Экологическое обоснование применения СУГ в качестве моторного топлива

Применение сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан) в качестве моторного топлива позволяет улучшить экологические характерис­тики автомобильного транспорта, что особенно важно для крупных городов.

Один из главных источников загрязнения – автомобильный транспорт. Его доля в общем объеме выбросов загрязняющих ве­ществ в атмосферу по России состав­ляет около 42%, что выше, чем доля любой из отраслей промышленности. В крупных городах этот показатель достигает 80-90%. Динамика роста вредных выбросов напрямую связана с увеличением автопарка. За последние пять лет масса автомобильных выбросов в расчете на одного человека увеличилась на 15% и достигла 110 тыс. тонн загрязняющих веществ в год. Сегодня порядка 70% россиян проживают в экологически неблагоприятных районах.

Токсичность выхлопов отече­ственных автомобилей в 6 раз выше, чем европейских, и в 10 раз выше, чем американских и японских.

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содер­жат около 200 компонентов. Период их существования длится от несколь­ких минут до 4 - 5 лет. По химичес­кому составу и свойствам, а также ха­рактеру воздействия на организм че­ловека их подразделяют на группы.

Первая группа. Это нетоксичные вещества (азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ и другие естественные компоненты атмосфер­ного воздуха).

Вторая группа. Это оксид углеро­да или угарный газ (СО) - продукт неполного сгорания топлива. Оксид углерода обладает отравляющим дей­ствием, способен вступать в реакцию с гемоглобином крови, вызывая кис­лородное голодание, потерю созна­ния и смерть.

Третья группа. В ее составе окси­ды азота - NO и NO2. При высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.

Четвертая группа. В эту группу входят различные углеводороды (со­единения типа СxНy). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной ак­тивностью отличается бенз(а)пирен (С29Н12), содержащийся в отработав­ших газах бензиновых двигателей и дизелей.

Пятая группа. Эту группу состав­ляют органические соединения - аль­дегиды. В отработавших газах содер­жатся в основном формальдегид, ак­ролеин и уксусный альдегид. Эти со­единения раздражают слизистые обо­лочки, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему.

Шестая группа. Компоненты этой группы - сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей повер­хности бенз(а)пирен, сажа оказывает более сильное негативное воздей­ствие, чем в чистом виде.

Седьмая группа. К этой группе от­носят сернистые соединения - сер­ный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повы­шенным содержанием серы. Сернис­тые соединения оказывают раздража­ющее действие на слизистые оболоч­ки горла, носа, глаз человека.

Восьмая группа. В состав этой группы входят свинец и его соедине­ния. Эти компоненты появляются в отработавших газах при использова­нии этилированного бензина. Окси­ды свинца накапливаются в организ­ме человека, попадая в него через животную и растительную пищу (при загрязнении экосистемы вдоль авто­дорог).

Из 1000 т загрязняющих веществ, ежедневно попадающих в воздух из выхлопов автомобилей, 200 т угарно­го газа, 800 т углеводородов и других соединений.

Приоритетной вредной примесью в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине, является оксид углерода (СО), доля которого составляет в среднем 69% общего количества выбросов вредных веществ. Доли остальных примесей распределены следующим образом: 17% приходится на оксиды азота (NOх) и 14% - на суммарные углеводороды (СН).

Рис. 18: Доли вредных примесей в отработавших газах автомобилей, работающих на бензине.

Автомобильный транспорт, пере­оборудованный для работы на сжиженном углеводородном газе (СУГ), решает многие проблемы по охране окружающей среды, а также приносит значительную экономию при его эк­сплуатации.

СУГ (пропан-бутан) - результат переработки нефти, с одной тонны которой получается примерно 2% этого топлива. Исходя из объема до­бычи нефти в России 300 млн. т в год, можно вычислить и долю СУГ, кото­рая составляет 5-6 млн. т в год.

На рис. 19 представлено сравнение количества вредных выхлопов авто­мобиля, работающего на пропан/бу­тане, с интернациональными EWG нормами.

В 2005 году в России принят технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ».

Экологическая классификация автомобильной техники, принятая в регламенте, соответствует европейской и устанавливает экологические классы автомобилей в зависимости от выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Установлены 5 экологических классов и сроки введения в действие технических нормативов выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой на территории Российской Федерации:

· экологического класса 2 – с 2006 года;

· экологического класса 3 – с 1 января 2008 года;

· экологического класса 4 – с 1 января 2010 года;

· экологического класса 5 – с 1 января 2014 года.

Рис. 19 Сравнение количества вредных выхлопов СУГ (пропан/бутан) автомобиля с текущими Европейскими экологическими нормами.

