Экологический риск от выбросов загрязняющих веществ при сжигании попутного нефтяного газа нефтегазоконденсатного месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Оригинальная статья / Original article УДК 504.05

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК ОТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

л _ о

© Т.И. Дроздова1, Р.Н. Суковатиков2

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Актуальность экологических проблем в нефтяной отрасли ставит необходимость поиска решений по снижению вредных выбросов в окружающую среду. Поэтому целью работы стало оценивание экологического риска от вредных выбросов в атмосферу при факельном сжигании попутного нефтяного газа (ПНГ) на примере Ярактинского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ). МЕТОДЫ. Проведен анализ технологии добычи, состава попутного нефтяного газа и вредных газообразных выбросов, поступающих в атмосферу при сжигании ПНГ на факельных установках. РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассчитаны мощности (максимально разовые) и валовые выбросы загрязняющих веществ. Показана эффективность использования технологии нескольких факельных установок. Оценен экологический ущерб и подсчитан экологический риск от негативного воздействия вредных веществ на атмосферу. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основании оценок экологического риска от выбросов вредных веществ в атмосферу показана необходимость внедрения в полный технологический цикл Ярактинского НГКМ безотходных технологий по утилизации и переработке ПНГ.

Ключевые слова: попутный нефтяной газ, факельное сжигание, вредные максимально разовые и валовые выбросы, экологический риск от загрязнения атмосферы.

Формат цитирования: Дроздова Т.И., Суковатиков Р.Н. Экологический риск от выбросов загрязняющих веществ при сжигании попутного нефтяного газа нефтегазоконденсатного месторождения // XXI век. Техносферная безопасность. 2017. Т. 2. № 3. С. 88-101.

ENVIRONMENTAL EFFECTS OF OIL AND GAS COMBUSTION POLLUTANT EMISSIONS AT OIL-GAS CONDENSATE DEPOSITS T.I. Drozdova, R.N. Cykovatikov

Irkutsk National Research Technical University,

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.

ABSTRACT. INTRODUCTION. Environmental issues in the oil industry require searching for methods of pollutant emission reduction. The purpose of the article is to assess ecological risks of pollutant emissions for torch oil and gas burning based on the example of the Yaraktinsk oil and gas condensate deposit. METHODS. Analysis of production technology, composition of associated petroleum gas and harmful gas emissions in the atmosphere was carried out. RESULTS. Capacities and gross emissions of pollutants were calculated. The efficiency of using several torch installations was shown. Ecological damages were assessed and the environmental risk was calculated. CONCLUSION. Based on the ecological risk assessments, implementation of waste-free technologies for utilization and processing of APG is required at the Yaraktinsky Oil and Gas Condensate Deposit.

Keywords: associated oil gas, torch burning, harmful most single and gross emissions, environmental risk of air pollution

For citation: Drozdova T.I., Cykovatikov R.N. Environmental effects of oil and gas combustion pollutant emissions at oil-gas condensate deposits. XXI century. Technosphere Safety. 2017, vol. 2, no. 3, pp. 88-101. (In Russian).

1

Дроздова Татьяна Ивановна, кандидат химических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: drozdova@istu.edu

Tatyana I. Drozdova, Candidate of Chemical Science, Associate Professor of Industrial Ecology and Life Safety Deparment, e-mail: drozdova@istu.edu

2Суковатиков Роман Николаевич, магистр направления подготовки «Техносферная безопасность», e-mail: drozdova@istu.edu

Roman N. Cykovatikov, master degree student of the Program "Technosphere safety", e-mail: drozdova@istu.edu

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

шж

Введение

Попутный нефтяной газ (ПНГ) - базовый сырьевой ресурс нефтехимических процессов. Он представляет собой смесь газов и парообразных компонентов, выделяющихся из нефтяных скважин и из пластовой нефти при ее сепарации. Данный энергоноситель - ценное сырье для переработки в газохимии, для получения сухого отбензиненного (СОГ) и сжиженного газов, используемых в промышленности и быту.

На нефтегазоконденсатных месторождениях (НГКМ) попутный нефтяной газ применяется в технологическом процессе при закачке его в пласт для поддержания

требуемого давления. Однако на эти цели используется только часть этого ценного сырья, остальной ПНГ сжигается. В настоящее время применение новых, безотходных технологий на НГКМ остается еще актуальной задачей. Поэтому продукты сжигания ПНГ оказывают негативное воздействие на атмосферу.

