Расчет аварийного выброса одоранта и газа

Источником газоснабжения является природный газ, транспортируемый по магистральному газопроводу, поступающему в населенный пункт через головной газорегуляторный пункт (ГГРП), расположенный в западной окраине населенного пункта. Давление газа на выходе из ГГРП – 0,3 МПа.

По газопроводу к потребителю поступает природный газ, содержащий одорант (этилмеркаптан). Природный газ обычно рассматривается как безвредный газ, бесцветен, не имеет запаха, не токсичен. Главная опасность связана с асфиксией из-за недостатка кислорода. Состав газа и его характеристика приведены в таблице 5.3.

 

Таблица 5.3 - Состав и характеристика газа

Состав газа Теплота сгорания кДж/м3 Плотность, кг/м3
компонент доля в общем объёме, ri ai aixri ρi ρixri
Метан СН 0,93201 33440,5 0,7174 0,668
Этан С Н 0,03569 2297,0 1,3551 0,048
Пропан С Н 0,00845 787,4 2,010 0,017
Н-Бутан С Н 0,00292 360,8 2,6901 0,008
Н-Пентан С Н 0,00061 955,4 3,4536 0,002
Азот N 0,01445 - - 1,2503 0,018
Углекислый газ CO 0,00587 - - 1,9770 0,012
Итого 1,0 - 37841,1 - 0,773

 

Таким образом, низшая теплота сгорания природного газа данного состава составляет 37841 кДж/м3 (37,841 МДж/м3), а плотность ρ0 = 0,756 кг/м3.

Для одоризации природного газа применяется этилмеркаптан. Среднее удельное содержание одоранта в природном газе составляет 0,016г. на 1м3 газа.

В период эксплуатации систем газоснабжения возникают незначитель­ные постоянные выбросы газа, причиной которых является невозможность достичь полной герметичности резьбовых и фланцевых соединений, запорной арматуры, газового оборудования.

На подземных газопроводах эти утечки имеют место в газовых колод­цах, где установлены задвижки и компенсаторы; на надземных газопроводах - в местах установки отключающих устройств. ГГРП также являются источником утечек газа, вследствие не герметичности соединений оборудования, арматуры и газопроводов.

Выброс природного газа и одоранта может наблюдаться при проведении ремонтных и профилактических работ, а также в случае аварийной ситуации.

Максимально возможные утечки газа из проектируемого газопровода, проложенного по равнинной местности, через микросвищи и неплотности линейной арматуры определяется по формуле:

(5.1)

где 1113,5 – переводной коэффициент;

D – диаметр газопровода, м;

L – длина газопровода, км;

Рср – давление газа, кг/см2;

Tср – средняя температура газа в газопроводе, 288К;

t – время эксплуатации газопровода, сутки;

zср – средний коэффициент сжимаемости;

m – степень начальной герметичности, принимаем 1,2.

 

Учитывая то, что в газопровод поступает с ГГРП одорированный природный газ (с содержанием одоранта не менее 16 мг/м3), следовательно, за год в атмосферу может быть выброшено вместе с природным газом порядка 0,04 кг одоранта.

Указанное количество утечек равномерно распределяется по всей длине трассы газопровода. Максимальный объем утечек возможен только после длительной и небрежной эксплуатации (более 10 лет) вследствие появления микроповреждений в трубах и изношенности сальников запорной арматуры.

Для исключения возникновения утечек на линейной части перед вводом в эксплуатацию газопровод испытывают на герметичность.

В период эксплуатации газопровода возможны выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

Характеристика загрязняющих веществ, класс опасности и предполагаемые валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, приведены в таблице 5.4

Таблица 5.4 - Характеристика загрязняющих веществ

Загрязняющее вещество Код вещества ПДКм.р. (ОБУВ), мг/м3 Класс опасности Валовый выброс загрязняющих веществ, тыс. т/год
Метан (50) - 0,9263
Этилмеркаптан 5х10-5 0,16х10-4

Примечание:

1. ПДКм.р. – предельно- допустимая концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

2. ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

При эксплуатации системы газоснабжения предусматриваются мероприятия, практически исключающие возможность аварийных ситуаций на газопроводе и ШРП.

