Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор исследований. цель и постановка задач исследования 11
1.1. Существующий метод контроля выбросов паров нефтепродуктов из резервуаров 11
1.2. Расчёт выбросов вредных веществ из емкостей хранения нефтепродуктов в атмосферу 12
1.2.1. Расчёт выбросов вредных веществ из резервуаров, соединенных с атмосферой 12
1.2.2. Расчёт выбросов вредных веществ из резервуаров, изолированных от атмосферы 18
1.3. Стандартные методики количественной оценки выбросов загрязняющих веществ из емкостей хранения нефтепродуктов, используемые на территории России и бывшего СССР 20
1.3.1. Методика по определению выбросов вредных веществ в атмосферу на предприятиях Госкомнефтепродукта РСФСР 20
1.3.2. Методические указания по определению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу из резервуаров 22
1.3.2.1. Расчёт выбросов паров нефти и бензинов 23
1.3.2.2. Расчёт выбросов паров индивидуальных веществ 24
1.3.2.3. Расчёт выбросов паров многокомпонентных жидких смесей известного состава 25
1.3.2.4. Расчёт выбросов паров нефтепродуктов (кроме бензинов) 26
1.3.3. Методические указания по расчёту валовых выбросов вредных веществ в атмосферу для предприятий нефтепереработки и нефтехимии (РД 17-89) 28
1.3.4. Методика расчётно-экспериментального определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счёт испарения из емкостей хранения нефтепродуктов 30
1.4. Стандартные методики количественной оценки выбросов загрязняющих веществ из емкостей хранения нефтепродуктов, используемые за рубежом 32
1.4.1. Руководство по использованию стандартов измерения объемовнефтепродуктов (API-2518), Американский Институт Нефти (API), Вашингтон, 2002 32
1.5. Аналитические комплексы и системы мониторинга окружающей среды 3 4
1.5.1. Стационарные комплексы мониторинга окружающей среды 34
1.5.2. Передвижные комплексы мониторинга окружающей среды 35
1.6. Выводы и постановка задач исследования 38
ГЛАВА 2. Математическая модель поступления газовоздушной смеси из резервуара хранения нефтепродукта в окружающую среду 40
2.1. Процессы, происходящие при хранении нефтепродуктов в резервуарах 40
2.2. Общие принципы построения математической модели 42
2.3. Расчёт температуры газового пространства резервуара 44
2.3.1. Поступление солнечной энергии на верхней границе атмосферы 44
2.3.1.1. Определение времени восхода и захода Солнца 45
2.3.1.2. Определение значения зенитного угла в заданный момент времени 46
2.3.2. Определение количества солнечной энергии, поступающей на поверхность резервуара 47
2.3.3. Расчет поступления энергии во внутренне пространство резервуара за счёт явления теплопроводности 51
2.3.4. Расчёт количества теплоты, переданной за счёт явления конвекции 53
2.3.6. Пример расчёта температуры газового пространства резервуара 55
2.4. Определение объема газовоздушной смеси, поступающей из резервуара в окружающую среду при «малом дыхании» 58
2.4.1. Определение выбросов вредных веществ из резервуара, оборудованного вентиляционными патрубками 59
2.4.2. Определение выбросов вредных веществ из резервуара, оборудованного дыхательными клапанами 64
2.5. Определение объема газовоздушной смеси, поступающей из резервуара в окружающую среду при «большом дыхании» 66
2.6. Определение компонентного состава выбросов загрязняющих веществ 67
2.7. Пример расчёта выброса вредных веществ в режиме реального времени 67
2.8. Алгоритм определения выбросов паров нефтепродукта в режиме реального времени 72
2.9. Результаты и выводы 73
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования выбросов паров нефтепродуктов при испарении из резервуаров 74
3.1. Цели и задачи проведения экспериментов 74
3.2. План проведения эксперимента 75
3.3. Объект исследования 75
3.4. Определение характеристик окружающей среды 77
3.4.1. Описание прибора для измерения параметров окружающей среды 77
3.4.2. Характеристики окружающей среды в момент проведения эксперимента 79
3.5. Определение текущей температуры и уровня жидкости в резервуаре 79
3.6. Выводы 81
ГЛАВА 4. Разработка программно-технического обеспечения системы контроля загрязнения окружающей среды от резервуаров хранения нефтепродуктов в режиме реального времени 82
