ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
 ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

          

МЕТОДИКА
расчета выбросов вредных веществ в атмосферу
при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках

     
Дата введения 1998-01-01

     
     
     РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом охраны атмосферного воздуха
     
     УТВЕРЖДЕН приказом Государственного комитета Российской  Федерации по охране окружающей среды (от "8" апреля 1998 г. N 199)
     
     ВВЕДЕН в действие с 01.01.98 сроком на пять лет для практического применения при учете и оценке выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
     

1. Введение

     
     1.1. Настоящий документ:
     
     (1)  разработан в соответствии с Законом Российской Федерации “Об охране окружающей природной среды” с целью получения данных о выбросах загрязняющих веществ при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках;
     
     (2) устанавливает методику расчета параметров выбросов загрязняющих веществ от факельных установок разного типа;
     
     (3) распространяется на факельные установки, эксплуатируемые в соответствии с действующими проектными нормами.
     
     1.2. Разработчики документа: канд. физ.-мат. наук Миляев В.Б., канд. геогр. наук Буренин Н.С., канд. физ.-мат. наук Елисеев В.С., канд. физ.-мат. наук Зив А.Д., канд. техн. наук Гизитдинова М.Р., канд. техн. наук Турбин А.С.
     
     

2. Ссылки на нормативные документы

     
     
     2.1. Правила устройства и безопасной эксплуатации факельных систем, утвержденных Госгортехнадзором России от 21.04.92 *1).
______________
     * На территории Российской Федерации действуют "Правила безопасной эксплуатации факельных систем", утв. постановлением Федерального горного и промышленного надзора России от 10.06.03 N 83. - Примечание .
         
     2.2. ГОСТ 17.2.1.04-77. Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения.
     
     2.3. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
     
     

3. Основные понятия и определения

     
     
     3.1. Факельная установка - устройство для сжигания в атмосфере непригодного для использования в народном хозяйстве попутного нефтяного газа (ПНГ); является одиночным источником загрязнения атмосферы.
     
     3.1.1. Высотная факельная установка - установка, в которой подача ПНГ под давлением в зону горения производится по вертикальному факельному стволу (трубе), высотой 4 м и более.
     
     3.1.2. Горизонтальная факельная установка - открытый амбар с подачей попутного нефтяного газа под давлением в зону горения по горизонтальному факельному стволу (трубе); конструкция амбара обеспечивает выход горящего факела в атмосферу под углом 45°.
     
     3.2. Продукты сгорания попутного нефтяного газа, покидающие факельную установку, а также несгоревшие компоненты, являются потенциальным источником загрязнения окружающей атмосферы вредными веществами.
     
     Качественная и количественная характеристики выбросов вредных веществ определяются типом и параметрами факельной установки  и составом сжигаемого ПНГ.
     
     3.3. Конструкции высотных и горизонтальных факельных установок обеспечивают бессажевое горение попутного нефтяного газа при выполнении установленного "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем", утв. Госгортехнадзором РФ от 21.04.92 следующего условия: скорость истечения сжигаемого газа должна превышать 0,2 от скорости распространения звука в газе.
     
     3.4. Для оценки максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ в атмосфере, источником которых являются факельные установки, настоящая методика предусматривает выполнение расчетов следующих параметров:
     
     - мощности выброса вредных веществ;
     
     - расхода выбрасываемой в атмосферу газовой смеси;
     
     - высоты источника выброса над уровнем земли;
     
     - средней скорости поступления в атмосферу газовой смеси;
     
     - температуры выбрасываемой в атмосферу газовой смеси.
     
     

4. Исходные данные

     
     
     4.1. Проектные характеристики факельной установки
     
      - диаметр выходного сопла, м;
     
      - высота факельной трубы (для высотных факельных установок), м;
     
     - расстояние от выходного сопла до уровня земли (для горизонтальных  факельных установок), м;
     
     (>0 для труб, проложенных выше уровня земли и <0 в противном случае);
     
      - расстояние от выходного сопла до противоположной стены амбара (для горизонтальных факельных установок), м.
     
     4.2. Измеряемые характеристики
     
     4.2.1. Объемный расход  (м/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ;
     
     4.2.2. Скорость истечения ПНГ U, м/с.
     
