Разработка технических решений по охране атмосферного воздуха в цехе улавливания коксохимического производства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 662.74: 628.56

В.Г. Лупенко1, Т.Е. Антоненко2, Л.Б. Павлович2

1Евраз Кокс Сибирь - филиал ОАО «ЕвразЗСМК»

2Сибирский государственный индустриальный университет

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ЦЕХЕ УЛАВЛИВАНИЯ КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Цеха улавливания коксохимического производства (КХП) дают значительное количество вредных выбросов в атмосферу, которые характеризуются многокомпонентностью состава, наличием серо-, азотсодержащих соединений, паров воды, моно- и полициклических ароматических углеводородов, в том числе и канцерогенных веществ, сублимированного нафталина, сульфата аммония и др. Высокие концентрации вредных веществ в паровоздушных потоках и наличие в выбросах многочисленных компонентов, имеющих низкие значения ПДК, малые высоты воздушников и соответственно плохие условия рассеивания - все это обуславливает существенное влияние выбросов из воздушников на загрязнение атмосферы на рабочих местах и вокруг производства, что определяет актуальность задачи их уменьшения [1].

Цель настоящего исследования - разработка технических решений по охране атмосферного воздуха на основе расчета экологических рисков для здоровья работающих. Объектом исследования выбран цех улавливания предприятия «Евраз Кокс Сибирь» промплощадки ОАО «ЗСМК». Цех состоит из двух отделений: очистки коксового газа и сульфатного.

Отделение очистки коксового газа обеспечивает непрерывную подачу надсмольной воды в газосборники коксовых батарей для охлаждения коксового газа; выделение из коксового газа смолы, водяных паров, отстаивание надсмольной воды от смолы и фусов в механизированных осветлителях; отстаивание и обезвоживание смолы в сборниках до установленных норм; дальнейшую подачу аммиачной воды и смолы на переработку.

Сульфатное отделение предназначено для раздельного улавливания пиридина и аммиака из коксового газа и производства бессатура-торным способом сульфата аммония как товарного продукта.

Оценка экологического риска проводилась согласно «Руководству по оценке профессионального риска для здоровья работников. Организационно-методические основы, принципы и критерии оценки» (Р.2.2.1766 - 63) [2] по следующему алгоритму. На первом этапе выполнен расчет максимальных приземных концентраций Стах и каждого компонента выбросов, для каждого источника выбросов согласно ОНД-86 [3] в соответствии с бланком инвентаризации источников загрязнения атмосферного воздуха промплощадки ОАО «ЗСМК» за 2011 г.

На втором этапе рассчитаны среднегодовые концентрации канцерогенных и неканцерогенных веществ на рабочих местах (Сраб м) по формуле

С = С

раб.м т

х *1* 2

(1)

где К - временной коэффициент, учитывающий время работы агрегата в год; К2 - весовой коэффициент, принят равным единице.

Проведена оценка неканцерогенных рисков от выбросов в атмосферу цеха улавливания. Риск от отдельно взятого взвешенного вещества определяется по формуле [4, 5]

(

Risk = 1 - ехр

1п(0,84)

раб.м

пдкс

/ к

(2)

где сраб.м - концентрация загрязняющего вещества на рабочем месте, мг/м3; Ь и К3 - коэффициенты, выбираемые в зависимости от класса опасности рассматриваемого вещества; ПДКсс - среднесуточная предельно допустимая концентрация.

Для веществ классов опасности 1, 2, 3 и 4 значение Ь должно быть принято на уровне 2,35; 1,28; 1,00 и 0,87 соответственно; коэффициент К3 - соответственно на уровнях значений 7,5; 6,0; 4,5 и 3,0.

ь

Суммарный риск от воздействия n рассматриваемых неканцерогенных веществ определяется по формуле

У Risk = 1 - (1 - Risk1)(1 - Risk2)...(1 - Riskn). (3)

Риск по канцерогенным веществам рассчитан по следующей формуле:

Risk = Сраб.м SF 70; (4)

здесь SF - фактор-потенциал канцерогенного эффекта по ингаляционному пути поступления, измеряется величиной, обратной суточной дозе вдыхаемого вещества на единицу веса (кг-день/мг); 20 и 70 - средний суточный объем вдыхаемого воздуха (м3 /день) и вес тела взрослого человека (кг).

Цех улавливания имеет 123 источника организованных выбросов, в основном с воздушников емкостного оборудования высотой от 4 до 22 м. К выбросам загрязняющих неканцерогенных веществ относятся аммиак, сероводород, цианистый водород, нафталин, пиридин, сульфат аммония, серная кислота, NOx; канцерогенных - бензол; всего выбросы по цеху составляют 356,486 т/год. Приемлемый риск (менее 0,02, или 2,0 %) дали пять источников выбросов: сборник смолы, сборники сульфатных установок, остальные 118 источников показали высокий и очень высокий уровень риска. Риск по неканцерогенным веществам превышал приемлемый в 3,2 и 4,7 раз для 53 источников и в 19,2; 36,3; 49,5 раз для 65 источников. Наибольший риск показали сборники надсмольной воды, конденсата газа, смолы, хранилище смолы, аммиачных вод - превышение риска в 49,5 раз, механизированные осветлители - превышение риска в 36,3 раза, и склад реактивов - превышение риска в 19,2 раза. В основном приоритетными неканцерогенными загрязнителями являются нафталин, аммиак, фенол, сероводород и оксид углерода сушильных барабанов. Наибольший суммарный риск по неканцерогенным веществам составил 97,6 % в отделении очистки коксового газа; 42,7 % - в сульфатном отделении. Суммарный неканцерогенный риск по цеху составил 98,6 %.

