Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технологических процессов хранения, доставки потребителю, использования сжиженного углеводородного газа и их воздействия на окружающую среду 10
1.1. Общая характеристика сжиженных углеводородных газов 10
1.2. Количественный состав углеводородных сжиженных газов и загрязняющих веществ, выделяющихся в окружающую среду от объектов хранения и снабжения углеводородными сжиженными газами... 11
1.3. Выбор типа газоснабжающих установок и их размещение 14
1.4. Анализ математических моделей процессов загрязнения окружающей среды при производстве, хранении, доставки и использовании сжиженных углеводородных газов 18
1.5. Анализ известных экологических и технико-экономических параметров оптимизации размещения объектов СУГ 25
1.6. Выводы по первой главе 29
1.7. Цель и задачи исследования 30
Глава 2. Комплексная многокритериальная оптимизация размещения объектов сжиженного аза 31
2.1. Технологический процесс снабжения сжиженным газом потребителя от газонаполнительных станций и газонаполнительных пунктов 31
2.2. Разработка математической модели снабжения абонентов сжиженным газом 33
2.3. Требования к выбору площадки под строительство объекта СУГ и его подключению к коммуникациям 40
2.4. Выводы по второй главе 43
Глава 3. Математическое моделирование экологического воздействия объектов сжиженного газа на окружающую среду 44
3.1. Математическое моделирование экологически безопасного размещения базы хранения углеводородных сжиженных газов и объектов снабжения... 44
3.2. Сопряженные уравнения диффузии 53
3.3. Оптимизация размещения объектов сжиженного газа по экологическим параметрам 58
3.3.1. Расчет концентрации выбросов углеводородов от газонаполнительной станцией сжиженного газа в произвольной точке 58
3.3.2. Расчет концентраций в произвольной точке при равномерном выбросе загрязняющих веществ в окружающую среду 59
3.3.3. Оптимальное размещение объектов снабжения сжиженным углеводородным газом по экологическим параметрам 60
3.3.4. Оптимальное размещение объектов снабжения СУГ при наличии нескольких экологически охраняемых объектов 63
3.4. Выводы по 3 главе 66
Глава 4. Экспериментальная проверка адекватности математических моделей реальным условиям загрязнения окружающей среды от объектов сжиженного углеводородного газа 67
4.1. Цель и программа проводимых экспериментов. Общая характеристика источников загрязнения 67
4.1.1. Цель и программа проводимых экспериментов 67
4.1.2. Характеристика источников выбросов загрязняющих веществ на объектах СУГ, исследуемых в работе 68
4.1.3. Виды наблюдений и приборное обеспечение 85
4.1.4. Погрешность экспериментальных исследований 85
4.2. Обсуждение результатов экспериментальных исследований приземных концентраций загрязняющих веществ на КБСУГ и АГЗС 87
4.3. Выводы по четвертой главе 101
Глава 5. Разработка методики комплексной оптимизации при проектировании систем газоснабжения от объектов сжиженного газа 103
5.1. Разработка целевой функции оптимизационной задачи размещения объектов СУГ 103
5.2. Методика оптимизации объектов СУГ на основе математических моделей 105
5.3. Алгоритм и блок-схема оптимизации объектов СУГ на основе рассмотренных выше математических моделей 107
5.4. Практическое приложение алгоритма расчета технико-экономических показателей проектируемых объектов СУГ 111
5.5. Мониторинг экологического воздействия баз СУГ на окружающую природную среду и приборное обеспечение 113
5.6. Выводы по пятой главе 122
Общие выводы 123
Литература 124
Приложения 134
- Анализ математических моделей процессов загрязнения окружающей среды при производстве, хранении, доставки и использовании сжиженных углеводородных газов
- Требования к выбору площадки под строительство объекта СУГ и его подключению к коммуникациям
- Оптимальное размещение объектов снабжения СУГ при наличии нескольких экологически охраняемых объектов
- Характеристика источников выбросов загрязняющих веществ на объектах СУГ, исследуемых в работе
Введение к работе
Актуальность решаемых задач. Природный газ, включая и сжиженный газ, по отношению к окружающей среде менее вреден по сравнению с другими Ч видами топлив, так как при его переработке, производстве и сжигании основными загрязняющими веществами являются углеводороды, этилмеркаптан (одорант для создания запаха газа), оксиды азота и углерода, бенз(а)пирен.
