Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов
Теоретическая часть
Нефть - это смесь различных углеводородов: предельных - парафиновых (алканы), нафтеновых - циклопарафиновых (цикланы), ароматических (арены). Содержание углеводородов в нефти колеблется в пределах 82 - 87%, водорода 11 - 14%, остальное примеси.
Парафиновые (СnН2n+2). В обычных условиях парафины до С4Н10 - газы, от С5Н12 до С15Н32 - жидкости, входящие в состав моторных топлив, С16Н34 и выше - твердые вещества, называемые парафинами.
Нафтеновые - циклопарафиновые (цикланы) СnН2n.
Ароматические (арены) СnН2n-6 - ценное сырое для нефтехимической промышленности и получения высокооктановых бензинов.
Непредельные (олефиновы) СnН2n в нефтях не содержатся, а образуются при переработке и являются ценным сырьем для получения полиэтилена и полипропилена др.
По содержанию парафина нефти подразделяются на малопарафинистые (≤ 1,5%); парафинистые (от 1,5 до 6%) и высокопарафинистые (>6%). Иногда встречаются нефти с содержанием парафина до 30% (Узень, Жетыбай). Нефти северных месторождений Тюменской области содержат до 20% парафина.
Вредными примесями нефти являются сернистые соединения до 8% (сероводород, сульфиды, меркаптаны, элементарная сера и пирофорные производные). Кислород (до 2% ) присутствует в виде нафтеновых и жирных кислот, фенолов и асфальтенов. Кроме этого в нефти содержатся углекислый газ, хлор, йод, фосфор, мышьяк, калий, натрий, азот и многие другие элементы таблицы Д.И. Менделеева, а также пластовая вода. Азот в виде аминов и пиридиновых оснований.
Плотность нефтей 750 - 950 кг/м3. Нефти плотностью до 900 кг/м3 называют легкими, а более 900 кг/м3 - тяжелыми. Плотность бензина 720-780 кг/м3, керосина 800 - 900 кг/м3, ДТ - 840 - 900, масел - 890 - 940. Под плотностью понимают отношение массы вещества при температуре 20оС к занимаемому объему.
Процесс горения нефти и нефтепродуктов может возникать при авариях, а также при сжигании некондиционных продуктов или аварийных разливов. Процесс горения нефти сопровождается образованием различных продуктов горения. Состав продуктов сгорания зависит от состава нефти и коэффициента избытка воздуха.
Основным продуктом сгорания углеводородов является диоксид углерода (СО2), но так как горение диффузионное и воздуха недостаточно, то образуются оксид углерода (СО), продукты неполного сгорания - углеводороды различного строения (формальдегид, органические кислоты, бенз(а)пирен и др.), сажа (С). В процессе горения участвует азот, входящий в состав воздуха. При высоких температурах он способен окисляться с образованием оксидов азота (NO, NO2 и др.).
Если в состав нефти входят соединения серы (сероводород, меркаптаны, сульфиды и др.) то в процессе горения образуются оксиды серы (SO2 и SO3).
Предлагаемый метод расчета применяется для определения массы вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при горении нефти в амбарах, резервуарах, обваловках на водной повехности и так далее. Основная расчетная формула:
П = К ⋅ m ⋅ Sср , кг/час, ( 1)
где П - масса загрязняющего вещества, выброшенного в атмосферу в единицу времени, кг/час; (выброс загрязняющего вещества);
К - удельный выброс загрязняющего вещества на единицу массы сгоревшего нефтепродукта (нефти), кг (вещества)/ кг (нефти);
m - скорость выгорания нефтепродукта, кг/(м2⋅час);
Sсp- средняя поверхность зеркала жидкости, м2.
Величина К определяется при температуре горения меньше либо равной 1300 °С и избытке воздуха α=0.93, что соответствует реальным условиям свободному горению нефти, (табл. 1).
Скорость выгорания m является практически постоянной величиной для нефти определяется как средняя массовая скорость горения с единицы поверхности зеркала в единицу времени. Линейную скорость выгорания нефти и нефтепродуктов, мм/мин определяют по табл. 2.
Среднюю поверхность зеркала горения определяют путем измерения, но в аварийных случаях можно определить Sсp расчетным путем.
При горении нефти в резервуаре без его разрушения Scp равна площади горизонтального сечения резервуара.
При горении нефти с разрушением резервуара и вытеканием нефти в обваловку Scp равна площади обваловки.
Для резервуаров, получивших во время аварии сильные разрушения
Scp= 4,63 ⋅ Vр, м2,
где Vр- объем нефтепродукта в резервуаре.
Для фонтанирующих скважин
Scp= 0,7 Q/(ρ ⋅ L) (м2),
где Q - дебит скважины ( производительность скважины по нефти), т/сут;
ρ - плотность нефти, т/м3 ;
L - линейная скорость выгорания нефти, мм/мин.
При малых и средних разливах нефти на почву, когда не образуется явное зеркало раздела фаз и нефть полностью впитывается в почву, при выжигании происходит горение, пропитанного нефтью инертного грунта.
При этом не учитываются выбросы вредных веществ, образующихся при горении не нефтяных компонентов (флоры, фауны, почв, минералов и других компонентов почвы). Для расчета выбросов вредных веществ, образующихся при сгорании нефти на открытом грунте используется следующая формула (кг/час):
Мгр = 0,6 ( k ⋅ kн ⋅ ρ ⋅ b ⋅ S ) / t (2)
где k - удельный выброс, кг/кг;
kн - коэффициент нефтеемкости грунта (табл. 3);
ρ - плотность нефти, кг/м3 ;
b - толщина пропитанного нефтепродуктом слоя почвы, м ;
S - площадь нефтяного пятна на почве , м2 ;
t - время горения нефти от начала до затухания, час;
0,6 - принятый коэффициент полноты сгорания нефтепродукта.
Обычно при разливе нефти часть впитывается в грунт, а остальная часть остается на поверхности и образует горизонтальное зеркало раздела фаз жидкость - вода. В это случае горение протекает в 2 стадии:
1) Свободное горение с поверхности раздела фаз;
2) Выгорание остатков нефти из пропитанного грунта вплоть до затухания.
Упрощенный расчет выброса предусматривает раздельное определение поступающих в атмосферу вредных веществ с последующим суммированием полученных величин. При этом:
Если h / Dэкв < 0,01 , то Sсp=Sr.
(h - максимальная толщина слоя нефти над грунтом, Dэкв. - эквивалентный диаметр пятна). При h / Dэкв > 0,01 Sсp и Sr рассчитывается отдельно.