4.1. Требования к составу программного комплекса расчёта выбросов вредных веществ в режиме реального времени 82
4.1.1. Общие требования 82
4.1.2. Требования к программной части комплекса 83
4.2. Структура хранения данных 84
4.3. Общий алгоритм запроса и проверки корректности ввода исходных данных для расчёта 85
4.4. Связь комплекса с цифровыми датчиками 87
4.4.1. Пример связи комплекса с датчиком температуры 88
4.5. Запуск комплекса. Основной алгоритм работы 89
4.6. Алгоритмы расчёта выбросов вредных веществ из резервуара 90
4.7. Пример работы с программным комплексом 92
4.7.1. Запись исходных данных для расчёта 94
4.7.2. Расчёт выбросов паров нефтепродукта 96
4.7.3. Определение приземных концентраций загрязняющих веществ 97
4.8. Работа программно-технического комплекса на основе прогноза погоды 9 8
4.9. Схема функционирования программно-технического комплекса в локальной сети предприятия 99
4.10. Результаты и выводы 101
Общие результаты и выводы 103
Список литературы
- Расчёт выбросов вредных веществ из резервуаров, соединенных с атмосферой
- Поступление солнечной энергии на верхней границе атмосферы
- Определение характеристик окружающей среды
- Общий алгоритм запроса и проверки корректности ввода исходных данных для расчёта
Введение к работе
Актуальность. В современном обществе все более очевидным становится факт того, что неконтролируемое и нерациональное потребление природных ресурсов ведет к экологическому кризису и ухудшению качества жизни населения. В конце прошлого столетия были разработаны и внедрены в производственный и технологические процессы предприятий системы экологического мониторинга и нормирования. Эти системы базировались на установлении платы за использование природных ресурсов и выброс вредных веществ в окружающую среду. До сих пор считается, что установление для предприятия предельно допустимого выброса является достаточным условием для поддержания состояния окружающей среды и качества жизни населения на должном уровне.
Но многие методики, стремясь к большей универсальности не учитывают особенностей работы технологического оборудования на предприятии, что приводит к неизбежным погрешностям в расчётах выбросов вредных веществ и, как следствие, к неконтролируемому загрязнению окружающей среды и ухудшению качества жизни населения. Кроме того, существующие методики рассчитаны на использовании усредненных исходных данных для расчёта, что ведет к потере информации о состоянии окружающей среды в определенный момент времени. Также, существующие методы расчёта базируются на условии сложившегося, неизменного или незначительно меняющегося климата, что не соответствует действительности.
Таким образом, в условиях все более изменяющегося климата и ужесточения экологических требований, предъявляемых к предприятиям, необходимы более точные методы учета выбросов вредных веществ в атмосферу, способные показать реальную экологическую обстановку, сложившуюся в районе расположения предприятия. Более подходящими для решения задачи, с нашей точки зрения, являются методы расчёта выбросов в режиме реального времени.
Современные нефтеперерабатывающие предприятия - это сложные технологические комплексы, включающие большое количество различного оборудования, которое является источниками загрязнения атмосферы. Особое внимание на предприятиях нефтепереработки уделяется товарно-сырьевым базам, содержащим в своем составе резервуарные парки хранения нефтепродуктов. От точности и своевременности, поступающей от баз информации, напрямую зависит работа всего предприятия. Современные резервуарные парки оснащаются передовыми информационными системами, которые позволяют получать информацию о текущем состоянии резервуаров. Однако, в современных условиях рыночной экономики мало внимания уделяется оснащению резервуарных парков системами экологического мониторинга, позволяющими получать информацию о текущем состоянии окружающей среды и проводить более точный учет выбросов вредных веществ в атмосферу. Факторами, тормозящими процесс экологизации производства, выступают, прежде всего, высокая стоимость оборудования и отсутствие методик расчёта выбросов в режиме реального времени.
