Решение от нас – Контроль выбросов для Вас!


Сайт находится в разработке...

ПРИРОДООХРАННАЯ ПОЛИТИКА ГОСУДАРСТВА


ФЗ N 219 от 21.07.2014
"О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды"


   4 категории по степени негативного воздействия на ОС (ПП №1029 от 28.09.2015)
   Внедрение наилучших доступных технологий
   Систематизация информации в рамках государственного экологического учета

НОРМАТИВНАЯ БАЗА

Федеральный закон от 21.07.2014 N 219-ФЗ
- степень негативного воздействия
- загрязняющие вещества (ЗВ)
- Перечень ЗВ устанавливает правительство
Распоряжение Правительства РФ от 8.07.2015 N 1316-р
1. Азота диоксид
2. Азота оксид

10. Взвешенные частицы РМ10
11. Взвешенные частицы РМ2,5
12. Взвешенные вещества

43. Серы диоксид
44. Сероводород

46. Углерода оксид
Приказ Минприроды России от 07.12.2012 N 425
Предельно допустимая погрешность Измерение концентрации органических и неорганических веществ (мг/м3) 1.2 В промышленных выбросах в атмосферу ±(8…25)%
ИТС 22.1-2016
- прямые (непосредственные) измерения
- косвенные (или замещающие) параметры
- материальные балансы
- расчетные методы
- коэффициенты эмиссии
ПНСТ 187-2017
- прямые измерения на газоходе
- температура газов не более 200°С
- контрольное сечение не менее 14D от последнего местного сопротивления

ДОЛЯ ВЫБРОСОВ ОТ ФАКЕЛОВ В ОБЩЕМ ОБЪЁМЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

2017 год

5,2 млн тонн

загрязняющих веществ было выброшено при добыче, транспортировке и хранении сырой нефти и природного газа

65% (3,4 млн тонн)

загрязняющих веществ выброшено на факелах
По данным Всемирного банка [2] на факелах России в 2017 году утилизировано 19.9 млрд. м3 -

