CC BY
86
-►
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 621.165
Н.А. Забелин, А.В. Лыков, В.А. Рассохин
ЭМИССИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ОАО «ГАЗПРОМ»
N.A. Zabelin, A.V. Lykov, V.A. Rassokhin
EMISSION OF CONTAMINANT FROM GAZPROM'S GAS-TRANSPORT SYSTEM
В статье рассмотрено влияние загрязняющих веществ от единой газотранспортной системы России на окружающую среду. Представлены экологические характеристики газотурбинного оборудования эксплуатируемых в ОАО «Газпром». Произведена оценка мощности выбросов в атмосферу NOx, CO2, CO, CH4 для различных типов газоперекачивающих агрегатов.
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА. ЭКОЛОГИЯ. ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА. ГАЗОТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ. ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЕ АГРЕГАТЫ.
In clause are viewed contaminant's influence on environment from unified gas supply system of Russia. Ecological characteristics of gas turbine engines, which are used by Gazprome, are presented. Evaluation of intensity of emissions NOX, CO2, CO, CH4 to atmosphere for different gascompressor units are made. ENVIROMENT. ECOLOGY. CONTAMINANT. GAS PIPELINE. GASCOMPRESSOR UNITS.
ОАО «Газпром» — крупнейшая газовая компания в мире. Основные направления деятельности — геологоразведка, добыча, транспортировка, хранение, переработка и реализация газа и других углеводородов. Государство является собственником контрольного пакета акций Газпрома — 50,002 % [1]. Газпром располагает самыми богатыми в мире запасами природного газа.
Единая система газоснабжения (ЕСГ) России имеет более 162 тыс. км магистральных газопроводов и отводов, 215 линейных компрессорных станций с общей мощностью газоперекачивающих агрегатов в 42,1 тыс. МВт, 6 комплексов по переработке газа и газового конденсата, 25 объектов подземного хранения газа. Природный и попутный нефтяной газ — в настоящее время основной источник обеспе-
чения внутренних потребностей страны в первичных энергоресурсах [1]. По количеству потребляемого топлива газовая промышленность в России занимает второе место после электроэнергетики.
Хозяйственная деятельность компании затрагивает интересы миллионов людей. Воздействие на окружающую среду, оказываемое компанией при осуществлении своей деятельности, определяет ее ответственность перед обществом [2].
Сознавая эту ответственность, ОАО «Газпром» стало одной из первых в России компаний, принявших в 1995 году политику в области охраны окружающей среды. В настоящее время возрастает ответственность ОАО «Газпром» как глобальной энергетической компании за сохранение окружающей природной среды, безопасность и надежность поставок продукции при
исполнении экологических и социальных обязательств. 2013 год объявлен в ОАО «Газпром» Годом экологии.
ОАО «Газпром» ведет системную работу по снижению эмиссии парниковых газов в производственных процессах, участвует в специализированных исследованиях, проводит мониторинг выбросов. С 1992 года проводятся работы, связанные с проблемой выбросов основных парниковых газов (диоксид углерода и метан) в газовой промышленности.
Особенно актуальным становится вопрос, связанный с эмиссией загрязняющих веществ (ЗВ) от газотранспортной системы. Также большое значение приобретают экологические характеристики газотурбинных установок (ГТУ), которые применяются для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА).
Целями данной статьи являются: исследование влияния NOя., CO2, CO, CH4 на окружающую среду;
исследование парка ГПА ЕСГ России по экологическим характеристикам;
построение распределений мощностей выбросов NOx, га2, CO, CH4 в зависимости от типа ГПА и их количества;
определение ГПА с газотурбинным приводом с точки зрения наибольшей эмиссии парниковых газов и ЗВ;
проведение оценки общей эмиссии парниковых газов и ЗВ от всего парка ГПА с газотурбинным приводом ЕСГ России.
Работающие ГТУ генерируют при горении вредные вещества, негативно влияющие на окружающую среду, включая человека. При использовании природного газа в качестве таких вредных веществ оказываются, прежде всего, оксиды азота NOx и углерода СОХ. Масштабы вредных выбросов делают проблему борьбы с ними весьма актуальной.
Количество содержащихся в выхлопных газах окислов азота оказывается недопустимо большим. Окислы азота не только оказывают негативное влияние на человека, но и реагируют с атмосферным озоном, разрушая его. Механизм разрушения следующий:
^ + Oз ^ + O2
и далее
+ O ^ ^ + O2.
Первая реакция — реакция разрушения озона, а вторая — воспроизводства NO.
Окислы азота (NOx) образуются в результате окисления азота, содержащегося в воздухе. Установлено, что влияние азота топлива достаточно мало. Основная доля окислов азота — окись NO. Отметим, что окись азота NO может окисляться до двуокиси азота NO2, что имеет место при низких температурах. В камерах сгорания образование NO2 имеет место только на режимах малого газа. Тогда их доля может быть значительной.
Окись азота NO образуется в высокотемпературных зонах камеры сгорания при максимальных температурах газа, поэтому максимум ее концентрации наблюдается на режимах максимальной мощности. Этот процесс эндотерми-чен и идет с заметной скоростью при температурах выше 1800 К. Поэтому NO образуется в горячих газах и максимальной концентрации достигает на режимах максимальной мощности. Окись азота NO бывает трех видов [3]: термическая NO, образующаяся при окислении атмосферного азота в послепламенных газах;
сверхравновесная NO, образующаяся в быстрых реакциях во фронте пламени;
топливная NO, образующаяся из-за окисления азота топлива.