Практическая часть
Таблица 1
Исходные данные для расчета
| I вариант | II вариант | III вариант | IV вариант |
| Горение нефти в резервуаре, получившем сильные разрушения | Разрушение резервуара. Нефть горит в пределах обваловки. | Пожар на фонтанирующей скважине. | Порыв нефтесборного коллектора (трубопровода) |
| VH=10000м3; t1=20 час; ρн=0,81т/м3 = 810кг/м3 b=20 см; песок влажность 60% Sср = Sr | S обв.=200м2; t1=10 час; ρн=0,78 т/ м3=780 кг/м3 b=10 см ; Песок, влажность 40% Sср = Sr | Q=100т/сут; t1=24 час; ρн=0,85 т/м3 = 850 кг/м3 b=15см песок, влажность 20% , Sср = Sr | Sср=150м2 ; t1=3 час; ρн=0,89 т/м3 = 890 кг/м3 b=15 см глина, влажность 40% Sср = Sr |
Порядок выполнения расчетов
1. Рассчитать П для каждого загрязняющего вещества (кг/час);
2. Рассчитать массу выброса M=П ⋅ t1 (кг);
3. Рассчитать Мгр. для каждого вещества Мгр=0,6 ⋅ k ⋅ kн ⋅ ρ ⋅ b ⋅ Sг , (кг);
4. Расчетные величины свести в таблицу.
Таблица 2
Результаты расчетов
| Загрязняющее вещество | М, кг | Мгр., кг | М+Мгр., кг |
Таблица 3
Удельный выброс вредного вещества при горении нефти и
нефтепродуктов на поверхности
| Загрязняющий атмосферу компонент | Химическая формула | Удельный выброс вредного вещества, кг/кг | ||
| Нефть | Дизельное топливо | Бензин | ||
| Диоксид углерода | СО2 | 1,0000 | 1,0000 | 1,0000 |
| Оксид углерода | СО | 0,0840 | 0,0071 | 0,3110 |
| Сажа | С | 0,1700 | 0,0129 | 0,0015 |
| Оксиды азота (в пересчёте на NOz) | NO2 | 0,0069 | 0,0261 | 0,0151 |
| Сероводород | Н2S | 0,0010 | 0,0010 | 0,0010 |
| Оксид серы (в пересчёте на SOz) | SO2 | 0,0278 | 0,0047 | 0,0012 |
| Синильная кислота | HCN | 0,0010 | 0,0010 | 0,0010 |
| Формальдегид | НСНО | 0,0010 | 0,0011 | 0,0005 |
| Органические кислоты (в пересчёте на CH3COOH) | CH3COOH | 0,0150 | 0,0036 | 0,0005 |
Таблица 4
Величина скорости выгорания нефти и нефтепродуктов
| Нефтепродукт | Скорость выгорания, m | Линейная скорость выгорания, L | |
| кг / м2 ⋅ сек | кг/ м2 ⋅ час | мм/мин | |
| Нефть | 0,030 | 108,0 | 2,04 |
| Мазут | 0,020 | 72,0 | 1,18 |
| Дизельное топливо | 0,055 | 198,0 | 4,18 |
| Керосин | 0,048 | 172,0 | 3,84 |
| Бензин | 0,053 | 190,8 | 4,54 |
Таблица 5
Нефтеемкости грунтов, м3 /м3
| Наименование грунта | Влажность грунта | |||||
| 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | |
| Глинистый грунт | 0,20 | 0,16 | 0,12 | 0,08 | 0,04 | 0,00 |
| Пески (диаметр частиц 0,05-2,0 мм) | 0,30 | 0,24 | 0,18 | 0,12 | 0,01 | 0,00 |
| Супесь, суглинок | 0,35 | 0,28 | 0,21 | 0,14 | 0,07 | 0,00 |
| Гравий (диаметр частиц 2,0-20 мм) | 0,48 | 0,39 | 0,29 | 0,19 | 0,09 | 0,00 |
| Торфяной грунт | 0,50 | 0,40 | 0,30 | 0,20 | 0,10 | 0,00 |
Влажность грунта определяется инструментально по разнице весов навески грунта до и после выпаривания воды при 100°С.
Величины Sr и b определяются метрически на месте аварии. Время выгорания нефтепродуктов из грунта определяется непосредственно его замером от воспламенения до затухания.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой нефть?
2. Какую нефть называют легкой, а какую тяжелой?
3. Назовите основные продукты горения нефти?
4. Как рассчитывать выброс загрязняющего вещества в амбарах, резервуарах?
5. Как рассчитать выбросы вредного вещества при сгорании нефти на открытом грунте? Как происходит горении?
Теоретическа часть
Интенсивный шум неблагоприятно действует на организм человека и может явиться причиной профессиональных заболеваний. При работе в условиях шума снижается производительность труда. Шум притупляет внимание, замедляет реакцию человека на те или иные раздражители, мешает восприятию полезных сигналов, что особенно опасно на работах, связанных с движением поездов. Он нарушает комфорт пассажиров и является источником беспокойства для населения в расположенных вблизи железнодорожных объектов населенных пунктах.
Вопросы борьбы с шумом должны решаться на стадии проектирования машин, транспортных средств, оборудования, зданий, сооружений, населенных пунктов, а также в процессе изготовления, испытания, приемки, эксплуатации и ремонта этих объектов.
Шумом называются звуки, мешающие восприятию полезных звуков или нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм человека.
В качестве основных величин, используемых для нормирования шума и расчетов по шумоглушению, принимают звуковое давление в паскалях (Па) и его уровень в децибелах (дБ).
Звуковое давление p - разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при прохождении через эту точку звуковых волн и средним давлением, которое наблюдается в этой же точке при отсутствии звука.
Уровень звукового давления определяют по формуле:
L = 20 lg( pcp / p 0 ) (3)
где рср - среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения, Па; ро - пороговое значение звукового давления, принятое по международному соглашению равным 2·10-5 Па.
Если за восьмичасовой рабочий день уровень звукового давления на рабочем месте изменяется не более чем на 5 дБ, то шум называют постоянным, в противном случае - непостоянным.
Непостоянный шум в свою очередь подразделяют на колеблющийся во времени, если уровень звукового давления непрерывно изменяется (например, шум в кузовном отделении вагонного депо, шум дорожного движения, шум проходящего по рельсам подвижного состава и т. п.); прерывистый, если уровень звукового давления резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень давления остается постоянным и превышает уровень фона, составляет 1 с и более (например, шум выброса сжатого воздуха из ресивера компрессора, шум одиночной шлифовальной машины и т. п.); импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с (например, шум при забивании гвоздей молотком и т. п.).
При рассмотрении вопросов охраны труда обычно пользуются октавными полосами частот, средние значения которых соответствуют диапазону слышимых звуков и составляют стандартный ряд (16), (31,5), 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (16000) Гц. В скобках показаны частоты, в которых шум, как правило, не нормируют, хотя они лежат в слышимом диапазоне частот.
Частотный состав шума характеризует его спектр. Спектром шума называют зависимость уровня звукового давления в частотных полосах от средних частот этих полос. Спектр можно представить либо в виде таблицы, либо графически в виде ломаной линии. В качестве средней частоты октавной полосы принимают среднегеометрическую частоту:
(4)
где f1гр и f2гр - крайние частоты полосы.
Спектр, а, следовательно, и шум, которому он соответствует, может быть низкочастотным (максимум уровня звукового давления находится в области частот ниже 300 Гц), среднечастотным (область частот от 300 до 800 Гц) и высокочастотным (область частот более 800 Гц).
Звук с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а с частотами выше 20 кГц - ультразвуком. Эти звуки не слышимы для человека.
Шум называют тональным, если в нем прослушивается звук определенной частоты. В противном случае он будет широкополосным. Пример тонального шума - сигналы локомотивов, а широкополосного - шум водопада, шум подвижного состава.