23…36 млн тонн

загрязняющих веществ

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

N п/п Виды стационарных источников организованных выбросов вредных (загрязняющих) веществ от технологического и газоочистного оборудования, подлежащие контролю на объектах, оказывающих значительное негативное воздействие на окружающую среду и относящихся к областям применения наилучших доступных технологий, — объекты I категории Вредные (загрязняющие) вещества, подлежащие контролю
1. Добыча сырой нефти и природного газа, включая переработку природного газа
1.1 факельные установки взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид, сероводород
2. Производство нефтепродуктов
2.1 технологические печи процессов производства нефтепродуктов взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, сероводород, серы диоксид (при
использовании сырой нефти и иных видов перерабатываемого сырья с содержанием серы более 1% мас.)
2.2 печи для дожига газов нефтепереработки взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, сероводород, серы диоксид (при
использовании сырой нефти и иных видов перерабатываемого сырья с содержанием серы более 1% мас.)
2.3 факельные установки взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид
3. Производство кокса
3.1 коксовые батареи взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид, предельные и непредельные
углеводороды (исключая метан)
4. Обеспечение электрической энергией, газом и паром
4.1 котельные установки с единичной тепловой мощностью 100 МВт и более, использующие в качестве основного твердое
и/или жидкое топливо (90% и более потребленного топлива в течение последних трех лет эксплуатации или в соответствии
с паспортом котельной установки), за исключением котельных установок, среднее время работы которых в течение последних
трех лет эксплуатации не превышает 2000 часов/год
5. Металлургическое производство
5.1 установки по обжигу и спеканию руды единичной мощностью 500 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид
5.2 установки по производству чугуна и стали единичной мощностью 10 т/час и более (за исключением вагранок открытого типа) взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид
5.3 установки по производству цветных металлов: никеля, меди и алюминия производительностью 5 т/час и более, ферросплавов,
свинца и его сплавов производительностью 1 т/час и более
взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид, фториды газообразные
6. Производство неметаллической минеральной продукции
6.1 печи по производству стекла, керамзита, аглопорита производительностью 20 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода диоксид, серы диоксид (при использовании топлива с
содержанием серы более 1% мас.)
6.2 установки по производству: керамических изделий путем обжига, в том числе черепицы, кирпичей, жаропрочных кирпичей, плитки, каменной керамики, фарфора производительностью 75 т/сут. и более и (или) вместимостью 300 кг/м3 и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид (при использовании топлива с
содержанием серы более 1% мас.)
6.3 вращающиеся (ротационные) печи по производству цементного клинкера производительностью 500 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид
6.4 вращающиеся (ротационные) печи производства извести производительностью 80 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода диоксид, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1% мас.)
7. Производство органических химических веществ и химических продуктов
7.1 печи пиролиза, печи дожига (сжигания), абсорберы, скруббера, фильтрующие установки, гомогенизаторы, сепараторы, установки для перемешивания, деканторы, мерсеризаторы, иные источники организованных выбросов производств органических химических веществ и химических продуктов, выбросы которых составляют не менее 15% от суммарного выброса контролируемого вещества в целом по объекту, при условии, что такой суммарный выброс составляет 10 т/год и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, серы диоксид, фториды газообразные, аммиак, сероводород, хлористый водород, фенол, формальдегид, бензапирен, этилбензол, сероуглерод, метилмеркаптан
8. Производство неорганических химических веществ и химических продуктов
8.1 печи дожига (сжигания), абсорберы, скруббера, фильтрующие установки, гомогенизаторы, сепараторы, установки для перемешивания, деканторы, иные источники организованных выбросов производств неорганических химических веществ и химических продуктов, выбросы которых составляют не менее 15% от суммарного выброса контролируемого вещества в целом по объекту, при условии, что такой суммарный выброс составляет 10 т/год и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, углерода оксид, фториды газообразные, аммиак, серы диоксид, сероводород, хлористый водород
9. Производство пестицидов и прочих агрохимических продуктов в части, касающейся производства минеральных удобрений
9.1 установки получения аммиака и карбамида взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, аммиак
9.2 сушильные барабаны и грануляторы производства минеральных удобрений взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, аммиак, углерода оксид, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1% мас.)
10. Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги и картона
10.1 установки по производству целлюлозы и древесной массы взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, серы диоксид, сероводород
10.2 установки по производству бумаги и картона с производительностью 20 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, серы диоксид
10.3 котлы по сжиганию серосодержащих газов взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, сероводород, метилмеркаптан, этилмеркаптан
11. Осуществление деятельности по обезвреживанию отходов
11.1 установки по обезвреживанию, включая термическую обработку (сжигание) и (или) обеззараживание, отходов I, II и III классов опасности (производительность установок 200 кг/час и более), в том числе установки по обезвреживанию, включая сжигание и обеззараживание, отходов I, II и III классов опасности, пестициды и агрохимикаты, пришедшие в негодность и (или) запрещенные к употреблению взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, серы диоксид, углерода оксид, хлористый водород, мышьяк и его соединения
11.2 установки по сжиганию отходов IV и V классов опасности производительностью 3 т/час и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, серы диоксид, углерода оксид, хлористый водород
11.3 установки обеззараживания и (или) обезвреживания биологических и медицинских отходов с проектной мощностью 10 т/сут. и более взвешенные вещества, азота диоксид, азота оксид, серы диоксид, углерода оксид, хлористый водород

Реакция образования твердых частиц:

Взвешенные вещества


   По данным всемирной организации здравоохранения с 1990 по 2010 год 3,1 млн людей умерли от причин, связанных с частицами РМ2.5.

   Частицы PM2.5 сокращают ожидаемую продолжительность жизни в среднем на 8,6 месяцев.

   С РМ2.5 связаны 3 % смертей от заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной системы и 5 % смертей от рака легкого.
Взвешенные вещества следует учитывать.


Оксиды углерода


   Газ крайне токсичен

   Хорошо растворим в воде (крови)

   Блокирует процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания

   Неизвестны надежные антидоты для применения при отравлении угарным газом


Влияние температуры на равновесие реакции:



Превращение азотистых соединений в атмосфере: hv – действие света

Оксиды азота


   Образуют различные соединения как относительно безвредные, так и ядовитые и токсичные

   Являются причиной кислотных дождей

   Вредные вещества образуются не сразу, а в течение продолжительного времени в атмосфере

   Масштаб распространения от источников выбросов может достигать сотен и тысяч километров


ЗАДАЧА

Как учесть выбросы загрязняющих веществ
от сжигания углеводородных газов (оценить массовую концентрацию/массу по каждому загрязняющему веществу с показателями точности)?