Сжиженные углеводородные газы (СУГ) предназначены для их использования в качестве бытового и технологического топлива. СУГ находит применение и как топливо для автомобильного транспорта. Все большая доля автомобилей переводится на топливо сжиженный газ, так как при прочих равных условиях газ является более безопасным по воздействию на окружающую среду.
Несмотря на преимущества сжиженного газа, следует отметить и его недостатки. Прежде всего, газ является взрывоопасным, его пары вызывают удушье при вдыхании.
Поэтому, несмотря на актуальность применения сжиженного газа, возникают проблемы его производства и использования. Если природный газ транспортируется по газопроводам, то сжиженный газ по трубопроводам транспортируется до потребителя только на небольшие расстояния, а в основном перевозится автомобильным или другими видами транспорта [1, 82, 85].
Как отмечается в работе [37], наилучшими условиями (у газонаполнительных станций считается размещение их в центре обслуживаемого района. Но при этом возникают дополнительные проблемы по надежности в работе и воздействию на окружающую среду. Не очевидна и экономическая сторона решения проблемы.
Таким образом, возникает проблема экономической и экологической целесообразности производства, доставки и использования сжиженного газа.
Многокомпонентная оптимизация процессов получения сжиженного газа, его доставки потребителям и использования в народном хозяйстве является Ч" актуальнейшей задачей, решение которой позволит получить рентабельное, экологически чистое производство [91].
В настоящей работе предпринята попытка комплексного решения проблемы многокомпонентной оптимизации процессов получения сжиженного газа, его доставки потребителям и использования в народном хозяйстве.
Актуальность рассматриваемых задач по комплексному решению проблемы многокомпонентной оптимизации процессов получения сжиженного газа, его доставки потребителям и использования в народном хозяйстве подтверждается также и тем, что она выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка на основе математического моделирования параметров многокомпонентной оптимизации размещения объектов сжиженного углеводородного газа.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:
- разработать математическую модель размещения станций сжиженного газа с учетом минимального экологического воздействия их на окружающие объекты;
- разработать оптимизационную математическую модель поставки СУГ на объекты его потребления на основе теории графов;
trf - разработать методику проектирования объектов СУГ с учетом технико-экономических и экологических параметров охраны окружающей среды.
Научная новизна:
- на основе математической модели, в основу которой положена вероятностная теория массового обслуживания, разработан метод оптимизации размещения объектов СУГ;
- разработана математическая модель процессов экологического воздействия станций СУГ на окружающие их селитебную зону и другие промышленные объекты;
- разработан функционал цели, позволяющий проводить многопараметрическую оптимизацию размещения объектов СУГ с учетом технико-экономической и экологической концепции;
- разработан метод проектирования объектов СУГ как системы массового обслуживания на основе многопараметрической оптимизации размещения объектов СУГ систем газоснабжения сжиженным газом.
На защиту выносятся:
развитие вероятностной теории массового обслуживания применительно к оптимизации размещения объектов СУГ систем газоснабжения;
- аналитические зависимости, полученные на основе математического моделирования и позволяющие рассчитывать экологические параметры процессов экологического воздействия станций СУГ на окружающие их селитебную зону и другие промышленные объекты;
функционал цели, включающий технико-экономические и экологические параметры, влияющие на оптимальное размещение объектов СУГ;
методика проектирования объектов СУГ как системы массового обслуживания на основе многопараметрической оптимизации размещения объектов СУГ систем газоснабжения сжиженным газом.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены:
• применением основных фундаментальных законов механики жидкости и газа, диффузионных законов перемещения веществ в пространстве, подтвержденных статистической теорией и экспериментом;
• соответствием результатов лабораторных и опытно-производственных работ, выполненных с использованием современных приборов и методов испытаний, в том числе математического планирования эксперимента, теории математической статистики и теории вероятности; степень достоверности лабораторных исследований составляет 94%;
• одновременным использованием нескольких методов исследований, позволяющих с разных сторон изучить одни и те же процессы и явления, положенные в основу предлагаемых решений.