Степень изученности проблемы. К основной литературе по проблемам защиты окружающей среды и определении выбросов от резервуарных парков можно отнести книгу B.C. Яковлева «Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды». В ней структурно и достаточно подробно описаны процессы, происходящие в резервуарах при хранении нефтепродуктов и методы расчёта выбросов загрязняющих веществ. Также проблемы учета потерь нефтепродуктов из резервуаров рассмотрены в трудах В.И. Черникина, С.Г. Едигарова, В.М. Михайлова, А.Д. Прохоров, В.А. Юфин, Н.Н. Константинова. Большой вклад в изучение процессов испарения нефтепродуктов внесли такие ученые как Н.Ф. Тищенко и С.Л. Бренблюм, которые не только систематизировали все известные методы расчёта выбросов вредных веществ из емкостей хранения нефтепродуктов, но и предложили свои, широко применяемы сегодня, методы расчёта.
Большой вклад в развитие современной методической документации для
расчёта выбросов вредных веществ из резервуарных парков внесли сотрудники ОАО «Казанское научно-производственное управление «Оргнефтехим-завод»» под руководством А.С. Ярмухаметова, впервые разработав методические рекомендации по учету потерь нефтепродуктов, основанные на качественных показателях нефтепродукта, в то время как повсеместно использовалась методика [40], использующая в качестве исходных данных удельные показатели выбросов. Однако все разработанные на сегодняшний день методы и методические рекомендации по расчёту выбросов вредных веществ в атмосферу из резервуаров хранения нефтепродуктов основаны на использовании усредненных за определенный период (чаще всего за пол года) данных по работе источников загрязнения, что не позволяет получить информацию о реально существующей экологической обстановке в районе расположения предприятия.
Объект исследования. Объектом исследований является метод контроля выбросов паров нефтепродуктов из вертикальных цилиндрических резервуаров хранения.
Предмет исследования. Количественные и качественные показатели выбросов паров нефтепродуктов в окружающую среду при испарении из резервуаров хранения в режиме реального времени.
Цель исследования. Целью работы является совершенствование аналитического метода контроля выбросов паров нефтепродуктов при испарении из резервуаров хранения до уровня, позволяющего проводить контроль состояния окружающей среды в режиме реального времени.
Задачи исследования:
Разработать математическую модель, позволяющую в режиме реального времени определять количество паров нефтепродукта, попадающих в атмосферу под воздействием внешних факторов окружающей среды и физико-химических процессов, происходящих в резервуаре;
Провести сопоставление результатов, полученных с помощью модели, экспериментальных измерений и известных методов;
3. На основе разработанной математической модели разработать программно-технический комплекс, позволяющий проводить расчёты выбросов вредных веществ в режиме реального времени и определять состояние окружающей среды в районе расположения источников загрязнения атмосферы.
Методы исследования. При разработке математической модели использованы численные методы решения дифференциальных уравнений. При разработке программного комплекса, реализующего работу математической модели расчёта выбросов, использованы методы объектно-ориентированного программирования.
При экспериментальных исследованиях использован приборный метод контроля характеристик окружающей среды.
Новизна полученных результатов:
Усовершенствованный метод учитывает погодные явления, конструкцию и техническое оснащение резервуара, физико-химические процессы, происходящие в резервуаре и позволяет проводить контроль выбросов паров нефтепродуктов в режиме реального времени.
На основе метода разработан алгоритм, который реализован в виде программно-технического комплекса, позволяющего определять состояние окружающей среды в режиме реального времени.
Практическая ценность. Программно-технический комплекс, определяет текущее и моделирует, на основе прогноза погоды, возможное состояние окружающей среды, что дает возможность, за счёт оптимизации технологических процессов хранения нефтепродуктов, снижать негативное антропогенное воздействие на окружающую среду. Комплекс защищен авторским свидетельством № 2007610060 ФГУ ФИПС.