Окись углерода СО воздействует прежде всего на людей. Это воздействие оказывает влияние на состав крови и внутренние органы.
При «богатой» смеси в зоне горения окись углерода СО образуется в больших количествах. Образование СО в этом случае определяется нехваткой кислорода для полного окисления топлива. Некоторое количество СО образуется и при «бедных» смесях, что объясняется диссоциацией диоксида углерода СО2 в зоне высоких температур за первичной зоной камеры сгорания.
Исследования показывают, что значительное количество окиси азота СО образуется на режимах малой мощности, когда температура газа понижена. В то же время при больших нагрузках количество СО в выхлопных газах ГТУ мало [3].
Углекислота СО2 не токсична и не взрывоопасна, однако при ее концентрациях в воздухе свыше 5 % (92 мг/м3) снижается доля кислорода, что может привести к кислородной недостаточности и удушью.
Метан CH4 — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко
используют как бытовое и промышленное топливо и как сырье для промышленности. При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.
В 1995 году вступила в действие разработанная во исполнение решения Генеральной Ассамблеи ООН № 46/169 от 19 декабря 1991 года об охране глобального климата в интересах нынешнего и будущих поколений человечества Рамочная конвенция ООН об изменении климата (РКИК), ратифицированная Российской Федерацией в 1994 году. В настоящее время сторонами Конвенции являются 195 стран мира, включая Россию [2].
Основная цель РКИК — «добиться во исполнение соответствующих положений Конвенции стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему» [4]. В дополнение к РКИК ООН в 1997 году был принят Киотский протокол, который закрепляет за странами-участницами конкретные количественные обязательства по сокращению или ограничению объемов антропогенных выбросов парниковых газов. В своей деятельности компания ОАО «Газпром» руководствуется нормативными актами и корпоративными стандартами, обеспечивающими соблюдение требований РКИК ООН и Киотского протокола.
Следует отметить, что есть данные о научной несостоятельности гипотезы парникового эффекта [5, 6], вызывающие возражения по поводу необходимости России быть членом Киот-ского протокола.
Для возможности сравнения выбросов различными ГТУ необходим пересчет на нормальные условия, определяемые концентрацией кислорода в выхлопных газах на уровне 15 %. Формула для пересчета имеет вид
с,15 = с 21 -15
21 -О
2
где С15 и Сг- — соответственно приведенная и фактическая концентрации; О2 — объемная доля кислорода в сухих продуктах горения в процентах.
Нормативные требования по содержанию вредных веществ в продуктах сгорания энергетических ГТУ установлены в ГОСТ 29328 (при
0 °С; 0,1013 МПа и условной объемной концентрации кислорода 15 %) [7]:
содержание оксидов азота (при пересчете на N02) в отработавших газах ГТУ при работе с нагрузкой от 0,5 до 1,0 номинальной не должно превышать 150 мг/м3 на газообразном и жидком видах топлива;
для вновь разрабатываемых ГТУ, эксплуатируемых с 01.01.1995, содержание оксидов азота в отработавших газах ГТУ не должно превышать 50 мг/м3 на газообразном топливе и 100 мг/м3 на жидком топливе;
требования по концентрации оксида углерода отсутствуют.
В соответствии с СТО Газпром 2—3.5—138 содержание оксидов азота в отработавших газах (в сухих продуктах сгорания при 0 °С, 0,1013 МПа и условной концентрации кислорода 15 %) не должно превышать:
для низкоэмиссионных камер сгорания — 100 мг/м3;
малоэмиссионных камер сгорания — 50 мг/м3. Экологические характеристики ГПА (ГТУ) по мощностям выбросов и концентрациям выбросов N0^, С02, СО, СН4 были определены в соответствии СТО Газпром 2—1.19—332—2009 [8] и сведены в таблицу 1. Диапазон величин указывает на значения от проектных до текущих технических нормативов выбросов ЗВ. Кроме того, в таблице 1 представлены количество ГПА, мощность ГТУ и эффективный КПД. Данные в таблице расположены в порядке убывания количества ГПА в зависимости от типа ГПА.
По данным таблицы можно заключить, что среди всех использующихся ГПА наибольшее распространение получили следующие типы: ГТК-10 (646 шт.), ГПА-Ц-16 (618), ГПА-Ц-6,3 (322 шт.), ГПУ-10 (268 шт.), ГТ-6-750 (129 шт.). Кроме того, эти агрегаты имеют сравнительно низкий эффективный КПД (29 % для ГПА-Ц-16; 27,4 % для ГПА-Ц-6,3; 24,0 % у ГПУ-10, 27,6 % у ГТ-6—750). Большую часть от общей эмиссии ЗВ составляет диоксид углерода СО2, образующийся при использовании природного газа для топливных нужд ГПА КС. Известно, что количество выбросов СО2 пропорционально количеству сжигаемого топливного газа. Поэтому очевидно, что уменьшения выбросов СО2 можно достигнуть за счет снижения расхода газа на КС, замены ГПА на новые, малоэмиссионные агрегаты с КПД 35-39 %.