Важной характеристикой звукового (шумового) поля (т. е. области пространства, в которой наблюдается шум), помимо звукового давления и частоты, является интенсивность звука. Она представляет собой поток энергии, переносимой звуковыми волнами в единицу времени через площадку 1 м2, ориентированную перпендикулярно направлению звукового луча. Интенсивность звука — векторная величина, измеряемая в ваттах на метр квадратный (Вт/м2). С точки зрения охраны труда интерес представляет лишь средняя во времени величина интенсивности.
Интенсивность и звуковое давление р связаны между собой соотношением:
I = p2 /ρc , (5)
где p2 — средний квадрат звукового давления, Па2; ρ – плотность среды, в которой распространяется звук, кг/м3; с – скорость звука в данной точке среды, м/с.
Для воздуха независимо от атмосферного давления согласно
c = 20 
, (6)
где Т– абсолютная температура воздуха, К.
Уровень интенсивности звука определяют по формуле (в дБ)
L = 101 g I / I 0 , (7)
где I 0=10-12 – стандартное пороговое значение интенсивности, Вт/м2.
Величина I 0 выбрана такой, что при нормальных атмосферных условиях (t = 20°С, р = 1,2 кг/м3) уровень звукового давления L и уровень интенсивности Li численно равны друг другу. Равенство этих величин упрощает акустические расчеты.
Если в данную точку пространства приходят некогерентные звуковые, волны (т.е. волны, фазы которых в разные моменты времени отличаются друг от друга) с уровнями звукового давления Li, то уровень звукового давления суммарного звука составит (в дБ)
где n - общее число независимых слагаемых уровней.
Эта формула соответствует условию, что интенсивности всех некогерентных источников складываются
I = I1 + I2 + ... + I n
Поэтому, если имеется m одинаковых источников, каждый из которых создает в данной точке уровень звукового давления L1, суммарный уровень будет рассчитываться по формуле
L = L1 + 10lg m.
Например, если один источник создает уровень L1 = 73 дБ, то 100 источников создадут уровень L = 73 + 101g 100 = 93 дБ.
Удвоение числа источников каждый раз увеличивает уровень на 3 дБ.
Для измерения шума и его спектра применяют шумомеры с соответствующими фильтрами и частотные анализаторы.
Измерения шума проводят для контроля соответствия фактических его уровней на рабочих местах установленным нормам, для оценки шумового режима в помещениях, разработки мероприятий по снижению шума и оценки их эффективности.
Пример выполнения расчета
Расчетные уровни звукового давления L в октавных полосах частот на погрузочно-разгрузочной площадке грузового двора и предельный спектр в зоне жилой застройки (на расстоянии у = 30 м) заданы ниже:
| Среднегеометрическая частота, Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
| Уровень звукового давления, дБ, на погрузочно-разгрузочной площадке | 60 | 62 | 60 | 55 | 51 | 50 | 46 | 38 |
| Предельный спектр в зоне жилой застройки | 67 | 57 | 49 | 44 | 40 | 37 | 35 | 33 |
Определить, будет ли обеспечено снижение шума до нормируемого значения, если построить забор из железобетонных панелей высотой Н = 3 м. Расчетная точка РТ в зоне жилой застройки и источники шума ИШ расположены на одном уровне.
Расстояние от экрана до наиболее удаленного ИШ (ширина погрузочно-разгрузочной площадки) х = 20 м.
Вычертим поперечный разрез места расположения ИШ, экрана и РТ (рис.3).
Сначала определим критерий М, по которому из графика на рис. 11, б находим величину снижения шума ΔL .
Расчет представим в следующей форме:
| Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
| λ | 5,4 | 2,72 | 1,36 | 0,68 | 0,34 | 0,17 | 0,085 | 0,043 |
| M | 0,18 | 0,25 | 0,35 | 0,49 | 0,7 | 0,99 | 1,4 | 1,97 |
| L , дБ | 60 | 62 | 60 | 55 | 51 | 50 | 46 | 38 |
| ΔL , дБ | 7 | 8 | 9 | 70 | 12 | 14 | 17 | 18 |
| L − ΔL , дБ | 53 | 54 | 51 | 45 | 39 | 36 | 29 | 19 |
| L по ПС-40, дБ | 67 | 57 | 49 | 44 | 40 | 37 | 35 | 33 |
| Превышение нормы, дБ | - | - | 2 | 1 | - | - | - | - |
Превышения нормы, зафиксированные в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 250 и 500 Гц, лежат в пределах точности измерений. Поэтому практически можно считать, что применение экрана позволило снизить уровень шума в зоне жилой застройки до нормы.
Рис. 3. Схема расположения экрана относительно источника шума ИШ и расчетной точки РТ
Задание для выполнения самостоятельной работы
1. Подготовиться теоретически по следующим вопросам:
а) определение шума; б) основные физические параметры, характеризующие шум;
в) спектр шума; г) действие шума на человека и его нормирование;
д) источники шума и его характеристики;
е) звукоизоляция; ж) защитные экраны.
2. Выполнить расчет по варианту, соответствующему последней цифре учебного шифра.
Задание для расчета
Произвести проверочный расчет снижения уровня шума в помещении дежурного персонала со стороны погрузочно-разгрузочной площадки грузового двора за счет экрана (постройки сплошного забора из железобетонных панелей). Исходные данные для выполнения расчета приведены в табл. 4.
Указания к решению задачи
1. Вычертить расчетную схему.
2. Принять, что расчетная точка и источник шума расположены на одном уровне.
3. Допустимый уровень принять по предельному спектру ПС-60.
4. Недостающие данные принять самостоятельно.
5. Определить:
а) критерии М; б) по графику установить величину снижения шума;
в) уровни шума с учетом их снижения.
6. Сравнить полученные уровни шума с предельно допустимыми и сделать выводы.
Таблица 4- Исходные данные для выполнения расчета
| ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ | ВАРИАНТЫ | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
| Расстояние от экрана, м: До источника До помещения | 20 | 25 | 15 | 20 | 25 | 15 | 20 | 25 | 15 | 20 |
| 20 | 30 | 25 | 25 | 20 | 20 | 30 | 25 | 30 | 18 | |
| Уровни звукового давления на погрузочно-разгрузочной площадке, дБ, при среднегеометрических частотах, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 | 79 79 70 69 74 63 52 50 | 72 88 83 77 75 73 70 65 | 87 95 94 91 95 88 78 72 | 65 70 80 85 90 93 102 91 | 91 92 87 84 82 82 77 70 | 91 92 87 84 82 82 77 70 | 91 92 87 84 82 82 77 70 | 65 70 80 85 90 93 102 91 | 87 95 94 91 95 88 78 72 | 72 88 83 77 75 73 70 65 |
| Высота экрана, м | 2,50 | 2,75 | 3,00 | 3,25 | 3,50 | 3,50 | 3,25 | 3,00 | 2,75 | 2,50 |
Основные понятия
Отходы производства могут быть классифицированы по стадиям технологического процесса: добыча, обогащение, переработка; по способу переработки: механическая, физико-химическая, термическая; по отраслевому признаку: топливно-энергетический комплекс, нефтепереработка и нефтехимия, черная и цветная металлургия, агропромышленный комплекс, транспорт и связь и т. д.