Цель работы - оценить экологический риск от вредных выбросов в окружающую среду при факельном сжигании попутного нефтяного газа на исследуемом объекте.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования было Ярак-тинское НГКМ в составе Иркутской нефтяной компании (ИНК), которое расположено в северной части Усть-Кутского и южной части Катанского районов Иркутской области.

Технологию добычи, сбора нефти и газа на Ярактинском НГКМ можно представить в виде схемы (рис. 1).

Согласно схеме, на первоначальной стадии углеводородное сырье (газожидкостная многокомпонентная смесь) поступает с кустовых площадок (блок 1) на до-жимную насосную станцию НГКМ (блок 2). Дожимные насосные станции предназначены для сбора, сепарации, предварительного обезвоживания, учета и дальнейшей транспортировки нефти и попутного газа на центральные пункты сбора. После разделения скважинной нефтяной жидкости сырая нефть поступает на установку подготовки нефти (УПН), где происходит подготовка сырья - отделение соли, воды, механических примесей (блок 3). После дополнительной сепарации товарная нефть поступает на приемно-сдаточный пункт (ПСП), а затем в магистральный трубопровод Восточная Сибирь - Тихий океан

(ВСТО). Отделенный при первичной сепарации газ дополнительно очищается от конденсата на дожимной компрессорной станции (ДКС) и затем поступает на установку комплексной подготовки газа (УКПГ) (блок 4). На каждом технологическом этапе часть попутного нефтяного газа поступает на факельные установки для сжигания -это значительные потери сырья.

Потребность в природном газе требует внедрения более рациональных подходов для снижения потерь ценного сырья. Поэтому с 2012 года ИНК утилизирует попутный нефтяной газ посредством его закачки в пласт на Ярактинском НГКМ с применением сайклинг-процесса (рис. 2).

Сущность метода заключается в поддержании пластового давления в скважине при закачке в пласт с помощью компрессоров попутного нефтяного газа. Сайклинг-процесс не только способствует сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу, но и является примером рационального природопользования, позволяющим сохранять ценный природный газ в недрах для его дальнейшего использования [1]. В настоящее время на Ярактинском НГКМ эксплуатируются: 6 компрессорных

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

vo

к/

станций для закачки сухого отбензиненного газа (СОГ) и ПНГ в пласт суммарной производительностью 5,0 млн м3/сут.; установка

переработки природного и попутного нефтяного газа (УПППНГ-3,6) производительностью 3,6 млн м3/сут.

Рис. 1. Технологическая схема сбора нефти и газа: 1 - кустовая площадка (КП); 2 - дожимная насосная станция (ДНС); 3 - установка подготовки нефти (УПН); 4 - установка комплексной подготовки газа (УКПГ) Fig. 1. Technological scheme of oil and gas gathering: 1 - well pad (WP); 2 - booster pump station (BPS); 3 - oil preparation installation (OPI); 4 - complex gas processing unit (CGPU)

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

ШЖ

Попутный газ

Нефть

Рис. 2. Сайклинг-процесс Fig. 2. Cycling

о

Большая часть (2,5 млн м3/сут.) ПНГ, добываемого на месторождении, направляется на переработку для извлечения целевых компонентов, а СОГ частично используется на объектах генерации электроэнергии (600 тыс. м3/сут.) и закачивается в пласт (3,9 млн м3/сут.). В последние годы наблюдается снижение выброса ПНГ на сжигание (рис. 3) и рост доли его использования для сайклинг-процесса, а также для переработки на установках перера-

ботки попутного газа (УППГ). В планах ИНК увеличить использование ПНГ до 95%.

Не утилизированная часть газа сжигается на факельных установках, которые позволяют перевести вредные вещества в менее опасные. Например, сероводород при сгорании превращается в сернистый газ, оксид углерода - в диоксид углерода и т.д. Но и эти продукты сгорания загрязняют атмосферу.

Рис. 3. Использование попутного нефтяного газа на Ярактинском нефтегазоконденсатном месторождении Fig. 3. Use of associated petroleum gas at Yaraktinsk oil-gas condensate field: from the left to the right - APG use, in %; schedules, by years, below - percent of combustion of APG; __above - APG utilization percent

ШЖ

Ш/

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

шж

Факельное сжигание проводят на установке открытой факельной системы (рис. 4), представляющей собой горизонтальный факельный ствол с прямым движением газов или паров. Газовые или газо-конденсатные смеси, предназначенные для сброса и сжигания, предварительно очищаются от конденсата на предфакельных сепараторах. Далее газовая смесь, проходя через факельный ствол, смешивается с воздухом, подаваемым через специальное устройство (факельный оголовок), а затем воспламеняется от многоуровневых горелок.