Из графика видно, что автомоби­ли, работающие на СУГ, уже сейчас соответствуют экологическим нор­мам «Евро-4».

На рис. 20 представлено сравнение количества вредных выхлопов бензинового и газового (пропан-бутан) ав­томобиля.

Рис. 20 Сравнение количества вредных выхлопов бензинового и газового (пропан-бутан) автомобиля.

Основываясь на данном графике, можно сделать следующие выводы:

· СО-показатель газового автомо­биля на 66,5% ниже значений бензи­нового;

· Суммарные значения НС + NOx газового автомобиля на 66,4%;

· СО2-значения газового автомобиля на 13% ниже значений бензинового.

Источник: Научно-исследовательский институт автомобилестроения НАМИ.

Наиболее значимые факторы отрицательного влияния автомобильного транспорта на человека и окружающую среду следующие:

· Загрязнение воздуха;

· Загрязнение окружающей среды;

· Шум, вибрация;

· Выделение тепла (рассеяние энергии).

С точки зрения экологии газовые виды топлива успешно конкурируют с традиционными видами даже в случае установки на базовых автомобилях

систем нейтрализации выхлопных газов. Кроме того, газовое топливо практически не содержит веществ, являющихся каталитическими ядами для нейтрализаторов (сера, свинец и пр.).

Рис. 21 Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания, кг на тонну сгоревшего топлива.

Сравнительные данные по массовым выбросам загрязняющих веществ с отработавшими газами двигателей транспортных средств в условиях повседневной эксплуатации, полученные Институтом автомобильного транспорта Минтранс России, приведены в таблице.

Так, за 2007 год, благодаря реализации порядка 130 000 000 литров сжиженного углеводородного газа, компании удалось существенно снизить нагрузку на экологию. Были сокращены выбросы в атмосферу таких вредных для организма человека вредных веществ, как оксида углерода на 25 530 тонн, оксидов азота на 1 325 тонн, суммарных углеводородов на 815 тонн, а также остальных отравляющих веществ более чем на 195 тонн.

Также большое внимание уделяется безопасности заправочных станций, так для обеспечения полного контроля за производственными процессами, ГНС и АГЗС оснащены современными приборами контроля, предохранительными устройствами, системами блокировок и системами автоматики. Постоянно ведется работа по усовершенствованию и модернизации оборудования, позволяющего максимально снижать возможное воздействие на окружающую среду. Система автоматики ведет постоянный контроль за возможными утечками газа из технологической системы в атмосферу при приеме, хранении и выдаче газа.

Экологическая безопасность АГЗС

Сжиженный углеводородный газ является экологически чистым моторным топливом. Переоборудование одного автомобиля для работы на газе снижает выбросы свинцовых соединений, окиси углерода, углеводородов, сернистого ангидрида. Экологическая безопасность АГЗС достигается соответствием технологического процесса по приему, хранению в резервуарах и выдаче потребителям сжиженного углеводородного газа. Все АГЗС имеют положительные заключения Государственной экологической экспертизы. Технологическая система АГЗС полностью герметична и не имеет связи с окружающей средой и атмосферным воздухом. Для обеспечения полного контроля за производственными процессами АГЗС оснащены современными приборами контроля, предохранительными устройствами ,системами блокировок и системами автоматики. Постоянно ведется работа по усовершенствованию и модернизации оборудования, позволяющего максимально снижать возможное воздействие на окружающую среду. Система автоматики ведет постоянный контроль за возможными утечками газа из технологической системы в атмосферу при приеме, хранении и выдаче газа. На каждую АГЗС разработаны паспорта экологической безопасности. Персонал находится в постоянной готовности к ликвидации возможных аварий и утечках газа в атмосферу. Для этого разработаны Планы ликвидаций и локализаций аварийных ситуаций согласованные в Ростехнадзоре и МЧС. С персоналом проводятся необходимые тренировки с практической отработкой действий по устранению причин аварийных ситуаций и минимизации воздействия на экологию региона.

5.2. Анализ опасности и риск возникновения аварии (ЧС)

Все виды аварий опасны для людей, водных объектов, атмосферы, почвы.

Наиболее опасной возможной аварийной ситуацией является обрушение здания. Риск возникновения данной аварийной ситуацией минимален и связан с технической надежностью конструкций здания. Безопасность достигается введением определенных показателей надежности, составляющих 0,99 для несущих конструкций и 0,95 для вспомогательных конструкций.

Другой аварийной ситуацией может явиться пожар. Здание планируется оснастить эффективной системой оповещения о пожаре и подручными средствами пожаротушения. Месторасположение объекта характеризуется наличием удобных подъездов для пожарных машин. Вероятность такой аварийной ситуации чрезвычайно мала и не превышает 1 % в год.

