. Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в северных районах. М: Недра. 1976. 197 с.

12. Истомин В.А., Бурмистров А. Г., Лакеев В. П. и др. Методические рекомендации по предупреждению гидратообразования на валанжинских УКПГ Уренгойского ГКМ. II. М.: ВНИИГАЗ, 1991. 157с.

13. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / Под ред. Л. К. Исаева. СПб: Эколого-анапитический информационный центр "Союз", 1998. 896 с.

14. Мартынова М. А., Чернова Е. Г., Захарова Т. И. Математическое моделирование и расчет на ЭВМ влагосодержания природного газа // Деп. во ВНИИЭгазпроме. 1988. №1113-гз 88. 13с.

15. Методика расчета норм расхода основных химреагентов при добыче и промысловой подготовке газа к дальнему транспорту. М., 1979. 45 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ССЫЛКИ НА НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАНОЛА

3.1. Основные понятия и определения

3.2. Предельно допустимые концентрации

3.3. Методы измерения метанола в газовых и газовоздушных средах

4. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ МЕТАНОЛА

4.1. Нормирование расхода метанола

4.2. Описание принципиальной схемы

4.3. Определение выбросов метанола

5. ПРИМЕР НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА МЕТАНОЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ДЛЯ ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ МЕТАНОЛА ОТ ОРГАНИЗОВАННЫХ И НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

6.1. Расчет выбросов при сливе железнодорожных цистерн

6.2. Расчет выбросов паров метанола из резервуаров

6.3. Расчет "залпового выброса"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Download