Расчет выбросов газа при аварийных и залповых выбросах в системах газоснабжения природным газом
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

5.1 Аварии на газопроводах природного газа происходят в основном от повреждения различными машинами и механизмами, а также в результате коррозии и разрывов сварных швов.

5.2 Повреждения газопроводов землеройными механизмами (экскаваторами, ударными и буровыми установками) приводят к образованию отверстий в теле труб, разрушений стыковых соединений, трещинам. Как правило, при таких повреждениях возникают большие утечки газа, нередко сопровождаемые его воспламенением.

5.3 Значительное количество аварий связано с разрывами стыков.

Этот вид аварий представляет особую опасность , поскольку его возникновение внезапно.

Высок процент аварий из-за разрушения газопроводов от коррозии.

5.4 Расчет утечки газа из надземного газопровода (при любых видах повреждений) является стандартным расчетом истечения газа из трубопровода в атмосферу и определяется давлением газа в трубопроводе и площадью отверстия, а также его конфигурацией.

5.5 Более сложным является расчет утечки газа из подземного газопровода. Этот расчет определяется целым рядом факторов (кроме давления, площади и конфигурации отверстия):

глубиной заложения газопроводов, физическими и температурными характеристиками грунта, степенью его сопротивления движению газа.

В настоящей методике приводится упрощенный метод расчета возможного выброса газа в условиях повреждения газопровода (подземного и надземного).

 

5.6 Выбросы газа при повреждениях газопроводов рассчитывают в зависимости от размера аварийного отверстия и давления в газопроводе.

При расчете подземных газопроводов сопротивлением грунта пренебрегается и считается, что весь газ выходит в атмосферу.

 

5.6.1 Определение величины выброса газа при частичном разрушении сварного стыка.

Наиболее характерный случай для подземных газопроводов - разрыв сварного стыка. При частичном разрыве сварного шва по периметру образуется щель между разорванными кромками. Щель может быть в виде тонкой трещины.

Удельное количество выбросов газа, истекающего в атмосферу из щели в сварном шве стыка газопровода Gг, г/с, определяется по формуле [16]

                        Gг = j × f × Wкр × rг × 1000,                                (5.1)

где j - коэффициент, учтиывающий снижение скорости;

  f - площадь отверстия , м2, определяется по формуле

                                      f = n × p × d × d ,                                   (5.2)

где n - длина линий разрыва наружного периметра трубы

       газопровода, в % от общего периметра;

d - диаметр газопровода, м;

d - ширина щели, м.

Скорость выброса газа из щели в сварном шве стыка газопровода Wкр, м/с, будет равна критической и определяется по формуле

                                       ,                             (5.3)

где To - абсолютная температура газа в газопроводе, К;

  rог - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3.

Плотность газа перед отверстием в газопроводе rг, кг/м3, определяется по формуле

                                      ,                               (5.4)

где T1 - абсолютная температура окружающей среды, К;

To - абсолютная температура газа в газопроводе, К;

Po - абсолютное давление газа в газопроводе в месте

  расположения сварного стыка, Па;

P1 - атмосферное давление , Па.

При расчетах принимается P1 = 101325 Па.

 

Пример.

Определить удельную величину выброса газа при частичном разрушении сварного стыка на подземном газопроводе среднего давления. Длина линии разрыва составила 50% периметра трубы газопровода диаметром dу=150 мм. Давление газа в газопроводе

Pизб = 300000 Па (Pабс = 400000 Па). Температура газа в газопроводе To= +15°С ( 288 К). Температура окружающей среды T1=+13°С (286К). Ширина раскрытия щели d = 1 мм, j = 0,97.

 

По формуле (5.2)

f = 0,5 × 3,14 × 0,15 × 0,001 = 0,000236 м2

 

По формуле (5.3)

W =

По формуле (5.4)

 

   286 400000

rг = ----- × --------- × 0,7168 = 2,81 кг/м3

   288 101325

Удельное количество выбросов газа по формуле (5.1)

Gг = 0,97 × 0,000236 × 410,914 × 2,81 × 1000 = 264 г/с

 

5.8 Объемный расход природного газа при полном раскрытии газопровода определяется в зависимости от избыточного давления перед местом утечки и площади разгерметизации.