Расчет выбросов вредных газов от сжигания НГК проводили по методике [2], которая позволяет оценить влияние вред-

ных выбросов от факельных установок на качество атмосферного воздуха как при добыче, переработке, так и при транспортировке газа и газоконденсата. В методике приведены удельные выбросы продуктов сгорания различных угреводородных смесей, зависящие от конструктивных и технологических особенностей факельных установок (табл. 1). В расчетах использовали удельные выбросы веществ от сжигания ПНГ по технологии 1, соответствующей факельной установке, горизонтальной высотной, преобладающей на Ярактинском НГКМ. Следует отметить, что данная технология менее опасная по сравнению с другими.

Рис. 4. Открытые факельные системы Fig. 4. Open torch systems

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Таблица 1

Удельные выбросы вредных веществ для различных технологий сжигания

Table 1

Specific emissions of harmful substances for various burning technologies

Вредное вещество / Harmful substance Удельный выброс, г/г / Specific emission

* технология 1 / ** технология 2 / *** технология 3 /

Оксид углерода CO / Carbon oxide CO 0,02 0,25 0,02

Оксиды азота NOxb пересчете на NO2 / Nitrogen oxides NOxb in terms of NO2 0,003 0,002 0,003

Метан СН4 и другие углеводороды (кроме содержащих серу) в пересчете на СН4 / Methane СН4 and other hydrocarbons (except containing sulfur) in terms of CH4 0,0005 0,03 0,0005

Сажа / Soot 0,002 0,03 0,002

Примечание: Сжигание некондиционных газовых и газоконденсатных смесей в факельной установке горизонтальной высотной; сжигание некондиционного углеводородного конденсата в наземной факельной установке;

сжигание природного газа в факельной установке: горизонтальная, высотная, наземная дежурные горелки и факельный ствол. / Note: *Combustion of sub-standard gas and gas-condensate mixes in torch installation of horizontal high-rise; **combustion of sub-standard hydrocarbonic condensate in land torch installation; ***combustion of natural gas in torch installation: horizontal, high-rise, land torches on duty and torch trunk.

Для расчета эколого-экономического ущерба от загрязнения атмосферы используются методики, учитывающие валовые выбросы загрязняющих веществ. Получен-

ные оценки экологического ущерба позволяют оценить эколого-экономический риск по известным методикам [3-8].

Результаты и их обсуждение Расчет выбросов вредных ве- (или 14,81 м3/с). Общая характеристика ществ. На Ярактинском НГКМ утилизация сжигаемых компонентов и используемых ПНГ достигает 87% от суммарного объема для расчета показателей приведены в этих газов, равного 1,47 млн м3/сут. табл. 2.

Том 2, № 3 2017 Vol. 2, no. 3 2017

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Состав и параметры сжигаемой смеси Structure and parameters of the burned mixture

Таблица 2 Table 2

Компонент/ Component Формула/ Formula Температура кипения,оС / Temperature, оС Коэффициент адиабаты, К / Adiabatic curve coefficient, К Содержание, % об. / Content, %. Молярная масса М, кг/моль / Molar mass of M, kg/mol Плотность, кг/м3 / Density, kg/m3

Метан / Methane СН4 -161,49 1,41 75,5643 16,043 0,716

Этан/ Ethane С2Н6 -88,60 1,28 5,3423 30,07 1,342

Пропан / Propane С3Н8 -42,10 1,14 8,5214 44,097 1,969

н-Бутан / Butane С4Н10 -0,50 1,09 5,5696 58,124 2,595

н-Пентан / Pentane С5Н12 36,07 1,13 2,2686 72,151 3,221

н-Гексан / Hexane C6Hl4 68,74 1,06 0,8017 88,066 3,842

Гептан / Heptane C7H16 98,42 1,05 0,2864 100,077 4,468

Углекислый газ / Carbon dioxide C02 78,50 1,28 0,356 44,011 1,965

Азот / Nitrogen N2 -195,75 1,47 1,2855 28,016 1,251

Сероводород / Hydrogen sulphide H2S -60, 28 1,29 0,0042 34,082 1,522

Итого: / Total: 100 514,737

Геометрические параметры факельной установки принимаем, исходя из типового устройства установки [9, 10]: диаметр выходного сопла d = 0,3 м; высота факельной трубы ^ = 40 м. Температура сжигаемой смеси Т = 30оС.