Экологические характеристики ГПА и ГТУ по мощностям и концентрациям выбросов
м
1£)
ГПА ГТУ п, шт. МВт Пе, % Мощность выброса, г/с Приведенная концентрация, мг/м3
N0, СО С02 СН4 с 15 с15 сС0 С15 ССН4 С15 СС02
ГТК-10 ГТК-10 646 10 29,0 5,16-23,3 5,16-18,5 1894 114.3 180,0-788,0 60,0-625,0 6,16037 66011,3
ГПА—Ц—16 НК-16СТ 618 16 27,4 7,3-10,7 14,5-42,6 3218 184.2 150,0-210,0 300,0-840,0 6,14302 66240,2
ГПА—Ц—6,3 НК-12СТ 322 6 24,0 3,1-3,3 6,6-7,5 1468 43.5 140,0-147,0 300,0-338,0 6,16141 67204,7
ГПУ-10 ДР-59Л 268 10 27,6 4,4-6,5 1,8-3 2035 49.8 145,0-212,5 60,0-99,2 6,16615 67516,8
ГТ—6—750 ГТ-6-750 129 6 24,0 2,8-3,7 2,1-13,4 1385 16.5 135,0-171,0 100,0-625,0 6,16054 66591,7
ГПА-16 Урал ПС-90ГП- 2 121 16 36,3 5,5-8,4 3,7-4 2460 27.3 150,0-217,0 100,0-105,0 6,16025 67086,6
ГТК-10И М8-3002 120 10 25,9 7,6-8,5 2-2,2 2195 24.5 230,0-241,5 60,0-63,0 6,16017 66348,9
ГПА-Ц-16С ДГ-90 109 16 34,0 5,9-9 11,8-22,5 2617 26.3 150/80-220,0 300/150-550,0 6,1614 66827,2
ГТ—750—6 ГТ-750-6 95 6 27,0 3,3-15,8 2-7 1250 10.8 180,0-841,0 110,0-372,0 6,16082 67592
ГПУ-16 ДЖ-59Л2 92 16 30,0 6,7-8,3 3,6-3,8 2988 25.2 150,0-182,3 80,0-84,0 6,16597 67343,9
ГПА—Ц—8 НК-14СТ- 8 86 8 30,0 3,3-4,7 6,7-7,7 1493 11.8 150,0-204,0 300,0-330,0 6,16168 67271,3
ГТН-6 ГТН-6 80 6 24,0 3,3-3,7 5,4-5,9 1451 10.8 150,0-163,0 245,0-257,3 6,16141 66457,4
ГТН-16 ГТН-16 72 16 29,0 11,8-12,6 12,9-24,6 3061 20.4 250,0-262,5 280,0-510,0 6,16057 66679,2
ГТК-25ИР М8-5002 72 22 34,5 12,3-14,2 7-8 3546 23.8 230,0-253,0 130,0-143,0 6,16056 66240,2
ГТН-25 ГТН-25 43 28 28,1 14,7-36,9 39,1-42,1 5457 21.6 180,0-430,0 480,0-490,0 6,16108 67023
ГПА-12Р Урал ПС-90ГП- 1 34 12 34,0 4,4-4,8 2,9-3,2 1986 6.2 150,0-157,5 100,0-105,0 6,1614 67616
ГТК-25И М8-5002 33 24 27,7 12,6-14,5 3,6-4,1 4833 14.6 175,0-192,5 50,0-55,0 6,16133 67327
ГТК-10ИР М8-3002Я 30 10 33,0 5,5-9,5 3,6-6,2 369 4.4 230,0-241,5 150,0-157,5 6,16078 15420,8
ГПА-16МЖ ДЖ-59Л2 28 17 30,0 6,7-8,2 3,6-4,1 2988 7.7 150,0-180,5 80,0-90,0 6,16597 67343,9
ГПА—Ц—18 НК-18СТ 27 18 29,4 7,1-7,9 5,1-9,5 3429 8.5 140,0-150,0 100,0-180,0 6,16086 67314,8
м 1£) 00
Окончание табл.
