2.6. Оценка влияния разработки месторождений углеводородов на атмосферный воздух

Загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие:

• выбросов технологических установок;

• сварочных работ и механической обработки металлов;

• работы транспортных средств;

• испарения нефтепродуктов и утечки газа через неплотности фланцевых соединений, запорной арматуры скважин и других технических устройств, работающих под давлением;

• испарения легких фракций нефти из резервуарных парков;

• испарения легких фракций при аварийных разливах нефти;

• сжигания отсепарированного газа на факеле, технологических печах и котельных;

• сжигания нефти, нефтепродуктов и газа при аварийных разливах и выбросах.

В результате в атмосферу выбрасываются предельные углеводороды, сероводород, оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, сажа, бенз(а)пирен, пыль и другие (табл. 2.8). Приведенные в указанной таблице данные о валовых выбросах ЗВ характерны для месторождений с извлекаемыми запасами нефти порядка 15…20 млн. тонн.

При пожарах и выжигании пролитой нефти в атмосферу попадает достаточно большое количество ЗВ, таких как оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, сероводород, сажа, синильная кислота, формальдегид, органические кислоты, пятиокись ванадия и бенз(а)пирен. В зависимости от состава нефти, в воздух могут попадать и другие ингредиенты, например, тяжелые металлы. С дымом воздух загрязняется ультрадисперсными частицами оксида кремния. При сгорании 1 м³ нефти в атмосферу попадает порядка 250 кг загрязняющих веществ.

Таблица 2.8 - Характеристика выбросов загрязняющих веществ от основных источников на нефтяном месторождении

№	Источник	Выделяющееся вредное вещество	Количество выбрасываемых вредных веществ, т/год
1	Факел	углеводорода оксид азота оксиды смесь предельных углеводородов серы диоксид сероводород бенз(а)пирен	260 40 6.5 27 0.01 3×10-7
2	Скважины	смесь предельных углеводородов сероводород	1.5 3×10-4
3	Узлы запуска очистных устройств	смесь предельных углеводородов сероводород	0.3 6×10-4
4	Резервуары для аварийного хранения нефти	пары нефти смесь предельных углеводородов сероводород углерода диоксид	2 2.1 1×10-4 5×10-4
5	Дренажная емкость	пары нефти смесь предельных углеводородов сероводород углерода диоксид	0.015 0.015 2×10-6 2×10-8
6	Аварийная емкость	пары нефти смесь предельных углеводородов сероводород углерода диоксид	0.017 0.017 2×10-6 2×10-9
7	Емкость для газоуравнительной линии	пары нефти смесь предельных углеводородов сероводород углерода диоксид	0.007 0.006 4×10-6 3×10-4
8	Трубчатые печи	серы диоксид углерода диоксид смесь предельных углеводородов азота оксиды	3.184 2.117 0.212 4.282

Существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна вносит нефтяной газ, который ежегодно сжигается в факелах в объеме десятков миллиардов кубических метров. Потери нефтяного газа только в нашей стране составляют более 8 % общих мировых потерь этого ценного углеводородного сырья. Утилизация ресурсов нефтяного газа в целом не превышает 75 %, что эквивалентно потере 80 млн. т нефти в год. Несмотря на то, что максимальная степень использования ресурсов нефтяного газа в старых нефтегазодобывающих районах Поволжья и Северного Кавказа достигает 90…96 %, его отрицательное воздействие на биосферу в ряде случаев является доминирующим среди существующих источников загрязнения в данной местности.

Следует учитывать высокую миграционную активность газообразных веществ, которые фиксируются не только у источника загрязнения, но и на значительном удалении от него. Максимальный ореол рассеяния (до 15 км) характерен для углеводородов, аммиака и оксидов углерода; сероводород мигрирует на расстоянии 5…10 км, а оксиды азота и сернистый ангидрид отмечаются в пределах 1…3 км oт очага загрязнения. Помимо химического воздействия при сжигании газа происходит и тепловое загрязнение атмосферы. На расстоянии до 4 км от факела наблюдаются признаки угнетения растительности, а в радиусе 50…100 м – нарушение фонового растительного покрова.