Для количественной оценки вредных выбросов определены: мощность (максимально разовый) выброса вредного вещества, расход газовоздушной смеси, а также валовый выброс загрязнителей.

Мощность выброса (г/с) метана, ок-

сида углерода, оксидов азота (в пересчете на диоксид азота) и сажи рассчитывается по формуле:

М = УВ • G, (1)

где УВ - удельные выбросы вредных веществ, г/г (табл. 1, технология 1); G - массовый расход углеводородных смесей и природного газа, г/с.

Результаты расчета необходимых параметров приведены в табл. 3.

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Таблица 3

Расчетные формулы физических характеристик сжигаемой смеси, продуктов сгорания и их значения

Table 3

Formulas of physical characteristics of the burned mixture, _combustion products and their values_

Название параметра / Name of the parameter Расчетная формула, номер формулы / Formula, formula number Значение параметра / Value the of parameter

Исходные данные: / Basic data:

Геометрические параметры факельной установки: / Geometrical parameters torch installation: диаметр выходного сопла, м; / diameter of an output nozzle, m; высота факельной трубы, м / height of a torch pipe, m d he 0,3 40

Температура сжигаемой смеси, оС / Temperature of the burned mix, ° C То 30

Продолжительность работы факельной установки, ч/год / Period of operation torch installation, h/year T 8760

Расчетные параметры: / Calculated parameters:

Массовый расход сжигаемой смеси: с одной факельной установки, г/с; / Mass consumption of the burned mix: from one torch installation, g/s; всего по месторождению, г/с / in total on the field, g/s G = 1000 ■ Вг • рг (2) G Gm/p 11006,58 30434,55

3 Плотность сжигаемой смеси, кг/м / Density of the burned mix, kg/m 12,2-М рГ =—- (3) Г Тк +273 2,055

Молярная масса сжигаемой смеси, кг/моль / The molar mass of the burned mix, kg/mol n м = 0,01£ М [i]0 (4) ¿=1 23,87

Температура кипения сжигаемой смеси, оС / Boiling temperature for the burned mix, оС n Тк = 0,01^тк1 [i]o (5) ¿=1 131,29

Объемный расход газовой и газоконденсатной смеси: / Volume consumption of gas and gas-condensate mix: на одной факельной установке, м /с; / on one torch installation, m3/s; всего по месторождению объемный расход, м3/с / in total on the field a volume expense, m3/s Вг = 0,785 ■ d2 (6) 5,356 14,81

Скорость бессаженного горения, м/с / Speed of soot-free burning, m/s Wucm= 0,2 ■ W3e, (7) 75,82

Скорость звука в сжигаемой углеродной смеси, м/с / Acoustic speed in burned carbon mix, m/s W = 915 ч К Т + 273) (8) W ЗВ '5 V М [ ) 379,089

Ш/

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

я

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

шж

Показатель адиабаты, рассчитывается по значениям K индивидуальных углеводородов (данные в табл. 1) / The adiabatic curve indicator, pays off on Ki values of individual hydrocarbons (data in tabl. 1) n К=X к [a (9) ¿=1 1,3523

Расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси, м3/с / Consumption of the air-gas mix released into the atmosphere, m3/s V1 = BVrc'(273 + Тг)/273 (15) 379,42

Температура горения углеродной смеси, оС / Temperature of burning of carbon mix, °C тг = т0 + & '(1"e)'w (16) г 0 V • C V гс C гс 1551,5

Теплоемкость продуктов сгорания, ккал/(м3-°С) / Thermal capacity of products of combustion, kcal/(m3-°C) Таблица 2 0,38

Низшая теплота сгорания газовой и газоконденсатной смеси, ккал/м3 / The lowest heat of combustion of gas and gas-condensate mixtures, kcal/m3 Qh = Оиг + Qhk ( 17) 8018,85

Низшая теплота сгорания газовых смесей, ккал/м3 / The lowest heat of combustion of gas mixes, kcal/m Qhr = 85,5[CH4]o + 152[C2H6]o + 218[C3H8]q + + 283[C4H^]o + 349[C5H!2]o + 56[H2S]o, (18) 114,99