Практическое значение работы заключается в апробации и внедрении в проектных организациях алгоритмов новых аналитических зависимостей по многокритериальной оптимизации размещения станций СУГ, газовых автозаправочных станций с учетом оптимизационных экологических, технико-экономических и транспортных параметров.
Реализация результатов работы: разработанные методики использованы при проектировании новых станций СУГ и их размещении, в процессе обучения студентов по курсу "Газоснабжение" и при дипломном проектировании на факультете инженерных систем и сооружений Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены в 2001-2003 гг. на научных конференциях и семинарах и конференциях в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
По материалам исследований опубликовано 5 статей, в том числе две статьи в журналах центральной печати из списка ВАК.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 107 источников и 2-х приложений, общий объем 143 страницы, в том числе 133 страницы основного машинописного текста, в том числе 6 таблиц, 22 рисунков.
В первой главе приведен анализ литературных источников по вопросу оптимизации размещения газонаполнительных станций сжиженного газа, доставки его потребителю, использования в промышленности, коммунальном хозяйстве и автотранспорте, рассматривается экологическая проблема взаимодействия сооружений и объектов снабжения сжиженным газом, автомобильных газозаправочных станций с окружающей средой, сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе представлено математическое моделирование многокомпонентной оптимизации размещения станций сжиженного газа, газовых автозаправок и технологических процессов по его производству.
В третьей главе рассмотрена математическая модель экологического воздействия газонаполнительных станций сжиженного газа, автомобильных газозаправок на окружающую среду.
В четвертой главе проводятся экспериментальные исследования по проверке адекватности математических моделей, рассмотренных в третьей главе, а также по экспериментальному подтверждению многокомпонентных параметров оптимизации станций сжиженного газа и его потребителей.
В пятой главе представлено практическое приложение основных теоретических и экспериментальных концепций по проектированию станций сжиженного газа, автомобильных газовых заправочных станций и других объектов сжиженного газа на основе многокритериальной оптимизации.
Анализ математических моделей процессов загрязнения окружающей среды при производстве, хранении, доставки и использовании сжиженных углеводородных газов
Потребителями сжиженного газа являются промышленность, коммунальные хозяйства, индивидуальные пользователи и автомобильный транспорт. Снабжение сжиженным газом осуществляется либо от резервуар ных, либо от баллонных установок. Выбор типа газоснабжающих установок определяется климатическими условиями, характерами грунтов, сейсмичностью и т. п. /37, 41/. Кроме того, при размещении газоснабжающих установок сжиженного газа необходимо учитывать плотность застройки, ее тип, возможность их установки, расстояние доставки газа, мощность газонаполнительных станций, экологическую ситуацию района. Вопросы размещения должны решаться и на основе технико-экономического анализа с учетом местных условий, к которым относятся наличия транспортных магистралей, автомобильных дорог /2, 3, 5-7, 49-50, 54 -55/.
В настоящее время основным источником поставки сжиженного углеводородного газа потребителю являются индивидуальные баллонные установки. Широкое распространение в отечественной практике получили баллоны объемом 27 и 50 литров, которые располагаются в помещении, где установлены газовые приборы, или в специальных шкафах снаружи здания. В зарубежной практике газоснабжения используются баллоны 24-28 литров (ФРГ, Польша, Великобритания, США, Швеция и др.), 47-52 литров (Венгрия, Франция, ФРГ и др.) /37,80/.
Наиболее часто в практике газоснабжения от внутриквартирных газобаллонных установок применяются два 27-литровых баллонов (основной баллон встроен в газовую плиту, резервный баллон установлен внутри помещения), а также двух 5 0-литровых баллонов (с резервным баллоном вне помещения). В этом случае обеспечивается бесперебойное газоснабжение. /31,32,41/.
