4.2 Аналіз розсіювання забруднюючих речовин в атмосферному повітрі від викидів стаціонарними джерелами

Як відомо в основу стратегії збереження чистоти атмосферного повітря покладено недопущення перевищення концентрації забруднюючих речовин у приземному шарі атмосфери (на висоті 2 метри від поверхні землі над величиною гранично допустимої концентрації (ГДК, мг/м³).

Відповідно до діючого законодавства джерело забруднення атмосферного повітря має право на функціонування, якщо максимальна концентрація забруднюючої речовини при найбільш несприятливих умовах її розсіювання в атмосфері не перевищує на границі СЗЗ максимально разової граничнодопустимої концентрації (ГДК_м.р.).

Отже на стадії проектування промислових об’єктів, що мають джерела викидів в атмосферу забруднюючих речовин, а також для об’єктів, що вже знаходяться в експлуатації, потрібно обґрунтувати можливість їх функціонування з точки зору вищевикладених умов .

З цією метою розробляються відповідні матеріали : ОВНС (в частині «Охорона повітряного середовища») та «Проект нормативів гранично-допустимих викидів (ГДВ) забруднюючих речовин в атмосферне повітря». На підставі останнього підприємства отримують ліміти та дозволи на викиди [3 ].

Ці матеріали розробляються у відповідності до вимог ОНД-86 [4]. Означена методика розрахунків розсіювання забруднюючих атмосферу речовин є нормативним документом природоохоронного законодавства України.

За результатами аналізу процесу розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері отримують величини їх максимальних приземних концентрацій(См) на різних відстанях від джерел викиду, середньозважену небезпечну швидкість вітру, його напрямок тощо.

Для аналізу використовують автоматизовані системи розрахунку забруднення атмосфери, що рекомендовані Міністерством охорони навколишнього середовища України (одна із них - Версія 3.5 «ЕОЛ»).

Результати розрахунків розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері зручно відображати на так званих «картах розсіювання», на яких нанесені ізолінії співвідношення відносно координат місця розташування джерел викидів. Простір, що знаходиться в межах ізолінії із значенням ≥ 1, являє собою зону з небезпечним забрудненням атмосферного повітря.

Співставлення карти розсіювання з розміром СЗЗ аналізованого об’єкта дає відповідь, щодо припустимості його функціонування.

Методика розрахунку приземних концентрацій забруднюючих речовин побудована за наступним алгоритмом.

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини См (мг/м³) при викиді газоповітряної суміші з поодинокого точкового джерела, гирло якого має форму кола, за несприятливих метеорологічних умов на відстані Хм (м) від джерела визначається за формулою:

=

де А - коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації атмосфери, для України - 200;

М - маса шкідливої речовини, яка викидається в атмосферу за одиницю часу, г/с (потужність викиду);

F - безрозмірний коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі (для газів F=1, для пилу F= 2…3);

m і n - коефіцієнти, які враховують умови виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду;

Н - висота джерела викиду над рівнем землі, м;

η - безрозмірний коефіцієнт, який враховує вплив рельєфу; η = 1 для місцевості з відносно невеликою зміною гіпсометричних позначок;

∆Т - різниця між температурою викинутої газоповітряної суміші і температурою навколишнього атмосферного повітря, °С;

V₁ - витрата газоповітряної суміші,(м³/с) , яка визначається за формулою,

= ,

де D - діаметр гирла джерела викиду, м;

- середня швидкість викиду газоповітряної суміші з гирла джерела викиду, м/с.

Потужність викиду М і витрата газоповітряної суміші V₁ при проектуванні підприємств визначаються розрахунком в технологічній частині проекту або приймаються у відповідності з діючими нормативами.

В розрахунку використовуються величини М і V_1, які реально мають місце на протязі року при встановлених умовах експлуатації підприємства, за яких досягається максимальне значення .

Значення коефіцієнтів m і n визначається в залежності від параметрів f, V_м , ,f_e

f=1000 ,

=0.65 ,

=1.3 ,

=800 ,

Коефіцієнт m визначається в залежності від f:

m = при f < 100

m = при f ≥ 100

Коефіцієнт n при f<100 визначається в залежності від :

n=1 при 2

n=0.532 -2,13 +3,13 при 0,5 < < 2

n= 4.4 при < 0.5

Для f ≥ 100 і ≥ 0,5 (холодний викид) при розрахунку См використовують формулу:

= K,

де K = = ,

При цьому n визначають відповідно до залежності , заміною на .

Аналогічно при f 100 і < 0,5, або f 100 і < 0,5 (випадок гранично малих небезпечних швидкостей вітру ) розрахунок виконується за формулою:

= K,

де = 2,86m при f 100 і < 0,5

= 0.9 при f 100 і < 0,5

Відстань Хм від джерела викидів, при якому приземна концентрація С досягає максимального значення за формулою:

X_м = dH,

де d – безрозмірний коефіцієнт при f 100 одержимо з формул :

d = 2.48(1+0.28 ) при ≤ 0.5,

d = 4.95 (1+0.28 ) при 0,5 < ≤ 2,

d = 7 (1+0.28 ) при > 2.

