Оценка производительности факельной установки
5.1. Объемный расход Wv (м3/с) и скорость истечения U (м/с), сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа, измеряется экспериментально, либо, при отсутствии прямых измерений, Wv рассчитывается по формуле
Wv=0.785·U·do2 , (5.1.1)
где U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений);
do - 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:
U=0.2·UЗВ ; (5.1.2)
при периодических и аварийных сбросах:
U=0.5·UЗВ, (5.1.3)
где UЗВ - скорость распространения звука в ПНГ, рассчитываемая согласно прил. 10.
5.2. Массовый расход Wg (кг/ч) сбрасываемого на факельной установке газа рассчитывается по формуле
Wg=2826·U·do2·ρГ, (5.2)
где ρГ - плотность ПНГ, кг/м3, см. таблицу с исходными данными.
Таблица 4.1
Исходные данныедля расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа
на факельных установках
| Номер варианта | Месторождение | Высота ствола, м | Диаметр выходного сопла, мм | Температура воздуха, ºС | Влажность воздуха δ, (%) | Атмосферное давление, мм рт.ст. | Компонентный состав ПНГ, Vi, ( % об.) | Плотность ρГ, кг/м3 | Относительный удельный вес по воздуху | Qнизш, ккал/м3 | |||||||||
| Метан (CH4) | Этан (C2H6) | Пропан (C3H8) | Изо-бутан | н-бутан | Изо-пентан | н-пентан | Гексан | Сероводород (H2S) | Азот (N2) | ||||||||||
| Туймазинское РТ (девонская нефть) | -5 -5 | 50,73 | 16,78 | 9,22 | 1,08 | 2,41 | 0,51 | 0,42 | 0,00 | 18,29 | 1,0725 | 0,8900 | |||||||
| Туймазинское РТ (угленосная нефть) | -5 -5 | 47,95 | 9,23 | 5,19 | 0,68 | 1,23 | 0,28 | 0,16 | 0,20 | 0,13 | 34,35 | 1,0228 | 0,8537 | ||||||
| Туймазинское РБ (девонская нефть) | -5 -5 | 52,48 | 15,59 | 10,16 | 1,20 | 2,60 | 0,53 | 0,54 | 0,52 | 0,00 | 16,18 | 1,0798 | 0,8960 | ||||||
| Туймазинское РБ (угленосная нефть) | -5 -5 | 48,35 | 9,33 | 5,18 | 0,68 | 1,24 | 0,27 | 0,17 | 0,22 | 0,11 | 33,85 | 1,0229 | 0,8537 |
Продолжение табл.4.1
| Мустафинское | -5 -5 | 47,17 | 3,07 | 2,45 | 0,58 | 0,74 | 0,28 | 0,11 | 0,19 | 1,20 | 43,21 | 1,0004 | 0,8302 | ||||||
| Калаевское | -5 -5 | 14,77 | 0,94 | 0,59 | 0,18 | 0,22 | 0,08 | 0,02 | 0,04 | 1,50 | 80,66 | 1,1347 | 0,9416 | ||||||
| Ардатовское | -5 -5 | 36,79 | 4,59 | 4,00 | 0,67 | 1,04 | 0,32 | 0,07 | 0,21 | 6,10 | 44,02 | 1,0901 | 0,9046 | ||||||
| Юбилейное | -5 -5 | 30,34 | 3,04 | 2,34 | 0,36 | 0,59 | 0,18 | 0,05 | 0,19 | 0,78 | 61,13 | 1,0782 | 0,8947 | ||||||
| Самотлорское месторождение | -5 -5 | 67,6 | 4,37 | 10,99 | 2,98 | 6,64 | 1,80 | 1,92 | 0,09 | 0,00 | 1,48 | 1,1513 | 0,8654 | ||||||
| Варьёганское месторождение | -5 -5 | 59,42 | 3,81 | 13,82 | 3,69 | 7,63 | 2,83 | 3,19 | 0,06 | 0,00 | 1,94 | 1,1862 | 0,9152 | ||||||
| Советское месторождение | -5 -5 | 51,89 | 5,29 | 15,57 | 5,02 | 10,33 | 2,99 | 3,26 | 0,66 | 0,00 | 1,53 | 1,2438 | 0,9323 |
5.3. Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку, Wпp (м3/с):
Wпp = Wv· Vпс · (273+Тг)/273, (5.3)
где Wv – объемный расход (м3/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ, рассчитываемой по формуле (5.1.1);
Vпс - объем продуктов сгорания (м3/м3), рассчитываемый по (3) прил.7.
ТГ - температура горения, рассчитываемая согласно п. 3.3.
Расчет мощности выбросов вредных веществ в атмосферу
6.1. Расчет физико-химических характеристик сжигаемого попутного нефтяного газа.
6.1.1. Расчет условной молекулярной массы МГ, кг/моль (формула (1) прил.1).
6.1.2. Расчет массового содержания химических элементов (% масс.) в ПНГ (формулы (2) и (3) прил.1).
6.1.3. Расчет числа атомов элементов в условной молекулярной формуле ПНГ (формулы (4) и (5) прил.1).
6.2. Расчет физико-химических характеристик влажного воздуха.
Для заданных метеоусловий:
- температура t°, C;
- давление Р, мм рт.ст.;
- относительная влажность φ (в долях или %).
6.2.1. Определение массового влагосодержания d (кг/кг) влажного воздуха по номограмме (прил.5).
6.2.2. Расчет массовых долей компонентов во влажном воздухе (формулы (2) и (3) прил.4).
6.2.3. Расчет количества атомов химических элементов в условной молекулярной формуле влажного воздуха (табл.3 прил.4).
6.2.4. Расчет плотности влажного воздуха ρВ.В, кг/м3 (формула (5) прил.4).
6.3. Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха.
6.3.1. Расчет мольного стехиометрического коэффициента М (формула (2) прил.7).
6.3.2. Определение теоретического количества влажного воздуха VВВ (м3/м3), необходимого для полного сгорания 1 м3 ПНГ (п.3 прил.7).
6.3.3. Расчет количества продуктов сгорания Vпс (м3/м3), образующихся при стехиометрическом сгорании 1 м3 ПНГ в атмосфере влажного воздуха (формула (3) прил.7).
6.4. Проверка выполнения условий бессажевого горения попутного нефтяного газа на факельной установке.
6.4.1. Расчет скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси UЗВ (м/с) (формула (1) прил. 10 или рис. 1,2 прил.11).
6.4.2. Проверка выполнения условия бессажевого горения:
U > 0.2UЗВ . (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, представленные в нижеследующей таблице:
Таблица 6.1
| Удельные выбросы (кг/кг) | Бессажевое сжигание | Сжигание с выделением сажи |
| qСО | 2·10-2 | 0.25 |
| qNOX | 3·10-3 | 2·10-3 |
| qсажи | - | 3·10-2 |
| бенз(а)пирен | 2·10-11 | 8·10-11 |
В случае сжигания серосодержащего попутного нефтяного газа удельный выброс диоксида серы рассчитывается по формуле
qSO2 = MSO2· S/Mг , (6.2)
где МSO2 - молекулярная масса SO2;
МГ - условная молекулярная масса горючего;
S - количество атомов серы в условной молекулярной формуле попутного нефтяного газа (см. прил.1,2).
При необходимости определения выбросов СО2, N2, О2, H2O следует руководствоваться формулами, приводимыми в прил.13.
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)