Уровень распространения загрязнения по площади при сжигании газа в факелах зависит от дебита и качественного состава газа, его относительной плотности, времени года и преобладающего направления ветров в районе месторождения. Слабая циркуляция в приземных слоях атмосферы приводит к осаждению компонентов газовых потоков на поверхность почвы и водоемов. В штилевую и маловетреную погоду все выбрасываемые ЗВ оседают на некотором удалении от источников выбросов, загрязняя окружающие почвы и растительный покров. Ветровыми потоками загрязняющие вещества переносятся на большие расстояния – десятки, сотни, а иногда и тысячи километров, и постепенно рассеиваются в атмосфере. Осаждению ЗВ из атмосферы на земную поверхность благоприятствуют дожди и снег.

В новых нефтедобывающих районах существует диспропорция между темпами добычи углеводородного сырья и вводом в действие эксплуатационных систем сбора и переработки попутного газа. Только в Западной Сибири ежегодно сжигается в факелах более 10 млрд. м³ газа. При этом в воздушный бассейн поступает 7 млн. т токсичных соединений.

Охрана воздушной среды в нефтяной промышленности проводится, главным образом, в направлении борьбы с потерями нефти за счет уменьшения испарения ее при сборе, транспортировке, подготовке и хранении. Для этого проектируются герметизированные системы сбора нефти и антикоррозионные наружные и внутренние покрытия трубопроводов и емкостей, устанавливаются непримерзающие клапаны, расширяется применение резервуаров с понтонами или плавающими крышами, внедряются и другие технические решения. С целью уменьшения вредных выбросов в атмосферу сокращается сжигание нефтяного газа в факелах.

К основным мероприятиям по охране атмосферного воздуха от загрязнения, рекомендуемым для реализации на месторождении, относятся:

• выполнение герметизированной системы сбора и транспортировки нефти;

• исключение случаев аварийных выбросов газа и разливов нефти путем своевременного осуществления сброса нефти и газа в аварийные емкости или на факел сжигания газа;

• оперативный сбор аварийно-разлитой нефти;

• запрет или ограничение утилизации разлившейся нефти путем ее выжигания;

• защита оборудования нефтегазопроводов от коррозии, своевременный ремонт или замена пришедшего в негодность в результате коррозии или других причин оборудования и нефтегазопроводов с выключением узлов и откачкой нефти в аварийные емкости;

• устройство дымовых труб надлежащей высоты для обеспечения полноты рассеивания;

• постоянный строгий контроль выбросов в атмосферу транспортными средствами;

• применение новейшего блочно-комплектного оборудования заводского изготовления, повышающего надежность эксплуатации объекта в целом;

• инвентаризация источников выбросов и разработка норм ПДВ;

• постоянное внедрение технологий и оборудования, ведущих к снижению норм ПДВ;

• контроль соблюдения ПДВ.

Испарения при транспортировке («малые дыхания»), и проведении сливоналивных операций («большие дыхания»), приводят к загрязнению воздушного бассейна и ухудшению экологической обстановки. Для обеспечения сбора (рекуперации) паровоздушной смеси, образующейся в резервуаре, применяется газовая обвязка автозаправочных станций и нефтехранилищ. Эффективным способом, позволяющим снизить испарения, является применение закрытого (нижнего) налива. Примерная схема оборудования автозаправочных станций и нефтеналивных комплексов системами закрытого (нижнего) способа налива и слива и рекуперации паров нефтепродуктов показаны на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема отвода паров при нижнем наливе и сливе нефтепродуктов

1 – клапан донный; 2 – клапан обратный; 3 – адаптер API – Ду80; 4 – соединение Ду 80; 5 – рукав 3’’; 6 – патрубок соединительный 3’’; 7 – газовая муфта Ду 100; 8 – рукав 3’’;. 9 – патрубок соединительный; 10 – коллектор сбора паров; 11 – огнепреградитель. Нефтеналивные терминалы, для обеспечения замкнутости системы сбора паров нефтепродуктов, должны быть снабжены рекуперационной установкой. Рассмотрим этот вопрос подробнее на примере наливного комплекса ООО «Роснефть-Архангельскнефтепродукт» на станции Приводино, на котором осуществляется приём в резервуары и отгрузка нефти в железнодорожные цистерны. Мощность комплекса составляет 4 млн. тонн в год. Отгрузка нефти производится технологическими насосами в наливную двухстороннюю железнодорожную эстакаду, позволяющую одновременный налив 54 вагонов-цистерн. Горловины этих цистерн являются источником выбросов паров нефти в атмосферу с содержанием углеводородов в количестве до 700 г/м³. Углеводородный компонентный состав паров нефти приведён в табл. 2.8.