При давлении газа в пределах 5 - 90 кПа часовой расход газа Vг , м3/ч, определяется по формуле [16]

        ,           (5.5)

где f - площадь отверстия, м2;

Po - абсолютное давление газа перед местом утечки, Па;

rог - плотность газа в нормальных условиях, кг/м3;

To - абсолютная температура газа перед местом утечки, К;

P1 - абсолютное давление газа на выходе из места утечки, Па.

j - коэффициент снижения скорости.

При давлении газа перед местом утечки больше 90 кПа наступают критические условия истечения. В этом случае расход газа Vг , м3/ч, определяется по формуле

                                 ,                                  (5.6)

Результаты расчетов выбросов природного газа при разрушении газопроводов по формулам (5.5) и (5.6) в зависимости от давления газа и диаметра газопровода приведены в таблице 5.1.


Таблица 5.1 - Часовые выбросы природного газа из аварийно поврежденного газопровода,

 

Давление газа,

Условный диаметр газопровода, мм

Pизб, Па (кгс/см2) 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2 000 (0,02) 0,08 0,06 0,16 0,12 0,25 0,18 0,41 0,29 0,63 0,45 0,98 0,71 1,56 1,12 2,21 1,59 3,94 2,82 6,15 4,41 8,86 6,35 12,05 8,64 15,74 11,29 - -
50 000 (0,5) 0,82 0,59 1,31 0,94 2,05 1,47 3,39 2,43 5,13 3,68 8,12 5,82 12,63 9,05 18,20 13,05 32,23 23,10 50,35 36,09 72,57 52,02 98,73 70,77 128,90 92.40 201,47 144,42 394,83 283,01
100 000 (1,0) 1,13 0,81 1,83 1,31 2,82 2,02 6,35 4,55 8,75 6,27 11,14 7,99 17,35 12,44 24,97 17,90 44,29 31,75 69,26 49,65 99,72 71,48 135,69 97,26 177,16 126,99 276,88 198,47 542,61 388,94
200 000 (2,0) 1,72 1,23 2,79 2,00 4,26 3,06 6,98 5,00 10,58 7,58 16,73 11,99 25,99 18,63 37,47 26,86 66,42 47,61 103,89 74,47 149,57 107,21 203,52 145,89 265,76 190,50 415,33 297,71 813,93 583,43
250 000 (2,5) 1,93 1,41 3,20 2,29 4,92 3,53 8,15 5,84 12,34 8,85 19,52 13,99 30,34 21,75 43,71 31,33 77,49 55,54 121,20 86,87 174,50 125,08 237,47 170,22 310,04 222,24 484,54 347,32 949,56 680,64
300 000 (3,0) 2,3 1,65 3,7 2,65 5,6 4,01 9,31 6,67 14,10 10,11 22,3 15,98 34,7 24,87 49,9 35,77 88,6 63,51 138,5 99,28 199,4 142,93 271,4 194,54 354,3 253,96 553,8 396,96 1085,2 777,87
350 000 (3,5) 2,5 1,79 4,1 2,94 6,3 4,52 10,47 7,5 15,87 11,38 25,1 17,99 39,0 27,96 56,2 40,28 99,7 71,46 155,8 111,68 224,4 160,85 305,3 218,84 398,6 285,72 623,0 446,57 1220,9 875,14
400 000 (4,0) 2,8 2,01 4,6 3,30 7,1 5,09 11,64 8,34 17,63 12,64 27,9 20,00 43,4 31,11 62,4 44,73 110,7 79,35 173,1 124,08 249,3 178,70 339,2 243,14 442,9 317,47 692,2 496,17 1356,5 972,34

 