В шкафных газобаллонных установках индивидуального назначения размещаются два 50-литровых баллона (один из них резервный). В этом случае поставка СУГ осуществляется централизованно путем доставки и замены баллонов. К преимуществам снабжения сжиженным газом от индивидуальных баллонных установок следует отнести следующее /31,32,41/: - автономность систем газоснабжения; - простота монтажа и эксплуатации установок; - небольшие капитальные вложения в сооружение систем газоснабжения и др. Вместе с тем, для баллонных установок характерна низкая производительность, поэтому они используются при небольшом газопотреблении приборов: газовые плиты, малолитражные отопительные котлы, емкостные водонагреватели и т.д., не более 0.4-0.5 кг/ч /31,32,41,59/. При применении наружных газобаллонных установок в холодный период времени года не гарантируется надежное газоснабжение, так как при низких температурах окружающего воздуха, особенно при наличии газа с повышенным содержанием бутана, прекращается испарение газа в баллонах/32, 41/. Для более крупных коммунально-бытовых и промышленных потребителей применяются групповые газобаллонные установки с повышенным расходом сжиженного газа до 1000 литров, которые располагаются в металлических шкафах под кожухом или в специальном помещении. Для обеспечения устойчивости газоснабжения в зимнее время необходимо повысить испарительную способность установок при минусовых температурах окружающего воздуха. С этой целью баллоны размещаются в отапливаемых помещениях, утепленных обогреваемых шкафах и др. Опыт эксплуатации групповых баллонных установок, состоящих из большого количества сосудов с соответствующей обвязкой, показывает, что из-за большой металлоемкости на каждый килограмм СУГ экономическая эффективность газоснабжения резко снижается /32,41,70/. Следует отметить также, что баллонное газоснабжение имеет и другие существенные недостатки /32,41/: - повышенная пожаро- и взрывоопасность установок; - сложность и трудоемкость технологических процессов по заправке и опорожнению баллонов, по ремонту и освидетельствованию; - наличие тяжелого физического труда при погрузке и выгрузке баллонов при их доставке потребителям и т.д. Поэтому применение резервуарных систем снабжения сжиженным газом для газификации сельских поселков можно считать более перспективным, так как при этом повышаются экономичность и надежность эксплуатации систем газоснабжения. Резервуарные установки обеспечивают прием и хранение продукта, поступающего с ГНС, его регазификацию и подачу паровой фазы к газоиспользующим установкам. Они отличаются по конструкции (металлические, железобетонные, ледогрунтовые и т.д.), давлению (напорные, низкотемпературные), форме (цилиндрические, сферические, каплевидные), способу установки (наземные или подземные, с горизонтальным или вертикальным размещением). Для создания необходимого запаса газа у потребителей применяются резервуары различного объема. При газоснабжении малых объектов промышленного, сельскохозяйственного производства, а также потребителей жилищно-коммунального хозяйства в отечественной и зарубежной практике наиболее широкое распространение получили резервуарные установки, оснащенные металлическими напорными резервуарами цилиндрической формы с наземным или подземным размещением /31, 32, 35,37,55,71,97/. Следует отметить, что наиболее перспективным с технико-экономической точки зрения является централизованное газоснабжение сельских районов на базе групповых подземных резервуарных установок с естественной или искусственной регазификацией продукта. Регазификация является основным технологическим процессом в системах снабжения сжиженным углеводородным газом. Перспективно применять проточные испарители, использующие для регазификации естественное тепло окружающей среды: грунта, воздуха, воды, солнечной энергии и т.д. /11, 24,41, 52, 59,98-107/. Вопросам правильного выбора способа размещения расходных резервуаров (наземный или подземный) уделяется внимание в работах /8, 30 - 32/. Авторами отмечается, что по сравнению с подземным размещением резервуаров, их наземная установка имеет ряд преимуществ: - меньшие капитальные вложения; - отсутствие антикоррозийной изоляции; - удобство обслуживания и ремонта; - большой срок службы резервуаров и т.д.. В то же время отмечается, что по сравнению с подземным размещением, наземное расположение резервуаров имеет и ряд существенных недостатков: - повышенная пожаро- и взрывоопасность; - использование дополнительных площадей для увеличения противопо жарных разрывов между самими резервуарами, а также между резервуарами и соседними зданиями и сооружениями; - сложность эксплуатации в зимних условиях, особенно при наличии газа с высоким содержанием бутановых фракций /32/. Несмотря на преимущества, из-за перечисленных недостатков наземные резервуарные установки в отечественной практике газоснабжения получили ограниченное применение /32,37,68, 74/.
