ВСТУП
Курсовий проект складається з двох частин. У першій частині виконуємо розрахунки викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря за результатами інвентаризації джерел викидів одного з цехів компресорної станції, встановленої на магістральному газопроводі. Головним технологічним обладнанням кожного цеху компресорної станції є газоперекачувальний агрегат (ГПА). Газ, що використовується для пуску турбіни за допомогою турбодетандера, під час пуску турбіни потрапляє у повітря через свічу турбодетандера. При зупинці ГПА (наприклад, для планового ремонту) здійснюється розвантаження комунікацій підводу та відводу газу у повітря ( розвантаження «малого контуру») після відсікання газу від газопроводу. Для поліпшення роботи ГПА газ підігрівається у підігрівачах, що функціонують на природному газі. Цех також обладнаний акумуляторною. Пари сірчаної кислоти з акумуляторної потрапляють у повітря через скидні канали системи її витяжної вентиляції. Якщо електропостачання станції від ЛЕП припиняється, в кожному з цехів є дизельна електростанція.
У другій частині курсового проекту проводимо розрахунок гранично допустимих скидів шкідливих речовин, із стічними водами, що утворюються на очисних спорудах міського водо комунального водогосподарства м.Житинська, і скидаються у річку Ливицю.
Для виконання роботи використовуємо стандартні методики розрахунків, нормативні документи в галузі охорони атмосферного повітря та водних ресурсів.
1
РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН
В АТМОСФЕРУ
1.1 Визначення об’ємів викидів
1.1.1 Димові труби ГПА
Об’єми (м3/с ) і швидкість (м/с) викидів з димових труб ГПА розраховуємо за величиною витрат паливного газу та коефіцієнту надлишку повітря за формулою 1.1:
м3/с,
(1.1)
де Vг - витрати паливного газу на один ГПА, нм3/г ( табл. 1.1 ); ця величина визначена за показаннями приладу, що контролює витрати паливного газу на цех при умові рівномірного його розподілення між агрегатами;
Vт і Vв - відповідно теоретичний об’єм продуктів горіння і теоретичичний об’єм повітря при спаленні одного м куб. природного газу (Vт =10,38 м3/м3 газу; Vв = 9,37 м3/м3 газу);
Так як за схемою роботи 5-3 загальна кількість ГПА – 5, а увесь час в дії знаходяться тільки 3, то для інших двох данні розраховуємо як середні величини існуючих даних.
- коефіцієнт надлишку повітря; розраховуємо за формулою:
(1.2)
де О2 - вміст кисню у димових газах ГПА, % ( табл. 1.1 );
t - температура продуктів у викиді , град. С.
Початкові дані для розрахунку об’єма викидів ГПА наведені у таблиці 1.1
Таблиця
1.1 – Початкові дані для розрахунку
об’єма викидів ГПА
№ завдання |
Схема роботи |
Номер ГПА |
Вміст кисню, % |
Витрати паливного газу, нм3/г |
7
|
5-3 |
71 |
16,63 |
5680 |
72 |
16,66 |
5680 |
||
73 |
16,01 |
5680 |
Розрахуємо коефіцієнт надлишку повітря за формулою 1.2:
Тоді об’єми викидів з димових труб ГПА розрахуємо за формулою 1.1:
м3/с
м3/с
м3/с
Vп.г.74,75 = 176,09 м3/с
Швидкість викиду для будь-якого джерела розраховуємо за формулою:
м/с, (1.3)
де V – об’єм викиду, м3/с;
d – діаметр труби, м.
м/с
м/с
м/с
м/с
1.1.2 Вентиляційна система акумуляторної
Об’єми викидів від вентиляційних систем акумуляторних визначені за допомогою крильчастого анемометра [1]. Результати замірів наведені у таблиці 1.2. Розрахунок об’єма викидів від вентсистеми акумуляторної проводимо за формулою:
м3/с, (1.4)
де w – швидкість у гирлі вентсистеми, м/с;
d – діаметр гирла канала вентсистеми, м;
t – температура у викиді, град. С.
Початкові дані для розрахунку об’єму викиду у вентсистемі акумуляторної представлені в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 – Початкові дані для розрахунку об’єму викиду у вентсистемі акумуляторної
№ завдання |
Висота труби, м |
Середня швидкість, м/с |
Діаметр каналу, м |
Температура у викиді, град.С |
7 |
5,7 |
4,1 |
0,24 |
22 |
Розрахуємо об’єми викидів від вентиляційних систем акумуляторних за формулою 1.4:
м3/с
1.1.3 Свічі турбодетандерів
Об’єми і швидкість викидів від свічок турбодетандерів розраховуємо за сумарним об’ємом природного газу, що виходить у повітря на протязі одного періоду запуску ГПА, і терміну запуску (таблиця 1.3). Температуру викиду від
свічок
турбодетандерів приймаємо рівною до
температури в нагнітальній частині
«малого контуру» [1].
Тоді об’єми викидів (м3/с) розраховуємо за формулою:
м3/с
(1.5)
Початкові дані для розрахунку об’єму викидів від свічок турбодетандерів наведені в табл. 1.3.