Типичные решения

ПРЯМЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

   Прямые (непосредственные) измерения

КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

   Косвенные (или замещающие) параметры

   Материальные балансы

   Расчетные методы

   Коэффициенты эмиссии

   Прямые измерения распределения концентрации загрязняющих веществ вокруг стационарного источника выбросов – расчет массы выбросов загрязняющих веществ

ПРЯМЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

В ряде случаев принципиально невозможны (факельные установки)

Сечение для установки зонда выбирается с учетом минимально возможной в реальных условиях концентрационных и скоростных полей. Кто будет исследовать?

Погрешность, связанная с измерением массовой концентрации (5-10%)

Погрешность, связанная с недостаточной представительностью (влияет место установки зонда) пробы (~10%)

ПРОБООТБОРНАЯ СИСТЕМА

Погрешность, связанная с транспортировкой пробы по необогреваемой пробоотборной линии, 10-15%

БЕСПРОБООТБОРНАЯ СИСТЕМА

Необходимо гарантировать представительность месторасположения газоанализатора (меняется в зависимости от режимов работы технологического оборудования)

Значения погрешностей приняты в соответствии с ПНСТ 187-2017
Требования к месторасположению газоанализаторов в соответствии с ИТС 22.1

Пробоотборные линии выпускают длинной не более 50м. Что делать если контрольное сечение газохода находится на большей высоте?

Для уменьшения химических превращений за время транспортирования пробы предлагается использовать обогреваемые пробоотборные линии. Температуру предлагается выбирать выше температуры точки росы, однако такая температура не гарантирует отсутствие химических реакций внутри пробоотборной линии. Что делать, если результаты измерений надзорного органа не совпадут с результатами измерений системы?

Точку установки пробоотборного зонда или газоанализатора выбирают на расстоянии 14D от последнего возмущения потока. Для трубы с диаметром выходного отверстия 6-12 м (типично для ТЭЦ) расстояние до контрольного сечения должно быть не менее 84-168м. Что если высоты трубы не хватит для корректной установки?

Что если на разных режимах работы технологического оборудования изменяется оптимальное сечение для установки пробоотборного зонда/газоанализатора?

Для обслуживания системы необходимо оснастить дымовую трубу площадками и лестницами для доступа персонала. Высота дымовых труб достигает 370 м. Какова стоимость проектирования и установки лестницы хотя бы до половины высоты трубы?

Пробоотборные/беспробооотборные системы работают в жестких условиях и требуют регулярного технического обслуживания. Какое количество персонала для этого потребуется?

Аналитические системы очень сложны. Сколько времени займет устранение отказа и настройка такого оборудования? Какой квалификации персонал потребуется для обслуживания и настройки системы?

Аналитические системы очень чувствительны. Чувствительность необходима для обнаружения крайне низких концентраций интересующего вещества. Как поведет себя такое оборудование при недостаточной подготовке пробы?

ПНСТ 187-2017 применим для дымовых газов с температурой не более 200°С. Что делать, если температура газов больше (например, после ГТУ без котла утилизатора температура доходит до 600°С)?

ПНСТ 187-2017 при сравнении ТКП на систему предполагает деление систем на три категории стоимости (менее 500 тыс.руб., от 500 до 1 500 тыс.руб., более 1 500 тыс.руб.). Реальная стоимость системы составляет порядка 30 млн.руб.!


К ЧЕМУ ПРИВОДЯТ НЕДОСТОВЕРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ?

п.5 ст.16.3 Федерального закона N7-ФЗ от 10.01.2002

Коэффициент, применяемый к плате за выбросы

Коэффициент Условие
0 в пределах технологических нормативов после внедрения наилучших доступных технологий на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду
1 в пределах нормативов допустимых выбросов
25 в пределах временно разрешенных выбросов
100 превышающих установленные для объектов I категории, а также превышающих указанные в декларации о воздействии на окружающую среду для объектов II категории

КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ


   Измерение концентрации ЗВ вокруг стационарного источника выбросов

   Много влияющих факторов (роза ветров и т.п.)