Реализация и внедрение результатов работы. Научные и практические результаты работы внедрены в производственный процесс контроля выбросов загрязняющих веществ от резервуарных парков в Омском участке ОАО «Казанское научно-производственное управление «Оргнефтехимза-вод»».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ. В том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК к публикации результатов диссертационных исследований, одно свидетельство отраслевого фонда алгоритмов и программ и одно авторское свидетельство регистрации программного продукта.
На защиту выносятся:
Метод расчёта выбросов паров нефтепродуктов из резервуаров хранения в режиме реального времени.
Программно-технический комплекс контроля загрязнения окружающей среды от резервуаров хранения нефтепродуктов в режиме реального времени.
Описание структуры работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников, содержащего 85 наименований и приложения. Диссертация содержит 23 рисунка, 15 таблиц. Общий объем работы 113 страниц.
Расчёт выбросов вредных веществ из резервуаров, соединенных с атмосферой
Для расчёта потерь при больших дыханиях используется формула [74]: П = К-У2г)-уРн, (1.1) где Viz, Viz - объем газового пространства в резервуаре до закачки и после закачки жидкости соответственно, м3; у - концентрация органических паров в паровоздушной смеси, мольные доли; рн - плотность органических паров, кг/м . При расчёте выбросов в атмосферу органических паров многокомпонентных смесей зависимость для каждого компонента записывается в виде: n, = Qp yrplt (1.2) где ПІ - массовый выброс /-го вещества в атмосферу, кг/ч; Qp - объемный расход жидкости, закачиваемой в резервуар в течение определенного времени, м3/ч; Pi - плотность паров /-го компонента в смеси, рассчитываемое по формуле: Щ__ 273 Pl 22,4 (273+/,,.) Р/ К ; здесь М- молекулярная масса компонента, кг/моль; t2.n. - температура газового пространства в резервуаре, С; Ра - атмосферное давление; Рр - давление паровоздушной смеси в резервуаре; у І - концентрация /-го компонента в парах, мольные доли, она определяется по формуле: (1-4) гр здесь Xj - концентрация /-го компонента в жидкости, мольные доли; Pi - давление паров /-го компонента в жидкости.
Обобщенная формула для расчёта потерь при «больших дыханиях» имеет следующий вид: Р. О -М Я, = 12,2--5- / J - (1-5) Ра ( гл + 273) Массовый выброс при «обратном выдохе» рассчитывается по уравнению [33,47]: П Х yi+l R.(teM+213) (L6) где Р{ - давление паров /-го вещества при температуре газового пространства, мм.рт.ст.; V- объем резервуара из которого откачивается жидкость, м3; xt - концентрация /-го вещества в жидкости, мольные доли; R - универсальная газовая постоянная; УІ - безразмерный параметр, определяющий ход процесса насыщения газового пространства резервуара, определяемый [33,47] по формуле: _n-Fn.Rjt2M+273) Уі Mrq К } где F„ - площадь поверхности жидкости в резервуаре, м2; q - производительность откачки, м /ч; п - коэффициент испарения, зависящий от толщины диффузионного слоя над поверхностью жидкости и определяется экспериментально.
Т.к. «малые дыхания» происходят при постоянном объеме жидкости в резервуаре, а суточные колебания давления окружающей среды не превышают 20-30 мм.рт.ст., то для расчёта выбросов при «малых дыханиях» используется формула [74]: + 273 t22 + 273 n=v -Р 1 і г.п. р Уц 1-Уп } УІ Щ 1-У, R (1.8) где у л, у2і, уі - концентрация i-ro компонента в паровоздушной смеси газового пространства, мольные доли, равны: Ун-т?" ,. О-») Уи=т і О-10) Гр У, = 0,5.(уи-у2і), (1.11) Рц, Рц - давление паров /-го компонента при минимальной tlz и максимальной t2z температуре газового пространства, мм.рт.ст. Минимальная температура газового пространства определяется [74] по формуле, С: tle=te-0,5-Ate, (1.12) а максимальная: і2г=ів-0,5-(А(в + Мг_п), (1.13) где Ate, г.п. - среднесуточные значения амплитуды температуры соответственно воздуха и газового пространства.
