Мероприятия по охране атмосферного воздуха от загрязнения

В целях определения приоритетных (первоочередных) направлений по снижению выбросов ЗВ в атмосферу устанавливаются их категории опасности для контролируемой территории согласно следующей градации [14, 53]:

Категории опасности выбросов ЗВ (КОВ) 1 2 3

Индекс i-го ЗВ 10⁵ 10³-105 10³

Критерий i-го ЗВ определяется по формулам

КОВ_i= (М_i/ПДК_ссi)^аi , (6.1)

где М_i - мощность выброса и валовой выброс за год 1-го ЗВ на контролиру­емой территории, г/с и т/год; ПДК_ссi - среднесуточные предельно допустимые концентрации i-го ЗВ, мг/м³; а_i - постоянная, учитывающая класс опасности i-го ЗВ.

Приоритетные воздухоохранные мероприятия предусматриваются по максимально возможному снижению выброса каждого ЗВ в последовательности возрастания индекса опасности (т.е. в первую очередь для ЗВ 1-й категории опасности, затем - 2-й и т.д.).

В качестве примера можно привести данные по выбросам в атмосферу при эксплуатации одного из месторождений Предуралья (табл. 6.2). На основании расчетов параметров выбросов ЗВ в атмосферу можно определить приоритеты снижения выбросов в зависимости от КОВ.

Для промышленных сооружений рассмотренного месторождения основным ЗВ 2-й категории являются оксиды азота. К этой категории близок диоксид

Таблица 6.2 - Определение приоритетности снижения выбросов ЗВ

серы, а с учетом их эффекта суммации последние также можно отнести по КОВ ко 2-й категории.

Следующими по значению КОВ. являются УВ (предельные), сажа и диок­сид углерода. Последний ингредиент, как и УВ, превалирует по валовым выбросам, однако его токсичность несоизмерима с выбросами оксидов азота и серы.

Чтобы определить приоритетность воздухоохранных мероприятий для отделения источников, проводят их ранжирование и классификацию для каждо­го ЗВ по величине / (г/с)/(мг/м³):

, (6.2)

где М - мощность выброса ЗВ, г/с; ПДК_i - максимальная предельная допустимая концентрация для атмосферного воздуха населенных мест, мг/м³; Н- вы­сота источника загрязнения, м; при Н < 10 м значение I вычисляется как при H=10 м.

Если в зоне влияния радиусом до 200 высот максимальных труб имеется территория, подлежащая охране, то в соответствии с [53] в формуле ПДК заменяются на 0,8 ПДК.

Учитывая экологические ограничения (в зоне влияния месторождения расположены заповедные территории), данную регламентацию по ужесточению нормативов можно распространить на источники ЗВ рассматриваемого место­рождения.

При 0,001<I < 0,01 для источника выброса устанавливаются нормативы ПДВ на уровне фактических выбросов при полной нагрузке и нормальной работе оборудования. Выбросы данного вещества от источника декларируются в таблицах инвентаризации и экологическом паспорте промысла.

При I>0,01 проработка закономерностей распространения ЗВ и мероприя­тия по охране воздуха осуществляются в соответствии с требованиями "Методических указаний по регулированию выбросов при неблагоприятных метео­рологических условиях" (1986) по тем ЗВ, для которых выполняется неравенство

, (6.3)

где С_м - максимальная рассчитанная концентрация данного вещества, мг/м³.

Данные расчетов для одного из месторождений согласно предлагаемым критериям приведены в табл. 6.3.

В первую очередь для источников выбросов промоборудования необходимо проектировать мероприятия по снижению выбросов NO_x, SO₂, сажи, СО и УВ в последовательности:

буровая площадка =>факел сжигания попутного газа =>ДНС.

Рассмотрим мероприятия, осуществляемые для эффективного сжигания выбросов ЗВ для буровых площадок.