     4.2.3. Состав сжигаемого ПНГ  (% об):
     
     -  метан ;
     
     - этан ;
     
     - пропан ;
     
     - бутан ;
     
     - пентан ;
     
     - гексан ;
     
     - гептан ;
     
     - азот ;
     
     - диоксид углерода ;
     
     - сероводород  (и/или меркаптаны).
     
     

5. Оценка производительности факельной установки

     
     
     5.1. Объемный расход (м/с) и скорость истечения U (м/с), сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа, измеряется экспериментально либо, при отсутствии прямых измерений, рассчитывается по формуле:
     

,                  (5.1.1)

     где U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений);
     
      - диаметр выходного сопла, м (по проектным данным факельной установки).
     
     При отсутствии прямых измерений скорость истечения U принимается в соответствии с  "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем" 1992 г., равной
     
     при постоянных сбросах:
     

 ,                  (5.1.2)

     при периодических и аварийных сбросах:
     

 ,                  (5.1.3)

     где  - скорость распространения звука в ПНГ, рассчитываемая согласно Приложению Г.
     
     5.2. Массовый расход  (кг/ч), сбрасываемого на факельной установке газа, рассчитывается по формуле:
     

,               (5.2)

     где - плотность ПНГ, кг/м, (измеряется  экспериментально, либо рассчитывается по объемным долям (% об) и плотностям (кг/м) компонентов - см. Приложение А).
     
     5.3. Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку,  (м/c):

 
,            (5.3)

     где  - объемный расход (м/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ, рассчитываемый по формуле (5.1.1);
     
 - объем продуктов сгорания (м /м), рассчитываемый по формуле 3 Приложения В;
     
 - температура горения, рассчитываемая согласно п.8.3.
     
     

6. Расчет мощности выбросов вредных веществ в атмосферу

     6.1. Расчет физико-химических характеристик сжигаемого попутного нефтяного газа

     
     6.1.1. Расчет плотности  , кг/м (формула 1 Приложения А).
     
     6.1.2. Расчет условной молекулярной массы , кг/моль (формула 2 Приложения А).
     
     6.1.3. Расчет массового содержания химических элементов (% масс.) в ПНГ (формулы 3 и 4 Приложения А).
     
     6.1.4. Расчет числа атомов элементов в условной молекулярной формуле ПНГ (формулы 5 и 6 Приложения А).
          

     6.2. Расчет физико-химических характеристик влажного воздуха

     
     Для заданных метеоусловий:
     
     -  температура t, °С;
     
     - давление Р, мм.рт.ст.;
     
     - относительная влажность  (в долях или %).
     
     6.2.1. Определение массового влагосодержания d (кг/кг) влажного воздуха по номограмме (Приложение Б1).
     
     6.2.2. Расчет массовых долей компонентов во влажном воздухе (формулы 2 и 3  Приложения Б).
     
     6.2.3. Расчет количества атомов химических элементов в условной молекулярной формуле влажного воздуха (табл.3  Приложения Б).
     
     6.2.4. Расчет плотности влажного воздуха  кг/м (формула 5 Приложения Б).
          

     6.3. Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха

     
     6.3.1. Расчет мольного стехиометрического коэффициента М (формула 2 Приложения В).
     
     6.3.2. Определение теоретического количества влажного воздуха (м/м) , необходимого для полного сгорания 1 м ПНГ (п.3 Приложения В).
     
     6.3.3. Расчет количества продуктов сгорания (м/м), образующихся при стехиометрическом сгорании 1 м ПНГ в атмосфере влажного воздуха (формула 3 Приложения В).
          

     6.4. Проверка выполнения условий бессажевого горения попутного нефтяного газа на факельной установке

     
     6.4.1. Расчет скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси  (м/с) (формула 1 Приложения Г или графики 1-4 Приложения Г).
     
     6.4.2. Проверка выполнения условия бессажевого горения:
     

                           (6.1)

     6.5. Определение удельных выбросов вредных веществ на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг)

     
     6.5.1. Для оценок мощности выбросов оксида углерода, оксидов азота (в пересчете на диоксид азота), а также сажи в случае невыполнения условия бессажевого сжигания используются опытные значения удельных выбросов на единицу массы сжигаемого газа [4], представленные в нижеследующей таблице:
     
     

Таблица 6.1

     В случае сжигания серосодержащего попутного нефтяного газа удельный выброс диоксида серы рассчитывается по формуле:
     

 ,                    (6.2)

     где  - молекулярная масса ,  - условная молекулярная масса горючего, s - количество атомов серы в условной молекулярной формуле попутного нефтяного газа (см. Приложения А, А1).
     
