Выбросы ЗВ от горения нефти 
Государственный комитет российской федерации по охране окружающей среды.... Выбросы ЗВ от горения нефти 
Государственный комитет российской федерации по охране окружающей среды....

Выбросы ЗВ от горения нефти => Государственный комитет российской федерации по охране окружающей среды. Расчета выбросов от источников горения при...

 
Пожарная безопасность - главная
Написать нам
ГОСТы, документы

 

Пожарная безопасность ->  Методики ->  Выбросы ЗВ от горения нефти -> 
1
2
3
текст целиком
 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

 

Приказ

от 5 марта 1997 г. № 90

 

Об утверждении методик расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

 

С целью обеспечения единого подхода выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух приказываю

Утвердить Методику расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов.

 

Председатель

В.И. Данилов-Данильян

 

 

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ОТ ИСТОЧНИКОВ ГОРЕНИЯ ПРИ РАЗЛИВЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

 

 

Область применения

 

Настоящая методика устанавливает общие требования к расчету выбросов вредных газообразных и дисперсных веществ в атмосферу при горении нефти и нефтепродуктов, разлитых на различных типах подстилающих поверхностей (вода; инертная почва с буграми и впадинами; почва, покрытая растительностью, в том числе и лесной; болото).

Настоящая методика может использоваться для определения экологического ущерба в результате неконтролируемого горения нефти и нефтепродуктов, разлитых на различных типах подстилающих поверхностей.

 

1 Нормативные ссылки

 

В настоящем документе использованы ссылки на следующие официальные издания:

ГОСТ 8.310-78 ГСИ Государственная служба стандартных справочных данных. Основные положения.

ГОСТ 8.417-81 ГСИ Единицы физических величин.

ГОСТ 2.321-84 ЕСКД Обозначения буквенные.

 

2 Общие положения

 

2.1 Цель методики - расчет итоговых и текущих значений масс выбросов загрязняющих веществ и тепла в атмосферу при неконтролируемом горении нефти и нефтепродуктов в открытом пространстве на различных типах подстилающей поверхности.

2.2 При создании настоящего документа использовались численные значения коэффициентов генерации поллютантов, полученных различными авторами на основе лабораторных экспериментов и анализа последствий реальных пожаров. В том случае, если экспериментальные данные отсутствовали, использовались экспертные оценки.

2.3. Горение представляет собой быстро протекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением теплоты, света и вредных веществ в атмосферу. Различают организованное (контролируемое) горение в топках паровых котлов и различных двигателях и неконтролируемое горение. При организованном горении соединяется расчетное количество Н и НП и кислорода. Неконтролируемое горение имеет место при пожарах в открытом пространстве, возникающих в результате аварий на нефтебазах и нефтехимических производствах или на трубопроводах. Оно представляет собой сложный физико-химический процесс, на скорость которого влияет не только химическая реакция, но и неконтролируемый приток окислителя из окружающей среды.

В результате неконтролируемого горения разлитой нефти и нефтепродуктов возникает конвективная колонка - струя нагретых продуктов полного и неполного сгорания топлива, которые выбрасываются благодаря этой колонке в приземный слой атмосферы. Высота конвективной колонки тем больше, чем большее количество тепла выделяется при горении, т.к. основная движущая сила продуктов сгорания - сила Архимеда. Очаг пожара имеет сложную структуру и включает в себя зону пиролиза углеводородного топлива, зону догорания газообразных и конденсированных продуктов пиролиза. Горение нефти и нефтепродуктов происходит при постоянном давлении и имеет диффузионный характер, т.е. лимитируется поступлением кислорода благодаря подсосу воздуха из окружающей среды. Любой пожар имеет начало, стадию квазистационарного горения и стадию потухания, когда горение прекращается из-за сгорания разлитой нефти, в результате чего устанавливается новое термодинамическое равновесие.

2.4. Исходными данными для методики называют описание предварительного обследования зоны аварии, которое включает:

1) карту-схему района аварии;

2) краткое природно-климатическое описание района, в котором расположен очаг пожара;

3) метеорологические характеристики окружающей среды (температура, скорость ветра, наличие осадков);

4) тип подстилающей поверхности;

5) запас техногенных и природных горючих материалов;

6) экологическое состояние окружающей среды (фоновые концентрации загрязняющих веществ).