Требования к выбору площадки под строительство объекта СУГ и его подключению к коммуникациям
Снабжение абонентов, проживающих на значительных расстояниях от магистральных стационарных газопроводов, происходит сжиженным углеводородным газом (СУГ), так как подвод магистральных газопроводов к индивидуальным потребителям на большие расстояния экономически не рентабелен. При проектировании объектов СУГ необходимо учитывать комплексные экономические и экологические факторы, влияющие на его себестоимость /3, 9, 14, 15, 17,19, 26, 30-31, 33, 38, 40-41, 45,48/.
Выше были исследованы экологические параметры, которые необходимо учитывать при размещении объектов СУГ /27, 43-44/. В то же время при проектировании газонаполнительных баз СУГ в основном необходимо учитывать технико-экономические параметры /14,17, 48, 62, 65, 69, 78, 92-93/.
Технологический процесс переработки и раздачи СУГ представлен ниже на примере типовой кустовой базы г.Воронежа /12, 13, 18, 27, 43-45/, а технология доставки сжиженного газа на газонаполнительные пункты - для ГНС и ГНП управления "Бутурлиновкамежрайгаз".
На ГНС "Бутурлиновкамежрайгаз" сжиженный газ поступает с КБСУГ гг. Воронежа, Миллерово Ростовской обл., Урюпинска Волгоградской области, Балашова Саратовской обл., Рязанского нефтехимического завода. Доставка от перечисленных кустовых баз к ГНС и, далее, к ГНП и потребителю осуществляется автомобильным транспортом. На ГНП происходит розлив сжиженного газа по баллонам потребителю. В разд. 1.1 технологические процессы наполнения баллонов и цистерн, их доставки, хранения газа в резервуарных установках подробно рассмотрены в работах /20, 21, 23, 31-37, 42, 57, 58-60, 67/.
ГНС г. Бутурлиновки оборудован установкой полуавтоматического наполнения баллонов и насосами НПСГ-03 /77, 80, 88, 89, 94-95/. В целях безопасности на ГНС смонтирована система проточно-вытяжной вентиляции с тремя вентиляторами Б-Ц-4-70 во взрывозащитном исполнении /29/.
В целях безопасности ГНС оборудован сигнализатором загазованности, датчик которого увязан с автоматикой включения вентиляции. Таким образом, при поступлении компонентов газа в помещение ГНС и достижении концентрации выше предельно допустимой, сигнал подается на автоматику вентиляционной системы, которая включает вентиляторы /9, 13, 23, 29, 53/. В целях пожарной безопасности пол ГНП выполнен из искронедающего материала /76, 94/.
Слив СУГ в емкости ГНС осуществляется следующим образом /12,18, 37/. Автоцистерна подключается рукавами к газопроводу, после этого включаются насосы, которые подают сжиженный газ по газопроводам к установке полуавтоматического наполнения баллонов. Для слива неиспарившихся остатков СУГ к системе подключена струбцина, через которую они сливаются в подземный резервуар APV-4,2M , а затем возвращаются на кустовую базу.
Это экономически не выгодно. Поэтому в настоящее время разработана технология использования остатков СУГ на ГНС. С этой целью резервуарные установки APV-4,2 группируют по 2-3 штуки, заполняют, а находившиеся в них горючие остатки СУТ используют для сжигания в топках небольших котлов для систем отопления коттеджей, небольших многоквартирных домов и хозяйственных нужд (приготовление пищи, получение горячей воды и т.п.) /12,18,37/. Таким образом, схема снабжения СУГ отдаленных районов сводится к поставке сжиженного газа с заводов по его производству на кустовую базу, откуда автомобильным транспортом он доставляется на ГНС и ГНП, после чего он разливается по индивидуальным баллонам потребителю, к которым также доставляется автомобильным транспортом. Следует отметить, что установки по индивидуальному заполнению баллонов имеются на всех базах хранения от кустовых до ГНП. Снабжение абонентов СУГ осуществляется, как отмечалось выше, автомобильным транспортом от кустовой базы КБСГ до ГНС, ГНП и объектов его потребления.
Схема размещения газонаполнительных пунктов (ГНП) управления "Бутурлиновкамежрайгаз" от кустовой базы КБСГ, расположенной в г. Воронеже, приведена на рис.2.1, а, б /10, 27, 43-45/.
