Методика расчета выбросов вредный веществ в окружающую среду от неорганизованных источников нефтегазового оборудования РД 39.142-00 (утв. Генеральным директором ОАО "НИПИгазпереработка" 25 апреля 2001 г.)

Срок введения установлен с 01.05.2001 г.

Взамен РД 39-142-96

Аннотация

Настоящая методика, разработанная взамен РД 39-142-96 действовавшего до 31.12.2000 г., предназначена для расчета неорганизованных выбросов, обусловленных утечками перерабатываемого углеводородного сырья и продуктов его переработки из технологических аппаратов, агрегатов и запорно-регулирующей арматуры установок и товарно-сырьаевых парков нефте- и газоперерабатывающих заводов (НПЗ, ГПЗ), компрессорных станций (КС), промысловых установок подготовки и переработки нефти и газа и др. объектов нефтегазовой промышленности при работе их в регламентном режиме.

В качестве исходных данных при разработке "Методики..." приняты как данные экспериментальных замеров, так и данные об утечках из нормативно-технической литературы.

В "Методике..." приведены ссылки только на действующие на 01.01.2001 г. стандарты и другие нормативные документы.

"Методика..." предназначается для использования при проектировании новых, реконструируемых и технически перевооружаемых технологических объектов, а также при выполнении расчетов ПДВ и др. экологических показателей действующих предприятий.

"Методика..." разработана отделом охраны окружающей среды и промышленной безопасности института НИПИгазпереработка (г. Краснодар).

Руководитель работ - главный специалист отдела, к.т.н. Е.М. Брещенко.

Настоящая методика предназначена для расчетного определения величины неорганизованных выбросов в атмосферу действующими и проектируемыми нефте- и газоперерабатывающими заводами, компрессорными станциями, промысловыми установками подготовки и переработки нефти и газа и другими предприятиями, перерабатывающими углеводородное сырье, при работе их в регламентных режимах.

В настоящей методике все термины и определения приняты в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74, ГОСТ 17.2.1.03-84, ГОСТ 17.2.1.04-77, ГОСТ 5197-85, ГОСТ 24856-81, действующими по состоянию на 01.01.2001 г.

1. Общие положения

1.1. Согласно определению ГОСТ 17.2.1.04-77 неорганизованным выбросом является "промышленный выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта".

В отличие от этого, организованный выброс согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 - это "промышленный выброс, поступающий в атмосферу через специальные газоходы, воздуховоды и трубы".

1.2. На предприятиях нефтегазовой отрасли, работающих в регламентном режиме, в состав неорганизованных выбросов входят:

- утечки в уплотнениях и соединениях технологических аппаратов и агрегатов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры (ЗРА), расположенных на открытых площадках установок;

- выбросы при продувке пробоотборных устройств и отборе пробы, сбросы постоянно отбираемой пробы в атмосферу;

- выбросы при продувке средств контроля и автоматики (КиА) и технологических аппаратов;

- выбросы при стабилизации давления в емкостях товарно-сырьевых парков и выполнении слива-налива.

Все перечисленные виды выбросов относятся к неорганизованным только в тех случаях, когда технологические объекты (оборудование, емкости, арматура) расположены вне производственных помещений, и не оборудованы системами отвода этих выбросов на свечу рассеивания или на факел.

1.3. Источники указанных выше неорганизованных выбросов можно классифицировать следующим образом:

- уплотнения неподвижные фланцевого типа, т.е. фланцы трубопроводов и арматуры, уплотнения крышек лазов, люков и т.п.;

- уплотнения подвижные, т.е. уплотнения вращающихся валов насосов, компрессоров и других технологических аппаратов и механизмов, содержащих технологическую среду, способную создавать выбросы вредных веществ;

- уплотнения и затворы запорно-регулирующей арматуры;

- сливо-наливные, продувочные, сбросные, пробоотборные и дренажные устройства, необорудованные системами отвода утечек и выбросов на свечу или на факел;

- "дыхательные" устройства емкостей легкоиспаряющихся жидкостей, необорудованных системами УЛФ (улавливания легких фракций).

1.4. Основными компонентами неорганизованных выбросов в атмосферу предприятий по подготовке, переработке, транспорту нефтяных и природных газов являются углеводороды парафинового ряда (предельные углеводороды) с числом атомов углерода от 1 до 6. В значительно меньших количествах в выбросах могут содержаться также наиболее низкокипящие углеводороды ароматического (бензол, толуол, ксилолы) и нафтенового (циклопентан, циклогексан и их метилпроизводные) рядов.