Используется заложенная в нормативные документы классификация по классам опасности, проводимая в соответствии с «Временным классификатором токсичных промышленных отходов». По своей токсичности отходы подразделяются на четыре класса. По опасности (в соответствии с Приказом МПР России № 511 «Критерии отнесения…» ) – на 5 классов:
Первый класс опасности — чрезвычайно опасные отходы, содержащие цианиды, ртуть, оксиды меди, хрома, кадмия, никеля, других тяжелых металлов, пятисернистый фосфор, хлорорганические соединения, бензапирен, инсектициды в значительных количествах.
Второй класс опасности — высоко опасные отходы, содержащие мышьяк, нефтепродукты, спирты, смолы, кислоты, фенол, толуол в значительных концентрациях.
Третий класс опасности — умеренно опасные отходы, включают нейтрализованные отходы, шламы, шлаки, остатки пленок, лаков и эмалей, органические красители, замасленную ветошь.
Четвертый класс опасности — мало опасные отходы — абразивные материалы, отходы деревообработки и др.
Пятый класс опасности – практически неопасные отходы – отработавшие шины, смет с территорий и др.
К 3-му и 4-му классам опасности могут быть отнесены так же отходы, содержащие малые концентрации веществ первых двух классов токсичности.
В случае отнесения производителями отходов отхода расчетным методом к 5-му классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения 5-го класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к 4-му классу опасности.
Количество отходов образующихся в процессе переработки или использования исходных материалов, может быть определено двумя методами.
Первый метод материального баланса — используется для различных технологических процессов, учитывая их специфику, и отличается высокой точностью.
Второй метод основан на косвенных расчетах при помощи удельных показателей (нормативов образования отходов) по данным о потреблении сырья или выпуска продукции. На этом методе основаны, например, расчетные зависимости для определения количества загрязняющих веществ, выделяемых в атмосферу при различных технологических процессах.
Задания для самостоятельного решения:
Задание 1: Для оценки количества наиболее распространенных отходов потребления на промышленных предприятиях, рассчитать нормативы образования отходов. Ниже приведены математические выражения для их расчета и варианты заданий.
1.1. Рассчитать по данным таблицы 1 количество отработанных люминесцентных ламп трубчатых типа ЛБ для внутреннего освещения помещений:
Количество отработанных ламп находят по формуле:
где Ni – количество ламп, установленных на предприятии; t – время работы лампы, час/сут; Т – количество рабочих дней в году; К i – ресурс работы лампы, час; Р i – вес лампы, т.
Таблица1
| № вар. | Марка лампы | Кол-во ламп Ni, шт | Ресурс работы лампы Ki, час | Время работы лампы t, час/сут | Количество рабочих дней в году T, шт | Вес одной лампы Pi, т |
| 1 | ЛБ 80-1 | 452 | 12000 | 8 | 252 | 0.000450 |
| 2 | ЛБ 80-1 | 558 | 12000 | 8 | 250 | 0.000450 |
| 3 | ЛБ 40-1 | 184 | 15000 | 7 | 245 | 0.000320 |
| 4 | ЛБ 40-1 | 26 | 15000 | 6 | 252 | 0.000320 |
| 5 | ЛБ 40-1 | 6 | 15000 | 8 | 230 | 0.000320 |
| 6 | ЛБ 40-1 | 2 | 15000 | 8 | 245 | 0.000320 |
1.2. Рассчитать по данным таблицы 2 количество отработанных ртутных ламп для наружного освещения типа ДРЛ. Количество отработанных ламп:
где Ni – количество ламп, установленных на предприятии; t – время работы лампы, час/сут; Т – количество рабочих дней в году; К i – ресурс работы лампы, час; Р i – вес лампы, кг.
Таблица 2
| № вар. | Марка лампы | Кол-во ламп Ni, шт | Ресурс работы лампы Ki, час | Время работы лампы t, час/сут | Количество рабочих дней в году T, шт | Вес одной лампы Pi, т |
| 1 | ДРЛ 250(6)-4 | 14 | 12000 | 4,5 | 365 | 0.000400 |
| 2 | ДРЛ 250(6)-4 | 6 | 12000 | 5 | 364 | 0.000400 |
| 3 | ДРЛ 250(6)-4 | 1 | 12000 | 6 | 365 | 0.000400 |
| 4 | ДРЛ 400(6)-4 | 7 | 15000 | 3 | 350 | 0.000400 |
1.3. Рассчитать по данным таблицы 3 количество образовавшегося лома черных металлов.
Таблица 3
Норма пробега подвижного состава до ремонта
| № вар. | Марка машины | Кол-во а/м ni, т | Среднегодовой пробег Li, тыс.км | Норма пробега до ремонта Lнi, тыс.км | Масса машины, mi, т |
| 1 | КамАЗ 5410 | 2 | 30 | 20 | 6,89 |
| 2 | ГАЗ 33021 "Газель" | 1 | 30 | 20 | 1,4 |
| 3 | ЗИЛ (ММЗ) 554 | 1 | 24 | 20 | 5 |
| 4 | КамАЗ 55111 | 1 | 25 | 20 | 9 |
| 5 | УАЗ-31514 | 3 | 20 | 20 | 1,59 |
| 6 | ЗИЛ 130 | 1 | 20 | 20 | 4,3 |
| 7 | МАЗ 53371 | 1 | 20 | 20 | 7,15 |
| 8 | КамАЗ 353212 | 1 | 30 | 20 | 7,63 |
| 9 | Автокран К-1014 (КС-3561) | 1 | 20 | 20 | 13,6 |
| 10 | Полуприцеп ОДАЗ 9370 | 2 | 20 | 20 | 4,8 |
Количество образовавшегося лома черных металлов находят по формуле:
M = ni ·mi·Li/L н i ·k · 0.001
где ni - количество автомашин i-ой марки; mi - масса автомашины i-ой марки, т; k - удельный норматив замены деталей из черных металлов при ремонте, 0,5 %; Li - средний годовой пробег автомобиля i-ой марки, тыс.км;
Lнi - норма пробега подвижного состава до ремонта, тыс.км (таблица 3).
1.4. Рассчитать по данным таблицы 4 количество отработанных автошин.