Продолжение таблицы 5.1

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
450 000 (4,5) 3,10 2,22 5,04 3,61 7,76 5,56 12,80 9,18 19,39 13,90 30,64 21,96 47,71 34,20 68,66 49,22 121,80 87,31 190,45 136,51 274,23 196,57 373,14 267,47 487,18 349,21 761,41 545,78 1492,2 1069,6
500 000 (5,0) 3,39 2,43 5,50 3,94 8,46 6,06 13,96 10,01 21,16 15,17 33,43 23,96 52,05 37,31 74,90 53,69 132,87 95,24 207,76 148,92 299,16 214,44 407,06 291,78 531,47 380,96 830,63 595,40 1627,8 1166,8
550 000 (5,5) 3,67 2,63 5,96 4,27 9,17 6,57 15,13 10,85 22,92 16,43 36,21 25,96 56,38 40,41 81,14 58,16 143,94 103,18 225,08 161,34 324,10 232,31 440,99 316,10 575,76 412,70 899,85 645,01 1763,5 1264,1
600 000 (6,0) 3,95 2,83 6,42 4,60 9,87 7,07 16,29 11,68 24,68 17,69 39,00 27,96 60,72 43,52 87,38 62,63 155,01 111,11 242,39 173,75 349,02 250,18 474,91 340,42 620,05 444,45 969,07 694,63 1899,1 1361,3
650 000 (6,5) 4,23 3,03 6,88 4,93 10,6 7,58 17,45 12,51 26,45 18,96 41,79 29,96 65,06 46,64 93,62 67,11 166,08 119,05 259,70 186,15 373,95 268,05 508,83 364,73 664,34 476,20 1038,3 774,25 2034,8 1458,5
700 000 (7,0) 4,51 3,23 7,33 5,25 11,3 8,09 18,62 13,35 28,21 20,22 44,57 31,95 68,83 49,34 99,86 71,58 177,16 126,99 277,02 198,57 398,88 285,92 542,75 389,04 708,62 507,94 1107,5 793,86 2170,4 1555,8
750 000 (7,5) 4,80 3,44 7,79 5,58 12,0 8,59 19,78 14,18 29,97 21,48 47,36 33,95 73,73 52,85 106,10 76,05 188,23 134,92 294,33 210,96 423,81 303,79 576,67 413,36 752,91 539,69 1176,7 843,48 2306,1 1653,0
800 000 (8,0) 5,08 3,64 8,25 5,91 12,7 9,10 20,95 15,02 31,74 22,75 50,14 35,94 78,07 55,96 112,34 80,53 199,30 142,86 311,65 223,39 448,74 321,66 610,60 437,68 797,20 571,43 1245,9 893,10 2441,8 1750,3
850 000 (8,5) 5,36 3,84 8,71 6,24 13,1 9,61 22,11 15,85 33,50 24,01 52,93 37,94 82,41 59,07 118,59 85,01 210,37 150,79 328,96 235,80 473,67 339,53 644,52 461,99 841,49 603,18 1315,2 942,71 2577,4 1847,5
900 000 (9,0) 5,64 4,04 9,17 6,57 14,1 10,1 23,27 16,68 35,26 25,27 55,71 39,93 86,74 62,18 124,83 89,48 221,45 158,74 346,27 248,21 498,60 357,40 678,44 486,31 885,78 634,93 1384,4 992.32 2713,1 1944,7
950 000 (9,5) 5,92 4,24 9,63 6,90 14,8 10,6 24,44 17,52 37,03 26,54 58,50 41,93 91,08 65,29 131,07 93,95 232,52 166,67 363,59 260,62 523,53 375,27 712,36 510,62 930,07 666,67 1453,6 1041,9 2848,7 2042,0

 

 