С ГНС и ГНП, показанных на рис.2.1, а, б, сжиженный газ поступает автомобильным транспортом на более мелкие объекты потребления, в том числе и в самые отдаленные села. Задача оптимального размещения объектов снабжения СУГ должна решаться комплексно: необходимо расположить КБСУГ, ГНС, ГНП и потребителей таким образом, чтобы перекрыть самые отдаленные точки потребителей, уложиться в тариф его себестоимости и получить прибыль при соблюдении минимального экологического воздействия объектов СУГ на окружающую среду /2, 6, 25-26, 30-36/. Экологическая часть задачи решена в гл.З. Полученное решение позволяет проводить условия экологической оптимизации, когда место размещения объектов СУГ ориентировочно уже определено: указаны город, где размещается кустовая база, и населенные пункты, где размещаются ГНС и ГНП /43-45/. Ниже рассматривается решение первой части задачи о размещении КБСУГ, ГНС, ГНП.
Задача может быть решена с помощью теории графов /27 - 28/. С этой целью условно представим, что территория снабжения СУГ имеет форму большого квадрата (рис.2.2), который условно разделен на 16 меньших квадратов.
Предположим также, что ГНП, расположенная в каком-либо районе, может контролировать и соседние с ним районы, то есть снабжать их СУГ. Требуется найти наименьше возможное число ГНП и места для их размещения, чтобы был обеспечен контроль всей территории. Похожая задача рассмотрена в работе [28] применительно к размещению военных баз.
Оптимальное размещение объектов снабжения СУГ при наличии нескольких экологически охраняемых объектов
Целью экспериментальных исследований является проверка адекватности рассмотренных во 2 главе математических моделей реальным условиям загрязнения окружающей среды от объектов СУГ. Программой проводимых экспериментов предусмотрено определение концентраций загрязняющих веществ от источников выбросов кустовой базы по хранению и реализации СУГ (Воронежский филиал по реализации СУГ). Определение полей концентраций выполнено для промышленной площадки и территории, примыкающей к базе.
Основными источниками загрязнения являются источники 0001- 0004, 0006-0019: резерву арный парк сжиженных газов, баллоно-наполнительное отделение (БНО), насосно-компрессорное отделение (НКО), емкость для слива остатков, колонки для заправки автомашин и наполнения автоцистерн, участок пропарки баллонов.
Программой экспериментов предусматривается определение полей концентраций углеводородов, одоранта на промышленной площадке кустовой базы по реализации СУГ и территории, к ней примыкающей. Кроме концентраций основных компонентов сжиженного газа, в опытах определялись концентрации диоксида азота, оксида углерода, диоксида серы, содержащихся в продуктах сжигания СУГ в котельной, отработанных газах автотранспорта и вентиляционных выбросах вспомогательных служб.
В работе рассматриваются наиболее неблагополучные в экологическом отношении объекты СУГ: кустовая база сжиженного газа ((КБСУГ), расположенная в г. Воронеже, и автозаправочная газовая станция в г. Борисоглебске, примыкающая к автомобильной дороге "Саратов - Воронеж".
На рис.4.1 приведена выкопировка из схемы рис 3.1 оборудования КБСУГ г. Воронеже, выбрасывающего загрязняющие вещества, то есть схема источников загрязнения окружающей среды. Источниками выбросов загрязняющих веществ (рис.4.1) на данной промплощадке являются резерву арный парк 1 сжиженных газов (ист. 0040-0053), баллононапол-нительное отделение 2 с участком пропарки баллонов 19 и емкостью 9 для слива остатков (ист.0006-0018), блок вспомогательных помещений 3 (ист.0019), включая ремонтно-механическое отделение 3 (ист.0022-0023, 0069, 6004), насосно-компрессорное отделение 5 (ист.0001-0005), железнодорожная сливная эстакада 7 (ист.0024-0039), колонки 10 для заправки автомашин и наполнения автоцистерн (ист.0063-0068). Остальное вспомогательное оборудование является источниками небольших выбросов, либо эти объекты практически экологически безопасные (концентрация в пределах до 0,3 долей ПДК).
