Разработка аналитической системы контроля выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от источников нефтеперерабатывающего комплекса Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 574.001.891.573

Л. О. ШТРИПЛИНГ В. В. БАЖЕНОВ *В. А. ПЕНКИН

Омский государственный технический университет

'Омский участок ОАО КНПУ «Оргнефтехимзавод»

РАЗРАБОТКА

АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ ИСТОЧНИКОВ

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА

В статье рассматриваются вопросы разработки и применения аналитических систем контроля выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ от объектов нефтепереработки. Рассмотрен пример использования программного комплекса при расчёте выбросов загрязняющих веществ из резервуаров хранения нефтепродуктов.

Предприятия нефтеперерабатывающего комплекса относятся к классу объектов, оказывающих существенное воздействие на окружающую среду. В первую очередь это воздействие связано со значительными атмосферными выбросами загрязняющих веществ, этим обусловлена необходимость развертывания на предприятиях нефтеперерабатывающего комплекса, а также на прилегающих к ним территориях систем производственного экологического мониторинга.

В качестве исходных данных для расчётов загрязнения атмосферы выступают сведения лабораторных анализов, которые обрабатываются специалистами по утвержденным методикам.

Большое количество часто повторяющихся работ оказывает существенное влияние на качество результатов расчёта: снижается производительность труда; увеличивается количество ошибок при расчётах и т.д. В связи с этим на многих предприятиях активно используются автоматизированные системы расчёта загрязнения атмосферы, такие как УПРЗА «Эколог», «Модульный ЭКО-расчёт» и др., позволяющие сократить повторяющиеся операции и ускорить расчёт. Эти комплексы имеют ряд достоинств, таких как универсальность, модульность, наглядность и т.д. Однако их применение на объектах нефтепереработки ограничено в силу специфики производства и поставляемых для расчёта исходных данных. Рассмотрим сказанное на примере работы Омского участка Казанского научно-производственного управления инженерно-произ-водственноготреста «Оргнефтехимзавод» (Омского участка КНПУ).

Омский участок КНПУ ведет расчёт загрязнения атмосферы на ОАО «Сибнефть - ОНПЗ» — крупнейшем нефтеперерабатывающем предприятии Западно-Сибирского округа. Одной из основных задач, выполняемых Омским участком КНПУ, является учет потерь нефтепродуктов при испарении из резервуаров. В качестве исходных данных для расчёта выступают сведения предприятия о технологических режимах оборудования, результаты

исследований топливной лаборатории предприятия и данные, полученные в ходе собственных лабораторных исследований. Использование в расчётах программного комплекса «Модульный ЭКО-расчет» и др. комплексов ограничено в силу следующих причин:

1. «Модульный ЭКО-расчёт» использует для расчёта «Методические указания по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров» г. Новополоцк, 1997. В качестве исходных данных требуется разделение нефтепродуктов на три группы, для последующего определения вспомогательных коэффициентов. Такие данные на предприятии отсутстуют. Вместо предложенной в методике классификации на предприятии используется классификация по следующим видам:

• низкокипящие нефтепродукты

• высококипящие нефтепродукты

• ароматические углеводороды

2. Большое количество, используемых в методике эмпирических данных, таких как удельное выделение загрязняющих веществ (ЗВ), вспомогательных коэффициентов и др., вызывают значительные погрешности при расчётах как в сторону увеличения, так и уменьшения количества выбросов.

3. Значительное влияние на величину выброса оказывает окраска резервуара. В методике, исполь-

Нсланыс д.'иппл для модуля I Исчидныодашшс для моду л :.

Рис. 1. Схема программного комплекса

Рис. 2. Общий вид модуля расчёта испарений из

резервуаров

зуемой «Модульным ЭКО-расчётом» окраска резервуара не учитывается.

В силу этих и др. причин при расчёте испарения из резервуаров используется методика «Резервуары. Железнодорожные цистерны. Метод определения выбросов паров нефтепродуктов от испарения» г. Краснодар, также утвержденная Министерством природных ресурсов. Подобные ограничения встречаются и при расчёте других источников загрязнения атмосферы, например, таких как градирни, блоки оборотного водоснабжения, трубчатые печи и др. Большой объем информации, обрабатываемый Омским участком КНПУ, ограниченность во времени, большая нагрузка на рабочий персонал и многие другие факторы потребовали внедрения в работу новой автоматизированной системы, позволяющей учесть специфику работы участка и поставляемых для расчётов исходных данных, сократить время на проведение расчётов, одновременно увеличив их точность.