Низшая теплота сгорания углеводородных конденсатов, ккал/м3 / The lowest heat of combustion of hydrocarbonic condensates, kcal/m QHK= 12053 - 2041 йр (19; 7903,87

Плотность углеводородного конденсата, кг/м3 / Density of the hydrocarbonic condensate, kg/m3 100 Рк = N (20) ¿=1 2032

Объем газовоздушной смеси, полученный при сжигании 1 м3 углеводородной смеси, м3/м3 / Amount of the gas and air mixture when burning 1m3 of the hydrocarbonic mixture Vrc = 1 + aVo, (21) a = 1 (полное сгорание / burnout) 10,6

Стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 м3 (кг) углеводородной смеси, определяется по формуле, м3/м3 / Volume of air-gas mix, 1 m3 received when 33 burning hydrocarbonic mix, m /m [1,5[Я2 5 ]o + V = 0,0476 i« L (22) IX(*+У/4)[CHI "[°2]0 I ¿=1 9,6

Полнота сгорания газовой и газоконденсатной смеси / Combustion efficiency for the gas and gas-condensate mix n 0,9984

Для расчета массового расхода сжигаемой газовой и газоконденсатной смеси ПНГ (формула 2) необходимо учесть: - плотность этой смеси, кг/м3

12,2 • М

Рг =

12,2 • 23,8718

П + 273 -131,2864 + 273

= 2,055

(3)

f6f

Том 2, № 3 2017 Vol. 2, no. 3 2017

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

где М - молярная масса углеводородной смеси, определяется по формуле (4), а М/ - молярная масса /-го компонента, принимаем по данным табл. 1. На плотность газовой смеси влияет и температура кипения углеводородного конденсата (формула 5), при расчете которой принимаем значения температуры ТК1 - индивидуальных уг-

ISNN 2500-1582

У

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

vo

к/

леводородов и относительное содержание /-го компонента в сжигаемой углеводородной смеси ([¡]о) по данным табл. 1.

- объемный расход сжигаемой многокомпонентной смеси (формула 6); он зависит от скорости истечения газовых и га-зоконденсатных смесей, природного газа (№,ист,) и геометрических параметров -диаметра выходного сопла.

Объемный расход Вг рассчитываем при протекании полного горения, а именно бессаженного горения, которое выполняется при условии

Мист№зв > 0,2,

где параметр №ист, обеспечивающий бессаженное горение (формула 7); №зв - скорость звука в сжигаемой смеси.

Для определения скорости звука в сжигаемой смеси (формула 8) необходимо учитывать температуру этой смеси, (принимаем Т0 = 30оС), а также показатель адиабаты К (формула 9), необходимые данные для расчета которого представлены в табл. 1.

После произведенных расчетов требуемых параметров объемный расход газовой многокомпонентной смеси (формула 6) равен:

Вг = 0,785 ■ 75,81791 ■ 0,32 = 5,356 м3/с.

Полученный результат позволяет заключить, что рассмотренная факельная установка не обеспечит полный объем сжигания, т.к. на Ярактинском НГКМ на сжигание подается 14,81 м3/с (что составляет 1,28 млн м3/сут.) ПНГ. Для обеспечения полного объема сжигания ПНГ потребуется использовать еще две аналогичных факельных установки.

Оценим массовый расход ПНГ по формуле (2) для одной факельной установки:

в = 1000 ■ 5,356 ■ 2,055 = 11006,58 г/с.

Для всех факельных установок месторождения при объемном расходе газовой многокомпонентной смеси равным Вг = 14,81 м3/с, массовый расход вм/р = 30434,55 г/с.

Полученные результаты позволяют определить мощности выбросов оксида углерода, оксида азота и метана по формуле

(1) и данным таблицы 1 для всего месторождения. Результаты расчетов сведены в табл. 4.

Для определения мощности выброса диоксида углерода (формула 10) следует учитывать параметры:

п - полнота сгорания углеводородной смеси, принимаем п = 0,9984 согласно

[2];

[^ и ДО^ - массовое содержание углерода и диоксида углерода, соответственно, в сжигаемой смеси. Отметим, что [ЗД^ - отсутствует в сжигаемой смеси; Мсо и Мсн4 - мощность выброса оксида углерода и метана, соответственно, г/с.

В сжигаемой углеводородной смеси массовое содержание углерода зависит от - числа атомов углерода в одной молекуле /-го вещества сжигаемой смеси (Х) и определяется по формуле:

N

12 -IX и,

\с 1 =-г—1--100% = м-л

1 1т (100 -\ нег ]0) - т (11)

= 76,71% - мас.

