Оценка производительности факельной установки

 

5.1. Объемный расход W_v (м³/с) и скорость истечения U (м/с), сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа, измеряется экспериментально, либо, при отсутствии прямых измерений, W_v рассчитывается по формуле

 

W_v=0.785·U·d_o² , (5.1.1)

 

где U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений);

d_o - диаметр выходного сопла, м (по проектным данным факельной установки).

При отсутствии прямых измерений скорость истечения U принимается в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем" 1992 г. равной при постоянных сбросах:

 

U=0.2·U_ЗВ ; (5.1.2)

 

при периодических и аварийных сбросах:

 

U=0.5·U_ЗВ, (5.1.3)

 

где U_ЗВ - скорость распространения звука в ПНГ, рассчитываемая согласно прил. 10.

 

5.2. Массовый расход W_g (кг/ч) сбрасываемого на факельной установке газа рассчитывается по формуле

 

W_g=2826·U·d_o²·ρ_Г, (5.2)

 

где ρ_Г - плотность ПНГ, кг/м³, см. таблицу с исходными данными.

 

Таблица 4.1

 

Исходные данныедля расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа

на факельных установках

 

Номер варианта	Месторождение	Высота ствола, м	Диаметр выходного сопла, мм	Температура воздуха, ºС	Влажность воздуха δ, (%)	Атмосферное давление, мм рт.ст.	Компонентный состав ПНГ, Vi, ( % об.)	Плотность ρГ, кг/м3	Относительный удельный вес по воздуху	Qнизш, ккал/м3
Метан (CH4)	Этан (C2H6)	Пропан (C3H8)	Изо-бутан	н-бутан	Изо-пентан	н-пентан	Гексан	Сероводород (H2S)	Азот (N2)
	Туймазинское РТ (девонская нефть)			-5 -5			50,73	16,78	9,22	1,08	2,41	0,51	0,42		0,00	18,29	1,0725	0,8900
	Туймазинское РТ (угленосная нефть)			-5 -5			47,95	9,23	5,19	0,68	1,23	0,28	0,16	0,20	0,13	34,35	1,0228	0,8537
	Туймазинское РБ (девонская нефть)			-5 -5			52,48	15,59	10,16	1,20	2,60	0,53	0,54	0,52	0,00	16,18	1,0798	0,8960
	Туймазинское РБ (угленосная нефть)			-5 -5			48,35	9,33	5,18	0,68	1,24	0,27	0,17	0,22	0,11	33,85	1,0229	0,8537

Продолжение табл.4.1

 

	Мустафинское			-5 -5			47,17	3,07	2,45	0,58	0,74	0,28	0,11	0,19	1,20	43,21	1,0004	0,8302
	Калаевское			-5 -5			14,77	0,94	0,59	0,18	0,22	0,08	0,02	0,04	1,50	80,66	1,1347	0,9416
	Ардатовское			-5 -5			36,79	4,59	4,00	0,67	1,04	0,32	0,07	0,21	6,10	44,02	1,0901	0,9046
	Юбилейное			-5 -5			30,34	3,04	2,34	0,36	0,59	0,18	0,05	0,19	0,78	61,13	1,0782	0,8947
	Самотлорское месторождение			-5 -5			67,6	4,37	10,99	2,98	6,64	1,80	1,92	0,09	0,00	1,48	1,1513	0,8654
	Варьёганское месторождение			-5 -5			59,42	3,81	13,82	3,69	7,63	2,83	3,19	0,06	0,00	1,94	1,1862	0,9152
	Советское месторождение			-5 -5			51,89	5,29	15,57	5,02	10,33	2,99	3,26	0,66	0,00	1,53	1,2438	0,9323

 

 

5.3. Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку, W_пp (м³/с):

 

W_пp = W_v· V_пс · (273+Т_г)/273, (5.3)

 

где W_v – объемный расход (м³/с) сжигаемого на факельной установке ПНГ, рассчитываемой по формуле (5.1.1);

V_пс - объем продуктов сгорания (м³/м³), рассчитываемый по (3) прил.7.