Основными причинами возникновения аварийных ситуаций в системах газоснабжения являются повреждение газопроводов различными машинами и механизмами, коррозия стальных газопроводов и разрыв сварных швов.

Кроме этого, как аварийную можно рассматривать ситуацию, возникающую при повышении давления в системе газоснабжения. В этом случае срабатывает предохранительно-сбросной клапан, который сбрасывает «лишнее» количество газа через «свечу» в атмосферу и снижает тем самым давление газа в системе.

Расчет выбросов газа и одоранта при аварийных выбросах производится

согласно «Методике по расчету удельных показателей загрязняющих веществ в выбросах в атмосферу на объектах газового хозяйства».

Удельное количество выбросов газа, истекающего в атмосферу из щели в

сварном шве газопровода Gг, определяется по формуле

Gг = g · f · Wкр ·ρготв · 1000, г/сек; (5.2)

где g – коэффициент, учитывающий снижение скорости(0,97);

f – площадь отверстия, определяется по формуле:

f = n · π · d · s, м2 (5.3)

где n – длина линии разрыва наружного периметра трубы газопровода в % от общего периметра, принимаем 0,5;

π = 3,14;

d – диаметр газопровода, м;

s – ширина щели сварного шва , принимаем 0,001м;

Wкр – критическая скорость выброса газа из щели в сварном шве стыка газопровода, определяется по формуле

, м/с, (5.4)

где Т0 – абсолютная температура газа в газопроводе, 288К;

ρг – плотность газа при нормальных условиях, принимаем 0,815 кг/м3;

ρготв – плотность газа перед отверстием в газопроводе, определяется по формуле:

кг/м3, (5.5)

где Т – абсолютная температура окружающей среды, 293К;

Ро – абсолютное давление газа в газопроводе в месте расположения сварного шва, 400000 Па;

Р – атмосферное давление, 101325 Па.

 

f1 = 0,5 · 3,14 · 0,057 · 0,001 = 0,000089

f2 = 0,5 · 3,14 · 0,076 · 0,001 = 0,00012

f3 = 0,5 · 3,14 · 0,089 · 0,001 = 0,00014

f4 = 0,5 · 3,14 · 0,108 · 0,001 = 0,00017

f5 = 0,5 · 3,14 · 0,159 · 0,001 = 0,00025

f6 = 0,5 · 3,14 · 0,219 · 0,001 = 0,00034

 

Gг.1 = 0,97 · 0,000089 · 385,36 ·3,27· 1000 = 108,78

Gг.2 = 0,97 · 0,00012 · 385,36 ·3,27· 1000 = 146,68

Gг.3 = 0,97 · 0,00014 · 385,36 ·3,27· 1000 = 170,08

Gг4 = 0,97 · 0,00017 · 385,36 ·3,27· 1000 = 206,52

Gг.5 = 0,97 · 0,00025 · 385,36 ·3,27· 1000 = 303,71

Gг.6 = 0,97 · 0,00034 · 385,36 ·3,27· 1000 = 413,05

 

Расход газа L расчитывается по формуле

L = Wкр · f, м3/сек; (5.6)

L1 = 385,36 · 0,000089 = 0,034

L2 = 385,36 · 0,00012 = 0,046

L3 = 385,36 · 0,00014 = 0,065

L4 = 385,36 · 0,00025 = 0,096

L5 = 385,36 · 0,00025 = 0,096

L6 = 385,36 · 0,00034 = 0,131

 

Среднегодовая норма расхода одоранта составляет 16 г. на 1000м3 природного газа, поэтому количество одоранта в выбросах газа Gод, определяется по формуле

Gод = 0,016 · L, г/сек; (5.7)

где L – расход газа через щель в сварном шве, м3/сек.

Gод.1 = 0,016 · 0,034 = 0,000544

Gод.2 = 0,016 · 0,046 = 0,000736

Gод.3 = 0,016 · 0,054 = 0,000864

Gод.4 = 0,016 · 0,065 = 0,00104

Gод.5 = 0,016 · 0,096 = 0,001536

Gод.6 = 0,016 · 0,131 = 0,002096