Таблица 6.3 - Источники загрязнения атмосферы (ИЗА) и определение их категории для снижения выбросов ЗВ

1. Отечественные буровые установки с отдельным приводом не имеют ней­трализаторов и сажевых фильтров, поэтому в период проходки скважин необ­ходимо совершенствовать системы выбросов отработанных продуктов сгора­ния дизельных двигателей. Снижение выброса дизелями твердых частиц можно сократить на 50 %. Наиболее эффективным методом снижения выбросов вред­ных соединений является установка нейтрализаторов и сажевых фильтров. Для дизелей мощностью 700 кВт, работающих на обедненных смесях с высоким NO_x, используются окислительные и восстановительные нейтрализаторы со степенью преобразования вредных выбросов до 95 % в диапазоне температур двигателя 350-420°С.

Для снижения выбросов СО и УВ используют специальные сотовые металлические вставки с платинородиевым покрытием. Срок их работы составляет более 20 тыс. ч при степени преобразования СО до уровня 90 %.

Для улавливания сажи неперспективны керамические фильтры с сотовой структурой в связи с возможностью проявления процессов самовоспламенения.

В настоящее время в практике снижения выбросов дизельных двигателей успешно зарекомендовали себя каталитические нейтрализаторы НКД-241 Центрального института моторостроения (ЦНИМС). Эффективность очистки по СО - до 85 %, по С_nН_n - до 70 %.

При цементировании скважин предлагается оборудовать цементировочные агрегаты ЦА-320М нейтрализаторами НД-59, разработанными в НАМИ, наряду с установками мокрой очистки. В качестве сорбента использован раствор Са(ОН)₂ с эффективностью очистки газов до 98 %. После отработки токсичная жидкость раствора гидроксида кальция, обогащенная сажей, нефтепродукта­ми и другими вредными веществами, используется для затворения цемента или тампонажной смеси. Это придает повышенную прочность цементу и тампонажным смесям, структурную вязкость суспензии, увеличивает деформацион­ную способность затвердевающего камня.

2. Факельное устройство месторождения оснащено установкой для бездым­ного сжигания газа. Однако в соответствии с табл. 6.3 основная проблема сни­жения выбросов ЗВ обусловлена поступлением в атмосферу при сжигании попутного газа таких ингредиентов, как NО₂ и SО₂.

Выбор системы снижения количества этих компонентов в продуктах сгора­ния обусловлен трудностью их подавления при относительно малых объемах выбросов в атмосферу и экономически неоправданным применением традиционных форм очистки отходящих газов. Как правило, каталитические мето­ды очистки газов от NО₂ дороги, и чаще используются "сухие" методы, осно­ванные на модернизации условий сгорания. Модернизация достигается путем сооружения специальных камер, позволяющих производить более полное сжигание NО₂ и СО. Для этого используют хорошо зарекомендовавшие себя устройства на газокомпрессорных станциях, выпускаемые для серийного пользования АО "ОРМА-Невский завод", конструкции "Южгипрогаза", НПО "Машпроект" и др. Эффект очистки достигается за счет замены одиночного отверстия на многогорелочные камеры сгорания, изменения положений отвер­стий в горелках, перераспределения воздушных потоков с подведением допол­нительных трактов подвода первичного воздуха, увеличения высоты трубы на факеле с целью предотвращения отрыва пламени, снижения температуры сго­рания, более интенсивного рассеивания газов в атмосфере и др. С помощью таких мероприятий можно уменьшить выходы оксидов азота в 1,7-2 раза с одновременным снижением выбросов СО.

Для очистки газов от SО₂ известно более 1000 способов и вариантов, однако на практике применяется не более 30. Это обусловлено дороговизной методов. Применительно же к факельным устройствам ДНС вследствие малых объемов выбросов (40-60 т в год) необходимость практической очистки от S0₂ не рассматривается.

В сложившихся условиях наиболее рационально использование отходя­щего тепла от сгорания попутных газов на местные технологические нужды. К ним можно отнести подогрев воды для отопления вахтового поселка, для более интенсивного ППД и приготовления пароводяных смесей, утили­зации образующихся флюидов и сточных вод, бытовых отходов пиролизом и др.

3. Одной из актуальных проблем защиты атмосферы от выбросов ЗВ явля­ется снижение объемов испарения из резервуаров хранения нефти (РВС 2000 и др.) и ГСМ.