При переработке сероводородсодержащих газов раздельно подсчитывают выбросы по источникам, выделяющим неочищенный, частично очищенный и глубокоочищенный газ, и рассчитывают содержание сероводорода в выбросах пропорционально содержанию его в газе каждого источника. Аналогично рассчитывают неорганизованные выбросы других вредных примесей: двуокиси серы в газах установок по получению серы и очистки хвостовых газов, аминов, гликолей, метанола и т.п. в утечках с установок осушки и очистки газа.

1.5. На предприятиях, имеющих установки по подготовке и переработке нефти и (или) природного конденсата, неорганизованные выбросы с этих объектов рассчитываются аналогично однотипным выбросам и утечкам с газоперерабатывающих установок с использованием приведенных в настоящей методике нормативов для легких и тяжелых углеводородных жидкостей или по соответствующим методикам для нефтепереработки /1, 2/. Для легколетучих жидкостей (бензинов и аналогичных им по температуре выкипания) принимается полное испарение утечки и попадание всего выброса в атмосферу. Для более высококипящих жидкостей (керосин, газойли, стабилизированная нефть, используемые в технологии реагенты и т.п.) распределение утечки между выбросом в атмосферу за счет испарения и попадания в канализацию или в почву (в зависимости от местонахождения и обустройства источника утечки) может быть рассчитано по формулам (12) и (13) в руководящем материале /3/ или принято из технических соображений, исходя из свойств продукта, в частности, его экологической опасности, и величины утечки (см. ниже - пример 2).

1.6. В настоящей методике для определения мощности источников неорганизованных выбросов использованы данные или методы расчета, приведенные в действующих нормативно-технических документах, регламентирующих качество уплотнений, а также экспериментальные данные /4, 5/.

1.7. Согласно настоящей методике, определение общего неорганизованного выброса предприятия при регламентном режиме работы производится путем суммирования всех неорганизованных выбросов данного предприятия за принятый промежуток времени (секунда, час, сутки, год). Для расчета размера санитарно-защитной зоны (СЗЗ) используется эта величина, рассчитанная в г/с.

Для выбросов, имеющих различную интенсивность в зависимости от времени года (например, утечки антифриза из соединений и насосов систем теплоспутников; обогрева КИПовских шкафов и т.п.), рассчитываются отдельно величины для летнего и зимнего времени или по кварталам года.

1.8. При расчете организованных выбросов из вентиляционных устройств производственных зданий утечки из соединений аппаратов и машин, установленных и работающих в этих зданиях, рассчитываются таким же образом, как неорганизованные выбросы из аналогичных соединений аппаратов и машин, расположенных на открытых площадках.

1.9. Настоящая методика не предназначена для определения и расчета трансформации и движения веществ, содержащихся в неорганизованных выбросах, на промплощадке и за ее пределами.

1.10. При необходимости учета неорганизованных выбросов в нерегламентных ситуациях (аварии, пуско-наладочные и ремонтные работы) используются:

- при авариях - специальные методики расчета истечения газов, газожидкостных и испаряющихся жидкостных потоков в местах порыва трубопровода или аппарата /6/;

- при пуско-наладочных работах - принятые на основании имеющегося опыта нормативные потери газообразных и испаряющихся веществ /7/.

Величины этих выбросов (фактические или прогнозируемые), как правило, многократно превосходят неорганизованные выбросы при регламентных режимах работы. Они используются при необходимости оценки возможных максимальных из разовых концентраций или средних уровней загрязнения атмосферы в соответствии с ГОСТ 17.2.1.03-84. В последнем случае эти величины суммируются с неорганизованными выбросами при регламентном режиме в пределах заданного временного интервала (месяц, год).

2. Уплотнения неподвижные

2.1. К неподвижным уплотнениям относятся фланцы, уплотнения люков, лазов, смотровых окон, заглушек, создаваемые путем сжатия уплотнительной прокладки или уплотнительного кольца между двумя кольцами (фланцы), либо кольцом и крышкой (люки, лазы, заглушки).

2.2. Утечка через фланцевые соединения возможна только при нарушении правил расчета, изготовления, монтажа или эксплуатации. Наиболее вероятные величины утечки в одном фланцевом соединении приведены в приложении 1.

Там же, в приложении 1 приведены статистические данные о доле уплотнений, потерявших герметичность в ходе эксплуатации.