ГПА ГТУ п, Я, Пе, % Мощность выброса, г/с Приведенная концентрация, мг/м3
шт. МВт N0, СО С02 СН4 С15 С15 СС0 С15 ССН4 С15 СС02
ГПА—10 Урал ПС-90ГП-3 26 10 31,4 2,7-3,6 2,7-2,9 1758 4.2 100,0-130,0 100,0-105,0 0,0616 66365,2
ГПА-12 Урал ПС-90ГП-1 25 12 34,0 4,4-4,7 2,9-3,2 1986 4.5 150,0-155,0 100,0-105,0 6,1614 67616
РвТ-Ю РвТ-Ю 24 10 31,6 4-4,1 2,6-14,5 1781 3.9 150,0-155,0 100,0-525,0 6,16013 67380,4
ГТНР-25И(В) М 5322 Я (В) 24 22 34,7 12,2-13,5 6,9-7,7 3493 7.9 230,0-241,5 130,0-136,5 6,1605 65618,2
Коберра—182 АУ0^101 23 13 27,5 7,8-8,5 8,2-8,9 2650 5.5 200,0-210,0 210,0-220,5 6,16033 67905,3
ГПА-16МГ ДГ-90 21 16 34,0 12-20 11,8-12,9 2617 5.1 150,0-487,0 300,0-315,0 6,1614 66827,2
Центавр Т-3002 Центавр Т-3002 20 3 25,3 1,7-1,8 0,6-0,7 567 1.1 195,0-204,8 70,0-73,5 6,15724 66318,8
ГПА—25 Днепр ДН-80Л1 18 25 34,5 12-32,3 18,1-40,3 4054 6.7 150,0-508,0 300,0-635,0 6,16062 67240,4
ГПА-16Р АЛ АЛ-31СТ 16 16 35,5 5,62-9,6 11,25-12,3 2518 3.7 150/110-244,0 300/300-315,0 6,16031 67152,6
ГПА-4 РМ ГТД-4РМ 15 4 32,0 1,4-1,5 1,4-1,5 692 1.0 130,0-136,5 130,0-136,5 6,16054 66551,1
Центавр Т—4500 Центавр Т—4500 12 3 26,2 1,5-1,6 0,7-0,8 643 0.7 150,0-157,5 70,0-73,5 6,16286 66404,8
Коберра 16МГ ДГ-90П1 12 16 34,0 5,9-6,5 11,8-12,9 2617 2.9 150,0-157,5 300,0-315,0 6,1614 66827,2
ГПА—16 Волга ДГ ДГ—902,1 11 16 34,0 5,9-6,5 11,8-12,9 2617 2.7 150,0-157,5 300,0-315,0 6,1614 66827,2
ГПА—16Р Урал ПС-90ГП-2 10 16 36,3 5,5-7,1 3,7-4 2460 2.3 150,0-185,0 100,0-105,0 6,16025 67086,6
ГПА—Ц—10 НК- 14СТ-10 9 10 33,0 3,8-9,5 7,6-8,8 1689 1.4 150,0-355,0 300,0-330,0 6,16048 66976,3
ГПА—Ц—16 АЛ АЛ-31СТ 8 16 35,5 5,62-9,6 5,6-9,6 2518 1.8 150/110-244,0 300/300-315,0 - -
Центавр Т—4700 Центавр Т-4700 7 3 26,7 0,9-1 0,7-0,8 676 0.4 90,0-94,5 70,0-73,5 6,16189 66754,9
ГПА—Ц—25 НК-36СТ 7 25 34,5 9-15,8 18,1-37,6 4041 2.6 150,0-250,0 300,0-595,0 6,16062 67025,8
т
а> "о
о* у
"О -1
п
7* О -1 о
г
О
О -1
о у
ГПА ГТУ п, Яе, Пе, % Мощность выброса, г/с Приведенная концентрация, мг/м3
шт. МВт N0, СО С02 СН4 с 15 С15 СС0 С15 ССН4 С15 СС02
ГТК—5 ГТК—5 6 4 26,0 6,9—7,2 2,5—2,6 978 0.5 490,0—514,5 180,0—189,0 6,16636 69475,7
ГПА—16 Нева АЛ—31СТН 6 16 35,5 4,1—4,5 11,3—12,3 2518 1.4 110,0—115,5 300,0—315,0 6,16031 67152,6
ГГНР—25И(С) М8— 5322ЩС) 6 25 35,4 13,6—15,6 6,9—8,2 3818 2.1 235,0—258,5 130,0—136,5 6,16066 66034,2
Балтика—25 вТ10В2 6 25 35,0 2,9—3,2 5,8—6,5 3915 2.2 50,0—52,5 100,0—105,0 6,28673 67228
ГПА—25ДН Урал ДН80Л1,1 6 25 35,0 4,8—5,3 8,9—9,9 4006 2.2 80,0—84,0 150,0—157,5 6,161 67404,2
Дон ГТ—750—6 5 6 30,0 4,8—5 1,5—1,6 1137 0.5 290,0—304,5 90,0—94,5 6,16168 68344,7
ПЖТ—21С АЛ—31 5 16 35,5 5,6—7,8 11,3—12,3 2518 1.2 150,0—200,0 300,0—315,0 6,16031 67152,6
ГПА—25Р НК НК—36СТ 5 25 34,5 9—23,7 18,1—39,8 4041 1.9 150,0—375,0 300,0—630,0 6,16062 67025,8
Таурус—608 Таурус 4 5 31,5 0,7—0,8 0,4—0,5 920 0.3 50,0—55,0 30,0—33,0 6,16201 66969,9
ГПА-16 Волга НК—38СТ 4 16 36,5 5,5—16,8 5,5—27,1 2449 0.9 150,0—436,0 150,0—705,0 6,16025 67138,2
ГТН-25—1 ГТН—25 4 25 30,6 26,7—29,7 33,3—40,2 4439 1.6 400,0—420,0 500,0—568,0 6,16094 66640