Для защиты сооружений АЗС от ударов молнии и статического электричества предусмотрена установка двух молниеприемников высотой 20 м, укладка молниеприемной сетки на крыше здания ,устройство заземления.

Авария–( ст. 1 Федерального закона от 27. 07. 1997г. № 116 – ФЗ « О промышленной безопасности опасных производственных объектов ») – разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных веществ.

Под « сценарием аварии » понимается описание последовательности её возникновения и развития, учитывающее наиболее вероятные (прогнозные) направления протекания процессов, создающих реальную опасность для жизни людей и наносящих вред окружающей среде.

Другими словами, описать сценарий аварии – это, значит, определить множество вариантов (частных реализаций) последовательности ее возникновения и развития, имеющих одинаковый характер и объединенных на основе общности присущих им закономерностей.

Автозаправочные станции (АЗС) предназначены для заправки транспортных средств (кроме гусеничного транспорта) нефтепродуктами. АЗС - предприятие, напрямую работающее с горючесмазочными материалами. Очевидно, что в процессе работы с ними необходимо иметь представление об основных возможных опасностях, таких как пожары, взрывы и т.д.

Технологическая схема АЗС состоит из трех стадий:

1. стадия приема нефтепродуктов из бензовозов в подземные резервуары;

2. стадия хранения нефтепродуктов в резервуарах до момента их перекачивания через топливораздаточные колонки для заправки автотранспортной техники;

3. стадия заправки нефтепродуктами из подземных резервуаров автотранспортной техники через топливораздаточные колонки.

Бензины всех марок и некоторые виды дизельного топлива относятся к легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), другие виды дизельного топлива – к горючим жидкостям (ГЖ). Наличие их большого количества в емкостном оборудовании создает опасность возникновения пожара, в случае утеки топлива и наличия источника воспламенения.

Для АЗС характерны следующие виды аварий:

1. Пожар пролива - горение проливов жидких продуктов - диффузионное горение паров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ) в воздухе над поверхностью жидкости.

2. Огненный шар - диффузионное горение плотных, слабо смешанных с воздухом парогазовых облаков с поверхности облаков в открытом пространстве.

3. Взрыв - детонационное горение - сгорание предварительно перемешанных газо- или паровоздушных облаков со сверхзвуковыми скоростями в открытом пространстве или в замкнутом объеме.

4. Хлопок - вспышка, волна пламени, сгорание предварительно перемешанных газо- или паровоздушных облаков с дозвуковыми скоростями в открытом или замкнутом пространстве.

Причинами пожаров и взрывов на АЗС могут быть открытый огонь, искры, разряды статического электричества, грозовые разряды, самовоспламенение, самовозгорание, пирофорные отложения.

Начальным событием аварии на АЗС является утечка пожаровзрывоопасного продукта, что может произойти вследствие:

1. разгерметизации емкости (резервуара);

2. разгерметизации автоцистерны;

3. разгерметизации элемента наливной эстакады (гибкого шланга).

Выделим два типовых сценария развития аварии на АЗС.

Первый сценарий предусматривает полное разрушение емкости с полным высвобождением хранимого в нем пожаровзрывоопасного вещества. Причинами разрушения емкости могут быть различные инициирующие события, вызванные как внутренними, так и внешними факторами, например, землетрясение и подвижки земной поверхности, падение самолета и других летательных аппаратов, диверсии и террористические акты, тепловой удар и гидравлический разрыв.

Согласно европейской статистике вероятность этих событий является величиной порядка 10^-8, поэтому данный сценарий аварии в дальнейшем не рассматривается.

Второй сценарий предусматривает локальное разрушение установок с ЛВЖ или ГЖ. Расчет производится для трех вариантов:

-пожар-вспышка при локальном выходе продукта из емкости;

-пожар пролива ЛВЖ или ГЖ;

-"огненный шар" при разрыве емкости с веществом под давлением.

На рисунке 22 представлено «дерево событий» аварийной ситуации для количественного анализа сценария аварии на АЗС. Цифры рядом с наименованием события показывают условную вероятность возникновения этого события, при этом вероятность инициирующего события (локального разрушения) принята равной 1, согласно [1,3].

Рисунок 22 – «Дерево событий» аварий на АЗС.

Для проведения анализа последствий аварийных ситуаций требуется определить количество и площадь разлива вещества, массу парогазового облака, параметры взрывного воздействия на окружающие объекты, теплового воздействия пожара пролива и огненного шара. Результаты расчета зон поражения ударной волной, пожаром пролива и огненным шаром для рассматриваемых типов аварий приведены в таблицах.

Таблица № 7