Аналіз методів розрахунку забруднення атмосфери від джерел компресорних станцій магістральних газопроводів

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз методів розрахунку забруднення атмосфери від джерел компресорних станцій магістральних газопроводів

Одним із важливих практичних завдань є розрахунок концентрацій шкідливих речовин, що викидаються компресорними станціями (КС) в атмосферу.

Вибір методу розрахунку величини забруднення атмосфери залежить від виду джерел викиду (лінійні, точкові, площинні), а також від їх висоти. Згідно [1] джерела викиду шкідливих речовин за висотою діляться на чотири класи:

1. високі джерела, ;

2. джерела середньої висоти, ;

3. низькі джерела, ;

4. наземні джерела, .

Виходячи з наведеного, джерела викиду шкідливих речовин КС відносяться до точкових, середньої висоти.

Відмітимо, що при одночасній сумісній присутності в атмосфері декількох шкідливих речовин, то безрозмірна концентрація визначається за формулою:

(1)

де - розрахункові концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі в одній і тій же точці місцевості;

- відповідні максимальні разові гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі. Приведена до однієї речовини концентрація С розраховується за формулою:

, (2)

де - концентрація речовини, до якої здійснюється приведення;

- концентрації та ГДК інших речовин, що входять у групу сумації.

Масова концентрація шкідливих речовин в атмосфері описується відомим класичним диференційним рівнянням

(3)

де С - масова концентрація повітряної суміші;

- система прямокутних координат, у якої вісь співпадає з напрямком вітру, а вісь вертикальна;

- швидкість вітру;

- коефіцієнти турбулентної дифузії у напрямку відповідно.

Граничними умовами для даного рівняння є:

Приведений розв'язок рівняння (3) для стаціонарного точкового джерела при умові нормального розподілу концентрації речовин в атмосфері має вигляд:

(4)

де - “віртуальні коефіцієнти дифузії” у напрямку координат;

- число від 0 до 1, що визначається профілем швидкості вітру .

М.Е. Берляндом [2] одержано рівняння для точкового джерела, розташованого на висоті Н. Для приземної концентраціїповітряної суміші розв'язок рівняння має вигляд

(5)

де - відповідні значення коефіцієнтів турбулентної дифузії та швидкості вітру; - дисперсія у напрямку вітру; .

Більшість зарубіжних авторів [2] для визначення концентрації шкідливих речовин використовують таку залежність для стаціонарного точкового джерела

(6)

де - горизонтальна та вертикальна дисперсії розподілу повітряної суміші.

Із літературних джерел [3] визначено, що формування зони дисперсії підпорядковується закону Гаусса, в якому значення концентрації має вигляд:

(7)

де С - концентрація, мг/м³;

х, у, z - координати;

ф - час, с;

М - маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферу, г/с;

U_a - швидкість вітру, м/с;

у _z - коефіцієнт поперечної дисперсії, м²/с;

у _у - коефіцієнт поздовжньої дисперсії, м²/с;

х_хz, x_хy - відстань від джерела викиду, м.

Розв'язок рівняння (7) проведений при початкових і граничних умовах С(ф=ф^*, х=х₀, у=0, z=h₀).

Маємо

, (8)

тобто за даною формулою можна визначити у певний момент часу (ф*) концентрації шкідливих речовин у зоні, що відповідає висоті джерела викиду.

Розрахунок концентрацій шкідливих речовин від КС у приземному шарі атмосфери, а також на яку відстань вони розповсюджуються, проводиться за різними методиками [1]

Максимальне значення приземної концентрації шкідливих речовин С_м(мг/м³) при викиді їх джерелами КС „Ільїнцівська” після впровадження екологічно безпечного обладнання оцінювалося нами за методикою [4]:

(9)

де - коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери, що визначає умови горизонтального та вертикального розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі ;

- маса шкідливих речовин, що викидуються а атмосферу, ;

- безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливої речовини в атмосферному повітрі;

- безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші їз гирла джерела викиду;

- висота джерела викиду над рівнем поверхні землі, м;

- об'єм газоповітряної суміші, ;

- різниця між температурою газоповітряної суміші, що викидається і температурою навколишнього атмосферного повітря, К.

Об'єм газоповітряної суміші визначається за формулою

(10)

де -діаметр гирла джерела викиду,м; - середня швидкість виходу газоповітряної суміші із джерела викиду.

Коефіцієнт приймають для несприятливих метеорологічних умов, при яких концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі від джерела викиду досягають максимального значення.

Величину , в С, необхідно визначати, приймаючи температуру навколишнього атмосферного повітря Т₀, що дорівнює середній температурі зовнішнього повітря о 13 годині найбільш теплого місяця року згідно СНиП “Строительная климатология и геофизика”, а температуру газоповітряної суміші Т_г , що викидається КС - за діючими технологічними нормативами.

Величину безрозмірного коефіцієнта приймають для газоподібних шкідливих речовин - 1, а величину безрозмірного коефіцієнта , в залежності від параметра , що має розмірність

(11)

знаходять за графіком [1, рис. 1].

Величину безрозмірного коефіцієнта визначають за графіком [4, рис. 1] в залежності від величини параметра , який розраховується за формулою

(12)

Використовуючи формулу (9) розраховано максимальну концентрацію оксидів азоту та оксидів вуглецю джерелами компресорної станції „Ільїнцівська” на відстанях: 2000, 1500, 1000, 500, 400, 300, 200, 100, 50 м, при таких розрахункових даних: М = 2,88 г/с (для диоксиду азоту); М = 1,44 г/с (для оксиду вуглецю); А=160; n = 1,8;=0,9; F = 1; ;; Н = 12.

Наведені дані були занесені у програму ЕОЛ і одержані результати у вигляді карт розсіювання (рис. 1).

Як видно із рисунка найвищі концентрації шкідливих речовин на межі санітарно-захисної зони ( СЗЗ для КС 1000 м) при постійних викидах диоксиду азоту складають 0,8 ГДК.

Аналізуючи формулу (9) для визначення максимальних концентрацій шкідливих речовин можна зробити висновок, що тут не враховуються молекулярна дифузія, дисперсія, що формують ареали забруднення в атмосфері. Крім цього, концентрація шкідливих речовин визначається тільки у приземному шарі атмосфери - на висоті 2 м над поверхнею землі, а тому більш доцільно використовувати при розрахунках формулу Гауса.

Література

забруднення атмосфера газорозподільний станція

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86 -Л: Гидрометеоиздат.-1987- 92 с.

Берлянд Н.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы - Л: Гидрометеоиздат, 1975 - 448 с.

Сафонов В.С., Одишария Г.Е., Швиряєв К.С. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности // Москва.- 1996.- С. 207.

Белов П.С. "Временная методика расчета газовых выбросов наземных источников на объектах газовой промышленности" М., РАО "ГАЗПРОМ", 1987, 42 с.

Размещено на Allbest.ru