     При необходимости  определения выбросов , , ,  следует руководствоваться формулами, приводимыми в приложении Е.
     
     Вредные вещества при сжигании попутного нефтяного газа попадают в атмосферу также за счет недожога газа. Коэффициент недожога определяется или экспериментально для факельных установок определенной конструкции, или полагается равным 0,0006 при бессажевом сжигании и 0,035 в противном случае.
     
     Удельные выбросы углеводородов (в пересчете на метан), а также содержащихся в газе сернистых соединений, таких как сероводород и меркаптаны, определяются по общей формуле:
     

(Уд. выброс) = 0,01* (коэф. недожога)* (массовая доля в %)             (6.3)

 7. Расчет максимальных и валовых выбросов вредных веществ

     
     7.1.  Расчет максимальных выбросов вредных веществ в (г/сек):
     

,                        (7.1)

     где  - удельный выброс i-го вредного вещества на единицу массы сжигаемого газа (кг/кг) (Приложение Д);
     
      - массовый расход сбрасываемого на факельной установке газа (кг/час) (см. формулу 5.2).
     
     7.2. Расчет валовых выбросов вредных веществ за год (т/год):
     
     

,                 (7.2)

     где обозначения те же, что и в п.7.1, а t - продолжительность работы факельной установки в течение года в часах.
     
     

8. Расчет параметров факельной установки как потенциального источника загрязнения атмосферы

     8.1. Расчет высоты источника выброса загрязняющих веществ в атмосферу над уровнем земли, Н(м)    

     8.1.1. Для высотных факельных установок:
     

,                (8.1)

     где (м) - высота факельной трубы (устанавливается по проектным данным высотной факельной установки);
     
      (м) - длина факела (рассчитывается по формуле (1) Приложения Ж, либо определяется по номограммам Приложения Ж.
     
     8.1.2. Для горизонтальных факельных установок:
     

 ,              (8.2)

     где   (м) - расстояние от сопла трубы до противоположной стены амбара;
     
     (м) - расстояние выходного сопла от уровня земли (со знаком “плюс”, если труба выше уровня земли, и со знаком “минус” в противном случае);
     
     0,707 - коэффициент, учитывающий угол отклонения факела о вертикали.
     
     8.1.3. Длина факела рассчитывается согласно Приложению Ж.
          

     8.2. Расчет расхода и средней скорости поступления в атмосферу газовой смеси (продуктов сгорания)

     
     8.2.1. Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку,  (м/с) рассчитывается по формуле (5.3).
     
     8.2.2. Средняя скорость поступления в атмосферу продуктов  сгорания попутного нефтяного газа рассчитывается по формуле:
     

 (м/с),               (8.3)

     где (м) - диаметр факела.     

  рассчитывается по формуле:     

,                               (8.4)

     где  - длина факела (Приложение Ж).
          

     8.3. Расчет температуры выбрасываемой в атмосферу газовой смеси     

     8.3.1. Расчет удельных выбросов ,  и  на единицу массы сжигаемого ПНГ (кг/кг) (Приложение Е).
     
     8.3.2. Расчет низшей теплоты сгорания сжигаемого газа  (ккал/м) (Приложение 3).
     
     8.3.3. Расчет доли энергии, теряемой за счет радиации факела :
     

,                   (8.5)

     где  - условная молекулярная масса ПНГ (Приложение А).
     
     8.3.4. Расчет количества теплоты в продуктах сгорания попутного нефтяного газа для трех значений температуры горения  (например, ; ; )  (ккал):
     

,                  (8.6)

     где (кг) - масса i-го компонента продуктов сгорания 1 м ПНГ (Приложение Е).
     
      - средние массовые изобарные теплоемкости составляющих продуктов сгорания (таблица 3 Приложения В1).
     
     8.3.5. Построение графика .
     
     8.3.6. Определение величины T по графику , исходя из условия:
     

.                            (8.7)

     
     
     8.3.7. Определение температуры выбрасываемой в атмосферу газовой смеси:
     

, °С.