Скорость испарения УВ зависит от ряда факторов - от упругости паров, фракционного состава температур. Различают потери от больших дыханий, от обратного выдоха и от вентиляции. Для ДНС эти потери составляют около 80 т/год. Учитывая возможные погрешности расчетного метода, весьма актуальными представляются данные "ТатНИПИнефти", полученные непосред­ственными замерами на РВС-2000 с температурой нефти 29-25 °С [51]. Дыха­тельная арматура резервуара была оснащена двумя дыхательными и двумя предохранительными клапанами НКМД-350 и КПР 1-350. Количество выделя­емого из нефти газа составляло от 0,01 до 0,28 м³/м³. Состав газа характеризо­вался следующими данными (объем, %): H₂S - 0,30; СО₂ - 13,27; СН₄ - 40,31; С₂Н₆ - 10,03; С₃Н₈ - 20,49; г-СН₂ - 4,47; и-С₄Н₁₀ - 7,78; г-С₅Н₁₂ - 1,53; и-С₅Н₁₂ - 1,22; ГС₆+ высшие - 0,6.

Экспериментально установлено, что на 1 т закачиваемой в резервуар нефти потери составляют около 1,1 кг, хотя нормативы (естественной убыли) в среднем для летнего периода с учетом поступления "горячей" нефти должны со­ставлять 0,6-0,8 кг/т. Расхождение приведенных данных свидетельствует о том, что реальные потери и, следовательно, максимальные концентрации УВ в воз­духе в летний период значительно выше расчетных.

Сокращение потерь УВ на испарение достигается путем проведения организационных и специальных мероприятий. Первые рационализируют эксп­луатацию всего комплекса резервуарного хозяйства за счет строгого соблю­дения всех правил, и прежде всего высокой степени герметизации. Особую важность при эксплуатации резервуара приобретают потери от вентиляции при частой оборачиваемости резервуара. Все операции необходимо прово­дить при максимальной герметизации рабочей зоны с сокращением числа пе­рекачек и по возможности при постоянной поддержке максимального напол­нения РВС-2000. Этим же значительно уменьшаются потери при большом и малом дыхании.

К специальным мероприятиям относят:

- применение резервуаров с уменьшенным объемом газового пространства;

- хранение нефти под повышенным давлением;

- применение газоуравнительных систем и установок по улавлива­нию УВ;

- использование отражательно-тепловой защиты резервуаров от солнечной радиации, применение плавающих крыш или понтонов;

- заглубление резервуаров в подземные пространства и др.

Особенно эффективна светлая окраска внешних и внутренних поверхнос­тей резервуаров, которая позволяет снизить потери на 50-60 % по сравнению с неокрашенными резервуарами. В последнее время за рубежом достаточно активно применяются адсорбирующие полимерные насадки, через которые проходят пары УВ при повышении температуры или заполнении емкости.

4. Кроме перечисленных мероприятий достаточно надежной системой ох­раны атмосферы от выбросов ЗВ являются следующие общетехнические мероприятия:

- полная герметизация всей системы сбора и транспортировки нефти и газа, соблюдение технологических регламентов и правил технической эксплуатации всех частей системы нефтедобычи;

- установка перепускных газовых клапанов в устьевой арматуре скважин;

- внедрение методов испытания и освоения скважин с минимальным выбросом веществ в атмосферу;

- 100 % контроль сварных соединений при строительстве трубопроводов и более жесткий контроль по обвязке устьев скважин;

- автоматизация технологического процесса, предупреждающая аварийные ситуации;

- в целях предотвращения повреждения трубопроводов при пересечении ими автомобильных дорог прокладка их в кожухах;

- блокировка оборудования при отклонении от нормальных условий объек­тов с аварийной ситуацией на пульт оператора;

- применение блочного оборудования как наиболее надежного;

- аварийное сжигание газа на площадках скважин при испытаниях с применением специальных устройств, обеспечивающих более полное и бездым­ное сгорание;

-обеспечение надежного режима работы факела за счет исключения попада­ния в факельную линию жидкой смеси УВ и предупреждения капельного выноса нефти;

- оборудование факельного стояка устройствами против затухания пламени.