Метод расчёта температуры газового пространства в резервуаре был предложен [74]. Он состоит в определении алгебраической суммы определенных функций, зависящих в основном от отношения FcmJFKp и географической широты местности; при этом:
Fcm.e. - площадь боковой поверхности стенки резервуара, соприкасающейся с газовым пространством, м ; FKp - площадь крыши резервуара, м2.
В [28] рассматривается решение этой задачи аналитическим способом и для расчёта температуры газового пространства предлагаются две эмпирические формулы: а) для вертикальных стальных резервуаров: ( р \0 259 1,7 І Ї \ т_ F \ ± ст.г.) А/гл = 0,0007-А/в-(/в+50) б) для горизонтальных заглубленных резервуаров: (1.14) Ыгл= 0,00125- Ate.(te+50)1 7. (1.15) Средняя температура газового пространства: teM=te + 0,5-(At,M+Ate). (1.16)
Алексеев М.В. [3] высказал допущение, что за весь период малого дыхания температура газового пространства изменяется равномерно от минимальной t]2 до максимальной / соответственно равномерно изменяется и концентрация насыщенных паров отуц до / На основании этого допущения было предложено более простое уравнение для расчёта выбросов [3]: n V -At .ycprPi, (1.17) где Atan = І2г - t]e - амплитуда температуры паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуара, С; Усрл = 0,5(у2І - уц) - средняя концентрация і-го компонента в паровоздушной смеси, мольные доли; /? = 1/273 - коэффициент объемного расширения паровоздушной смеси при нагревании, град."1; Pi - плотность паров /-го компонента, кг/м3.
Все перечисленные выше методы расчёта выбросов при «малых дыханиях» резервуаров имеют один общий недостаток - неопределенность в установлении величины объема газового пространства.
В принципе объем газового пространства в резервуаре можно определить по формуле [13]: K.n=Vil- p), (1.18) где (р - коэффициент заполнения резервуара, выраженный в долях единицы;
Однако коэффициент заполнения резервуара жидкостью (р может существенно изменяться даже в течение нескольких суток из-за складских перекачек жидкостей, и поэтому серьезную трудность представляет получение усредненного значения за год.
По-видимому, точнее всего рассчитать выбросы от «малых дыханий» резервуаров с помощью эмпирического коэффициента, учитывающего влияние климатических условий на испарение жидкости при хранении в течение года.
Определив основные зависимости для трех видов выбросов - от «больших дыханий», «обратного выдоха» и «малых дыханий», можно записать общее уравнение для расчёта годовых валовых выбросов, кг/год [13]: n i3A-Qp-KrXll L .K2.K3t (1.19) где Qp - объемный расход жидкости, наливаемой резервуар, или группу ре-зервуаров в течение года, м /год;
Поступление солнечной энергии на верхней границе атмосферы
Для определения времени восхода и захода Солнца удобно пользоваться значением часового угла Солнца h в момент времени 0h:0m:0s [7]: h = arccos (gcp tgd), (2.4) где ер - широта расположения точки на земной поверхности, рад; 3 - склонение Солнца, рад. Так как склонение Солнца в течение суток изменяется незначительно, то для его (склонения) расчёта можно использовать формулу [14]: = 23,45 (360- (2.5) 365 где п - номер дня проведения расчёта, считая от 1 января.
В приведенной формуле (2.5) значение склонения Солнца выражено в градусах. Расположение углов h, р и J показано на рис. 2.1. Местное время захода и восхода Солнца (в радианах) определяются как: восход = л: -/и— 12 . (2.6) 3axod = n+h+— 12
Коэффициент —- в формуле (2.6) учитывает декретность времени (пере ход на «летнее» и «зимнее» время после декрета Правительства СССР 1918 года). Перевод времени из радиан в часы местного времени проводится по формуле: время(час.) = ————- , (2.7) 15;г где 15 - значение 1 часа, выраженного в градусной мере. Солнце & Рис. 2.1. Расположение основных астрономических углов 2.3.1.2. Определение значения зенитного угла в заданный момент времени. Зенитный угол 0 в заданный момент времени / определяется по формуле [14]: 0 = arccos(cos#cos cos+sin sin), (2.8) где Я - значение часового угла Солнца в заданный момент времени t, определяемое по формуле: H = te+(h), (2.9) где te - время восхода Солнца, рад.; t - заданный момент времени, рад. Таким образом, с учетом (2.8), формула (2.3) принимает вид: заход Q = SQ J cos(cos#cos cos+sin# sin) #. восход (2.10) 2.3.2. Определение количества солнечной энергии, поступающей на поверхность резервуара.