Таблиця 1.3 – Початкові дані для розрахунку об’єму викидів від свічок турбодетандерів
№ завдання |
Об’єм газу за один викид, м3/с |
Термін викиду, с |
Діаметр гирла свічі, м |
7 |
1420 |
170 |
0,20 |
Об’єми викидів від свічок турбодетандерів розраховуємо за формулою 1.5:
м3/с
Швидкість викидів розраховуємо за формулою 1.3:
м/с
Дизельні електростанції та підігрівачі газу
Об’єми і швидкість викидів з труб
дизельних електростанцій та підігрівачів
газу розраховуємо за об’ємом утворених
у кожному з агрегатів продуктів 
горіння
(паспортні величини) [1].
Початкові дані для розрахунків наведені у таблицях 1.4, 1.5.
Таблиця 1.4 – Початкові дані для розрахунку об’єму викидів від дизельної електростанції
№ завдання |
Об’єм продуктів горіння, нм3/г |
Діаметр труби, м |
Температура викиду, град.С. |
7 |
2260 |
0,21 |
310 |
Таблиця 1.5 – Початкові дані для розрахунку об’єму викидів від підігрівачів газу
№ завдання |
Об’єм продуктів горіння, нм3/г |
Діаметр труби, м |
Температура викиду, град.С. |
7 |
3160 |
0,26 |
241 |
Об’єми викидів дизельних електростанцій розраховуємо за формулою 1.5:
м3/с
Швидкість викидів дизельних електростанцій розраховуємо за фор-
мулою 1.3:
м/с
Об’єми викидів підігрівачів газу за формулою 1.5:
м3/с
Швидкість викидів підігрівачів розраховуємо за формулою 1.3:
м/с
Свічі «малого контуру»
Об’єми і швидкість викидів зі свічок «малого контуру» розраховуємо за кількістю газу, що виходить з них у повітря після зупинки ГПА, і терміну викиду газу за формулою:
м3/с,
(1.6)
де V у, V н - об’єми відповідно усмоктувальної і нагнітальної частини «малого контуру», м3;
Pу , Pн - тиск відповідно в усмоктувальній і нагнітальній частинах «малого контуру», Мпа;
tу , tн - температура газу відповідно в усмоктувальній і нагнітальній частинах «малого контуру», град.С;
Z - коефіцієнт стиснення газу, Z у = 0,895; Z н = 0,905;
- термін викиду газу; приймаємо 300 с;
to= 0 град.С; Po = 101,303 кПа 0,1 МПа.
Початкові дані для розрахунку наведені в табл. 1.6.
Таблиця 1.6 – Початкові дані для визначення об’єму та швидкості викидів зі свічок «малого контуру»
№ завдання |
Геометричний об’єм газопроводу, м3 |
Тиск у газопроводі, МПа |
Діаметр свічки, м |
Температура газу, град. С |
|||
усм. |
нагн. |
усм. |
нагн. |
усм. |
нагн. |
||
7 |
4,3 |
5,1 |
4,2 |
6,1 |
0,16 |
16 |
36 |
Розрахуємо об’єм викидів зі свічок «малого контуру» за формулою 1.6:
м3/с
Швидкість розраховуємо за формулою 1.3:
м/с
Сховище
метанолу
Об’єм і швидкість викидів з резервуарної ємкості сховища метанолу розраховуємо за продуктивністю насосу, що подає метанол в резервуар [2]. Приймаємо насос продуктивністю 30 м3/г. Діаметр патрубка дихального клапану – 0,1 м, висота – 4,0 м. Об’єм ємкості – 25 м3. Температуру викиду приймаємо рівною
22 град. С.
Об’єми викидів сховища метанолу розраховуємо за формулою 1.5:
м3/с
Швидкість викидів сховище метанолу розраховуємо за формулою 1.3:
м/с
1.2 Визначення концентрації шкідливих речовин у викидах
Концентрація оксидів азоту, оксида вуглецю були визначені прямими замірами у димових трубах ГПА та підігрівачів газів, парів сірчаної кислоти – у вентсистемі акумуляторної. Результати вимірів наведені в таблицях 1.7 - 1.9.
Таблиця 1.7 – Концентрація парів сірчаної кислоти у викидах з акумуляторної
№ завдання |
Концентрація, г/м3 |
7 |
0,0019 |
Таблиця
1.8 - Концентрація шкідливих речовин
у викидах з димових
труб ГПА
№ ГПА |
Концентрація, г/м3 |
||
NO |
NO2 |
CO |
|
71 |
0,0134 |
0,0090 |
0,0725 |
72 |
0,0180 |
0,0088 |
0,0410 |
73 |
0,0140 |
0,0144 |
0,0520 |
СсрNO = 0,0151 г/м3
СсрNO2 = 0,0097 г/м3
СсрСО = 0,0552 г/м3
Таблиця 1.9 – Концентрація шкідливих речовин у викидах з підігрівачів газу
№ завдання |
Концентрація, г/м3 |
||
NO |
NO2 |
CO |
|
7 |
0,0143 |
0,0114 |
0,0520 |
Концентрацію метанолу у викиді з патрубка дихального клапану резер-
вуарної ємкості розраховано за умовою, що під час наповнення цієї ємкості в атмосферу виходить у повітря, що насичене парами метанолу при 22 град. С.