Т_Г - температура горения, рассчитываемая согласно п. 3.3.

 

Расчет мощности выбросов вредных веществ в атмосферу

 

6.1. Расчет физико-химических характеристик сжигаемого попутного нефтяного газа.

6.1.1. Расчет условной молекулярной массы М_Г, кг/моль (формула (1) прил.1).

6.1.2. Расчет массового содержания химических элементов (% масс.) в ПНГ (формулы (2) и (3) прил.1).

6.1.3. Расчет числа атомов элементов в условной молекулярной формуле ПНГ (формулы (4) и (5) прил.1).

 

6.2. Расчет физико-химических характеристик влажного воздуха.

Для заданных метеоусловий:

- температура t°, C;

- давление Р, мм рт.ст.;

- относительная влажность φ (в долях или %).

6.2.1. Определение массового влагосодержания d (кг/кг) влажного воздуха по номограмме (прил.5).

6.2.2. Расчет массовых долей компонентов во влажном воздухе (формулы (2) и (3) прил.4).

6.2.3. Расчет количества атомов химических элементов в условной молекулярной формуле влажного воздуха (табл.3 прил.4).

6.2.4. Расчет плотности влажного воздуха ρ_В.В, кг/м³ (формула (5) прил.4).

 

6.3. Расчет стехиометрической реакции горения попутного нефтяного газа в атмосфере влажного воздуха.

6.3.1. Расчет мольного стехиометрического коэффициента М (формула (2) прил.7).

6.3.2. Определение теоретического количества влажного воздуха V_ВВ (м³/м³), необходимого для полного сгорания 1 м³ ПНГ (п.3 прил.7).

6.3.3. Расчет количества продуктов сгорания V_пс (м³/м³), образующихся при стехиометрическом сгорании 1 м³ ПНГ в атмосфере влажного воздуха (формула (3) прил.7).

 

6.4. Проверка выполнения условий бессажевого горения попутного нефтяного газа на факельной установке.

6.4.1. Расчет скорости распространения звука в сжигаемой газовой смеси U_ЗВ (м/с) (формула (1) прил. 10 или рис. 1,2 прил.11).

6.4.2. Проверка выполнения условия бессажевого горения:

 

U > 0.2U_ЗВ . (6.1)

 

6.5. Определение удельных выбросов вредных веществ на единицу массы сжигаемого попутного нефтяного газа (кг/кг).

6.5.1. Для оценок мощности выбросов, оксида углерода, оксидов азота (в пересчете на диоксид азота), а также сажи в случае невыполнения условия бессажевого сжигания используются опытные значения удельных выбросов на единицу массы сжигаемого газа, представленные в нижеследующей таблице:

Таблица 6.1

 

Удельные выбросы (кг/кг)	Бессажевое сжигание	Сжигание с выделением сажи
qСО	2·10-2	0.25
qNOX	3·10-3	2·10-3
qсажи	-	3·10-2
бенз(а)пирен	2·10-11	8·10-11

 

В случае сжигания серосодержащего попутного нефтяного газа удельный выброс диоксида серы рассчитывается по формуле

 

qSO₂ = MSO₂· S/M_г , (6.2)

 

где МSO₂ - молекулярная масса SO₂;

М_Г - условная молекулярная масса горючего;

S - количество атомов серы в условной молекулярной формуле попутного нефтяного газа (см. прил.1,2).

При необходимости определения выбросов СО₂, N₂, О₂, H₂O следует руководствоваться формулами, приводимыми в прил.13.

Вредные вещества при сжигании попутного нефтяного газа попадают в атмосферу также за счет недожога газа. Коэффициент недожога определяется или экспериментально для факельных установок определенной конструкции, или полагается равным 0.0006 при бессажевом сжигании и 0.035 в противном случае.

Удельные выбросы углеводородов (в пересчете на метан), а также содержащихся в газе сернистых соединений, таких как сероводород и меркаптаны, определяются по общей формуле:

 

(Уд. выброс) = 0.01 · (коэф. недожога) · (массовая доля в %). (6.3)