Для снижения экологического риска предлагается локальный способ очистки выбросов с воздушников емкостного оборудования: установка гидравлических дыхательных клапанов на каждой единице оборудования (механизированных осветлителях, сборниках над-

смольной воды, конденсата газа, хранилищах аммиачной воды, смолы и т.д.). Клапан гидравлический дыхательный предназначен для снижения выбросов в атмосферу и защиты емкостей для продуктов коксохимпроизводства от разрушения вследствие их герметизации и предотвращения коррозии при воздействии атмосферного воздуха. Он может работать в режиме дыхательного клапана или в режиме предохранительного. В качестве герметизирующей жидкости в клапане используется конденсат водяного пара, который подается в клапан на проток, среда нетоксичная, невзрывоопасная, непожароопасная. Количество поступающего на проток конденсата пара должно составлять не более 50 л/ч. Температуру в клапане для емкостей, где возможно выделение нафталина, необходимо поддерживать на уровне примерно 80 °С.

В клапане предусмотрен отвод конденсата пара по присоединительному штуцеру в емкость (штуцер отвода конденсата пара при этом необходимо заглушить). В случае, когда недопустимо попадание конденсата пара в емкость, отвод осуществляется по штуцеру отвода конденсата пара через гидрозатвор.

Клапан, рассчитанный в промышленных условиях на воздушник диам. 150 мм, пропускную способность 300 м3/ч, может быть использован на емкостях, где диаметр устья воздушника 150 мм. В этом случае - только на хранилища аммиачной воды (5 шт.) и сборники конденсата газа (2 шт.). Емкостное оборудование отделения конденсации насчитывает еще 103 воздушника, где необходима очистка выбросов, диаметр устья которых 80 и 200 мм. Использование клапана КГ-150 здесь невозможно, так как он работает на «вдох» и «выдох» и должен обеспечить не только высокую степень очистки, но и безопасный гидравлический режим: в резервуаре давление в газовом пространстве не должно превышать 2 кПа, а разрежение 0,4 кПа. Размеры основных элементов конструкции клапана зависят от указанных пределов срабатывания на «вдох» и «выдох». Также проведен расчет и для других диаметров воздушников (80 и 200 мм) и выполнен их проект.

Проведено обследование работы клапана диам. 150 мм, установленного на воздушник хранилища аммиачной воды. Исследовано содержание аммиака, нафталина, цианистого водорода, фенола до и после гидравлического дыхательного клапана. В период обследования с января по июнь температура окружающей среды колебалась от -30 до +20 °С, температура внутри клапана колебалась от 62 до 70 °С,

уровень жидкости варьировался от 6,4 до 8,6 м. Подавление воздушных выбросов в гидравлическом дыхательном клапане составляло: по аммиаку - от 67,1 до 99,5 %, по нафталину - от 21,0 до 97,6 %, по фенолу - от 7,0 до 99,3 %, по цианистому водороду - от 27,0 до 97,5 %. Гидравлический клапан снизил выбросы загрязняющих веществ в атмосферу через воздушник аммиачного хранилища: аммиака -в среднем на 83,8 %; нафталина - на 75,5 %; фенола - на 68,5%; цианистого водорода - на 58,2 %.

Выводы. Расчеты показывают, что общий экологический риск по цеху при установке гидравлических дыхательных клапанов будет снижен на 30 - 50 %.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. С т е ф а н е н к о В.Т., Х у с а к о в И.С., З а й д е н б е р г М.А. и др. Сокращение выбросов из емкостей химических цехов // Кокс и химия. 1995. № 12. С. 31 - 33.

2. Руководство по оценке профессионального риска для здоровья работников. Организационно-методические основы, принципы и критерии оценки (Р.2.2.1766 - 63). - М.: Гигиена труда, 2003. - 12 с.

3. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. - М.: Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987. - 97 с.

4. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду / Г.Г. Онищенко, С.М. Новиков, Ю.А. Рахманин и др. - М.: НИИЭЧиГОС, 2002. - 408 с.

5. Окружающая среда и здоровье: подходы к оценке риска / А.П. Щербо, А.В. Киселев, К.В. Негриенко и др. - СПб.: изд. СПб МАПО, 2002. - 376 с.

© 2012 г. В.Г. Лупенко, Т.Е. Антоненко,

Л.Б. Павлович Поступила 28 июня 2012 г.