2.5. При расчете выбросов загрязняющих веществ в атмосферу необходимо использовать следующий общий алгоритм:

а) обследование места аварии и получение исходных данных (экологического паспорта зоны аварии), в том числе, оценка массы М нефти и нефтепродуктов разлитых на поверхности;

б) выбор типа подстилающей поверхности; 

в) выбор математической модели для расчета выбросов вредных веществ в атмосферу;

г) численное решение задачи об определении итоговых выбросов загрязняющих веществ;

д) численное решение задачи об определении текущих выбросов загрязняющих веществ, если это необходимо;

е) оценка экологического ущерба от выбросов загрязняющих веществ.

 

3 Определения, обозначения и сокращения

 

В настоящей методике используются следующие термины с соответствующими определениями и обозначениями:

3.1. Методика расчета выбросов представляет собой совокупность определений, физических и математических моделей и алгоритмов, позволяющих найти массу выбросов вредных веществ в атмосферу в результате горения нефти и нефтепродуктов для различных исходных данных.

3.2. Физической моделью явления или среды называется описание основных причинно-следственных связей, объясняющих исследуемое явление или структуру среды. Она создается на основе наблюдений, экспериментальных исследований и известных в естественных науках законов природы. С использованием физической модели строится математическая модель выбросов вредных продуктов горения в атмосферу.

3.3. Математической моделью явления или среды называется совокупность математических уравнений, адекватно отражающих физическую модель явления или структуру среды, которые получены на основе законов природы в результате удержания существенных (родовых) и отбрасывания несущественных признаков исследуемого явления или среды, что позволяет понимать сущность явления или структуру среды и достаточно точно прогнозировать основные характеристики исследуемого явления.

3.4. Масштаб экологической катастрофы при разливе нефти (Н) и нефтепродуктов (НП) характеризуется начальной массой М0 нефти или нефтепродуктов, оказавшейся выброшенной в результате аварии в окружающую среду и площадью территории, покрытой ими - S0. Эти величины получают эксперты в результате обследования территории на которой произошла экологическая катастрофа.

3.5. Растительными горючими материалами (РГМ) называются природные углеводородные топлива, к которым относятся тонкие веточки, хвоинки или листья в кронах деревьев и опавшие на землю, а также напочвенный покров (трава, кустарники, мох, лишайник).

3.6. Выбросом загрязняющих веществ в атмосферу называется поступление за определенное время в воздух или образование в нем физико-химических агентов и веществ, неблагоприятно воздействующих на людей и окружающую среду. Выброс любого вредного вещества a обозначается Мa, и измеряется в единицах массы (г, кг, моль).

3.7. Удельным выбросом (коэффициентом эмиссии) a-вещества называется отношение

Кa = Мa /Мг. (3.1)

где Mг - масса сгоревшем нефти или нефтепродукта. Если известна химическая формула Н и НП, то при организованном горении можно определить коэффициенты эмиссии с помощью стехиометрии - науки о количественных соотношениях в которых различные вещества вступают друг с другом в химическую реакцию. Для неконтролируемого горения Кa можно определить только опытным путем.

3.8. Недожогом Н и НП называется масса несгоревшего в условиях неконтролируемого горения топлива Мн. Величина Мн измеряется в кг. Известно, например, что если неконтролируемое горение имеет место на водной подстилающей поверхности, то на поверхности воды остается слой нефти толщиной 2 мм.

3.9. Количество сгоревшего углеводородного топлива Мг можно определить, используя закон сохранения массы

Мг = М0 - Мн. (3.2)

3.10. При аварии трубопровода, фонтане нефти на нефтепромыслах, аварии танкера или поезда с железнодорожными цистернами Н и НП топливо разливается по поверхности, называемой подстилающей. Существуют четыре типа подстилающей поверхности:

1) водная поверхность;

2) инертная почва с известной пористостью и проницаемостью;

3) почва, покрытая растительностью, которая, впитывая Н и НП, сгорает вместе с углеводородным топливом;

4) болота, которые представляют совокупность живых болотных растений, отмерших растений, а также свободной и связанной в растениях воды.