Определив количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную элементарную площадку на верхней границе атмосферы и, зная углы падении солнечных лучей на поверхность резервуара, можно определить общее количество солнечной энергии, поступающей на поверхность резервуара. Поступающая на поверхность резервуара энергия будет складываться из двух составляющих: 1. Энергии поступающей на поверхность крыши резервуара. 2. Энергии, поступающей на боковую поверхность резервуара.
Также при расчёте поступления солнечной энергии на поверхность резервуара следует учитывать, что часть солнечной энергии рассеивается за счёт прохождения через слои атмосферы. Толщина «воздушной массы», через которую пройдет солнечный луч, можно определить по формуле [14]: Г -4-, (2.11) Р0 sin а где Р и Ро - давление окружающей среды в заданный момент времени t и нормальное атмосферное давление соответственно, Па. В формуле (2.11) нормальное атмосферное давление принимается равным 101324,72 Па. cc = j-e. (2.12)
Положение 0 и а показано на рис. 2.2. Количество энергии, достигающей земной поверхности, будет уменьшаться пропорционально значению у, т.е. в формулу расчёта (2.10) следует ввести поправочный коэффициент К, равный:
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, расположенную под углом /? к горизонту можно определить по формуле: cos/ = cos/?-cos0. (2.16)
Расчёт поступления солнечной энергии на боковую поверхность резервуара проведем по формуле: F. \ заход її Q6oK = K- S0- J cos --0 dt, U J л восход V J (2.17) где FfoK - площадь боковой поверхности резервуара, м . Соответственно, полная энергия поступающая на поверхность резервуара будет равна: Qc-QKpblMu+Q6oK- (2Л8
Однако формула (2.18) не может в полной мере отразить картину поступления солнечной энергии на поверхность резервуара, так как часть поступающей солнечной энергии может: 1. Отражаться самой поверхностью резервуара (за счет покрытия поверхности резервуара специальными теплоотражающими эмалями); 2. Отражаться от частиц влаги и различных примесей, содержащихся в атмосфере Земли.
Количество отраженной энергии поверхностью резервуара может быть в полной мере описано значением альбедо поверхности.
Отражение солнечной энергии примесями, содержащимися в атмосфере, в достаточной мере определяется коэффициентом К, однако в моменты, когда на небосводе присутствуют облака различного типа (перистые, кучевые и т.д.) использование только коэффициента К недостаточно, т.к. следует учитывать и альбедо облаков. Согласно [67] альбедо облаков непрерывно изменяется в течение суток и зависит от угла высоты Солнца а. График изменения альбедо облаков в зависимости от угла а представлен на рис.2.3.
В следствие этого, формула, отражающая поступление солнечной энергии на поверхность резервуара примет вид: Qc = {l-Ap)-{\-AnoyQh (2.19) где Ар - альбедо поверхности резервуара, выраженное в долях единицы; Ап0 - альбедо поверхности облаков в заданный момент времени t, выраженное в долях единицы.
Облачность может изменяться в течение суток, поэтому в модели реализован раздельный расчёт поступления солнечной энергии для каждого отрезка времени [tit txli на котором значение альбедо облаков остается относительно постоянным, т.е. в общем случае, количество поступающей солнечной энергии будет выражено как: Qc -Ap) Hl-Ap)i\-AnJ H Ap){\-Ano2yQ +....+ +(l-Apy(l-AnokyQl где (\-Ap)-Qc - компонент, учитывающий поступление солнечной энергии на поверхность резервуара при безоблачном небе.