Продолжение таблицы 5.1

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 000 000 (10,0) 6,21 4,45 10,1 7,23 15,5 11,1 25,60 18,35 38,79 27,80 61,29 43,93 95,42 68,40 137,31 98,42 243,59 174,61 380,90 273,03 548,46 393,14 746,28 534,93 974,36 698,42 1522,8 1091,6 2984,4 2139,2
1 050 000 (10,5) 6,49 4,65 10,5 7,56 16,2 11,6 26,76 19,18 40,55 29,07 64,07 45,93 99,76 71,51 143,55 102,90 254,66 182,54 398,21 285,44 573,39 411,01 780,21 559,25 1018,7 730,17 1592,0 1141,2 3120,0 2236,4
1 100 000 (11,0) 6,77 4,85 11,0 7,88 16,9 12,1 27,93 20,02 42,31 30,33 66,86 47,93 104,1 74,61 149,79 107,37 265,73 190,48 415,53 297,85 598,33 428,88 814,13 583,57 1062,9 761,92 1161,3 1190,8 3255,7 2333,7
1 150 000 (11,5) 7,05 5,05 11,5 8,21 17,6 12,6 29,09 20,85 44,08 31,60 69,64 49,92 108,477,72 156,03 111,84 276,81 198,42 432,84 310,26 623,26 446,75 848,05 607,88 1107,23 793,66 1730,5 1240,4 3391,3 2430,9
1 200 000 (12,0) 7,33 5,25 11,9 8,54 18,3 13,2 30,25 21,68 45,84 32,86 72,43 51,92 112,8 80,83 162,28 116,32 287,88 206,35 450,15 322,67 648,19 464,62 881,97 632,20 1151,51 825,40 1799,7 1290,0 3527,0 2528,1

 





Приложение А

Пример расчета выбросов загрязняющих веществ от ГНС

 

Задача

Определить расчетным методом количество выбросов загрязняющих веществ от ГНС (газонаполнительной станции) за год и текущие выбросы.

 

Исходные данные

 

 

Производительность ГНС, т/год

39000

  Режим работы станции

в одну смену

  Температура наружного воздуха, °С

        24,9

  Содержание пропана в смеси, %

        40

 

Производственные цеха:

1.

Сливная эстакада:

 

 

Сливной пост, шт.

5

2.

База хранения:

 

 

Резервуар емкостью 50 м3, шт.

28

3.

Автогазозаправочный пункт:

 

 

Колонка для заправки газобаллонных автомобилей, шт.

1

 

Количество, заправляемых сжиженным газом автомобилей, штук в сутки

 

8

4.

Пункт для заправки автоцистерн:

 

 

Колонка для заправки автоцистерн, шт.

4

 

Количество заполняемых автоцистерн, штук в сутки

27

5.

Отделение слива и пропарки:

 

 

Количество постов пропарки, шт.

6

 

Производительность, баллонов в смену

96

 

Станок для слива газа из баллонов емкостью 50 л

ТХД 1-50

 

Производительность, баллонов в смену

140

6.

Наполнительное отделение:

 

 

Карусельный наполнительный агрегат

УНК-18

 

Производительность агрегата, баллонов в смену

1050

 

Количество постов для наполнения 5-литровых баллонов, шт.

2
 

Производительность поста, баллонов в смену

35

7.

Насосно-компрессорное отделение:

 

 

Насос 2ХГ, шт.

2

 

Компрессор П110, шт.

1

 

Компрессор АУ 45, шт.

1

 

Компрессор АВ 100, шт.

1

8.

Внутриплощадочные трубопроводы:

 

 

Количество предохранительных клапанов, шт.

5

             

 

 

1. Сливная эстакада. Источник выброса газа :

- “свеча” от шланга.

1.1 Расчет количества выбросов газа выделяющихся при сливе железнодорожных цистерн. Формулы ( 2.1, 2.2, 2.3, 2.4).

 г

Принимаем время выпуска паровой фазы из шланга железнодорожных цистерн - 60 с.

 г/с

где 3 - количество шлангов на каждом посту.

Годовое количество выбросов газа.

Количество железнодорожных цистерн, получаемых станцией, равно:

 цистерн в год

Gг = 4,317 × 30 × 1835 = 0,2377 т/год

Для одного поста слива:

 т/год

где 5 - количество постов.

 

2. База хранения. Источники выброса газа:

- контрольный вентиль на резервуаре;

- “свеча” от предохранительного клапана;

- вентиль для сброса остатка газа из резервуара.