2.3. Расчет суммарных утечек через неподвижные уплотнения одного аппарата проводится путем подсчета общего числа фланцев, люков и др. неподвижных соединений фланцевого типа и умножением величины утечки через одно уплотнение на общее число соединений и долю их, потерявших герметичность.

Аналогично рассчитывается величина неорганизованных выбросов в мг/с через неподвижные уплотнения всех аппаратов, агрегатов, трубопроводов установки, находящихся вне производственных зданий, отдельно для каждого вида потока (парогазовый, легкий продукт, тяжелый продукт, потоки с различным компонентным составом) с последующим их суммированием по формуле:

(1)

где - суммарная утечка j-го вредного компонента через неподвижные соединения в целом по установке (предприятию), мг/с;

l - общее количество типов вредных компонентов, содержащихся в неорганизованных выбросах в целом по установке (предприятию), шт.;

m - общее число видов потоков, создающих неорганизованные выбросы, в целом по установке (предприятию), шт.;

- величина утечки потока i-го вида через одно фланцевое уплотнение, мг/с, (см. приложение 1);

- число неподвижных уплотнений на потоке i-го вида, шт.;

- доля уплотнений на потоке i-го вида, потерявших герметичность, в долях единицы (см. приложение 1);

- массовая концентрация вредного компонента j-го типа в i-м потоке в долях единицы.

3. Уплотнения подвижных соединений

3.1. Уплотнения подвижных соединений применяются на используемых в составе технологических установок центробежных, поршневых компрессорах и насосах, а также, детандерах, мешалках, реакторах и др. аналогичных агрегатах. Эти уплотнения служат для предотвращения, или сокращения утечек перекачиваемого продукта между вращающимся валом и корпусом агрегата.

3.2. В технических условиях на поставку компрессорного или насосного агрегата указывается в зависимости от типа уплотнения отсутствие или предельно допустимая величина утечки. Однако, по опыту эксплуатации, возможны утечки, отличные от указанных в ТУ, через подвижные соединения во всех типах компрессорных и насосных агрегатов (кроме герметичных, например, со встроенным электродвигателем или магнитной муфтой). Среднестатистические величины утечек через одно уплотнение для агрегатов различных типов и доли уплотнений, потерявших герметичность, приведены в приложении 1.

3.3. Неорганизованные выбросы через уплотнения подвижных соединений рассчитываются по компрессорам и насосам, установленным вне производственных зданий. Для каждого типа агрегатов, перекачивающих однотипный продукт, подсчитывается общее число уплотнений на них, которое умножается на среднюю величину утечки через одно уплотнение данного типа и данного вида перекачиваемого продукта, среднестатистическую долю соединений, потерявших герметичность, и концентрацию каждого вредного компонента выброса в отдельности.

Суммарные неорганизованные выбросы через уплотнения подвижных соединений в мг/с по установке (предприятию) определяются затем по формуле:

(2)

где - суммарная утечка j-го вредного компонента через подвижные соединения в целом по установке (предприятию), мг/с;

r - общее число типов подвижных соединений, создающих неорганизованные выбросы в целом по установке (предприятию), шт.;

- величина утечки потока i-го вида через одно уплотнение k-го типа, мг/с;

- число подвижных уплотнений k-го типа на потоке i-го вида, шт.;

- доля уплотнений k-го типа на потоке i-го вида, потерявших герметичность, доли единицы;

l, m, - см. пояснения к формуле (1).

4. Запорно-регулирующая арматура

4.1. На нефтегазовых объектах применяются следующие виды запорно-регулирующей арматуры (ЗРА):

- запорные задвижки, клапаны, краны, вентили, затворы;

- обратные клапаны и затворы;

- регулирующие клапаны и заслонки (исполнительные устройства регулирования расхода);

- предохранительные клапаны.

4.2. Любой вид ЗРА характеризуется герметичностью, прочностью и плотностью. Герметичностью затвора называется способность его не пропускать в закрытом состоянии газ, пар или жидкость по коммуникации, на которой установлена ЗРА.

Прочностью материала корпусов и сварных швов ЗРА называется способность их не подвергаться механическим деформациям в условиях эксплуатации и испытаний, а плотностью (или герметичностью по отношению к окружающей среде) - способность материала и уплотнительных соединений ЗРА не пропускать газ, пар или жидкость в этих условиях.