Определение характеристик окружающей среды
Для измерения барометрического давления, температуры окружающей среды и скорости ветра использовался универсальный измеритель параметров окружающей среды «Метеометр МЭС-200» (рис. 3.3).
Прибор предназначен для измерения атмосферного давления, относительной влажности воздуха, температуры воздуха и скорости воздушного потока, как в атмосфере, так и внутри помещений.
В метеометре использованы оригинальные полупроводниковые датчики, способные работать в условиях значительной запыленности и наличия агрессивных газов, автоматическая коррекция погрешностей от влияния изменений температуры, давления, дрейфа нуля и наклона характеристики преобразования. Используемый микропроцессорный блок позволяет запоминать результаты измерений всех параметров в памяти прибора с привязкой к номеру включения.
Прибор имеет модульное исполнение и может доукомплектовываться дополнительными сенсорами. Измерение атмосферного давления, температуры и скорости воздуха осуществлялось прибором с установленным измерительным щупом в который встроены сенсоры контролируемых параметров окружающей среды. Технические характеристики измерительного щупа представлены в табл.3.3,
При включении прибор автоматически измеряет температуру воздуха и относительную влажность. Переключение между режимами работы осуществляется кнопками «+» и «-». Кнопка «П» служит для изменения единиц измерения (кПа или мм.рт.ст.), а также для установки пределов измеряемых величин.
Прибор имеет функцию перевода данных из внутренней памяти на ЭВМ. Для передачи используется стандартный канал связи RS232C.
Температура окружающей среды и давление определялись одновременно, также в момент замера фиксировались погодные явления, такие как облачность, дождь, туман и т.д. Данные, полученные в ходе измерений, представлены в табл. 2.3. Определение текущей температуры и уровня жидкости в резервуаре Температура в резервуаре измерялась при помощи лабораторного тер мометра ТЛ-2. Технические характеристики термометра ТЛ-2 представлены в табл. 3.4.
Так как опытный резервуар подключен к единому информационному пространству предприятия, то был сделан запрос оператору резервуарного парка ТСБ-2 о состоянии нефтепродукта в резервуаре в момент проведения замеров характеристик окружающей среды. В частности был сделан запрос уровня жидкости в резервуаре. Полученные в ходе измерений и запроса данные представлены в табл. 3.5. Результаты экспериментального исследования представлены в табл. 3.6. Проведена экспериментальная проверка значений температуры, полученных при помощи математической модели.
Показано, что максимальная погрешность расчёта не превышает 4,5%, а погрешность расчёта среднесуточного значения температуры не превышает 0,1%.
Для определения экологической обстановки в районе расположения предприятия необходимо знать значение приземной концентрации вредных веществ (мг/м ). Определение приземной концентрации вредных веществ в воздухе по известным значениям выбросов (г/с) вредных веществ регламентировано документом [48].
В связи с тем, что математическая модель не предусматривает пересчёта выбросов вредных веществ в значения приземных концентраций, необходимо разработать систему аналитического контроля выбросов вредных веществ из резервуаров хранения нефтепродуктов, основанную на работе математической модели и, позволяющую определять концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха по [48].
Так как математическая модель предусматривает расчёт выбросов вредных веществ в режиме реального времени, то необходима разработка программного комплекса, позволяющего проводить аналитический контроль состояния окружающей среды.
Общий алгоритм запроса и проверки корректности ввода исходных данных для расчёта
В силу того, что процесс расчёта приземных концентраций загрязняющих веществ по [48] требует достаточно больших затрат программных ресурсов и может нарушить временной режим работы программы с датчиками, то для корректной работы всего программного комплекса необходимо выполнить следующие требования:
1. Обеспечить независимость работ по расчёту выбросов из резервуаров хранения нефтепродуктов и определению приземных концентраций вредных веществ в районе расположения предприятия;
2. Предоставить возможность остановки части программного комплекса, отвечающей за расчёт приземных концентраций с возможностью восстановления исходных данных для расчёта в любой момент времени.