ГТНР-16 ГТНР—16 3 16 32,5 3,3—3,6 4,2—4,5 2796 0.8 80,0—84,0 100,0—105,0 6,16103 67015,4
ГПА—Ц—25СД ДУ80Л1 3 25 35,0 4,8—5,3 8,9—9,9 4006 1.1 80,0—84,0 150,0—157,5 — —
ГПА—Ц—4 Д—336—2—4 2 4 24,0 0,8—0,9 0,7—0,8 937 0.2 60,0—66,0 50,0—55,0 — —
ГТ—700—5 ГТ—700—5 2 4 25,0 6,9—7,5 2,6—2,8 943 0.2 490,0—514,5 180,0—189,0 6,16202 66640
ГПА—10 РМ ГТД—10РМ 2 10 31,4 2,7—3,6 2,7—2,9 1758 0.3 100,0—130,0 100,0—105,0 0,0616 66365,2
ГПА—Ц—16Р НК38 НК—38СТ 2 16 36,5 5,5—16,2 5,5—6,1 2449 0.5 150,0—422,0 150,0—157,5 6,16025 67138,2
ГПА—25Р Урал ПС— 90ГП—25 2 25 38,7 8,1—9 5,4—6 3577 0.7 150,0—157,5 100,0—105,0 6,16047 66548,3
ГПА—4 Урал Д—30 1 4 24,0 0,8—0,9 0,7—0,8 937 0.1 60,0—66,0 50,0—55,0 6,16168 67548,7
ГПА—Ц—6,3РМ ГТД—6,3РМ 1 6 24,0 3,1—3,3 6,6—7,5 1468 0.1 140,0—147,0 300,0—338,0 6,16141 67204,7
Тип ГТУ (ГПА)
Д-30 (1 шт Д-336-2-4 (2 шт, Таурус{4 шт ГТД-6,ЗРМ {1 шт, ГТД-ЮРМ {2 шт, Центавр Т-4700 (7 шт ГТНР-16{3 шт, ГТ-700-5 {2 шт ДУ80Л1 {3 шт, ПС-90ГП-25 {2 шт ОТЮВ2 {6 шт, Центавр Т-4500 {12 шт ГТД-4РМ (15 шт, НК-38СТ (2 шт ГТ-750-6 {5 шт, АЛ-31СТН {6 шт ДН80Л1.1 {6 шт, АЛ-31 (5 шт Центавр Т-3002 {20 шт, ГТК-5 {6 шт, НК-38СТ {4 шт НК-14СТ-10 {9 шт, АЛ-31 СТ {8 шт ПС-90ГП-2 {10 шт, ДГ-902.1 {11 шт ДГ-90П1 {12 шт, НК-36СТ {5 шт, ПС-90ГП-3 {26 шт НК-36СТ {7 шт М5-5322Р1<С) {6 шт, РвТ-Ю {24 шт, ГТН-25 {4 шт ПС-90ГП-1 {25 шт, АЛ-31 СТ {16 шт ПС-90ГП-1 {34 шт НК-18СТ (27 шт ДЖ-59Л2 (28 шт, М5-3002К (30 шт АУОМ-Ю1 (23 шт ГТН-6 (80 шт, М 5322 В (В) (24 шт, ДГ-90 (21 шт, НК-14СТ-8 (86 шт ДН-80Л1 {18 шт, ГТ-6-750 (129 шт МБ-5002 (33 шт, ДЖ-59Л2 {92 шт ДГ-90 (109 шт, ПС-90ГП-2 (121 шт ГТН-16 (72 шт, ГТ-750-6 (95 шт, М5-5002 (72 шт, М8-3002 (120 шт, НК-12СТ (322 шт ГТН-25 (43 шт, ДР-59Л (268 шт, НК-16СТ (618 шт, ГТК-10 (646 шт
27 54 95 101 199 210 326 454 478 1539 1577 1587 1662 1684 1773 1814 ] 956 ] 1056 ] 1104 ] 1334 и 1407
□ 1887
□ 1920
□ 1987
□ 2151
□ 2346
□ 2578
□ 2583
□ 2737
□ 2763 -□ 3065
3557 3587 3840 I 4932
□ 6386
□ 6578
□ 7096 ■ 7435 ^8830 ^972е; =1105 ^10848 ^12573
Э6
221 :1^101 21760 =□ 25609 ■ 26520 =127701 ^28611 н30085 =| 304(54
-132495
134986
X
з46061
175403
X
Т
з289897
20000 40000 60000 160000 180000 280000 300000 320000
X М^х, т/год
Рис. 1. Распределение мощности выбросов оксидов азота в зависимости от типа
и количества ГТУ (ГПА)
Тип ГТУ(ГПА)
Д-30 (1 шт. ГТД-6,ЗРМ (1 шт. Д-336-2-4 (2 шт. ГТ-700-5 (2 шт. ГТД-ЮРМ (2 шт. Таурус (4 шт. Центавр Т-4700 (7 шт. НК-38СТ (2 шт. ГТ-750-6 (5 шт. ГТК-5 (6 шт. ПС-90ГП-25 (2 шт. Центавр Т-4500 (12 шт. ГТНР-16(3 шт. НК-38СТ (4 шт. ГТД-4РМ (15 шт. М$-3002Р (30 шт. Центавр Т-3002 (20 шт. ДУ80Л1 (3 шт. АЛ-31 (5 шт. АЛ-31СТН (6 шт. НК-14СТ-10 (9 шт. ГТН-25 (4 шт. АЛ-31 СТ (8 шт. НК-36СТ (5 шт. М8-5322ЩС) (6 шт. 6Т10В2 (6 шт. ДН80Л1.1 (6 шт. ПС-90ГП-2 (10 шт. НК-36СТ (7 шт. ДГ-902.1 (11 шт. ДГ-90П1 (12 шт. АЛ-31 СТ (16 шт. РОТ-10 (24 шт. ПС-90ГП-3 (26 шт. ПС-90ГП-1 (25 шт.
ДГ-90 (21 шт. А\Ю1М-101 (23 шт. ПС-90ГП-1 (34 шт. ДН-80Л1 (18 шт. ДЖ-59Л2 (28 шт. М 5322 К (В) (24 шт. НК-18СТ (27 шт.