Разрабатываемая нами автоматизированная система расчета выбросов ЗВ в атмосферу состоит их ряда модулей каждый из которых может работать автономно. При работе в локальной сети предприятия комплекс также сохраняет свою целостную структуру за счёт использования сетевых технологий и удаленных баз данных. Схема, разрабатываемого комплекса представлена на рис. 1.

В состав отдельного модуля расчёта входят 2 локальные базы: источников загрязнения и отчётов. При очередном расчёте выбросов модуль сохраняет результаты в своей базе и отсылает на сервер весь комплект отчётной документации. Ведение базы источников выбросов в значительной мере сокращает объем вводимых для расчёта данных и тем самым сокращает время на проведение отчёта. Ведение базы отчётов позволяет, в случае необходимости, сократить время на поиск необходимой документации. Также локальные базы отчётов выступают в комплексе как резервное хранилище.

Рассмотрим более подробно работу блока расчёта испарений из резервуаров. Общий вид программного модуля представлен на рис.2. Вначале работы пользователь заносит в базу данных информацию об источнике загрязнения атмосферы (ИЗА), в нашем случае - о резервуаре или группе резервуаров. В базу вносятся следующие данные:

• название источника;

• номер(а) резервуара(ов), которые входят в состав ИЗА;

• объём(ы) резервуара(ов);

• окраска (чёрная, алюминиевая, теплоотражаю-щая эмаль);

Рис. 3. Результаты расчёта

• оснащенность резервуара средствами сокращения выбросов (понтон, плавающая крыша и т.д.)

• видрезервуара(ов) (с подогревом или без);

• режим работы (буферная емкость, мерник).

В процессе работы с базой ИЗА есть возможность:

— группировать источники по объему, окраске, режиму работы, названию ИЗА;

— рассчитывать общие объемы группы резервуаров;

— редактировать данные как об отдельном резервуаре, так и обо всем ИЗА;

— задавать различные фильтры и методы сортировки данных.

Далее выбирается ИЗА для расчёта (расчёт всей группы или отдельно взятого резервуара), период расчёта (теплый, холодный), определяется расчётный интервал времени (модуль позволяет рассчитывать потери за год, расчётный период (полгода), а также за произвольный интервал времени до 1 дня), вносятся необходимые данные по составу нефтепродукта и производится расчёт.

Вид окна модуля с результатами расчёта представлен на рис. 3.

В результата расчёта пользователь получает не только значения валовых выбросов ИЗА, но и все вспомогательные коэффициенты, используемые при расчёте, а также данные об удельных (кг/т нефтепродукта) и максимально разовых выбросах (г/с) нефтепродуктов.

При необходимости результаты расчёта можно передать в текстовый процессор Microsoft Word. При этом в базу отчётов вносятся данные о дате расчёта ИЗА, виде докуменации («отчет» или «журнал»). Вид документации «Журнал» содержит краткие сведения о расчёте и используется внутри отдела КНПУ.

Нами было проведено исследование по эффективности работы модуля в реальных условиях. Рассмотрим основные моменты исследований.

Цель исследования — проверка значений валовых выбросов ЗВ при ручном счёте и при использовании программного модуля. В качестве тестовых были взяты результаты ручного счёта одного из резер-вуарных парков (ИЗА) предприятия за 2005 год. Расчёт проводился за холодный период (октябрь -март) по трём видам нефтепродуктов.

В результате ручного счёта валовый выброс ЗВ первого ИЗА оказался равным на 237,987 тонны, а с использованием программного модуля — 216,322 тонны, что на 9% меньше. Такой результат обусловлен тем, что при использовании программного модуля значительно повышается точность расчёта за счёт сохранения точных значений расчётных параметров, при ручном счёте дробные данные обычно

Реэервуарный парк

250 200 150 100

50 -0

□ Ручной счёт

а

Бензин реформинга Бензин рафинат

228,381

207,592

1

Общие потери 237,987 216,322

Нефтепродукт

округляются в ближайшую сторону до 4-го или 5-го знака после запятой, что несколько искажает конечный результат расчёта. Кроме того, уточнение выбросов вредных веществ из резервуаров с высо-кокипящими продуктами (мазут, масло и т.д.) обусловлено более точным расчётом весовых концентраций. Рассмотрим сказанное на примере.