Таблица 4
Состав автопарка и данные по шинам
| № вар | Марка машины | Кол-во а/м, Аi | Ki, шт | Марка шин | Псрi, тыс.км | Hj, тыс.км | Mj, кг |
| 1 | "Икарус" 220 | 1 | 4 | 235-380 (9.35-15) И-137 | 0,35 | 15 | 18,8 |
| 2 | VOLVO-740 | 1 | 4 | 195/80R15 | 24,752 | 25 | 10,8 |
| 3 | VOLVO-960 | 1 | 4 | 205/70R14 | 69,35 | 40 | 11,2 |
| 4 | ЛАЗ 699Н "Турист" | 1 | 4 | 235-380 (9.35-15) И-137 | 25 | 15 | 18,8 |
| 5 | ТА 9 | 1 | 4 | 235-380 (9.35-15) И-137 | 97,083 | 15 | 18,8 |
| 6 | Урал 4320 (-01,2-01) | 2 | 4 | 17-380 (6.70-15) И-194 | 41,206 | 40 | 12,5 |
| 7 | Toyota "Couster" | 1 | 4 | 700R16С | 46,947 | 33 | 10,8 |
| 8 | ГАЗ 31024 "Волга" | 1 | 4 | 205/70R14 | 69,739 | 40 | 11,2 |
| 9 | ГАЗ 31024 "Волга" | 1 | 4 | 205/70R14 | 89,1 | 40 | 11,2 |
| 10 | УАЗ 3303 | 1 | 4 | 215-380 (8.40-15) Я-245 | 35,606 | 40 | 10,8 |
Количество образующихся автошин находят по формуле: 
где Ку – коэффициент утилизации автошин, принять равным 0,85; Пср i – среднегодовой пробег автомобилей 1-й марки, км/год; Ai- количество автомобилей 1-й марки, шт; М j–масса j модели автопокрышки, кг; Kj– количество автопокрышек, установленных на 1-й марке автомобиля, шт; Hj – нормативный пробег j-й модели автопокрышки, тыс. км.
1.5. Рассчитать по данным таблицы 5 количество отработанного от автотранспорта масла.
В данном расчете разделяют количества образовавшихся моторных и трансмиссионных масел, а также количество образующихся фильтров, загрязненных нефтепродуктами.
Количество образующегося отработанного моторного масла находят по формуле:
M = Ni × Vi × Li/L н i × k × p × 0.001
где Ni - количество автомашин i-ой марки; Vi - объем масла, заливаемого в автомашину i-ой марки; Li - средний годовой пробег автомобиля i-ой марки, тыс.км; Lнi - норма пробега подвижного состава до замены масла, тыс.км; k - коэффициент полноты слива масла, принять равным 0,9; p - плотность отработанного моторного масла, кг/л принять равным 0,9.
Таблица 5
Состав автопарка и масляных фильтров
| № вар. | Марка машины | Кол-во а/м, шт | Кол-во фильтров в 1 а/м, шт | Среднегод.пробег, тыс.км | Норма пробега до замены масла, тыс.км | Объем моторного масла, л | Объем трансмисс масла, л | Вес одного фильтра, кг |
| 1 | "Икарус" 220 | 1 | 2 | 0,35 | 35 | 220 | 4 | 0,1 |
| 2 | VOLVO-740 | 1 | 1 | 24,752 | 35 | 7 | 4 | 0,2 |
| 3 | КрАЗ 256Б1 | 1 | 4 | 14,412 | 35 | 6 | 2,45 | 0,3 |
| 4 | ЛАЗ 699Н "Турист" | 1 | 1 | 25 | 35 | 8 | 13 | 0,1 |
| 5 | ТА 9 | 1 | 1 | 97,083 | 35 | 7 | 6,5 | 0,1 |
| 6 | Урал 4320 (-01,2-01) | 2 | 1 | 41,206 | 35 | 21,5 | 21,48 | 0,1 |
| 7 | Toyota "Couster" | 1 | 1 | 46,947 | 35 | 6 | 8 | 0,2 |
| 8 | Автокран КС-3562 (МАЗ-5549) | 1 | 4 | 16,609 | 35 | 6 | 2,2 | 0,1 |
| 9 | ГАЗ 31024 "Волга" | 1 | 1 | 89,1 | 32 | 6 | 2,2 | 0,2 |
| 10 | УАЗ 3303 | 1 | 2 | 35,606 | 32 | 5,8 | 0 | 0,1 |
Количество образующегося отработанного трансмиссионного масла:
M = Ni × Vi × Li/L н i × k × p × 0.001
где Ni - количество автомашин i-ой марки; Vi - объем масла, заливаемого в автомашину i-ой марки; Li - средний годовой пробег автомобиля i-ой марки, тыс.км; Lнi - норма пробега подвижного состава до замены масла, тыс.км; k - коэффициент полноты слива масла, принять равным 0,9; ρ- плотность отработанного трансмиссионного масла, кг/л, принять равным 0,9.
Количество образующихся фильтров, загрязненных нефтепродуктами:
М = Ni × ni × mi × Li/L н i × 0.001,
где Ni - количество автомашин i-ой марки; ni - количество фильтров, установленных на автомашине i-ой марки; mi - вес одного фильтра, кг; Li - средний годовой пробег автомобиля i-ой марки, тыс.км; Lнi - норма пробега подвижного состава до замены масла, тыс.км.
1.6. Рассчитать по данным таблиц 6 количество отработанных аккумуляторов. Расчет производят по формуле: 
где Оаб i – масса отработанных аккумуляторных батарей i- марки, кг.
где Каб – количество установленных аккумуляторных батарей данной марки на предприятии, шт; Маб – вес 1 аккумуляторной батареи данной марки, кг; Наб – срок службы 1 аккумуляторной батареи, год.
Таблица 6
Состав автопарка и аккумуляторным батареям
| № | Марка машины | Кол-во а/м, шт | Тип аккумулятора | Кол-во аккумуляторов в 1 а/м, шт | Срок службы аккумулятора, лет |
| 1 | "Икарус" 220 | 1 | 6СТ-190А | 2 | 2 |
| 2 | VOLVO-740 | 1 | 6СТ-60ЭМ | 1 | 2 |
| 3 | VOLVO-960 | 1 | 6СТ-60ЭМ | 1 | 2 |
| 4 | ЛАЗ 699Н "Турист" | 1 | 3СТ-150 | 1 | 2 |
| 5 | ТА 9 | 1 | 3СТ-60ЭМ | 1 | 2 |
| 6 | Урал 4320 (-01,2-01) | 2 | 6СТ-45 | 1 | 2 |
| 7 | Toyota "Couster" | 1 | 6СТ-60ЭМ | 1 | 2 |
| 8 | ГАЗ 31024 "Волга" | 1 | 6СТ-75ЭМ | 1 | 2 |
| 9 | КамАЗ 53212 | 3 | 3СТ-60ЭМ | 2 | 2 |
| 10 | УАЗ 3303 | 1 | 6СТ-60 | 2 | 2 |
1.7. Рассчитать количество отработанного электролита по данным табл.7.
Расчет производят по формуле: 
где Ообщ.э. – общее количество электролита в аккумуляторных батареях, т; Наб – срок службы одной аккумуляторной батареи, год;
Общее количество электролита в аккумуляторных батареях: 
где Оni- количество электролита в аккумуляторных батареях данного вида: О ni = Vi × Ni
где Vi – вес электролита в аккумуляторной батареи данного вида, кг; Ni – число аккумуляторных батарей данного вида, шт.
Таблица 7
Характеристикам аккумуляторных батарей
| Марка аккумулятора | Сухой вес, кг | Вес электролита, кг |
| 6СТ-190А | 45 | 15 |
| 6СТ-60ЭМ | 19,2 | 5,5 |
| 3СТ-150 | 22 | 5,4 |
| 3СТ-60ЭМ | 12 | 2,8 |
| 6СТ-45 | 16 | 3,8 |
| 6СТ-75ЭМ | 23,3 | 7 |
| 6СТ-60 | 19,5 | 4,3 |
| 6СТ-55 | 17,5 | 4,3 |
| 6СТ-95ЭМС | 33 | 8,4 |
| 6СТ-128 | 42 | 16 |
1.8. Рассчитать количество образовавшихся отходов столярной мастерской.