4.3. В состав неорганизованных выбросов от ЗРА (только от установленной вне помещений!) могут входить утечки через:

- фланцевые соединения арматуры с трубопроводом или штуцером технологического аппарата;

- разъемные соединения конструкции, например, крышка корпуса задвижки;

- сальниковые уплотнения вала исполнительного механизма задвижки, клапана, крана;

- негерметичность затвора, но только в тех случаях, когда один из выходов канала арматуры напрямую соединяется с атмосферой, не заглушен и не выведен в систему отвода на свечу рассеивания или на факел (дренажная задвижка, пробоотборный вентиль, предохранительный клапан).

4.4. Утечки через фланцевые соединения с технологической системой и через разъемные соединения корпуса арматуры учитываются при расчете неорганизованных выбросов через неподвижные соединения (см. п. 2.3).

4.5. Для расчета утечек через сальниковые уплотнения арматуры используются статистические данные величины утечки и доли негерметичной ЗРА из приложения 1 с расчетом по формуле (1). В случае сильфонного уплотнения вала задвижки (клапана) эти утечки равны 0.

4.6. Герметичность затворов запорной арматуры определена ГОСТ 9544-93 "Арматура трубопроводная запорная. Нормы герметичности затворов" (приложение 2); предохранительных пружинных полноподъемных клапанов - ГОСТ 9789-75 "Клапаны предохранительные пружинные полноподъемные" (приложение 3)" прочей ЗРА - по техническим условиям (ТУ), паспортам или др. нормативной документации на данное изделие.

Если тип ЗРА неизвестен или величина утечки в нормативно-технической литературе не оговорена, то величину утечки следует принимать по приложению 1, так же, как и долю затворов, потерявших герметичность.

5. Технологические продувки

5.1. При регламентных режимах работы систематические продувки на технологических объектах газопереработки выполняются:

- при отборе в пробоотборники проб газа, сжиженного газа или газожидкостных смесей для анализа;

- для проверки исправности предохранительных клапанов;

- при дренировании накопившейся в аппаратах и емкостях воды.

5.2. При отборе проб газа и сжиженных газов предварительно продувается пробоотборная линия аппарата (емкости), а после присоединения к линии пробоотборника продувается сам пробоотборник для вытеснения находившегося в нем воздуха или продукта от предыдущего пробоотбора.

В тех случаях, когда продувка осуществляется на открытой площадке непосредственно в атмосферу (без системы отвода на свечу или факел), усредненные неорганизованные выбросы в мг/с рассчитываются по формуле

(3)

где - суммарный выброс j-го вредного компонента при отборе проб в целом по установке (предприятию), мг/с;

- объем пробоотборника для i-го продукта,

- плотность отбираемого продукта при условиях (температуре и давлении) пробоотбора, кг/;

- кратность продувки, т.е. отношение объема (при условиях пробоотбора) продукта, выпущенного в атмосферу при продувке линии и пробоотборника к объему пробоотборника. Для газообразных продуктов в соответствии с ГОСТ 18917-82 принимается k = 30 при отборе в пробоотборники объемом 0,5 - 1,0 , k = 8 при отборе в баллоны объемом до 40 . Для сжиженных газов и для жидких нефтепродуктов по ГОСТ 2517-85 принимается k = 3,

- число отборов пробы i-го продукта за время , шт.

- период работы в регламентом режиме (сутки, недели, месяцы), за который анализируются выбросы, пересчитанный в часы;

l, m, - см. пояснения к формуле (1).

5.3. Согласно "Правилам безопасности в нефтяной и газовой промышленности" /8/ предохранительные клапаны соединены с отводами в факельную систему или на свечу рассеивания. Если продувки их при проверках направляются в эти отводы, то выбросы при продувке не входят в неорганизованные выбросы. Если же проверка клапана выполняется путем продувки через трехходовой кран непосредственно в атмосферу из аппарата, находящегося на открытой площадке /9/, то неорганизованные выбросы в мг/с рассчитываются по формуле:

(4)

где - суммарный выброс j-го вредного компонента при продувке всех предохранительных клапанов (ПК), продуваемых непосредственно в атмосферу, в целом по установке (предприятию), мг/с;

- величина утечки через каждый ПК i-го типа при одной продувке, кг.