г/м3,
(1.7)
де ρм – щільність парів метанолу при 220С, кг/м3, ρм = 1,3 кг/м3;
Рм
– пружність парів метанолу при 220С,
мм рт.ст.; розраховано за рівнянням
Антуана; Рм = 134 мм рт.ст.
г/м3 = 229200 мг/м3
Визначення кількості викидів шкідливих речовин у повітря (г/с,кг/рік, т/рік)
1.3.1 Розрахунок потужності викидів
Потужність викидів (г/с) з димових труб ГПА, підігрівачів, вентсистеми акумуляторної та патрубка дихального клапана резервуарної ємкості для сховища метанолу розраховуємо за формулою:
Мі = Vі · Cі , г/с, (1.8)
де Vі - об’єм викиду від відповідного джерела викидів, м3/с;
Сі - концентрація відповідного інгредієнта, г/м3.
Розраховуємо потужність викидів з димових труб ГПА за формулою 1.8:
МNO71 = 181,89 · 0,0134 = 2,44 г/с · 3,6 = 8,77 кг/год
МNO72 = 184,34 · 0,0180 = 3,32 г/с · 3,6 = 11,95 кг/год
МNO73 = 62,04 · 0,0140 = 2,27 г/с · 3,6 = 8,17 кг/год
МNO74,75 = 2,68 г/с ·3,6 = 9,63 кг/год
МNO2 71 = 181,89 · 0,0090 = 1,64 г/с · 3,6 =8,89 кг/год
МNO2 72 = 184,34 · 0,0088 = 1,62 г/с · 3,6 = 5,84 кг/год
МNO2 73= 162,04 · 0,0114 = 1,85 г/с · 3,6 = 6,65 кг/год
МNO2 73,74= 1,70 г/с · 3,6 = 6,13 кг/год
МСО 71 = 181,89 · 0,0725 = 13,19 г/с · 3,6 =47,47 кг/год
МСО72
= 184,34 ·
0,0410 = 7,56 г/с · 3,6 = 27,21 кг/год
МСО 73 = 162,04 · 0,0520 = 8,34 г/с · 3,6 = 30,33 кг/год
МСО 74,75 = 9,73 г/с · 3,6 = 35,00 кг/год
Розраховуємо потужність викидів з підігрівачів за формулою 1.8:
МNO = 1,65 · 0,0143= 0,024 г/с · 3,6 = 0,085кг/год
МNO2 = 1,65 · 0,0114 = 0,019 г/с · 3,6 = 0,068 кг/год
МСО = 1,65 · 0,0520 = 0,086 г/с · 3,6 = 0,309 кг/год
Розраховуємо потужність викидів з вентсистеми за формулою 1.8:
МH2SO4 = 0,200 · 0,0019 = 0,00038 г/с · 3,6 = 0,0014 кг/год
Розраховуємо потужність викидів з патрубка дихального клапана за формулою 1.8:
МСН3ОН = 0,009 · 229,2 = 2,0628 г/с · 3,6 = 7,426 кг/год
Потужність викиду від свічок турбодетандера та «малого контуру» приводимо до 20-хвилинного інтервалу (для джерел викидів з терміном безперервної роботи менш ніж 20 хвилин) [1]. Для розрахунків використовуємо формулу 1.9:
г/с, (1.9)
де Vi -
об’єм викиду природного
газу від відповідного джерела викидів,
м3/с;
і -щільність метану при температурі викиду, кг/м3; (щільність метану при 0 град. С о = 0,714 кг/м3);
- термін безперервної роботи, хвилин; для свічок «малого контуру»;
= 5 хвилин, для свічок турбодетандера = 3 хвилини.
Розрахуємо потужність викиду від свічок турбодетандера за формулою 1.9:
= 894,4 г/с · 3,6 = 3219,99 кг/год
кг/м3
Потужність викиду від свічок «малого контуру» розраховуємо за формулою 1.9:
г/с · 3,6 = 937,04 кг/год
Потужність викидів оксидів азоту та оксиду вуглецю від дизельної електростанції розраховуємо за значенням питомих викидів (5), якщо відомо, що витрати палива становлять 120 кг/г, питомий викид діоксида азоту становить 120 г/кг палива, оксида вуглецю - 50 г/кг палива [1]
Потужність викидів діоксида сірки та зважувальних речовин розраховуємо, виходячи з сіркості палива - 0,5 % та його зольності - 0,01 % .
Концентрації (г/м3) всіх інгредієнтів у викидах з дизельної електро-станції розраховуємо за значеннями потужностей та об’ємів викидів (формула 1.8):
г/с · 3,6 = 14,4 кг/год
г/м3 = 2985 мг/м3
г/с · 3,6 = 6,012 кг/год
г/м3 = 1246 мг/м3
г/с · 3,6 = 1,20 кг/год
г/м3 = 249 мг/м3
г/с · 3,6 = 0,012 кг/год
г/м3 = 2,5 мг/м3