3.11 Поллютант - вещество, загрязняющее среду обитания. Русский синоним этого слова - загрязнитель. Масса выброса поллютанта a-сорта возникающего при горении Н и НП, на основании (3.1) и (3.2) определяется по формуле:

Мa = Кa (М0 - Мн). (3.3)

Величина Мa измеряется в кг.

3.12 Выбросом тепла в атмосферу называется количество теплоты Q, выделяющееся при горении массы Мг, Н и НП. Выброс тепла в атмосферу определяется по формуле

Q = q (M0 - Mн) (3.4)

3.13 M0 - масса нефти или нефтепродукта, разлитые на поверхности в результате аварии, т;

3.14 Q - количество тепла, выброшенного в атмосферу в результате горения нефти или нефтепродуктов, кДж;

3.15 q - тепловой эффект горения нефти или нефтепродукта кДж/кг;

3.16 S0 - площадь территории, покрытая разлитыми нефтью или нефтепродуктами, м2;

3.17 r0 - плотность нефти или нефтепродукта, кг/м3;

3.18 h - толщина слоя нефти или нефтепродукта, разлитых на поверхности, мм;

3.19 h* - величина критической толщины слоя нефти или нефтепродукта, ниже которой горение прекращается, мм;

3.20 j - пористость почвы (j = Vп/V, Vп - объем пор в единице объема пористой среды; V - объем пористой среды);

3.21 Мн - масса несгоревшего в результате пожара нефтепродукта или нефти, кг;

3.22 Mг - масса сгоревшего в результате пожара нефтепродукта или нефти, кг;

3.23 К - коэффициент полноты сгорания нефти или нефтепродукта, определяющий какая часть исходной массы топлива сгорела при пожаре:

К = Мг / М0; (3.5)

3.24 m - запас лесных горючих материалов, кг/м2;

3.25 W - влагосодержание лесных горючих материалов в процентах;

3.26 W* - предельное значение влагосодержания, выше которого ЛГМ не горит, в процентах;

3.27 Кв - доля площади болота, занятая водой;

3.28 W' - влагосодержание грунта;

3.29 х, у - координаты контура нефтяного пожара - кривой на подстилающей поверхности, которая охватывает зону горения и отделяет ее от остальной части подстилающей поверхности;

3.30 a, b - большая и малая полуоси элипса, соответствующего контуру пожара;

3.31 х0, у0 - координаты центра эллипса;

3.32 Vе - скорость ветра, м/с;

3.33 wn - скорость распространения пламени по нормали к контуру нефтяного пожара, м/с;

3.34 q - угол между скоростью распространения пламени по нормали к контуру и направлением ветра;

3.35 wА - скорость распространения фронта пожара по направлению ветра, м/с;

3.36 wВ - скорость распространения фронта пожара против скорости ветра, м/с;

3.37 wС - скорость распространения фронта пожара перпендикулярно скорости ветра, м/с;

3.38 wZ - линейная скорость послойного сгорания нефти, м/с;

3.39 wZ0; wZ¥ - линейная скорость послойного сгорания нефти при нулевой и предельно большой скорости ветра, м/с;

3.40 t - текущее время горения, с;

3.41 F* - площадь нефтяного пятна, м2;

3.42 М* - масса несгоревших нефтепродуктов в момент времени окончания горения t*, кг;

3.43 t* - полное время горения нефти или нефтепродуктов, с;

3.44 Мг* - полная масса нефти, выгоревшая к моменту времени t*, кг;

3.45 Ma* - полное значение выбросов поллютантов к моменту времени t*, кг;

3.46 Q* - полное значение выбросов тепла к моменту времени t*, кДж;

3.47 h1 - глубина лунки, м;

3.48 r1 - радиус основания лунки, м;

3.49 a1 - полураствор угла при вершине лунки, град.;

 

4 Описание методики расчета итоговых выбросов вредных веществ и тепла в атмосферу при горении топлива на водной поверхности

 

Известно, что Н и НП обладают меньшей плотностью чем вода, они не растворяются в воде и при аварии растекаются на водной поверхности. Особенностью горения нефти на водной поверхности является то, что на ней остается слой топлива h*, который не сгорает. Величина h*, зависит от сорта Н и НП.