(5)

где - площадь проходного сечения ПК i-го типа при продувке, (определяется из технических условий на ПК данного типа);

- абсолютное рабочее давление в аппарате, на котором установлен ПК, кг/;

- длительность одной продувки ПК, сек, (устанавливается инструкцией по i обслуживанию клапана);

, - молекулярная масса (кг/кмоль) и рабочая (режимная) температура (К) потока, пропускаемого через ПК при продувке;

- число продувок всех клапанов i-го типа, предусмотренных графиком проверки, отнесенное к одному часу работы установки, ;

, - см. пояснения к формуле (1);

- общее число типов ПК на установке (предприятии) в целом, шт. Клапаны каждого (i-го) типа идентичны по своим техническим характеристикам (f, P), свойствам пропускаемого потока (М, Т, состав) и продолжительности одной продувки ()

5.4. Дренирование накопившейся в аппаратах воды на нефтегазовых установках осуществляется, как правило, в закрытых системах и, следовательно, уходящие с водой газообразные и испаряющиеся продукты либо утилизируются из приемников воды, либо сбрасываются из них на свечу или факел и не входят, таким образом, в состав неорганизованных выбросов.

В случае, если дренаж из технологического аппарата или трубопровода вне помещения осуществляется в открытую воронку или емкость, неорганизованные выбросы при этом можно определить по формулам (4) и (5). При этом за принимается продолжительность закрытия дренажной задвижки с момента прорыва газовой фазы (обычно 10 сек), а вместо характеристик ПК используются соответствующие характеристики дренажной задвижки.

6. Хранение, слив и налив

6.1. Сжиженные газы хранятся под давлением в герметичных емкостях или при давлении, близком к атмосферному, в изотермических емкостях, оборудованных закрытыми системами отсоса и возврата испаряющихся углеводородов. Соответственно, неорганизованные выбросы из этих хранилищ возможны лишь, как и на технологических установках ГПЗ, через неплотности неподвижных и подвижных соединений, ЗРА, при отборе проб, дренировании подтоварной воды, т.е. рассчитываются по методам, изложенным выше в разделах 2-5.

То же относится и к сливу и наливу сжиженных газов: эти операции осуществляются через герметичные системы с уравнительными линиями паровой фазы или с поддавливанием газом.

6.2. Бензины и нефти хранятся при атмосферном давлении в емкостях, оборудованных воздушками - линиями для сообщения с атмосферой и уравнивания давления в емкости с атмосферным при "малых и больших дыханиях". Современные парки оборудуются системами улавливания легких фракций (УЛФ), практически исключающими выбросы углеводородов в атмосферу через воздушки. Однако, и при отсутствии системы УЛФ выбросы через воздушки при хранении и сливо-наливных операциях по определению ГОСТ 17.2.1.04-77 относятся к организованным.

Таким образом, и для хранилищ бензина и нефти неорганизованные выбросы рассчитываются аналогично описанному выше в п. 6.1 и не включают в себя выбросы из воздушек.

Организованные выбросы через воздушки этих емкостей рекомендуется рассчитывать по "Методическим указаниям по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров" /10/ и "Дополнению" к ним /11/.

6.3. Неорганизованные выбросы вредных веществ из углеводородных и других легкоиспаряющихся жидкостей, хранящихся в емкостях, необорудованных системами УЛФ или воздушками и напрямую сообщающихся с атмосферой через соответствующие дыхательные клапаны, могут быть также рассчитаны по формулам /10, 11/.

Список использованных источников

1. Методические указания по расчету валовых выбросов вредных веществ в атмосферу для предприятий нефтепереработки и нефтехимии. (РД 17-89). M: Миннефтехимпром, 1990.

2. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

3. Методика расчета вредных выбросов в атмосферу из нефтехимического оборудования. (РМ 62-91-90). Воронежский филиал Гипрокаучука. Воронеж, 1991.

4. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. /Справочник в 2-х частях. Под редакцией С. Калверта и Г.М. Инглунда. Часть 2. М: Металлургия, 1988.

5. Compilation of Air Pollutant Emission Factors. Vol. 1. Stationary Point and Area Sources. /V.S.EPA. AP-42, IV Edition, Sept. 1985.

6. Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. (ПБ 09-170-98) M: Госгортехнадзор, 1998.

7. Методические рекомендации по определению норм потерь углеводородного сырья при его подготовке и переработке на компрессорных станциях и газоперерабатывающих заводах. Краснодар, ВНИПИгазпереработка, 1989.

8. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. (РД 08-200-98) M: Госгортехнадзор, 1998.

9. Нормы технологического проектирования газоперерабатывающих заводов (РД 39-135-94, РД 51-1-95), Краснодар, 1995.

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

11. Дополнения к "Методическим указаниям по определению выбросов загрязняющих веществ из резервуаров. (Новополоцк, 1997)" СПб. НИИ Атмосфера, 1999.

12. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. СПб Изд. "Петербург-XXI век". 2000.

Генеральный директор ОАО "НИПИгазпереработка

Н.И. Корсаков