Приложение А

Расчет физико-химических характеристик попутного нефтяного газа (п.6.1)

     
     
     1. Расчет плотности(кг/м) ПНГ по объемным долям (% об.) (п.6.1.1) и плотности (кг/м) (таблица 3 Приложения А1) компонентов:
     

.                  (1)

     2. Расчет условной молекулярной массы ПНГ , кг/моль (п.6.1.2):
     

     
,                  (2)

     где - молекулярная масса i-го компонента ПНГ (таблица 2 Приложения А1).
     
     3. Расчет массового содержания химических элементов в попутном газе (п.6.1.3):
     
     Массовое содержание j-го химического элемента в ПНГ (% масс.) рассчитывается по формуле:
     

,                     (3)

     где - содержание (% масс.) химического элемента j в i-том компоненте ПНГ (таблица 4 Приложения А1);
     
      - массовая доля i-го компонента в ПНГ;  рассчитывается по формуле:
     

.               (4)

     Примечание:  если выбросы углеводородов определяются в пересчете на метан, вычисляется также массовая доля углеводородов, пересчитанных на метан:
     

                  (5)

     При этом суммирование осуществляется только по углеводородам, не содержащим  серу.
     
     4. Расчет числа атомов элементов в условной молекулярной формуле попутного газа (п.6.1.4):
     
     Количество атомов j-го элемента  рассчитывается по формуле:
     

.              (5)

     
     Условная молекулярная формула попутного нефтяного газа записывается в виде:
     

,                        (6)

     где ,  , , ,  рассчитываются по формуле (5).
     
     

Приложение А1

Справочные данные, необходимые для расчетов физико-химических характеристик попутного нефтяного газа

     
1. Атомные массы химических элементов, входящих в состав попутного газа

     
     
Таблица 1

2. Молекулярные массы основных  компонентов ПНГ и коэффициенты  пересчета углеводородов на метан

     
Таблица 2

3. Плотность  (кг/м) основных компонентов ПНГ

     
Таблица 3

4. Содержание (% масс.) химических элементов в основных компонентах ПНГ

Таблица 4

Приложение А2

Примеры расчетов физико-химических характеристик
попутного нефтяного газа

 

Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения
(бессернистый)

     Компонентный состав (% об):

Таблица 1.1

     Расчет плотности  (кг/м)

Таблица 1.2

 кг/м.

     Расчет  условной молекулярной массы  (кг/моль)

Таблица 1.3

 кг/моль.

     Расчет массового содержания химических элементов в ПНГ
     

Таблица 1.4

Таблица 1.5

     Расчет числа атомов элементов в условной молекулярной формуле попутного нефтяного газа Южно-Сургутского месторождения.
     

Таблица 1.6

     Условная молекулярная формула ПНГ Южно-Сургутского месторождения:
     

.          

     Уточним условную  молекулярную массу:
     

Приложение Б

Расчет  физико-химических характеристик влажного воздуха для заданных метеоусловий (п.6.2)

     
     
     1. Условная молекулярная формула для сухого воздуха
     

,                (1)

     чему соответствует условная молекулярная масса
    

      
     и плотность
     

 кг/м.

     
     2. Массовое влагосодержание влажного воздуха d (кг/кг) для заданной относительной влажности  и температуры t, °С при нормальном атмосферном давлении определяется по номограмме Приложения Б1 (п.6.2.1).
     
     3. Массовые доли компонентов во влажном воздухе (п.6.2.2):
     

     - сухого воздуха                               ;              (2)

     - влаги ()                               .             (3)

     
     4. Содержание (% масс.) химических элементов в компонентах влажного воздуха
     

Таблица 1

     5. Массовое содержание (% масс.) химических элементов во влажном воздуха с влагосодержаием d
     

Таблица 2

          
     6. Количество атомов химических элементов в условной молекулярной формуле влажного воздуха (п.6.2.3)
     

Таблица 3

     Условная молекулярная формула влажного воздуха:
     

                 (4)

     5. Плотность влажного воздуха в зависимости от метеоусловий. При заданной температуре влажного воздуха t,°С, барометрическом давлении Р, мм.рт.ст. и относительной влажности  плотность влажного воздуха рассчитывается по формуле:
     

 ,                    (5)

     где   -  парциальное давление паров воды в воздухе, зависящее от t и ; определяется по номограмме Приложения Б1.
      

     
Приложение Б1

Диаграммы  "i-d"  для влажного воздуха

     На диаграмму на рис.1 нанесены изолинии энтальпий i, температур t,°С и относительной влажности , а также зависимости парциального давления водяного пара  от влагосодержания d.
     
