Оценка производительности факельной установки

РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ ПОПУТНЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ

Основные понятия и определения.

3.1. Факельная установка - устройство для сжигания в атмосфере, непригодного для использования, в народном хозяйстве, попутного нефтяного газа (ПНГ); является одиночным источником загрязнения атмосферы.

3.1.1. Высотная факельная установка – установка, в которой подача ПНГ под давлением в зону горения производится по вертикальному факельному стволу (трубе), высотой 4м и более.

3.1.2. Горизонтальная факельная установка - открытый амбар с подачей попутного нефтяного газа под давлением в зону горения по горизонтальному факельному стволу (трубе); конструкция амбара обеспечивает выход горящего факела в атмосферу под углом 45°.

3.2. Продукты сгорания попутного нефтяного газа, покидающие факельную установку, а также несгоревшие компоненты, являются потенциальным источником загрязнения окружающей атмосферы вредными веществами.

Качественная и количественная характеристики выбросов вредных веществ определяются типом и параметрами факельной установки и составом сжигаемого ПНГ.

3.3. Конструкции высотных и горизонтальных факельных установок обеспечивают бессажевое горение попутного нефтяного газа при выполнении установленного "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем", утв. Госгортехнадзором РФ от 21.04.92 следующего условия: скорость истечения сжигаемого газа должна превышать 0.2 от скорости распространения звука в газе.

3.4. Для оценки максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ в атмосфере, источником которых являются факельные установки, настоящая методика предусматривает выполнение расчетов следующих параметров:

- мощности выброса вредных веществ;

- расхода выбрасываемой в атмосферу газовой смеси;

- высоты источника выброса над уровнем земли;

- средней скорости поступления в атмосферу газовой смеси;

- температуры выбрасываемой в атмосферу газовой смеси.

1. Исходные данные

4.1. Проектные характеристики факельной установки

d₀ - диаметр выходного сопла, м;

h_В - высота факельной трубы (для высотных факельных установок), м;

h_Г - расстояние от выходного сопла до уровня земли (для горизонтальных факельных установок), м;

(h_Г > 0 для труб, проложенных выше уровня земли и h_Г < 0 в противном случае);

l_а - расстояние от выгодного сопла до противоположной стены амбара (для горизонтальных факельных установок), м.

4.2. Измеряемые характеристики

4.2.1. Объемный расход W_v (м³/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ;

4.2.2. Плотность r_Г, кг/м³;

4.2.3. Состав сжигаемого ПНГ V_i (% об):

- метан СН₄;

- этан С₂Н₆;

- пропан С₃Н₈;

- бутан С₄Н₁₀;

- пентан С₅Н₁₂;

- гексан С₆Н₁₄;

- гептан С₇Н₁₆;

- азот N₂;

- диоксид углерода СО₂;

- сероводород Н₂S (и/или меркаптаны).

Исходные данные приведены в таблице 4.1.

Расчет производится для высотной факельной установки, газ сжигается постоянно, скорость истечения ПНГ U, м/с – рассчитываем по (5.1.2) и Приложению Г. Плотность газа и низшая теплота сгорания даны, соответственно их не надо рассчитывать, а берем из таблицы с исходными данными.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

для расчета выбросов вредных веществ в атмосферу
при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках

Таблица 4.1

Оценка производительности факельной установки

5.1. Объемный расход W_v (м³/с) и скорость истечения U (м/с), сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа измеряется экспериментально, либо, при отсутствии прямых измерений, W_v рассчитывается по формуле:

W_v=0.785·U·d₀² (5.1.1)

где U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений);

d₀ - диаметр выходного сопла, м (по проектным данным факельной установки).

При отсутствии прямых измерений скорость истечения U принимается в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем" 1992г. равной

при постоянных сбросах:

U=0.2·U_ЗВ (5.1.2)

при периодических и аварийных сбросах:

U=0.5·U_ЗВ, (5.1.3)

где U_ЗВ - скорость распространения звука в ПНГ, рассчитываемая согласно Приложению Г.

5.2. Массовый расход W_g (кг/ч) сбрасываемого на факельной установке газа рассчитывается по формуле:

W_g=2826·U·d₀²·r_Г, (5.2)

где r_Г - плотность ПНГ, кг/м³, дано в таблице с исходными данными, (измеряется экспериментально, либо рассчитывается по объемным долям V_i (% об) и плотностям r_i (кг/м³) компонентов - см. Приложение А).

5.3. Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку, W_пp (м³/с):

, (5.3)

где W_v – объемный расход (м³/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ, рассчитываемой по формуле (5.1.1);

V_пс - объем продуктов сгорания (м³/м³), рассчитываемый по формуле 3 Приложения В

Т_Г - температура горения, рассчитываемая согласно п. 3.3