Оценка производительности факельной установки

5.1. Объемный расход Wv3/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, Wпp3/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 (м33), 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 VВВ33), необходимого для полного сгорания 1 м3 ПНГ (п.3 прил.7).

6.3.3. Расчет количества продуктов сгорания Vпс33), 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)

Наши рекомендации