2.1. Расчет количества выбросов газа из вентиля контроля. Формулы (2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10,2.11).

d= 0,006 м

 кг/м3

 кг/м3;

г/с

 г/с

 г/с

 

Принимаем, что при контроле уровня из вентиля 1 раз выходит двухфазная смесь, 2 раза - паровая фаза.

 

Определяем частоту заполнения резервуаров базы хранения:

 раз в год

Годовое количество выбросов газа:

Gг = (28,6 + 2 × 5,63) × 4 × 1835 = 0,2926 т/год

 

2.2 Количество выбросов газа при проверке предохранительных клапанов на резервуарах. Формула (2.20, 2.21, 2.22, 2.23).

Выброс происходит в течение t = 1 с

Для 50-кубовых резервуаров:

 кг/м3

кг/ч=2489,37 г/с

Годовое количество вещества в выбросе:

Gг  = 2489,37 ×1 × 56 × 12 = 1,673 т/год

 

2.3 Расчет количества газа при сбросе остатков газа из резервуаров. Формулы (2.7, 2.10, 2.11).

d = 0,02 м

г/с

Количество выходящего газа при сбросе остатков газа из резервуаров:

3,82 × 50 × 28= 5348 кг

Внутренний осмотр резервуаров проводится 1 раз в 4 года.

Таким образом, годовое количество выбросов газа:

Gг =  кг/год = 1,337 т/год

 

3 Автогазозаправочный пункт. Источники выброса газа:

- контрольный вентиль на баллоне;

- “свеча” от шлангов колонки;

- струбцина.

3.1 Расчет количества выбросов газа из контрольного вентиля баллонов на газобаллонных автомобилях. Формулы (2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 2.11).

d = 0,002 м

 кг/м3

 кг/м3;

 г/с

 

 г/с

Gс = 3,8 + 0,84 = 4,64 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = (3,8 + 2 ×0,84) × 4 × 8× 255 = 0,04472т/год

 

3.2 Расчет количества выбросов газа при выпуске жидкой фазы из шланга на колонке для газобаллонных автомашин. Формулы (2.12, 2.13, 2.14).

 м3;

G= 0,0013 × 537,67 × 1000 = 699 г

Секундный расход выбросов равен:

 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = 699 × 255 = 0,17825 т/год

Сброс газа через “свечу” производится 1 раз в сутки в конце смены.

3.3 Количество выбросов газа при снятии струбцины с баллона газо-баллонного автомобиля. Формулы (2.15, 2.16, 2.17).

 м3;

 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = 0,3038 × 1 × 8 × 255 = 0,00062 т/год

 

4 Пункт для заправки автоцистерн. Источники выброса газа:

- контрольный вентиль на автоцистерне;

- “свеча” от шланга колонки.

4.1 Расчет количества выбросов газа из вентилей контроля уровня заполнения автоцистерн. Формулы ( 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10, 2.11).

d = 0,002 м

 кг/м3

 кг/м3;

г/с

 г/с

 

 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = (3,18 + 2 × 0,63) × 4 × 27 × 255 = 0,122 т/год

Для одной колонки: 0,122 : 4 = 0,0305 т/год

4.2 Расчет количества выбросов газа при наполнении автоцистерн. Формулы (2.1, 2.2, 2.3, 2.4).

 м3

G = 0,0057 × 11,46 × 1000 = 65,32 г

 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = 3,266 × 20 × 27 × 255 = 0,4497 т/год

Для одной колонки: 0,4497 : 4 = 0,1124 т/год

 

5 Внутриплощадочные трубопроводы. Источник выброса газа:

- “свеча” от предохранительного клапана.

5.1 Количество выбросов при проверке предохранительных клапанов на внутриплощадочных трубопроводах. Формулы (2.20, 2.21, 2.22, 2.23).

 мм2

 кг/м3

кг/ч=1585,1 г/с

Годовое количество выбросов газа:

Gг = 1585,1 × 2 × 5 × 12 = 0,1902 т/год

 

6 Отделение для слива и пропарки баллонов. Источник выброса газа:

- вытяжная система вентиляции.