Кроме того, общим содержанием негорючих примесей в сжигаемой смеси ([нег]0) можно пренебречь, т.к. они отсутствуют.

Мощность выброса серосодержащих веществ (диоксида серы, сероводрода, меркаптанов) вычисляем по формулам (12-14), с содержанием в сжигаемой смеси общей серы (7,06 10-6 % мас), сероводорода (2,5910-6 % мас), меркаптанов (4,4710-6 % мас) в соответствии с данными [2].

Ж)

ISNN 2500-1582

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Мощность и валовый выброс компонентов сжигаемой смеси Power and gross emission of combustion mixture components

Таблица 4 Table 4

Компонент/ component Формула / formula Расчетная формула / computing formula Emission power, г/с Gross emission Mi t/year

Метан / Methane СН4 М = УВ • G (1) 15,217 479,88

Оксид серы (в пересчете на NO2) / Nitrogen oxide (calculated as NO2) NOx М = УВ • G (1) 91,3 2879,2

Carbon oxide / Оксид углеводорода СО М = УВ • G (1) 608,69 19195,64

Углекислый газ / Carbon dioxide СО2 Мсо2 = 0,01G{3,67 ■ n[C]m + + [CO2U - Мсо - Мсн4 (10) 84920,08 2678039,6

Сероводород / Hydrogen sulphide H2S Mh2s = = 0,01-[H2S]m -G-(1-n) (13) 1,26-10-6 3,97 10-5

Диоксид серы / Sulphur dioxide SO2 Mso2 = 0,02-G-n-[S]m (12) 0,00429 0,1353

Меркаптаны / Mercaptan [RSH]m Mrsh = 0,01-[RSH]m-G-(1-n) (14) 2,1710-6 6,84 10-5

Итого: / Total: 85,635 2 700 594,46

Таким образом, расчеты, представленные в таблице 3, указывают на значительные выбросы вредных веществ в окружающую среду.

Важным фактором при анализе вредных выбросов, поступающих в атмосферу при сжигании ПНГ, является расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси (смеси продуктов сгорания с воздухом). Для расчета расхода этой смеси используем методику [2]. Результаты расчета сводим в табл. 3.

Для одной факельной установки расход выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси определяем по формуле (15), при этом учитываем количество углеводородной смеси (УГС), полученное при сжигании 1 м3, равное 10,6 м3/ м3.

Для определения температуры горения углеродной смеси воспользуемся формулой (16). Для этого вычисляем низ-

шую теплоту сгорания углеводородной смеси (Он) по формулам (17-19). Следует отметить, что для расчета низшей теплоты сгорания углеводородных конденсатов необходимо учесть плотность каждого компонента углеводородной смеси (формула 20) (см. табл. 1).

При сгорании углеводородной смеси часть тепловой энергии теряется за счет излучения, доля которой составляет

е = 0,048 ■ М05 = 0,048 ■ 23,87105 = 0,2345,

что необходимо учитывать при расчете температуры горения. При этом необходимо также знать количество газовоздушной смеси, полученное при сжигании 1 м3 (кг) углеводородной смеси (формула 21), сте-хиометрическое количество воздуха для сжигания 1 м3 (кг) углеводородной смеси (формула 22), где [ВДо, [СхНу]о, [О2]о - со-

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

держание сероводорода, углеводородов, кислорода, соответственно, в сжигаемой смеси, % об.

Кроме того, необходимо учесть, что теплоемкость продуктов сгорания изменяется в зависимости от их температуры (табл. 5). Так, при теплоемкости продуктов сгорания газовой смеси

СГС = 0,4 ккал/(м3оС) и СГС = 0,35 ккал/(м3оС) для углеводородного конденсата, согласно [2], ориентировочное значение температуры горения будет равно

8018,85-(1 - 0,2345)-0,9984

Т V = 30 +---^---'—-=

г 10,6 - 0,4

= 1475,42° С.

Для более точного расчета температуры горения принимаем уточненную величину СГС = 0,38 ккал/(м3оС). Тогда окончательная температура будет 1551,5оС. Такое уточнение температуры необходимо для оценки расхода газовоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу (формула 15), который составляет 379,42 м3/с.

Таким образом, полученные данные указывают на значительный выброс продуктов сгорания в атмосферу, составляющий свыше 7,5 т/сут. (2 700 594,46 т/год / 12 мес х 30 дней).