   Большие неопределенности в решении (дифференциальное уравнение решается с точностью до констант)


п.3.2.2 ИТС 22.1-2017

Текст

Расчет по косвенным количественным параметрам

Заменяют прямые измерения (п.3.2.2 ИТС 22.1)

Требуется экспериментальное подтверждение (п.6-10 постановления Правительства РФ №422 от 16.05.2016)

Постановление Правительства РФ N422 то 16.05.2016

Содержание методик

Обоснование применимости методик

6. Применимость методики расчета обосновывается разработчиком путем подтверждения сопоставимости величин выбросов, полученных с применением алгоритма расчета величин выбросов и формул расчета величин выбросов, включенных в методику, с величинами, полученными в результате измерений, выполненных в соответствии с законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений…

Перечень методик

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА НА ФАКЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ (1997)

Из заданного объема газа с заданным компонентным составом может образоваться не более рассчитанной массы загрязняющих веществ.

Определяют режим горения через скорость звука в газе и скорость газа в оголовке (предусмотрено всего 2 режима — сажевое и безсажевое).

Применяют соответствующие режиму горения коэффициенты пересчета в массу загрязняющих веществ из массового расхода газа.

Массовый расход газа определяют через объемный расход и плотность.

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ

п.6.4.2 проверка выполнения условия бессажевого горения

В соответствии с исследованиями важным параметром, от которого зависит образование загрязняющих веществ, является коэффициент избытка воздуха α — даже при условии идеального смешения топлива с воздухом, что проверят условие по п .6.4.2.


п.6.5 Определение удельных выбросов вредных веществ на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа

Образование оксида углерода и сажи

Реакция идет с затратой энергии

Свободный углерод (С) и оксид углерода (СО) находятся по разные стороны реакции — следовательно, чем больше сажи (С) и диоксида углерода(СО2), тем больше оксида углерода (СО)

Удельные выбросы Бессаживое сжигание Сжигание с выделением сажи
qСО 2·10-2 0,25
qNОx 3·10-3 2·10-3
qсажи - 3·10-2
бенз(а)пирен 2·10-11 8·10-11

Качественно поведение коэффициентов в таблице методики корректное.
Коэффициентов в таблице всего 2, т.е. рассмотрен всего один влияющий фактор — смешение топлива.


п.6.5 Определение удельных выбросов вредных веществ на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа.

Недожиг есть всегда.

Методика предлагает устанавливать коэффициент недожига

- экспериментально

- полагать равным 0.035 или 0.0006 в соответствии с режимом горения (сажевый/бессажевый)


НЕДОСТАТКИ

   Отсутствует экспериментальное подтверждение (требование п.6 постановления Правительства N422 от 16.05.2016).

   Подход к решению поставленной задачи не менялся несколько десятилетий.

   Не учтены требования действующих нормативно-правовых актов.

   Критерии аттестации не соблюдены, аттестовать нельзя (ГОСТ Р 8.563), в сфере государственного регулирования применять нельзя (N 102-ФЗ).

   Не способна обеспечить установленную приказом Минприроды N 425 от 07.12.2012 точность измерений массовой концентрации.

Новый подход

Программно-аппаратный комплекс

   Ультразвуковой расходомер (инструментальный контроль в соответствии с п.3.2.1 НДТ 21-2016)

   Методика измерений массовой концентрации и массы загрязняющих веществ, основанная на эмпирических данных исследований (верифицированный метод в соответствии с пп.6-10 постановления Правительства N 422 от 16.05.2016, п.3.2.4 НДТ 21-2016)

   Показатели точности измерений массовой концентрации и массы загрязняющих веществ должны удовлетворять обязательным метрологическим требованиям, установленным приказом Минприроды России от 07.12.2012 N 425

   Методика измерений должна быть аттестована по ГОСТ Р 8.563-2009 и допущена к применению в сфере государственного регулирования (Федеральный закон от 26.06.2008 N 102-ФЗ)

ПРЕДЛАГАЕМОЕ РЕШЕНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
pис Tис Qис Xi
Pос Tос
xi
Параметры оборудования

НОВАЯ МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

массовые концентрации продуктов сгорания (среди которых присутсвуют загрязняющие вещества), масса загрязняющих веществ

p — давление
T — температура
x — компонентный состав
ис — измеряемая среда (природный газ, свободный нефтяной газ)
ос — окружающая среда