3. Обеспечить сохранение результатов расчёта выбросов с целью определения необходимых данных для составления природоохранной документации на предприятии.
Кроме представленных требований необходимо также учесть возможность работы комплекса в локальной сети предприятия для сокращения затрат на установку цифровых датчиков, обеспечив однообразность исходных данных на всех копиях работающего комплекса.
Программная часть написана на языке Delphi [6,23,46] с использованием элементов языка MySQL при обращении к базе данных комплекса. При форми ровании выходных документов (отчётов по выбросам от объектов) использовались алгоритмы работы с документами MS Word, предложенные [34].
Структура хранения данных в программном комплексе представлена на рис. 4.1. Как видно из рис. 4.1. самой крупной структурной единицей данных является район расположения предприятия. В каждом районе может располагаться неограниченнее количество резервуарных парков. Каждый парк, в свою очередь, может иметь в своем составе неограниченное количество резервуаров хранения нефтепродуктов. Подобная структура данных позволит избежать путаницы в определении исходных данных, т.к. на разных резервуарных парках номера резервуаров могут совпадать.
Структура данных объекта расчёта более сложная и состоит из следующих элементов: 1. Блок данных по техническим характеристикам объекта - общие характеристики - высота, диаметр, толщина стенки, полезный объем, окраска и т.д. - Индивидуальные - наличие средств сокращения выбросов, оснащенность дыхательными клапанами или вентиляционными патрубками. 2. Блок характеристик нефтепродукта: текущий объем в резервуаре, плотность, текущая температура и т.д. 3. Блок результатов расчёта: массив выбросов, массив концентраций.
Все данные хранятся в центральной базе комплекса и могут быть запрошены в любой момент времени пользователем. База данных представляет собой файл MS Access и располагается на любом из компьютеров локальной сети предприятия. Все запросы к базе данных реализованы с помощью языка MySQL [25, 72], что позволяет: 1. Реализовать возможность работы программного комплекса в локальной сети предприятия с минимальными затратами ресурсов локальной сети. 2. Обеспечить, в случае необходимости, оперативность получения данных руководством предприятия. 3. Создать единую базу резервуарного хозяйства предприятия.
Алгоритм определения исходных данных является одним из наиболее важных в программном комплексе, т.к. от правильности ввода данных зависит достоверность результатов расчёта. Перед началом работы комплекса необходимо предоставить данные: 1. По району расположения объекта расчёта. 2. По объекту расчёта. 3. По характеристикам нефтепродукта.
В силу того, что большинство исходных данных для различных объектов расчёта будут повторяться в различных сочетаниях, то целесообразно разработать тематические справочники по каждой из характеристик: по окраскам резервуаров, средствам сокращения выбросов, технологическому оборудованию, районам расположения объектов и т.д. Разработка подобных справочников в значительной мере упростит работу и сократить количество вводимых вручную исходных данных.
Обобщенная блок-схема запроса данных представлена на рис 4.2. Алгоритм запроса данных действует следующим образом: 1. При запросе пользователя на проведения расчёта проверяется наличие всех необходимых данных. Минимумом для безошибочного запуска комплекса является наличие всех данных по одному резервуару и району его расположения. 2. Если все данные были собраны, то программа переходит в режим ожидания запуска, иначе пользователю предлагается ввести первый по списку недостающих данных элемент. 3. Пользователь запускает необходимый для работы справочник и проверяет в нем наличие требуемых данных. 4. Если данные найдены, то они в виде переменных заносятся в блок расчёта, иначе недостающие данные вносятся пользователем вручную. 5. Переход к п.1 пока не собран полностью минимум исходных данных.
Очевидно, что для различных типов исходных данных алгоритм запроса будет несколько различен и варьироваться в зависимости от сложности запроса. Например, при запросе данных об объекте расчёта (резервуаре) следует учитывать различные наборы исходных данных для резервуаров с дыхательными клапанами и вентиляционными патрубками т.к. расчет будет раз личным (см. Главу 2). Однако эти различия будут не существенны, с точки зрения программной реализации, и поэтому их подробное описание не требуется.