Отходы столярной мастерской складываются из кусковых отходов древесины, стружек и опилок.
Количество кусковых отходов древесины (т/год), образующихся в процессе деревообработки, определяется: Мк = Q · r · C /100,
где, Q- количество обрабатываемой древесины, принять в количестве 373,83 м3/год; r - плотность древесины, принять равной 0,51 т/м3; С – количество кусковых отходов древесины от расхода сырья, принять равным 16%.
Количество стружек, опилок (т/год) определяется как:
М = [ Q · r · ( Cc т + C оп ) · 10-2] · [1-0,9 · К n · 10-2 · (1- h )],
где Q – количество обрабатываемой древесины, прянять в количестве 373,83 м3/год; r- плотность древесины, принять равной 0,51 т/м3; Сст – количество отходов стружек от расхода сырья, принять равным 1,5 %; Соп – количество отходов опилок от расхода сырья, принять равным 2,5 %; 0,9 – коэффициент эффективности местных отсосов; К n–коэффициент содержания пыли в отходах, 12,5%; h - коэффициент эффективности пылеулавливающего оборудования, доли от 1, принять равным 0,8.
1.9. Рассчитать количество образовавшейся на предприятии абразивно – металлической пыли.
Количество образовавшейся пыли (т/год) находят по формуле:
Ма-м = МПДВ · h /(1- h ),
где, МПДВ – валовый выброс абразивно-металлической пыли на данном предприятии, принять равным 0,106 т/год; h - степень очистки в пылеулавливающем аппарате, принять равным 0,863.
1.10. Рассчитать количество образовавшихся огарков сварочных электродов.
Количество образующихся огарков (т/год) находят по формуле:
M = G × n × 10-2
где G – количество использованных электродов, принять равным 17,68 т/год; n – норматив образования огарков от расхода электродов, %, принять равным 15%.
1.11. Рассчитать смет с территории.
Расчет количества (т/год) данного вида отхода выполняется согласно формуле:
M = S × m × 10-3,
где М – количество образующегося отхода, т/год; S – площадь твердых покрытий, подлежащая уборке, принять равной 33000 м2 ; m - удельная норма образования смета, принять равной 5 кг/м2
Задание 2: Заполнить таблицу 8, расположив анализируемые отходы в зависимости от класса опасности (см. федеральный классификатор отходов).
Таблица 8
Фактическое размещение отходов по классам опасности
| Код по ФККО | Отход | Количество, т |
| Отходы I класса опасности | ||
| ИТОГО | ||
|
| ||
| Отходы II класса опасности | ||
| ИТОГО | ||
|
| ||
| Отходы Ш класса опасности | ||
| ИТОГО | ||
|
| ||
| Отходы IV класса опасности | ||
| ИТОГО | ||
| ВСЕГО | ||
Задание 3: Заполнить таблицу 9, расположив анализируемые отходы в соответствии со стадиями управления отходами.
Таблица 9
| № п/п | Наименование отходов | Класс опасности | Движение отходов | Условия хранения | Не допускается |
Задание 4. Заполнить журнал по форме, представленной в таблице 10
| Таблица 10 | |||||||||||
| Журнал учета образования отходов | |||||||||||
| № п/п | Дата образова ния отходов | Наименование отходов согласно инвентаризации | Источник образования отходов (отделение, № позиции технологич. аппарата) | Количе- ство образовав шегося отхода | Способ утилизации отходов | Подпись ответственного лица | |||||
| Обезвре жено | |||||||||||
| Хранение в цехе | Передано в другие цеха | Передано другим предприятиям | Свалка | Другие разрешенные места захоронения |
| ||||||
| тонн | тонн | тонн | тонн | тонн | тонн | тонн | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
Приложение 1
Плата за выброс загрязняющих веществ от передвижных источников (в зависимости от типа источника) на 2009 г.
| Тип транспортного средства (передвижного источника) | Норматив платы за загрязнение природной среды за одно транспортное средство, руб./год |
| Легковые автомобили | 2,7 |
| Грузовые автомобили: С бензиновым ДВС С дизельным ДВС | 4,0 2,5 |
| Автобусы: С бензиновым ДВС С дизельным ДВС | 4,0 2,5 |
| Строительно-дорожные машины и сельскохозяйственная техника | 0,5 |
| Тепловозы: Пассажирские Грузовые Маневровые | 16,2 21,4 2,5 |
Приложение 2
Нормативы платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ передвижными источниками (для различных видов топлива) на 2009г.
| Вид топлива | Единица измерения | Нормативы платы за 1 единицу измерения |
| Бензин неэтилированный | тонна | 1,3 |
| Дизельное топливо | тонна | 2,5 |
| Сжатый природный газ | тонна | 2,5 |
| Сжиженный газ | Тыс.кум.метров | 1,2 |
| Керосин | тонна | 1,2 |
Приложение 1
Таблица 2
Значение коэффициента f
| Разность температур | Высота источников выброса, Н, м | ||
| До 10 м | 10÷20 м | 20 ÷50 м | |
| DТ=Тr – Тн | 0,91/3,78 | 0,83/3,54 | 0,67/3,02 |
| 25 | 0,88/3,69 | 0,79/3,40 | 0,60/2,81 |
| 50 | 0,86/3,61 | 0,75/3,27 | 0,55/2,64 |
| 75 | 0,83/3,54 | 0,71/3,16 | 0,50/2,50 |
| 100 | 0,81/3,46 | 0,68/3,06 | 0,46/2,38 |
| 125 | 0,79/3,39 | 0,65/2,97 | 0,43/2,27 |
| 150 и выше | 0,77/3,33 | 0,63/2,89 | 0,40/2,18 |
Примечание:
1). В числителе данные для газообразных веществ, в знаменателе – для твердых веществ;
2). Для вентиляционных выбросов значение ΔТ = 0.
Приложение 2
Таблица 3
Значение величины Аi для некоторых веществ, выбрасываемых в атмосферу
| Вещество | ПДКсс, мг/м3 | ПДКрз, мг/м3 | А i , уст.т/т |
| Окись углерода | 1 | 20 | 1 |
| Сернистый ангидрид | 0,05 | 10 | 22 |
| Сероводород | 0,008 | 10 | 54,8 |
| Серная кислота | 0,1 | 1 | 49 |
| Окислы азота в пересчете на двуокись азота | 0,085 | 2 | 41,1 |
| Аммиак | 0,04 | 20 | 10,4 |
| Пары бензина и других углеводородов | 1,5 | 100 | 1,26 |
| Ацетон | 0,35 | 200 | 2,22 |
| Ацетальдегид | 0,01 | 5 | 310 |
| Пары плавиковой кислоты и др. газообразующих соединений фтора | 0,005 | 0,05 | 980 |
| Хлор молекулярный | 0,03 | 1 | 894 |
| Двуокись кремния | 0,05 | 1 | 83,2 |
| Сажа без примесей | 0,05 | 4 | 41,5 |
| Древесная пыль | 0,15 | 6 | 19,6 |
| Пятиокись ванадия (пыль) | 0,002 | 0,5 | 1225 |
| Марганец и его окислы | 0,001 | 0,01 | 10000 |
| Неорганические соединения ртути | 0,0003 | 0,01 | 22400 |
| Сварочная аэрозоль | 0,15 | 6,67 | |
| Твердые частицы | 0,15 | 80 | |
| Абразивная пыль | 0,15 | 6,67 |
Приложение 3
Таблица 4
Расчет экологического ущерба У1
| Источник | Вещество | γ | δ | f | ПДКссi, мг/м3 | Аi, уст.т/т | Мјі', т/год | Мјі", уст.т/год | У1 ij, тыс.руб./год |
| Экологический ущерб (У1), тыс.руб. | |||||||||
Таблица 5
Расчет экологического ущерба У2
| Источник | Вещество | γ | δ | f | ПДКссi, мг/м3 | Аi, уст.т/т | ПДВјі, т/год | Мјі", уст.т/год | У2 ij, тыс.руб./год |
| Экологический ущерб (У2), тыс.руб. | |||||||||
Литература
1. Методика «Расчет выброса вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов» Самара: Самарский областной комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ-1996 - 15 стр.
2. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / Под ред. С.В.Белова. 4-е изд., испр. и доп.- М.: Высш. шк., 2010. – 606с.
3. Бобин Е.В. Борьба с производственным шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 2009. – 204с.
4. Охрана труда на железнодорожном транспорте / Под ред. Ю.Г. Сибарова.-М.: Транспорт, 2010. – 287с.
5. Бекасов В.И. и др. Охрана труда в грузовом хозяйстве железных дорог. - М.: Транспорт, 2009. - 182с.
6. ГОСТ 12.1.003-83
7. СН 2.2.4/2.1.8.562-96
8. Мазур И.И. Курс инженерной экологии: учебник для вузов / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов. – М.: Высш. шк., 2009. – 447 с.
9. Инструкция по взиманию платы за загрязнение окружающей среды. – М.: Госкомприрода, 2008. – 34 с.
10. Постановление № 1084 Администрации Воронежской области «Об утверждении ставок платы за загрязнение окружающей природной среды». – Воронеж, 2009. – 24 с.
11. Омаров А.Д. Экологическая безопасность на транспорте / А.Д. Омаров, В.В. Целиков, М.Д. Зальцман. – Алматы, 2009. – 352 с.
12. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. – М. : Госкомприрода, 2009. – 70 с.
13. Постановление № 344 Правительства РФ «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления». – М., 2003. – 25 с.
Содержание
Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов.. 2
Теоретическая часть. 2
Практическая часть. 5
Расчет снижения уровня шума за счет экранирования.. 8
Теоретическа часть. 8
Задание для расчета. 25
Определение категории экологической опасности предприятия по выбросам в атмосферу. 26
Интегральная и комплексная оценка качества воды.. 28
Расчет НОРМАТИВОВ образования отходов
Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников. 31
Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников. 34
Расчет платы за сброс загрязняющих веществ со сточными водами в водоем. 41
Расчет платы за размещение отходов. 43
Расчет экологического ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу промышленным предприятием. 47
Литература. 52
Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при свободном горении нефти и нефтепродуктов
Теоретическая часть
Нефть - это смесь различных углеводородов: предельных - парафиновых (алканы), нафтеновых - циклопарафиновых (цикланы), ароматических (арены). Содержание углеводородов в нефти колеблется в пределах 82 - 87%, водорода 11 - 14%, остальное примеси.
Парафиновые (СnН2n+2). В обычных условиях парафины до С4Н10 - газы, от С5Н12 до С15Н32 - жидкости, входящие в состав моторных топлив, С16Н34 и выше - твердые вещества, называемые парафинами.
Нафтеновые - циклопарафиновые (цикланы) СnН2n.
Ароматические (арены) СnН2n-6 - ценное сырое для нефтехимической промышленности и получения высокооктановых бензинов.
Непредельные (олефиновы) СnН2n в нефтях не содержатся, а образуются при переработке и являются ценным сырьем для получения полиэтилена и полипропилена др.
По содержанию парафина нефти подразделяются на малопарафинистые (≤ 1,5%); парафинистые (от 1,5 до 6%) и высокопарафинистые (>6%). Иногда встречаются нефти с содержанием парафина до 30% (Узень, Жетыбай). Нефти северных месторождений Тюменской области содержат до 20% парафина.
Вредными примесями нефти являются сернистые соединения до 8% (сероводород, сульфиды, меркаптаны, элементарная сера и пирофорные производные). Кислород (до 2% ) присутствует в виде нафтеновых и жирных кислот, фенолов и асфальтенов. Кроме этого в нефти содержатся углекислый газ, хлор, йод, фосфор, мышьяк, калий, натрий, азот и многие другие элементы таблицы Д.И. Менделеева, а также пластовая вода. Азот в виде аминов и пиридиновых оснований.
Плотность нефтей 750 - 950 кг/м3. Нефти плотностью до 900 кг/м3 называют легкими, а более 900 кг/м3 - тяжелыми. Плотность бензина 720-780 кг/м3, керосина 800 - 900 кг/м3, ДТ - 840 - 900, масел - 890 - 940. Под плотностью понимают отношение массы вещества при температуре 20оС к занимаемому объему.
Процесс горения нефти и нефтепродуктов может возникать при авариях, а также при сжигании некондиционных продуктов или аварийных разливов. Процесс горения нефти сопровождается образованием различных продуктов горения. Состав продуктов сгорания зависит от состава нефти и коэффициента избытка воздуха.
Основным продуктом сгорания углеводородов является диоксид углерода (СО2), но так как горение диффузионное и воздуха недостаточно, то образуются оксид углерода (СО), продукты неполного сгорания - углеводороды различного строения (формальдегид, органические кислоты, бенз(а)пирен и др.), сажа (С). В процессе горения участвует азот, входящий в состав воздуха. При высоких температурах он способен окисляться с образованием оксидов азота (NO, NO2 и др.).
Если в состав нефти входят соединения серы (сероводород, меркаптаны, сульфиды и др.) то в процессе горения образуются оксиды серы (SO2 и SO3).
Предлагаемый метод расчета применяется для определения массы вредных веществ, выделяющихся в атмосферу при горении нефти в амбарах, резервуарах, обваловках на водной повехности и так далее. Основная расчетная формула:
П = К ⋅ m ⋅ Sср , кг/час, ( 1)
где П - масса загрязняющего вещества, выброшенного в атмосферу в единицу времени, кг/час; (выброс загрязняющего вещества);
К - удельный выброс загрязняющего вещества на единицу массы сгоревшего нефтепродукта (нефти), кг (вещества)/ кг (нефти);
m - скорость выгорания нефтепродукта, кг/(м2⋅час);
Sсp- средняя поверхность зеркала жидкости, м2.
Величина К определяется при температуре горения меньше либо равной 1300 °С и избытке воздуха α=0.93, что соответствует реальным условиям свободному горению нефти, (табл. 1).
Скорость выгорания m является практически постоянной величиной для нефти определяется как средняя массовая скорость горения с единицы поверхности зеркала в единицу времени. Линейную скорость выгорания нефти и нефтепродуктов, мм/мин определяют по табл. 2.