Экологический ущерб, наносимый окружающей среде, зависит от валовых выбросов загрязняющих веществ. Валовый выброс /-го вредного вещества от факельных установок определяем, в соответствии с методикой [2], по формуле, т/год:

П1 = 0,0036 ■ т • М/, (23)

где т - продолжительность работы факельной установки, принимаем т = 8760 ч/год (круглый год); М/ - мощность выброса /-го вредного вещества (таблица 2).

Данные расчетов сведены в таблицу 4. Полученные данные показывают, что суммарные валовые выбросы вредных веществ в окружающую среду составляют свыше 2,7 тыс. т/год, что наносит вред окружающей среде.

Теплоемкость продуктов сгорания [2] Thermal heat capacity

Таблица 5 Table 5

Температура продуктов сгорания, ТГ, оС / Combustion temperature 8001000 10001200 12001500 15001800 18002000

Теплоемкость продуктов сгорания, СГС, / Thermal heat capacity temperature ккал/(м3оС) ккал/(кгоС) 0,36 0,31 0,37 0,32 0,38 0,33 0,39 0,34 0,4 0,35

Оценка экономического у

Укрупненная оценка экономического ущерба (Уа) от загрязнения атмосферы, причиняемого годовыми выбросами в атмосферу, для любого источника определяется по формуле [3, 10]:

Уа = Ууд- -Ма- Кэ- (24)

а и экологического риска

где Ууд - величина экономической оценки удельного ущерба от загрязнения атмосферы (показатель удельного ущерба) руб./у.т, равный 36,3 для ВосточноСибирского экономического района; Кэ - коэффициент экологической значимости для атмосферного воздуха для Восточ-

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

шж

но-Сибирского экономического района, 1,4; ^ - коэффициент инфляции, 2,16 (на 2017 г.); Ма - приведенная масса выброса рассчитывается по формуле

Мв =£ Am,

(25)

г=1

А; - коэффициент относительной эколого-экономической опасности (относительной агрессивности) примеси 1-го вида; т; - масса годового выброса 1-ого вещества, т/год.

Данные для расчета приведенной массы выброса (формула 25) приведены в

табл. 6.

Ущерб от загрязнения атмосферного воздуха по формуле (24) составит

Уа = 36,3 ■ 1 126 979,46 1,4 ■ 2,16 = = 123 709 887,7 руб.

Категоризация степени экологического риска в зависимости от частоты происшествий и экономического ущерба, связанного с загрязнением окружающей среды [11, 12], свидетельствует о необходимости применения мер для снижения риска на исследуемом объекте.

Расчет приведенной массы выброса загрязняющими веществами Calculation of the mass of pollutant emissions

Таблица 6

Table 6

Загрязняющее вещество / Pollutant Масса выброса (m), т/год / Emission mass Коэффициент относительной агрессивности, А / Relative aggression ratio Приведенная масса (M), у.т./год

Метан / methane 479,88 1,2 575,856

Оксид азота (в пересчете на NO2) / Nitrogen oxide (calculated as NO2) 2879,2 16,5 47506,8

Углекислый газ / Carbon dioxide 2678039,6 0,4 1071215,84

Оксид углерода / Carbon oxide 19195,6 0,4 7678,256

Сероводород / Hydrogen sulphide 0,0000397 10 0,000397

Диоксид серы / Sulphur dioxide 0,1353 20 2,706

Меркаптаны / Mercaptans 0,0000684 10 0,000684

I - - 1 126 979,46

Заключение

Наращивание мощностей по добычи нефтегазоконденсата на Ярактинском и других месторождениях Сибири требует рационального подхода, внедрения безотходных технологий при утилизации ПНГ. Ценность и востребованность этого сырья требует более ускоренного развития газо-

перерабытывающих производств.

На основании оценок экологического риска от выбросов вредных веществ в атмосферу показана необходимость внедрения в полный технологический цикл Ярак-тинского НГКМ безотходных технологий по утилизации и переработке ПНГ.

Том 2, № 3 2017 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Vol. 2, no. 3 2017 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582

РИСКОЛОГИЯ RISKOLOGY

Библиографический список

1. Отчет о выполнении ООО «Иркутская нефтяная компания» природоохранных и социальных мероприятий [Электронный ресурс]. 11Р1_: http://www.irkutskoil.ru/society-and-есо1оду/со^гайог/с^/ (20.03.2017).