ГТН-6 (80 шт. ГТ-750-6 (95 шт. НК-14СТ-8 (86 шт. Мв-5002 (33 шт. ГТ-6-750 (129 шт. ГТН-16 (72 шт. ГТН-25 (43 шт. МБ-5002 (72 шт. МБ-3002 (120 шт. ДЖ-59Л2 (92 шт. ДГ-90 (109 шт. ПС-90ГП-2 (121 шт. НК-12СТ (322 шт. ДР-59Л (268 шт. ГТК-10 (646 шт. НК-16СТ (618 шт.
7 /
V /
А Л
38581
^62720
10000
20000
40000
60000 70000
£ Мсо тыс. т/год
Рис. 2. Распределение мощности выбросов диоксида углерода в зависимости от типа
и количества ГТУ (ГПА)
Тип ГТУ(ГПА)
Д-30 (1 шт. Д-336-2-4 (2 шт. Таурус (4 шт. Центавр Т-4700 (7 шт. ГТ-700-5 (2 шт. ГТД-10РМ (2 шт. ГТД-6,ЗРМ(1 шт. ГТ-750-6 (5 шт. Центавр Т-4500 (12 шт. ПС-90ГП-25 (2 шт. НК-38СТ (2 шт. Центавр Т-3002 (20 шт. ГТНР-16 (3 шт.
ГТК-5 (6 шт. ГТД-4РМ (15 шт. ДУ80Л1 (3 шт. вТ10В2 (6 шт. ПС-90ГП-2 (10 шт. М5-5322К(С) (6 шт. ДН80Л1.1 (6 шт.
АЛ-31 (5 шт. АЛ-31СТ (8 шт. НК-38СТ (4 шт. АЛ-31СТН (6 шт. ПС-90ГП-3 (26 шт. НК-14СТ-10 (9 шт. ПС-90ГП-1 (25 шт. ПС-90ГП-1 (34 шт. ДЖ-59Л2 (28 шт. Мв-5002 (33 шт. ДГ-902.1 (11 шт. НК-36СТ (5 шт. ГТН-25 (4 шт. М5-3002К (30 шт. ДГ-90П1 (12 шт. М 5322 Р (В) (24 шт. АЛ-31СТ (16 шт. НК-36СТ (7 шт. АУ0Ы-Ю1 (23 шт. НК-18СТ (27 шт. Рвт-Ю (24 шт. МБ-3002 (120 шт.
ДГ-90 (21 шт. ДЖ-59Л2 (92 шт. ГТ-750-6 (95 шт. ГТН-6 (80 шт. ПС-90ГП-2 (121 шт. ДН-80Л1 (18 шт. МБ-5002 (72 шт. НК-14СТ-8 (86 шт. ДР-59Л (268 шт. ГТ-6-750(129 шт. ГТН-16 (72 шт. ГТН-25 (43 шт. ДГ-90 (109 шт. НК-12СТ (322 шт.
ГТК-10 (646 шт. НК-16СТ (618 шт.
X мсо, т/год
Рис. 3. Распределение мощности выбросов оксида углерода в зависимости от типа
и количества ГТУ (ГПА)
24 /
"47
"57
"166
170
.177
222
244
284 I осп
оси 366
'410
|412
483
1686 1 ооо
1 ооУ "'1164
>1214
И 429
.М779 ■ 1ЙЙ1
■1оо1 "¡1917
"2056
■ 2233
= 2296
■ 2327
"2405
□ 3270
=■3400
□ 4007
□ 4284
= 4565
□ 4636
= 4636
□ 4674
=■5525
=>5941
^6148
= 6202
^6216
= 6471
=7947
=>8179
=110735
= 13482
= 14254
= 14691
=«16575
^17029
=—19527
^^20284
31528
'42 574
= 55056
= 58952
—I—I—I—I— —I—I—I—I—
^24'
004
з556418
50000
100000
200000
250000
550000
600000
Тип ГТУ(ГПА)
Д-зо (1 ГТД-6,ЗРМ (1 Д-336-2-4 (2 ГТ-700-5 (2 ГТД-ЮРМ (2 Таурус (4 Центавр Т-4700 (7 НК-38СТ (2 ГТ-750-6 (5 ГТК-5 (6 ПС-90ГП-25 (2 Центавр Т-4500 (12 ГТНР-16(3 НК-38СТ (4 ГТД-4РМ (15 Центавр Т-3002 (20 ДУ80Л1 (3 АЛ-31 (5 АЛ-31СТН (6 НК-14СТ-10 (9 ГТН-25 (4 АЛ-31 СТ (8 НК-36СТ (5 Мв-5322К(С) (6 вТ10В2 (6 ДН80Л1.1 (6 ПС-90ГП-2 (10 НК-36СТ (7 ДГ-902.1 (11 ДГ-90П1 (12 АЛ-31 СТ (16 РвТ-10 (24 ПС-90ГП-3 (26 М5-3002Р (30 ПС-90ГП-1 (25 ДГ-90 (21 АУСШ01 (23 ПС-90ГП-1 (34 ДН-80Л1 (18 ДЖ-59Л2 (28 М 5322 I? (В) (24 НК-18СТ (27 ГТН-6 (80 ГТ-750-6 (95 НК-14СТ-8 (86 М5-5002 (33 ГТ-6-750 (129 ГТН-16 (72 ГТН-25 (43 М5-5002 (72 МБ-3002 (120 ДЖ-59Л2 (92 ДГ-90 (109 ПС-90ГП-2 (121 НК-12СТ (322 ДР-59Л (268 ГТК-10 (646 НК-16СТ (618
2.7 /
4.3
5.4
5.5
НО
И1
Н4
44
46
"16
121
|23
^24
= 28
3 30
■ 33
■ 35
136
■ 44
□ 44
^52
^58
^58
®67
и 69
^69
=□71
а 32
а 84
= 91
"117
"123
^134
^140
^143
=И60
= 174
=| 194
= 211
^=242
^=248
'267
'341
1372 ДП
ои 1 £01
11
1
I
-У /.