Для массы недожога Мн в этом случае следует использовать формулу:

Mн = r0 S0 h*. (4.1)

Введем коэффициент недожога:

. (4.2)

Тогда коэффициент полноты сгорания равен:

. (4.3)

Очевидно, что по определению 0 < Кн < 1 и 0 < К < 1. Для водной поверхности:

. (4.4)

Зная К, получим расчетные формулы для выброса поллютантов и тепла при горении топлива на водной подстилающей поверхности:

Мa = К Кa М0, a = 1 ... N; Q = q K M0. (4.5)

Конкретные значения Кa приведены в таблице 4.1

 

Таблица 4.1. Коэффициенты эмиссии поллютантов при горении НиНП и ЛГМ

 

№ п/п

Поллютант

Кa для НиНП [кг/кг]

Кa для ЛГМ [кг/кг]

нефть

диз. топливо

бензин

1.

Оксид углерода СО

8,40·10-2

7,06·10-3

3,11·10-1

1,35·10-1

2.

Диоксид углерода СО2

1,00

1,00

1,00

1,35·10-1

3.

Оксиды азота NOx

6,9·10-3

2,61·10-2

1,51·10-2

4,05·10-4

4.

Оксиды серы (в пересчете на SO2)

2,78·10-2

4,71·10-3

1,20·10-3

1,00·10-6

5.

Сероводород (H2S)

1,00·10-3

1,00·10-3

1,00·10-3

1,00·10-6

6.

Сажа (С)

1,70·10-1

1,29·10-2

1,47·10-3

1,10·10-2

7.

Синильная кислота (HCN)

1,00·10-3

1,00·10-3

1,00·10-3

1,00·10-6

8.

Дым (ультрадисперсные частицы SiO2)

1,00·10-6

1,00·10-6

1,00·10-6

5,50·10-2

9.

Формальдегид (НСНО)

1,00·10-3

1,18·10-3

5,33·10-4

1,00·10-6

10.

Органические кислоты (в пересчете на СН3СООН)

1,50·10-2

3,65·10-3

5,33·10-4

1,00·10-6

 

5 Описание методики расчета итоговых выбросов вредных веществ при горении топлива на инертной почве

 

Инертная почва характеризуется количеством микровпадин и впитыванием Н и НП в почву в результате фильтрации. Например, скорость фильтрации для песчанной почвы Wф = 0.000065 м/с, а для глинистой Wф = 0.00001 м/с.

Для инертной почвы для определения величины Кн предлагается следующая формула:

Кн = j W', 0 < j < 1, 0 < W' < 1. (5.1)

Здесь j - пористость грунта, W - влагосодержание грунта.

При разливе нефти на инертной почве горение сосредотачивается в микровпадинах. Пусть на обследованной местности обнаружено n микровпадин. Тогда для каждой отдельной впадины i имеем следующие формулы для определения выбросов вредных веществ и тепла:

Ma,i = Кi Ka,i M0,i, Qi = q Кi M0,i, a = 1...N, i = 1...n, (5.2)

где индекс i приписывается характеристикам i-ой впадины.

В целом, для всей территории имеем следующие формулы:

, . (5.3)

Здесь и выше коэффициенты полноты сгорания Кi определяются эмпирически в результате обследования местности после пожара. Следует отметить что для песчаной почвы значения Кi при прочих равных условиях меньше, чем для глинистой, т.к. песчаная почва имеет большую пористость и проницаемость. Поэтому для нее более значительная часть нефти впитывается в почву и не сгорает, а для глинистой и каменистой почвы имеет место обратный эффект.

 

1
2
3
текст целиком

 

Краткое содержание:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ОТ ИСТОЧНИКОВ ГОРЕНИЯ ПРИ РАЗЛИВЕ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

2 Общие положения

4 Описание методики расчета итоговых выбросов вредных веществ и тепла в атмосферу при горении топлива на водной поверхности

6 Описание методики расчета итоговых выбросов вредных веществ при горении топлива на почве, покрытой растительностью

Математическая модель для расчета текущих выбросов поллютантов при горении нефти на поверхности воды

Математическая модель и алгоритм расчета текущих выбросов при горении нефти и нефтепродуктов на инертной почве

В. Математическая модель и методика для расчета текущих выбросов поллютантов при горении нефтепродуктов, разлитых на растительном покрове

СОДЕРЖАНИЕ

Рейтинг@Mail.ru