ВЕДОМСТВЕННЫЙ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

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

ВРД 39-1.13-051-2001

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

Содержание

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;

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

Q_i - 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.);

q_Г1 - количество метанола, содержащегося в поступающем газе, кг/1000 м³;

q_Г2 - количество метанола, растворяющегося в газовой фазе при его концентрации в водном растворе C₂, г/м³;

q_К1 - количество метанола, содержащегося в поступающем с газом углеводородном конденсате, г/м³;

q_К2 - количество метанола, растворяющегося в углеводородном конденсате при концентрации водометанольного раствора С₂, г/м;

G_УКПГ - 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:

ПДК_р.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.

ПДК_м.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.

ПДК_с.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:

____________

* - 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.).

* - 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;

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

Q_i - 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.);

q_Г1 - количество метанола, содержащегося в поступающем газе в растворенном виде, кг/1000 м³,

q_Г2 - количество метанола, растворяющегося в газовой фазе при его концентрации в водном растворе С₂, кг/1000 м³;

q_K1 - количество метанола, содержащегося в поступающем с газом углеводородном конденсате, кг/1000 м³;

q_K2 - 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 (G_УКПГ, т/год) определяются по формуле

G_УКПГ = 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

t_гидр = f (P)                                                                                                              (4)

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

Требуемое снижение температуры гидратообразования Dt определяется по формуле

Dt = t_гидр - t_газа,                                                                                                       (5)

где t_газа - 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).

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

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.

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

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.

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;

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

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

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

К_мет = Р_мет / Р_а,

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

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

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

m_мет - 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;

V_ч - 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);

x_мет, х_вод - 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;

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

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

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

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

V_p и N_p - объем, м³, и количество, шт, одноцелевых резервуаров.

Таблица 2

Значение опытных коэффициентов К_р [7]

* Примечание: ССВ - средства снижения выбросов

Таблица 3

Значение опытных коэффициентов К_об [7]

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;

y_i - величины утечек, кг/ч;

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

N_i и t_i - 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);

x_i - 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 N_i = 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 F_впi - 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]

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";

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

q_г - 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;

t_св - 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 Р_пл и давления газа в конце шлейфа Р_газа, а также соответствующие значения температуры t_пл и t_газа

Р_пл = 10 МПа; t_пл = 31 °С; Р_газа = 7,5 МПа; t_газа = 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)

q_г = 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 q_г 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:

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

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

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

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

 = -25 °С (по рис.4: Р_мет = 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. V_p = 300 м³; В = 1630 т/год; Х_мет = 0,95;

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

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

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

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

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

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

с_{водомет} = 0,967 т/м³; n_г = 11600 / (0,967 · 50) = 240; К_об = 1,35 (по табл.3) (резервуар в помещении:  =  = 16 °С, Р_{водомет} = 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 (V_ч = 60 м³/ч)

б)  г/с (V_ч = 0,5 м³/ч)

в)  г/с (V_ч = 0,25 м³/ч)

г)  г/с (V_ч = 0,04 м³/ч)

6.3. Расчет "залпового выброса"

Исходные данные:

V_пот = 0,0005 · Q_УКПГ = 0,0005 · 10000000000 = 5000000 м³/год

q_г = 0,25 кг/1000 м³

 = 3,493 · 10^-4 т/год (по таблице 5)

t_св = 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

V^св = V_пот / t_св = 5000000 / 4,38 = 1141552,5 м³/ч

(V^св / 3600 = 317 м³/с).

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

W_св = V_св / 0,785 (D_св)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

*⁾ Расшифровка значений Х_i, 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)

*⁾ 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. 238 с.

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. 157 с.

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. 13 с.

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