Рассмотрим подробнее некоторые экологически ненадежные объекты СУГ. Железнодорожная сливная эстакада предназначена для соединения технологических газопроводов КБСУГ с железнодорожными цистернами при отборе из них сжиженного газа. Эстакада оборудована шестнадцатью сливными устройствами. Каждое сливное устройство имеет 3 патрубка с отключающей арматурой: задвижками, вентилями, обратными клапанами и металлорукавами для присоединения к сливным вентилям железнодорожных цистерн. Из них два патрубка для жидкой фазы и один - для газовой. После окончания слива СУГ из цистерны закрывают угловые вентили жидкой фазы на головке цистерны, закрывают вентили на стояке жидкой фазы эстакады, а после отсасывания паровой фазы закрывают и соответствующие вентили паровой фазы на железнодорожной цистерне, стояках эстакады, и через "свечи" выпускают остатки бутан-пропановой смеси, оставшиеся в гибких шлангах, в атмосферу (ист.0024-0039)..Таким образом, загрязняющими веществами при разгрузке и после нее в металлорукавах остаются остатки жидких фракций СУГ: бутан, одорант. Ежегодно на КБСУГ в цистернах поступает 35,9 тыс. т сжиженного газа. Резервуарный парк предназначен для хранения бутано-пропановой V смеси СУГ. Он состоит из 7 горизонтальных цилиндрических емкостей по 75 м3 газа каждая. Емкости - сосуды, работающие под давлением, оборудованные устройствами для налива, слива, отвода паровой фазы и измерений уровня предохранительными клапанами, срабатывающими при давлении 1,6Мпа и более. При хранении СУГ необходимо учитывать особенности их состояния: - сжиженный газ является жидкостью на линии насыщения, поэтому при нормальных условиях он находится под давлением, которое растет с увеличением температуры окружающей среды; снижение же температуры внешней среды приводит к снижению давления газа, которое может стать ниже атмосферного; - СУГ в жидком состоянии имеют высокий коэффициент объемного расширения по сравнению с другими жидкостями, поэтому наблюдается интенсивный рост объема с увеличением температуры окружающей среды; в связи с этим при случайных утечках СУГ быстро испаряется с образованием горючей и взрывоопасной смеси с воздухом. Резервуары снабжены указателями уровня с постоянными трубками, причем вентили при заполнении на таком резервуаре открыты полностью, а заполнение жидкости продолжается до тех пор, пока из сопла не появится жидкая фракция СУГ (ист.0041,0043, 0045, 0047, 0049, 0051, 0053). После этого - наполнение резервуара прекращают, а емкость считается заполненной. Каждый год производится ремонт половины резервуаров, при этом остаточный газ (смесь бутан + пропан) из них стравливается в атмосферу.
Характеристика источников выбросов загрязняющих веществ на объектах СУГ, исследуемых в работе
Отбор проб производится путем аспирации определенного объема атмосферного воздуха через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания вещества, или через аэрозольный фильтр, задерживающий содержащиеся в воздухе частицы.
Параметры отбора проб, такие как расход воздуха, продолжительность его аспирации, тип поглотительного прибора, устанавливаются в каждом конкретном случае в зависимости от определяемого вещества, возможной его концентрации в воздухе и целей исследований. В зависимости от модели электроаспираторы имеют разное назначение и использование. Модели ЭА-1 и 822 предназначены для отбора разовых (20-30 мин) проб воздуха в поглотительные приборы, типа ЭА-1 А - для отбора разовых проб, имеет автономное питание. Приборы ЭА-2 используется для отбора разовых проб воздуха на фильтры с целью дальнейшего определения концентраций аэрозольных примесей, а марки ЭА-2СМ - для отбора суточных проб на один фильтр в циклическом или непрерывном режиме. Электроаспиратор ЭА-3 используется для отбора разовых или суточных проб большого объема на один фильтр и адсорбер с твердым сорбентом для определения малых концентраций примесей (используется в автономном режиме на охраняемой территории).
Воздухоотборник "Компонент" предназначен для циклического отбора разовых проб в поглотительные приборы. Предусмотрен автоматический отбор 32 проб, распределенных по четырем каналам. В опытах определялись концентрации только 7 загрязняющих веществ: оксид углерода (автотранспорт, котельная, сварочный участок), оксид и диоксид азота (автотранспорт, котельная), диоксид серы (продукты сгорания сероводорода, серы), пропан-бутан, одорант меркаптановая сера (составляющие компоненты СУГ).