А А
□ 3606
V /
□ 5808
500
1000
1500
3500
5500
6000
X м^ т/г°д
Рис. 4. Распределение мощности метана в зависимости от типа и количества ГТУ (ГПА)
Для определения наиболее значимых источников ЗВ по данным таблицы были рассчитаны годовые мощности выбросов N0^, С02, СО, СН4 в зависимости от типа и количества ГПА (ГТУ). Расчеты проводились по следующим формулам:
X МШ0Х, = П,Мn0,*; X Мсо21=пМсо2 к; X мсо,=n■mcо,.k;,
X Мсн, = ЩМСЕ4Л
где I — тип ГПА (ГТУ); п, — количество рассматриваемого типа ГПА (ГТУ); М^ МС0^, МС0 , МСН4. — средние арифметические значения секундных мощности выбросов N0^, С02, С0, СН4 рассматриваемого типа ГПА (ГТУ);
X, Xmcо2,, XМсо, XМсн4,. — годовые мощности выбросов соответственно N0,, С02, С0, СН4 рассматриваемого типа ГПА (ГТУ); к — коэффициент пересчета секунд в годы.
Результаты проведенных расчетов представлены в виде распределения мощностей выбросов парниковых газов и ЗГ в зависимости от типа ГПА на рис. 1-4.
Из рис. 1 следует, что наиболее значительные мощности выбросов оксидов азота исходят от четырех типов ГТУ: ГТК-10 (289897 т/год), НК-16СТ (175403 т/год), ДР-59 Л (46061 т/год), ГТН-25 (34986 т/год).
Из рис. 2 следует, что наиболее значительные мощности выбросов диоксида углерода исходят от четырех типов ГТУ: НК-16СТ (62720 тыс. т/год), ГТК-10 (38581 тыс. т/год), ДР-59 Л (17202 тыс. т/год), НК-12СТ (14905 тыс. т/год).
Из рис. 3 следует, что наиболее значительные мощности выбросов оксида углерода идут от четырех типов ГТУ: НК-16СТ (556418 т/год), ГТК-10 (241004 т/год), НК-12СТ (71590 т/год), ДГ-90 Л (58952 т/год).
Из рис. 4 следует, что наиболее значительные мощности выбросов метана исходят от четырех типов ГТУ: НК-16СТ (556418 т/год), ГТК-10 (241004 т/год), НК-12СТ (71590 т/год), ДР-59 Л (1572 т/год).
В статье рассмотрено влияние загрязняющих веществ N0^, С02, С0, СН4 от ЕСГ России на окружающую среду. Представлены эффективные мощности, эффективные КПД, количество ГПА (ГТУ) в зависимости от типа ГПА (ГТУ), экологические характеристики парка ГПА (ГТУ) использующиеся в ОАО «ГАЗПРОМ» для провода ГПА и нормативные требования по содержанию ЗВ в продуктах сгорания ГТУ.
Были построены распределения годовых мощностей выбросов N0^, С02, С0, СН4 в зависимости от типа и количества ГТУ (ГПА). Распределения показали что, наибольшие мощности ЗВ исходят от следующих ГТУ (ГПА):
по окислам азота N0^ — от ГТК-10 (289897 т/ год), НК-16СТ (175403 т/год), ДР-59 Л (46061 т/ год), ГТН-25 (34986 т/год);
по диоксиду углерода С02 — от НК-16СТ (62720 тыс. т/год), ГТК-10 (38581 тыс. т/год), ДР-59 Л (17202 тыс. т/год), НК-12СТ (14905 тыс. т/год);
по окиси углерода С0 — от НК- 16СТ (556418 т/ год), ГТК-10 (241004 т/год), НК-12СТ (71590 т/ год), ДГ-90 Л (58952 т/год);
по метану СН4 — от НК-16СТ (556418 т/год), ГТК-10 (241004 т/год), НК-12СТ (71590 т/год), ДР-59 Л (1572 т/год).
Была произведена оценка общей годовой мощности эмиссии ЗВ от всего парка ГПА с газотурбинным приводом, которая оказалась следующей:
по окислам азота N0^ — 929352 т/ год; по диоксиду углерода С02-247718 тыс. т/год; по окиси углерода С0 — 1295426 т/ год; по метану СН4-24994 т/ год. На основе проведенных исследований можно сделать вывод, что на долю четырех типов ГПА (ГТУ), а именно на ГТК-10, НК-16СТ, НК-12СТ ДР-59 Л, приходится основной вклад эмиссии ЗВ в окружающую среду. Это объясняется их наиболее широким применением в структуре ЕСГ России (ГТК-10 646 шт., НК-16СТ 618, НК-12СТ 322 шт., ДР-59 Л 268 шт.).