6.1 Установка для пропарки баллонов.

Gс= 0,0636 г/с = 0,229 кг/ч

Gг = 0,229 × 4 × 255 = 0,234 т/год

 

6.2 Станок для слива газа из баллонов емкостью 50 л ТХД 1-50.

Gс= 0,0286 г/с = 0,103 кг/ч

Gг = 0,103 × 4 × 255 = 0,105 т/год

 

6.3 Общее количество выбросов газа из отделения слива и пропарки:

Gс = 0,0636 + 0,0286 = 0,0922 г/с

 

Gг = 0,234 + 0,105 = 0,339 т/год

 

7 Наполнительное отделение . Источник выброса газа :

- вытяжная система вентиляции от технологического оборудования.

7.1 Карусель для наполнения баллонов УНК - 18 .

Время работы - 6 часов в смену.

Gс= 0,425 г/с = 1,53 кг/ч

Gг = 1,53 × 6 × 255 = 2,3409 т/год

 

7.2 Два поста наполнения 5- литровых баллонов производитель-ностью 25 баллонов в час.

Gс = 0,033 г/с = 0,12 кг/ч

Годовое количество выбросов газа :

Gг = 0,12 ×2 × 3,5 × 52 = 0,0437 т/год

7.3 Общее количество выбросов газа из наполнительного цеха:

Gс = 0,425 + 0,033 = 0,458 г/с

Gг = 2,3409 + 0,0437 = 2,3846 т/год

 

8 Насосно-компрессорное отделение. Источник выброса газа:

- “свеча” от насосов.

8.1 Количество выбросов при выпуске газа из “свечи” от насосов. Формула (2.18, 2.19).

 г/с

Годовое количество газа в выбросе:

Gг = 22,403 × 60 × 2 = 0,0027 т/год

 

9 Отделение окраски. Источник выброса вредных веществ:

- вентсистема отделения окраски.

9.1 Количество выбросов при окраске баллонов. Формулы (2.25, 2.26, 2.27, 2.28, 2.29, 2.30, 2.31, 2.32, 2.33).

В год красят 13445 баллонов.

Расход эмали НЦ-132П в год

mк=13445 × 150 = 2016750 г/год = 2016,8 кг/год

Удельное количество паров растворителя № 649, используемого для обезжиривания поверхности баллонов

Ораств= 0,000136 × 0,1 × 13445 = 0,183 г/с

Компонентный состав растворителя № 649

Бутиловый спирт   20%              0,036 г/с

Ксилол                     50%              0,092 г/с

Этилцеллозольв     30%              0,055 г/с

Годовое количество растворителя № 649 на обезжиривание

Огод = 0,183 × 255 ×8 × 3600 ×10-6 = 1,344 т/год

Удельное количество красочного аэрозоля

г/с

Годовое количество красочного аэрозоля

 0,0165 × 255 × 8 × 3600 × 10-6 = 0,121 т/год

Удельное количество летучей части эмали НЦ-132П, составляющей 80%

г/с

Компонентный состав летучей части эмали НЦ-132П

Бутилацетат 6,4% 0,018г/с
Этилцеллозольв 6,4% 0,018 г/с
Ацетон 6,4% 0,018 г/с
Бутанал 12% 0,032 г/с
Этанол 16% 0,044 г/с
Толуол 32,8% 0,090 г/с

 

Годовое количество загрязняющих веществ , выделившихся в виде паров летучей части эмали НЦ-132П

Мгод = 0,22 × 255 × 8 × 3600 × 10-6 = 1,616 т/год

Удельное количество паров растворителя № 649, добавляемого в эмаль НЦ-132П для разведения ее до рабочей вязкости

г/с

Компонентный состав растворителя

Бутиловый спирт   20%               0,028 г/с

Ксилол                     50%              0,070 г/с

Этилцеллозольв     30%               0,042 г/с

Годовое количество паров растворителя для разведения эмали

Пгод = 0,14 × 255 × 8 × 3600 × 10-6 = 1,028 т/год



Дата: 2019-02-02, просмотров: 1335.