Среднюю поверхность зеркала горения определяют путем измерения, но в аварийных случаях можно определить Sсp расчетным путем.
При горении нефти в резервуаре без его разрушения Scp равна площади горизонтального сечения резервуара.
При горении нефти с разрушением резервуара и вытеканием нефти в обваловку Scp равна площади обваловки.
Для резервуаров, получивших во время аварии сильные разрушения
Scp= 4,63 ⋅ Vр, м2,
где Vр- объем нефтепродукта в резервуаре.
Для фонтанирующих скважин
Scp= 0,7 Q/(ρ ⋅ L) (м2),
где Q - дебит скважины ( производительность скважины по нефти), т/сут;
ρ - плотность нефти, т/м3 ;
L - линейная скорость выгорания нефти, мм/мин.
При малых и средних разливах нефти на почву, когда не образуется явное зеркало раздела фаз и нефть полностью впитывается в почву, при выжигании происходит горение, пропитанного нефтью инертного грунта.
При этом не учитываются выбросы вредных веществ, образующихся при горении не нефтяных компонентов (флоры, фауны, почв, минералов и других компонентов почвы). Для расчета выбросов вредных веществ, образующихся при сгорании нефти на открытом грунте используется следующая формула (кг/час):
Мгр = 0,6 ( k ⋅ kн ⋅ ρ ⋅ b ⋅ S ) / t (2)
где k - удельный выброс, кг/кг;
kн - коэффициент нефтеемкости грунта (табл. 3);
ρ - плотность нефти, кг/м3 ;
b - толщина пропитанного нефтепродуктом слоя почвы, м ;
S - площадь нефтяного пятна на почве , м2 ;
t - время горения нефти от начала до затухания, час;
0,6 - принятый коэффициент полноты сгорания нефтепродукта.
Обычно при разливе нефти часть впитывается в грунт, а остальная часть остается на поверхности и образует горизонтальное зеркало раздела фаз жидкость - вода. В это случае горение протекает в 2 стадии:
1) Свободное горение с поверхности раздела фаз;
2) Выгорание остатков нефти из пропитанного грунта вплоть до затухания.
Упрощенный расчет выброса предусматривает раздельное определение поступающих в атмосферу вредных веществ с последующим суммированием полученных величин. При этом:
Если h / Dэкв < 0,01 , то Sсp=Sr.
(h - максимальная толщина слоя нефти над грунтом, Dэкв. - эквивалентный диаметр пятна). При h / Dэкв > 0,01 Sсp и Sr рассчитывается отдельно.
Практическая часть
Таблица 1
Исходные данные для расчета
| I вариант | II вариант | III вариант | IV вариант |
| Горение нефти в резервуаре, получившем сильные разрушения | Разрушение резервуара. Нефть горит в пределах обваловки. | Пожар на фонтанирующей скважине. | Порыв нефтесборного коллектора (трубопровода) |
| VH=10000м3; t1=20 час; ρн=0,81т/м3 = 810кг/м3 b=20 см; песок влажность 60% Sср = Sr | S обв.=200м2; t1=10 час; ρн=0,78 т/ м3=780 кг/м3 b=10 см ; Песок, влажность 40% Sср = Sr | Q=100т/сут; t1=24 час; ρн=0,85 т/м3 = 850 кг/м3 b=15см песок, влажность 20% , Sср = Sr | Sср=150м2 ; t1=3 час; ρн=0,89 т/м3 = 890 кг/м3 b=15 см глина, влажность 40% Sср = Sr |
Порядок выполнения расчетов
1. Рассчитать П для каждого загрязняющего вещества (кг/час);
2. Рассчитать массу выброса M=П ⋅ t1 (кг);
3. Рассчитать Мгр. для каждого вещества Мгр=0,6 ⋅ k ⋅ kн ⋅ ρ ⋅ b ⋅ Sг , (кг);
4. Расчетные величины свести в таблицу.
Таблица 2
Результаты расчетов
| Загрязняющее вещество | М, кг | Мгр., кг | М+Мгр., кг |
Таблица 3
Удельный выброс вредного вещества при горении нефти и
нефтепродуктов на поверхности
| Загрязняющий атмосферу компонент | Химическая формула | Удельный выброс вредного вещества, кг/кг | ||
| Нефть | Дизельное топливо | Бензин | ||
| Диоксид углерода | СО2 | 1,0000 | 1,0000 | 1,0000 |
| Оксид углерода | СО | 0,0840 | 0,0071 | 0,3110 |
| Сажа | С | 0,1700 | 0,0129 | 0,0015 |
| Оксиды азота (в пересчёте на NOz) | NO2 | 0,0069 | 0,0261 | 0,0151 |
| Сероводород | Н2S | 0,0010 | 0,0010 | 0,0010 |
| Оксид серы (в пересчёте на SOz) | SO2 | 0,0278 | 0,0047 | 0,0012 |
| Синильная кислота | HCN | 0,0010 | 0,0010 | 0,0010 |
| Формальдегид | НСНО | 0,0010 | 0,0011 | 0,0005 |
| Органические кислоты (в пересчёте на CH3COOH) | CH3COOH | 0,0150 | 0,0036 | 0,0005 |
Таблица 4
Величина скорости выгорания нефти и нефтепродуктов
| Нефтепродукт | Скорость выгорания, m | Линейная скорость выгорания, L | |
| кг / м2 ⋅ сек | кг/ м2 ⋅ час | мм/мин | |
| Нефть | 0,030 | 108,0 | 2,04 |
| Мазут | 0,020 | 72,0 | 1,18 |
| Дизельное топливо | 0,055 | 198,0 | 4,18 |
| Керосин | 0,048 | 172,0 | 3,84 |
| Бензин | 0,053 | 190,8 | 4,54 |
Таблица 5
Нефтеемкости грунтов, м3 /м3
| Наименование грунта | Влажность грунта | |||||
| 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | |
| Глинистый грунт | 0,20 | 0,16 | 0,12 | 0,08 | 0,04 | 0,00 |
| Пески (диаметр частиц 0,05-2,0 мм) | 0,30 | 0,24 | 0,18 | 0,12 | 0,01 | 0,00 |
| Супесь, суглинок | 0,35 | 0,28 | 0,21 | 0,14 | 0,07 | 0,00 |
| Гравий (диаметр частиц 2,0-20 мм) | 0,48 | 0,39 | 0,29 | 0,19 | 0,09 | 0,00 |
| Торфяной грунт | 0,50 | 0,40 | 0,30 | 0,20 | 0,10 | 0,00 |
Влажность грунта определяется инструментально по разнице весов навески грунта до и после выпаривания воды при 100°С.
Величины Sr и b определяются метрически на месте аварии. Время выгорания нефтепродуктов из грунта определяется непосредственно его замером от воспламенения до затухания.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой нефть?
2. Какую нефть называют легкой, а какую тяжелой?
3. Назовите основные продукты горения нефти?
4. Как рассчитывать выброс загрязняющего вещества в амбарах, резервуарах?
5. Как рассчитать выбросы вредного вещества при сгорании нефти на открытом грунте? Как происходит горении?
Дата: 2019-03-05, просмотров: 996.