     Диаграмма построена для давлений 745760 мм.рт.ст.
     
     Точки диаграммы, лежащие на кривой = 1 (100%), определяют состояние насыщенного воздуха. Точки, лежащие под кривой = 1, соответствуют состоянию насыщенного воздуха, содержащего, кроме насыщенного пара, частицы капельно-жидкой воды или льда. Точки, лежащие над кривой= 1, характеризуют состояние насыщенного воздуха.
     
     Под кривой = 1 и над изотермой t = 0°C находится область тумана; по другую сторону изотермы t = 0°C, ниже  ее, расположена область ледяного тумана.
     
     

Приложение Б2

     
Пример расчета физико-химических характеристик влажного воздуха для заданных метеоусловий

     
     
     Заданы температура t = 20°С , относительная влажность = 0,60 (60%) воздуха и давление Р = 760 мм.рт.ст.
     
     По номограмме (Приложение Б1) определяется влагосодержание d = 0,0087 кг/кг и парциальное давление водяного пара  = 11 мм.рт.ст.
     
     Расчет количества атомов химических элементов в условной молекулярной формуле влажного воздуха:
     

;
;

     
.

     
     Условная молекулярная формула влажного воздуха для заданных метеоусловий:
     

.

     Плотность влажного своздуха:

 кг/м.

Рис.1

Диаграмма характеристик влажного воздуха при нормальном атмосферном давлении

t,°С - температура,

 - относительная влажность,

i - энтальпия, ккал/кг,

d - влагосодержание кг/кг,

 - парциальное давление водяного пара, мм.рт.ст.

Приложение В

Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха (п.6.3)

     
     
     1. Стехиометрическая реакция горения записывается в виде:
     

                    (1)

     
     2. Расчет мольного стехиометрического коэффициента  М по условию полного насыщения валентности (полностью завершенной реакции окисления):
     

,                                (2)

     
     гдеи   - валентности элементов j и j', входящих в состав влажного воздуха и ПНГ;
     
      и  - количество атомов элементов в условных молекулярных формулах влажного воздуха и газа (Приложения А и Б).
     
     3. Определение теоретического количества влажного воздуха  (м/м), необходимого для полного сгорания 1 м ПНГ.
     
     В уравнении стехиометрической реакции горения мольный стехиометрический коэффициент М является  и коэффициентом объемных соотношений между горючим (попутный нефтяной газ) и окислителем (влажный воздух); для полного сгорания 1 м ПНГ требуется М м влажного воздуха.
     
     4. Расчет количества продуктов сгорания (м/м), образующихся при стехиометрическом сгорании 1 м ПНГ в атмосфере влажного воздуха:
     

,                   (3)

     
     
     где c, s, h, n и ,  соответствуют условным молекулярным формулам ПНГ и влажного воздуха соответственно.
     
          

Приложение В1

Справочные данные, необходимые для расчетов теплофизических характеристик попутного нефтяного газа

     
     
     1. Показатель адиабаты К для компонентов ПНГ
     

Таблица 1

     2. Низшая теплота сгорания горючих компонентов ПНГ , ккал/м

Таблица 2

     3. Средние массовые изобарные теплоемкости составляющих продуктов сгорания, определяемые в интервале от 293°К до Т°К (ккал/кг·град).
     
     

Таблица 3

Приложение В2

Примеры расчетов

Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха

     
     
     Пример 1.
     
     Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения
    

      
     сгорает в атмосфере влажного воздуха
     

              (t = 20°С,

     в соответствии со стехиометрической реакцией:
     

               (1.1)

     
     Расчет мольного стехиометрического коэффициента М:
     

                                (1.2)

     
     Теоретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м ПНГ Южно-Сургутского месторождения, составляет 11,03 м.
    

;

     Объем продуктов сгорания при стехиометрическом горении равен:     
     

.  

     Пример 2.
     
     Попутный нефтяной газ  Бугурусланского месторождения (серосодержащий)
     
сгорает в атмосфере влажного воздуха
     (t = 20°C,  = 60%)  в соответствии со стехиометрической реакцией:
     

                  (2.1)

     
     Расчет мольного стехиометрического коэффициента М:
     

                            (2.2)

      
;
     
.
     
     Теоеретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м ПНГ Бугурусланского месторождения, составляет 13,056 м.
     