НОВАЯ МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

ОСНОВА МЕТОДИКИ —
уравнение состояния, связывающее между собой

   компонентный состав

   давление

   температуру

   расход сжигаемого газа

   параметры оголовка факела (диаметр отверстия)

   температуру

   давление

   влажность воздуха для горения


ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ СТЕНД

Стенд должен измерять:

   расход, давление, температуру,

   исходный компонентный состав сжигаемого газа

   расход, давление, температуру, влажность воздуха для горения

   компонентный состав продуктов сгорания

   температуру пламени

Планируемые исследования:

зависимость компонентного состава продуктов сгорания от:

   скорости выхода сжигаемого газа из оголовка факела, форсунки и др. оборудования (расход сжигаемого газа)

   количества подаваемого воздуха

   температуры, давления, влажности воздуха для горения


БАЛАНС ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

У каждой химической реакции есть реагирующие вещества, продукты реакции, характерная энергия (реакция идет с выделением или поглощением энергии), скорость реакции, тип взаимодействия (площадь/объем), теплопроводность, теплоемкость.

Если реакция идет с поглощением энергии, то в случае отсутствия энергии реакция не начнется.

Идея — записать реакции, которые возможны при горении, и составить систему уравнений на вклады в содержание продуктов сгорания той или иной реакции.


ПОДХОД

На основе всевозможных химических реакций составляем систему уравнений (требуем одновременного выполнения законов сохранения энергии и массы, более подробно в приложении).

Подбираем вклады реакций таким образом, чтобы максимально точно описать экспериментальные данные.

Аппроксимируем поведения вкладов реакции от влияющих факторов (влияющие факторы: компонентный состав, температура, давление и расход сжигаемого газа, температура и расход воздуха для горения).

В дальнейшем в вычислителе по исходным данным определяем вклады реакций (цепочек реакций), по вкладам реакций — количество интересующих компонентов.


Результаты

Программно-аппаратный комплекс

   Ультразвуковой расходомер (инструментальный контроль в соответствии с п.3.2.1 НДТ 21-2016)

   Методика измерений массовой концентрации и массы загрязняющих веществ, основанная на эмпирических данных исследований (верифицированный метод в соответствии с пп.6-10 постановления Правительства N 422 от 16.05.2016, п.3.2.4 НДТ 21-2016)

   Показатели точности измерений массовой концентрации и массы загрязняющих веществ должны удовлетворять обязательным метрологическим требованиям, установленным приказом Минприроды России от 07.12.2012 N 425

   Методика измерений, аттестованная по ГОСТ Р 8.563-2009 и допущенная к применению в сфере государственного регулирования (Федеральный закон от 26.06.2008 N 102-ФЗ)


БАЛАНС ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

   Воздух для горения
   Горючие компоненты
   ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ

У каждой реакции есть своя характерная энергия (эндо- или экзотермическая)

Пример:

Реакция происходит с поглощением тепла. Должны одновременно выполняться законы сохранения вещества и сохранения энергии

Составляем систему уравнений

Горение метана

Система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) на коэффициенты ai

Решение СЛАУ

   ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ:

   Метод Гаусса

   Метод Гаусса — Жордана

   Метод Крамера

   Матричный метод

   Метод прогонки


Дают алгоритм, по которому можно найти точное решение СЛАУ

   ИТЕРАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ:

   Метод Якоби (метод простой итерации)

   Метод Гаусса — Зейделя

   Метод релаксации

   Многосеточный метод


Основаны на использовании повторяющегося процесса и позволяют получить решение в результате последовательных приближений.

Подбор параметров

   МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ:

   Метод Ньютона

   Метод наискорейшего спуска

   Метод Гаусса-Ньютона

   Алгоритм Левенберга-Макрквардта


Позволяют подбирать вклады реакций в случае, если СЛАУ не решается прямыми методами

Результат

Зависимости коэффициентов ai (вероятность реакции) от влияющих факторов

   Используя коэффициенты ai можно предсказать количество интересующих компонентов по исходным данным!

   Точность устанавливается при аттестации методики измерений путём прямого сравнения предсказанных уравнением состояния значений массовых концентраций с результатами измерений прямым методом.

Контакты