Для улавливания и рекуперации паров нефти при наливе железнодорожных цистерн используется установка БКАУ-УЛФ (блочно-комплектная абсорбционная установка по улавливанию лёгких фракций углеводородов), работающая в автоматическом режиме. Наливные стояки на железнодорожной эстакаде оборудованы герметизирующими устройствами с отводом паров нефти по газовому коллектору на установку БКАУ-УЛФ.

Таблица 2.8. Состав паров нефти

Компоненты	Диапазон изменения, % об.
Воздух	80,24 – 89,88
Углеводороды предельные С1 – С5	6,64 – 13,71
Углеводороды предельные С6 – С10	2,52 – 5,20
Бензол	0,35 – 0,40
Ксилол	0,10 – 0,15
Толуол	0,15 – 0,25
Сероводород	0,03 – 0,06

В основу оборудования установки БКАУ-УЛФ положен процесс абсорбции. Сущность процесса заключается в абсорбции паров углеводородов абсорбентом из емкости хранения. Абсорбент поступает в колонку сверху и орошает насадочную часть абсорбера, а газовоздушная смесь (ГВС) подаётся снизу и проходит насадочную часть в противотоке абсорбенту. Абсорбент, насыщенный поглощёнными углеводородами, возвращается в ёмкость хранения. ГВС с небольшим содержанием углеводородов выбрасывается через верхнюю часть аппарата в атмосферу. В качестве абсорбента в установке БКАУ-УЛФ используется дизельное топливо, размещенное в двух емкостях по 100 м³.

Принципиальная технологическая схема установки БКАУ-УЛФ приведена на рис. 2.2. Установка работает следующим образом. ГВС по газоотводящему коллектору от наливных систем железнодорожной эстакады под давлением 400 мм водяного столба поступает на установку в ёмкость технологическую ЕТ-1, в которой выпадает часть капельной жидкости из ГВС в виде конденсата. В ёмкости ЕТ-1 ГВС выравнивается по давлению, температуре и концентрации, из которой она поступает в нижнюю часть аппарата А-1. ГВС последовательно проходят оба аппарата (А-1, А-2) и далее через огнепреградитель ОП-4 и дыхательно-предохранительный клапан КДС выходит в атмосферу. А-1 и А-2 представляют собой вертикальные аппараты, оснащённые специальными контактными устройствами (насадками). В аппаратах происходит основной процесс перехода углеводородов из газовой фазы (ГВС) в жидкость – абсорбент.

Абсорбент (дизельное топливо из ёмкостей хранения РВС-100) в количестве 40 м³/ч подаётся насосом Н-1 в верхние части аппаратов А-1, А-2 (по 20 м³/ч в каждый) и орошает насадки, направляясь сверху вниз. Противотоком абсорбенту, то есть снизу вверх, в аппараты поступает ГВС, причём пары проходят последовательно насадочные части обоих аппаратов. При этом достигается необходимая предварительная и окончательная очистка ГВС от углеродов.

Рис. 2.2. Принципиальная технологическая схема БКАУ-УЛФ

Очищенная ГВС с остаточным содержанием углеводородов выбрасывается в атмосферу через предохранительно-дыхательный клапан, расположенный в верхней части аппарата А-2. Насыщенный уловленными углеводородами абсорбент скапливается в нижней части аппаратов, откуда самотёком, за счёт разности геометрических высот аппаратов и технологической ёмкости, поступает в ЕТ-1. По мере накопления, с помощью насоса Н-2, производится откачка насыщенного абсорбента из ёмкости ЕТ-1 в резервуар хранения. Работа насоса Н-2 регулируется датчиками уровня. Включение и выключение насоса Н-1 осуществляется автоматически при начале и окончании наливных операций на железнодорожной эстакаде. Кроме того, предусмотрено местное и дистанционное включение и отключение насосов.

Запорно-регулирующая арматура ЗР-1…ЗР-26 необходима для регулирования и управления основными потоками, для отсекания насосов Н-1 – Н-3 на период их обслуживания или ремонта. Обратные клапаны КО-1…КО-3 служат для предотвращения перетоков жидкости. Контроль аварийного уровня жидкости в аппаратах А-1, А-2 осуществляется с помощью датчиков ДУЖЭ-1 и ДУЖЭ-2, по сигналам которых происходит автоматическое отключение насоса Н-1 на подачу абсорбента в аппараты. Для регулирования откачки абсорбента из технологической емкости ЕТ-1 емкости хранения РВС-100 предусмотрен сигнализатор СУЖ верхнего и нижнего уровней жидкости, по сигналам которых происходит включение и отключение насоса Н-2.