     Объем продуктов сгорания при стехиометрическом горении равен:
    

Приложение Г

Расчет скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси Uзв (м/c) (п.6.4)

     
     
     Скорость распространения звука в сжигаемой газовой смеси  (м/с) рассчитывается по формуле:
     

,           (1)

     где , °С - температура ПНГ;
     
      - условная молекулярная масса сжигаемой газовой смеси;
     
     K - показатель адиабаты для сжигаемой газовой смеси или определеяется по графикам на рис. 2-3 Приложения Г, где расчеты произведены для четырех значений  и  
     
     Показатель адиабаты К для ПНГ рассчитывается по значениям показателям адиабаты Кi для компонентов (таблица 1 Приложения В1) как средневзвешенное
     

;                     (2)

     
     где  (% об.) - объемная доля i-го компонента ПНГ.
     
     

Приложение Г1

Пример расчета скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси  (м/c)

     
     
     Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Компонентный состав (% об.) - см. таблицу 1.1. Прил.А2. Показатель адиабаты
    

      
     Скорость распространения звука при :
          

406 м/с

     
     (, см. таблицу 1.3 Приложения А2).
     
     Такое же значение  дает график Приложения Г для  .
     

Температура 0°С

Температура 10°С

Рис.2. Скорость звука в сжигаемой смеси


Температура 20°С

Температура 30°С

Рис.3. Скорость звука в сжигаемой смеси

Приложение Д

Примеры расчета выбросов вредных веществ при сжигании попутного нефтяного газа

     
     
     1. Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Объемный расход газа = 432000 м/сутки = 5 м/с.  Сжигание бессажевое. Плотность газа (см. приложение А) = 0,863 кг/м. Массовый расход равен (5.2.1):
     

 (кг/час).

     
     В соответствии с формулой (7.1.1) и таблицей 6.1 выбросы вредных веществ в г/с составляют:
     
     CO - 86,2 г/c;  - 12,96 г/с;
     
     бенз(а)пирен -  г/с.
     
     Для вычисления выбросов углеводородов в пересчете на метан определяется массовая их доля, исходя из таблиц А.2 и А.1.6. Она равна 120%. Недожог равен  .  Т.о. выброс метана составляет
     

 г/с

     Сера в ПНГ отсутствует.
     
     2. Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения с условной молекулярной формулой . Объемный  расход газа =432000 м/сутки = 5 м/с. Факельное устройство не обеспечивает бессажевое горение. Плотность газа (см. приложение А) =1,062 кг/м. Массовый расход равен (5.2.1):
     

 (кг/час).

     
     В соответствии с формулой (7.1.1) и таблицей 6.1 выбросы вредных веществ в г/с составляют:
     
     CO - 1328 г/с;  - 10,62 г/с;
     
     бенз(а)пирен -  г/с.
     
     Выбросы сернистого ангидрида определяются по формуле (6.2), в которой s = 0,011,   = 23,455, = 64.
     
     Отсюда
     

г/с.

     
     В данном случае недожог равен 0,035. Массовое содержание сероводорода 1,6%. Отсюда
     

 г/с.

     Выбросы углеводородов определяются аналогично примеру 1.
     

     Приложение Е

Расчет удельных выбросов , ,  и  на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг)

     
     
     1. Удельный выброс диоксида углерода рассчитывается по формуле:
     

,                        (1)

     где ,, - молекулярные массы соответствующих газов (Приложение А1);
     
      - условная молекулярная масса ПНГ (Приложение А1);
     
     С - количество атомов углерода в условной молекулярной формуле ПНГ (Приложение А).
     
     2. Удельный выброс водяного пара :
     

 ,         (2)

     
     где  и - молекулярные массы  и ;
     
      - условная молекулярная масса ПНГ;
     
     h - количество атомов водорода в условной молекулярной формуле ПНГ;
     
      - коэффициент избытка влажного  воздуха;
     
     М - мольный стехиометрический коэффициент (Приложение В);
     
      - количество атомов водорода в условной молекулярной формуле влажного воздуха (Приложение Б).
     
     3. Удельный выброс азота :
     

,                (3)

     4. Удельный выброс кислорода :
     

               (4)

     Примечания:
     
     1. Обозначения, принятые в (2) и (3), аналогичны обозначениям, принятым в (1).
     
     2. , ,,,   - см. Приложение Д и формулу (1) настоящего Приложения.
     