Для непрерывных наблюдений за концентрациями примесей используются газоанализаторы, для измерения наиболее распространенных загрязняющих веществ, перечисленных выше - автоматические газоанализаторы серии 600-03, 645 ХЛ-01-03, 667ФФ-03, 623КПИ-03, а также ГМК-3, Палладий-3. Основной отличительной особенностью этих газоанализаторов является то, что встроенные в них микроЭВМ управляют работой ряда узлов газоанализаторов по специальному алгоритму, обеспечивающему воспроизводимость показателей, повышение стабильности и обеспечение контроля работоспособности основных узлов.
В опытах использовалось аттестованное оборудование с привлечением областной лаборатории гидрометеослужбы г. Воронежа.
Для замера концентраций СО в рабочей зоне применялся газоанализатор окиси углерода "Элан-СО" (контрольные замеры). Диапазон измерения 0...50 мг/м% погрешность измерения прибора ±5 мг/м и оптико-акустический газоанализатор ГМК-3, представляющий собой прибор непрерывного действия. Диапазон измерения 0...400 мг/м . Прибор имеет три шкалы: 0..40;0...80; 0.. .400 мг/м . Основная погрешность шкалы 0.. .80 мг/м составляет ± 5%, а на других шкалах - + 10%. Принцип действия газоанализатора ГМК-3 основан на измерении степени поглощения оксидом углерода инфракрасной радиации. Содержание оксидов азота (NO, N02, NO+N02) в исследуемых пробах воздуха определялось с помощью газоанализатора 645ХЛ-01 на четырех диапазонах измерения: в опытах использовалась шкала 0...0,25. Допускаемая основная погрешность измерения на приведенной шкале не превышает ±20%. При определении концентраций NOx допустимая погрешность прибора равна 30 %.
Концентрации компонентов СУГ (горючих газов) определялись портативным детектором газов HXG-1. Чувствительность прибора 20ррт, критические концентрации - 0...2%., а по метану - 0,5%. Кроме того, для определения концентраций продуктов сгорания на территории АГЗС и прилегающей к ней автомобильной дороге использовался переносной газоанализатор продуктов сгорания КМ 9006. Длина зонда отбора проб не менее 750 мм, диапазон измерения температуры: - 40...+1000С. Относительная погрешность измерения концентрации кислорода - не более 0,6%, моноокиси углерода, оксидов азота и серы - ±10%. Диапазон шкал 0....1800 ррт.
Одновременно с отбором проб воздуха или регистрацией концентраций примесей на стационарных постах проводились и метеорологические наблюдения за температурой воздуха, направлением и скоростью ветра, состоянием погоды.
Для определения характеристик ветра используется ветромер 8Ю-01-М или ручной анемометр МС-13. Направление ветра определяется с помощью флюгера или вымпела и компаса. Для измерения температуры и влажности воздуха используется аспирационный психрометр.
Метеорологические параметры, значения которых используются в работе, были представлены службой гидрометеостанции г. Воронежа. Объемы и режим наблюдений за состоянием атмосферного воздуха в зоне влияния КБСУГ и АГЗС зависят от задач мониторинга. Основными задачами системы мониторинга загрязнения атмосферы в зоне размещения объектов СУГ являются: систематические наблюдения за уровнями концентраций вредных веществ, а также метеорологическими параметрами, определяющими перенос и рассеивание примесей (в нашем случае - в течение 1 месяца каждого времени года); оценка пространственных масштабов загрязнения атмосферы вредными веществами от различных источников загрязнения; контроль над динамикой уровней загрязнения. Задачи, связанные с натурными измерениями уровней загрязнения и метеорологических параметров, определяющих содержание вредных веществ в воздухе городов, где имеются стационарные посты наблюдений, реализуются в случаях, когда проведенные расчетные критериальные оценки по классификации рассматриваемых источников указывают на такую необходимость. Методика расчетов и оценок концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, содержащихся в выбросах предприятий, приведена в работе /47/.