2. Методика расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 1996. 84 с.

3. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. М.: ООО «ВНИИ-ГАЗ», 1999. 92 с.

4. Постановление Правительства РФ от 13.09.2016 № 913 «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах».

5. Медведева С.А. Экологический риск. Общие понятия, методы оценки. // XXI век. Техносферная

безопасность. 2016. Т. 1. № 1. С. 67-81.

6. Хаустов А.П., Редина М.М. Охрана окружающей среды при добыче нефти. М.: Дело, 2006. 552 с.

7. Тимофеева С.С., Хамидуллина Е.А. Основы теории риска. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 128 с.

8. Медведева С.А., Тимофеева С.С. Экология техносферы: практикум. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. 186 с.

9. ЭНЕРГАЗгазовые технологии [Электронный ресурс]. URL: http://www.energas.ru. (11.04.2017).

10. ГОСТ Р 53681-2009. Детали факельных устройств для общих работ на нефтеперерабатывающих предприятиях. Общие технические требования.

11. Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2009. 184 с.

12. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ.

References

1. Otchet o vypolnenii OOO «Irkutskaya neftyanaya kompaniya» prirodookhrannykh i sotsial'nykh meropri-yatii [Report on performance of LLC Irkutsk Oil Company of nature protection and social actions]. Availabe at: http://www.irkutskoil.ru/society-and-ecology/contractor/docs/ (accessed 20 March 2017).

2. Metodika rascheta parametrov vybrosov i valovykh vybrosov vrednykh veshchestv ot fakel'nykh ustanovok szhiganiya uglevodorodnykh smesei [A method of calculation of parameters of emissions and gross emissions of harmful substances from torch installations of combustion of hydrocarbonic mixes]. Moscow, LLC VNIIGAZ Publ., 1996, 84 p. (In Russian).

3. Vremennaya metodika opredeleniya predotvrash-chennogo ekologicheskogo damage ushcherba [A temporary technique of determination of the prevented ecological]. Moscow, LLC VNIIGAZ Publ., 1999, 92 p. (In Russian).

4. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 13.09.2016 № 913 «O stavkakh platy za nega-tivnoe vozdeistvie na okru-zhayushchuyu sredu i dopolnite'nykh koeffitsientakh». [The resolution of the Government of the Russian Federation from 09.13.2016 No. 913 "About rates of a payment for negative impact on the environment and additional coefficients"].

5. Medvedeva S.A. Environmental risk. General concepts, assessment methods. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' [21st century. Technosphere safety].

Критерий авторства Дроздова Т.И., Суковатиков Р.Н. обладают равными авторскими правами и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Поступила 29.08.2017

2016, vol. 1, no. 1, pp. 67-81. (In Russian).

6. Haustov A.P., Redina M.M. Okhrana okruzhayush-chei sredy pri dobyche nefti [Environmental protection at oil production]. Moscow, Business Publ., 2006. 552 p. (In Russian).

7. Timofeeva S.S., Hamidullina E.A. Osnovy teorii riska [Bases of the theory of risk]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2012, 128 p. (In Russian).

8. Medvedeva S.A., Timofeeva S.S. Ekologiya tekhnosfery: praktikum [Ekologiya of a technosphere: practical work]. Irkutsk, IRNITU Publ., 2015, 186 p. (In Russian).

9. ENERGAZgazovye tekhnologii [Energazgazovy technologies]. Availabe at: http://www. energas.ru (accessed 11 April 2017).

10. ГОСТ Р 53681-2009. Detali fakel'nykh ustroistv dlya obshchikh rabot na neftepererabatyvayushchikh predpriyatiyakh. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. [Details of torch devices for the general works at the oil processing enterprises. General technical requirements]. (In Russian).

11. Strizhevsky I.I., Elnatanov A.I. Fakel'nye ustanovki [Torch installations]. Moscow, LLC VNIIGAZ Publ., 2009, 184 p. (In Russian).

12. Federal'nyi zakon «Ob okhrane okruzhayushchei sredy» ot 10.01.2002 № 7-FZ [Federal law "About Environmental Protection" from 01.10.2002 No. 7-FZ]. (In Russian).

Authorship criteria

Drozdova T.I., Cykovatikov R.N. have equal authors' rights and responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests.

Received on 29 August 2017

Том 2, № 3 2017 Vol. 2, no. 3 2017

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISNN 2500-1582