     

Приложение Е1

Примеры расчетов

     
Расчет удельных выбросов , ,  и  на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг)

     
     
     Пример 1.
     
     Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения с условной  молекулярной формулой  (Приложение А2) сжигается в атмосфере влажного воздуха с условной молекулярной формулой   (Приложение Б2) при =1,0.
     
     Мольный стехиометрический коэффициент М=11,03 (Приложение В2).
     
     Удельный выброс диоксида углерода (формула (2) Приложения Е):
    

      
     Удельный выброс водяного пара :
    

      
     Удельный выброс азота :
    

 
     Удельный выброс кислорода :
    

      
     Пример 2.
     
     Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения с условной молекулярной формулой .
     
     Условия сжигания газа те же, что и в примере 1.
     
     Удельный выброс диоксида углерода (формула (2) Приложения Д).
    

      
     Удельный выброс водяного пара :
    

      
     Удельный выброс азота :
    

      
     Удельный выброс кислорода :
    

Приложение Ж

Расчет длины факела

     
     
     Длина факела () рассчитывается по формуле:
     

          ,(1)

     где  - диаметр устья факельной установки, м;
     
     - температура горения, °К (п.8.3);
     
      - температура сжигаемого ПНГ, °К;
     
     - теоретическое количество влажного воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м ПНГ (Приложение В), м/м;
     
      и  - плотность влажного воздуха (Приложение Б)  и ПНГ  (Приложение А);
      
      - стехиометрическое количество сухого воздуха для сжигания 1 м ПНГ, м/м;     
     

,     

     где , ,  - содержание сероводорода, углеводородов, кислорода, соответственно, в сжигаемой углеводородной смеси, % об.
     
     На рис. 4-5 изображены номограммы для определения длины факела (), отнесенной к диаметру устья факельной установки (d), в зависимости от ,  и  для четырех фиксированных значений  при диапазонах варьирования  от 8 до 16 и  от 0,5 до 1,0.
     
     

Приложение Ж1

     

Пример расчета факела для Южно-Сургутского месторождения

     
     
     Температура горения (см. Приложение И) = 1913 К°;
     
     Температура сжигаемого газа = 293 К°;
     
     (см. Приложение В2) = 11,03 м/м;
     
     Плотность ПНГ (Приложение А2) = 0,863 (кг/м);
     
     Плотность влажного воздуха (Приложение Б2) = 1,20 (кг/м).
     
     На основании формулы (1) отношение длины факела к диаметру устья факельной установки:
     

=190

Относительная длина факела .

 - температура горения, °К

 - температура газа в устье, °К

Рис. 4

Относительная длина факела .

 - температура горения, °К

      - температура газа в устье, °К

Рис. 5

Приложение З

Расчет низшей теплоты сгорания попутного
 нефтяного газа  (ккал/м)

     
     
     Низшая теплота сгорания ПНГ  (ккал/м) рассчитывается как средневзвешенная сумма низших теплот сгорания горючих газов, входящих в его состав:
     

,               (1)

     где  - содержание i-го горючего компонента (% об.) в ПНГ;
     
      - низшая теплота сгорания i-го горючего компонента или по формуле:
     

        (2)

     
     
     Величины  приведены в таблице 2 Приложения В1.
     
     

Приложение З1

Пример расчета низшей теплоты сгорания попутного нефтянного газа

     
     
     Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения.
     
      Компонентный состав (% об.) - см. Приложение А2.
     
     

Таблица 1

=9843  ккал/м

Приложение И

Пример расчета температуры выбрасываемой
в атмосферу газовой смеси

     
     
     Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения.
     
     Низшая теплота сгорания  9843 ккал/м. (Приложение 31).
     
     Доля энергии, теряемой за счет радиации факела,
     

 .

     
     Расчет количества теплоты в продуктах сгорания для трех значений температуры:
     

          
     График представлен на рис. 6.
     
     Величина =7776 ккал.
     
     По графику рис. 6 этому значению отвечает темература Т = 1913°К.
     
     В итоге, температура продуктов сгорания ПНГ Южно-Сургутского месторождения составляет = 1640 °С.
     

= 9843 ккал/м

Рис. 6. Пример графического определения температуры продуктов
сгорания (попутный нефтяной газ
Южно-Сургутского месторождения)

     Текст документа сверен по:
     официальное издание
     Санкт-Петербург, 1998