При f 100 або ≈ 0 значення d знаходять з формул :

d = 5.7 при ≤ 0,5,

d = 11.4 при 0,5 < ≤ 2,

d = 16 при > 2.

Значення небезпечної швидкості повітря на рівні флюгера (10м від рівня землі), коли найбільше значення приземної концентрації шкідливих речовин См досягає в випадку f < 100,

Uм = 0,5 при ≤ 0,5,

Uм = при 0,5 ≤ 2,

Uм = (1+0,12 ) при > 2.

При f 100 або ≈ 0 значення Uм підраховується за формуллами:

Uм = 0,5 при ≤ 0,5,

Uм = при 0,5 ≤ 2,

Uм = 2,2 при > 2.

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини при не сприятливих метеорологічних умовах і швидкості вітру U визначається за формулою:

= rC_м

де r – безрозмірна величина, яка визначається в залежності від відношення

r = 0.67( )+1.67 - 1.34 при ≤ 1,

r = при 1.

Відстань від джерела викиду Xмu, коли при швидкості вітру U і не сприятливих метеорологічних умовах приземна концентрація шкідливих речовин досягає максимального значення Смu, визначається за формулою :

X_мu = pX_м,

де p – безрозмірний коефіцієнт, який визначається в залежності від відношення за формулою:

p = 3 при ,

p = 8.43( при 0,25< ,

p = 0.32 при 1.

При небезпечній швидкості вітру концентрація шкідливих речовин С в атмосфері по осі факелу викиду на різній відстані Х від джерела викиду визначається за формулою:

C = Cм.

де - безрозмірний коефіцієнт, який визначається в залежності від відношення за формулою:

= 3 + 8 + 6 при ≤ 1,

= при 1 < ≤ 8.

Найбільш потужними постійно діючими стаціонарними джерелами забруднення атмосфери серед чисельних об’єктів та процесів нафтогазової галузі є КС магістральних газопроводів, ДКС різних нафтогазових комплексів, факельні пристрої, котельні, вогневі підігрівачі та ін.

До залпових (тимчасових) можна віднести викиди через запобіжні клапани посудин та систем працюючих під тиском, продувочні свічки трубопроводів та іншого обладнання.

До найбільш вагомих забруднюючих атмосферу речовин, як за обсягами викидів так і здатність істотно впливати на стан оточуючого середовища слід віднести оксиди азоту ( NО,NО₂ та їхні суміші NО_x ), моно оксид вуглецю (СO), вуглеводні ( переважно метан-С , або їх суміш , сірководень ( ), оксиди сірки ( ), сажа та ін.

При визначені вихідних параметрів розрахунку розсіювання найбільш відповідальним, а іноді складним, є визначення потужності викиду (М_і, г/с).

У разі наявності користуються паспортними чи іншими даними завода-виготовлювача обладнання, а при їх відсутності - експериментальними чи розрахунковими методами.

Так, знаючи номінальну витрату джерела викиду (V₁, м³/с) та концентрацію у ньому забруднюючої речовини (С_і, ) легко знайти потужність викиду за формулою:

М_і = V∙ С_і ·10^-3, .

Концентрація забруднюючої речовини у викиді може бути визначена інструментальними чи лабораторними дослідженнями.

Якщо експериментальне визначення концентрації забруднюючої речовини є неможливим, або ускладненим (висока температура джерела викиду, або недоступна висота), то можна скористатися розрахунковими методами.

Так для факельних пристроїв та іншого подібного обладнання рекомендується користуватися наступними залежностями.

При безсажовому спалюванні газу потужність викиду забруднених речовин ( ) визначається за формулою:

= ,

де – - витрата спалюваного газу , ;

- експериментально встановлений коефіцієнт: у цьому випадку

• ,

• ;

• .

У разі відсутності пристроїв, що забезпечують бездимне спалювання газу, значення коефіцієнта К_і дорівнюють:

• ;

• ;

• .

При спалюванні газів, що містять сірководень, потужність викиду діоксида сірки ( , ) визначається за формулою:

М_SO2 = 1.88 C_Н2S B_г ,

де – C_Н2S вміст сірководню у газі (в % масових).

Підприємства-власники джерел викидів в атмосферу забруднюючих речовин повинні здійснювати облік викидів та звітувати за фактично здійснені викиди у встановленому порядку. З цією метою, окрім секундного викиду ( ) визначається також річний викід ( ) для кожної забруднюючої речовини окремо (по кожному джерелу та підприємству вцілому). На основі цих даних встановлюється розмір сплати коштів за здійснені викиди.