Таким образом, первостепенное внимание по снижению эмиссии ЗВ (N0^, С02, С0, СН4), для двигателей, уже находящихся в эксплуатации на компрессорных станциях, должно быть уделено ГПА использующих в качестве привода ГТК-10, НК-16СТ, НК-12СТ ДР-59 Л.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Министерство энергетики Российской Федерации [Электрон. ресурс] // Режим доступа: http:// minenergo.gov.ru/activity/oilgas
2. Концепция энергосбережения и повышения энергоэффективности на период 2011—2020 гг. [Электрон. ресурс] // Режим доступа: http://www.gazprom. ru/nature/ecology/
3. Андреев, К.Д. Рабочие процессы газо- и паротурбинных установок тепловых электрических станций. Рабочие процессы газотурбинных установок [Электронный ресурс]/ К.Д. Андреев, С.Ю. Оленни-ков, В.Г. Полищук [и др.] // Режим доступа: http:// elib.spbstu.ru/dl/2/3086.pdf/info
4. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации [Электрон. ресурс] // Режим доступа: http://www.mnr.gov.ru/activities/list.php?part
= 148&sphrase_id = 310467
5. Горшков, С.П. Киотский алармизм и его последствия для Росси [Текст] / С.П. Горшков, И.М. Мазурин, В.Я. Столяревский, Е.Ф. Уткин // Энергия, экономика, техника, экология.— 2013.— №1.— С. 48-55.
6. Мазурин, И.М. Спасая атмосферу, губим себя [Текст] / И.М. Мазурин // Энергия, экономика, техника, экология.— 1996.— №8.— С. 8-13.
7. ГОСТ 29328—92. Установки газотурбинные для привода турбогенераторов. Общие технические условия [Электрон. ресурс] // Режим доступа: http:// nordoc.ru/doc/8-8682
8. СТО Газпром 2-1.19-332-2009. Технические нормативы выбросов. Газоперекачивающие агрегаты ОАО «Газпром» [Текст]/ М.— 2009.
REFERENCES
1. Ministerstvo energetiki Rossiiskoi Federatsii [Elektron. resurs] // Rezhim dostupa: http://minenergo.gov. ru/activity/oilgas. (rus.)
2. Kontseptsiia energosberezheniia i povysheniia energoef-fektivnosti na period 2011—2020 gg. [Elektron. resurs]// Rezhim dostupa: http://www.gazprom.ru/nature/ecology/ (rus.)
3. Andreev, K.D. Rabochie protsessy gazo- i paro-turbinnykh ustanovok teplovykh elektricheskikh stantsii. Rabo chie protsessy gazoturbinnykh ustanovok [ Elektron-nyi resurs]/ K.D. Andreev, S.Iu. Olennikov, V.G. Polish-chuk [i dr.]// Rezhim dostupa: http://elib.spbstu.ru/ dl/2/3086.pdf/info. (rus.)
4. Ministerstvo prirodnykh resursov i ekologii Rossiiskoi Federatsii [Elektron. resurs] // Rezhim dostupa: http: // www.mnr.gov.ru/activities/list.php?part = 148&sphrase_id
= 310467. (rus.)
5. Gorshkov, S.P. Kiotskii alarmizm i ego posledst-viia dlia Rossi. [Text] // Mazurin, I.M., Stoliarevskii V. Ia., Utkin E.F.// Energiia, ekonomika, tekhnika, ekolo-giia.—2013. №1.-S. 48-55.
6. Mazurin, I.M. Spasaia atmosferu — gubim sebia [Tekst] // Energiia, ekonomika, tekhnika, ekologiia.— № 996.— №8.— S. 8-13. (rus.)
7. GOST 29328-92. Ustanovki gazoturbinnye dlia privoda turbogeneratorov. Obshchie tekhnicheskie uslo-viia [Elektron. resurs] // Rezhim dostupa: http://nordoc. ru/doc/8-8682. (rus.)
8. STO Gazprom 2-1.19-332-2009. Tekhnicheskie normativy vybrosov. Gazoperekachivaiushchie agregaty OAO «Gazprom» [Tekst] / M., 2009. (rus.)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ /AUTHORS
ЗАБЕЛИН Николай Алексеевич — кандидат технических наук директор института энергетики и транспортных систем Санкт-Петербургского государственного политехнического университета; 195251, ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: n.zabelin.turbo@mail.ru
ZABELIN Nikolai A. — St.-Petersburg State Polytechnical University; 195251, Politekhnicheskaya Str. 29, St.-Pe-tersburg, Russia; e-mail: n.zabelin.turbo@mail.ru
ЛЫКОВ Алексей Викторович — аспирант Санкт-Петербургского государственного политехнического университета; 195251, ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: Lykov_AV@list.ru LYKOV Aleksey V. — St.-Petersburg State Polytechnical University; 195251, Politekhnicheskaya Str. 29, St.-Peters-burg, Russia; e-mail: Lykov_AV@list.ru
РАССОХИН Виктор Александрович — заведующий кафедрой турбин, гидромашин и авиационных двигателей Санкт-Петербургского государственного политехнического университета; 195251, ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: v-rassokhin@yandex.ru
RASSOKHIN Victor A. — St.-Petersburg State Polytechnical University; 195251, Politekhnicheskaya Str. 29, St.-Petersburg, Russia; e-mail: v-rassokhin@yandex.ru
© Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2013