Коэффициенты улавливания паров углеводородов по установке БКАУ-УЛФ с производительностью 3000 г/м³ составляют:

- углеводороды предельные С₁–С₅ – не менее 80% масс;

- углеводороды предельные С₆–С₁₀ – не менее 85% масс;

- бензол – не менее 90% масс;

- ксилол – не менее 90% масс;

- толуол – не менее 90% масс.

Перечень и характеристика загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу на железнодорожной эстакаде, при наливе без установки и с учётом установки БКАУ-УЛФ, приведены в табл. 2.9.

Таблица 2.9. Сравнительная характеристика выбросов при

одновременном наливе 54 вагонов-цистерн

Наименование вещества	Количество выбросов, максимальное, г/сек.	Количество выбросов, с учётом БКАУ-УЛФ, г/сек
Углеводороды предельные С1–С5	362,25	72,45
Углеводороды предельные С6–С10	133,98	20,10
Бензол	1,75	0,175
Ксилол	0,55	0,055
Толуол	1,10	0,110

Таким образом, рекуперация паров нефти способна заметно снизить количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ при наливо-сливочных работах. Использование блочно-комплектной абсорбционной установки по улавливанию лёгких фракций углеводородов на нефтебазах может улучшить экологическую картину в целом и, что немаловажно, снизить издержки производства.

При штатном режиме эксплуатации промышленных объектов все выбросы в атмосферу регулируются нормативами предельно допустимых выбросов. Если эти нормативы соблюдаются, т.е. концентрации выбрасываемых ЗВ не превосходят предельно допустимые, то никакого негативного воздействия на атмосферный воздух за пределами рабочей зоны диаметром несколько сот метров отмечаться не будет. При превышении этих нормативов, что иногда имеет место в реальной жизни, ухудшение качества воздуха будет носить локальный и кратковременный характер. Также локальный и кратковременный характер имеет загрязнение воздуха при производстве сварочных работ и механической обработке металлов.

Работа транспортных средств, ввиду малого количества единиц техники на нефтепромыслах при соответствии ее нормативным требованиям, не будет оказывать заметного воздействия; при езде транспортных средств с не отрегулированными двигателями воздействие будет локальным и кратковременным. Таким же будет и воздействие от работы силовых установок на судах, вертолетах и буровых платформах в море.

Испарения нефтепродуктов через неплотности фланцевых соединений, запорной арматуры скважин и других механизмов (узлов), работающих под давлением, будет локальным и долговременным. Однако если в результате внедрения новых технологий эти утечки удастся предотвращать, то, естественно и воздействия на атмосферу от этих устройств не будет.

Воздействие от сжигания отсепарированного газа на факеле, технологических печах и котельных в большинстве своем будет локальным и долговременным, но при больших объемах сжигаемого газа сразу на нескольких факельных установках в пределах ограниченной территории может распространиться и на большие площади. Воздействие от испарения легких фракций из резервуарных парков будет зависеть от объема хранимой нефти и нефтепродуктов. Для больших нефтехранилищ пространственные и временные масштабы воздействия можно оценить как местный и долговременный соответственно.

Количество нефтяных углеводородов, испаряющихся при аварийных разливах нефти, прежде всего, зависит от фракционного состава нефти, гидрометеорологических условий и объема разлива. У легких нефтей процентное соотношение испаряемой части значительно выше, чем у тяжелых вязких нефтей и при одних и тех же объемах разлива количество испарившихся углеводородов может отличаться в несколько раз. Воздействие на атмосферный воздух при аварийных разливах больших количеств нефти можно оценить как местное (для речных и морских акваторий может быть региональным) и средневременное (при благоприятных метеорологических условиях вследствие быстрого рассеивания может быть кратковременным). Сжигание нефти и нефтепродуктов при ликвидации аварийных разливов на почву и битый лед, как указано выше, приводит к попаданию в атмосферу до 30% загрязняющих веществ от первоначального объема. Принимая во внимание, что выжигание производится на ограниченных участках, воздействие на воздух в большинстве случаев можно оценить как местное и кратковременное.

В целом уровень загрязнения атмосферного воздуха над территорией НАО и акваторией юго-востока Баренцева моря, если говорить о северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, то в настоящее время можно охарактеризовать как низкий. Метеорологические условия в регионе благоприятствуют рассеиванию ЗВ и процессам самоочищения атмосферы.