В методике [2] выброс вредных веществ при испарении высококипящих нефтепродуктов зависит от весовой концентрации. Функция изменения весовой концентрации табулирована с точностью 5°С. Таким образом, при ручном расчёте приходится применять метод линейной аппроксимации, при котором участок функции заменяется прямой линией, что ведет к погрешности расчёта. Мы же используем в программном комплексе метод аппроксимации кубическим сплайном.

Различия ручного и машинного расчётов весовой концентрации схематично представлены на рис. 4.

Так, при использовании аппроксимации кубическим сплайном значения весовой концентрации нефтепродукта в резервуаре получается более точным (меньше), чем при использовании линейной аппроксимации.

В заключение, можно сказать, что в ходе проведенной работы был решен ряд поставленных перед нами задач. В частности, был разработан и внедрён в производство программный модуль расчёта испа-

С, мг/м*

отрезок функции

вид функции при линейной аппроксимации

1 - температура газового пространства резервуара;

А, В - табулированные значения ф-ции,

С| - значение весовоП концентрации при ручном расчёте;

С2 - значение весовой концентрации при машинном расчёте

Т. С

Рис. 4. Расчёт значения весовой концентрации нефтепродукта в резервуаре при температуре газового пространства

рений из резервуаров хранения нефтепродуктов, позволяющий учесть все особенности работы отдела КНПУ, максимально сократить время на проведение расчёта и полностью исключить ошибки.

Библиографический список

1. Методические указания по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров. Ново-полоцк, 1997.

2. Резервуары. Железнодорожные цистерны. Метод определения выбросов паров нефтепродуктов от испарения. Краснодар. 1996.

ШТРИПЛИНГ Лев Оттович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Промышленная экология и безопасность».

БАЖЕНОВ Владислав Викторович, аспирант, ассистент кафедры «Промышленная экология и безопасность».

ПЕНКИН Владимир Александрович, начальник Омского участка ОАО КНПУ «Оргнефтехимзавод».

Дата поступления статьи в редакцию: 21.04.06 г. © Штриплинг Л.О., Баженов В.В., Пенкин В.А.

Новые научно-технические разработки

Компьютеризированная система для магнитной дефектоскопии стальных труб

В Институ те физики металлов УрО РАН (г. Екатеринбург) разработана универсальная компьютеризированная система для магнитной дефектоскопии стальных труб, применяемых в нефтегазовой промышленности. Система может быть выполнена в двух вариантах:

1. Установка для автоматизированного неразрушающего контроля (НК) электросварных труб диаметром (20 - 219) мм в технологическом потоке их производства в соответствии с ГОСТ Р 52079-2003.

2. Установка для автоматизированного неразрушающего контроля насосно-компрессорных труб в процессе их производства и при восстановлении труб, бывших в эксплуатации.

Электронная система установок НК базируется на применении современных промышленных компьютеров (станций технологического управления типа Advantech SYS), обеспечивающих НК стальных труб в реальном масштабе времени. Измерительная часть установок НК разработана на основе высоко-чувствительных тонкопленочных матричных преобразователей магнитного поля, изготавливаемых по интегральной технологии (Разработка Института физики металлов). Преимущество этих преобразователей в том, что они обеспечивают выявление всех недопустимых дефектов с рабочим зазором датчик-изделие 5 мм, что на порядок выше показателей традиционных прербразователей, применяемых в промышленности.

Отечественных аналогов не имеется. Соответствует уровню магнитных дефектоскопов типа «Ротомат» (Изготовитель — фирма « Институт д-ра Фёрстера»). Превосходит уровень магнитных дефектоскопов типа "Vetcoscope С" (Изготовитель — фирма "Tur-boscope Veteo".

Производство и применение данной компьютеризированной системы магнитной дефектоскопии повысит надежность и достоверность контроля стальных труб и сварных соединений, что соответственно приведет к увеличению их экологической безопасности.

Имеется возможность организовать промышленный выпуск установок для магнитной дефектоскопии стальных труб в процессе их изготовления и эксплуатации, отвечающих требованиям современного производства.

Институт физики металлов УрО РАН (г. Екатеринбург), (343) 374-42-11, 374-02-30.