 |
Необходимость и значимость мониторинга воздушного бассейна предприятий по переработке углеводородных систем
|
|
|
|
Введение
Углеводородные системы - нефть, продукты ее переработки и газоконденсаты оказывают отрицательное воздействие на воздух, воду и почву. Предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России, в том числе - по добыче и переработке нефти, несмотря на снижение объемов производства, остаются крупнейшим в промышленности источником загрязнителей окружающей среды. На их долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод, свыше 30% твердых отходов и до 70% общего объема парниковых газов. При этом, загрязняя окружающую природную среду, предприятия ТЭК несут существенные финансовые потери. Количество нефтепродуктов в водных объектах густонаселенных городов превышает предельно допустимую концентрацию в 9-15 раз, в сельской местности тысячи гектаров земли, частично или полностью, исключаются из хозяйственного оборота.
Решение проблемы очистки почвенного покрова от загрязнений нефтью и продуктами, его трансформации в настоящее время относится к числу приоритетных. К сожалению, у специалистов отсутствуют аттестованные методики определения содержания нефти и продуктов ее превращений, нормативы допустимого содержания нефти и нефтепродуктов в почвах разных типов, в том числе, остаточного содержания их после проведения рекультивационных работ на почвах различного хозяйственного назначения. Это обусловливает многочисленные проблемы во взаимоотношениях между предприятиями и природоохранными органами, затрудняет планирование и проведение рекультивационных мероприятий, приемку земель.
Не менее актуальна проблема выбросов газов и пыли. Результат воздействия - загрязнение атмосферы в виде запыленности и загазованности. Так, нефтеперерабатывающими предприятиями выбрасывается в атмосферу свыше 1050 тыс. т загрязняющих веществ, при этом доля улова на фильтрах составляет только 47,5%. Основной состав выбросов предприятий в атмосферу: 23% - углеводороды; окислы: 16,6% - серы, 7,3% - углерода, 2% - азота. По некоторым данным, в российской нефтеперерабатывающей промышленности выбрасывается в атмосферу около 0,45% перерабатываемого сырья, в то время как на Западе - 0,1%. Непоправимый вред окружающей среде наносит факельное хозяйство НПЗ. При сжигании топлива в факельных печах образуются аэрозольные частицы - продукты конденсации углерода и канцерогенные углеводороды типа бенз(а) пирена.
|
|
|
Отдельного обсуждения требует проблема загрязнения гидросферы нефтью и нефтепродуктами. Существует серьезная проблема загрязнения водного бассейна, начиная от небольших водоемов и рек и заканчивая великими реками и Мировым океаном. Кроме того, существует отдельная проблема загрязнения грунтовых вод. Со сточными водами нефтеперерабатывающих предприятий в водоемы поступает значительное количество нефтепродуктов, сульфидов, хлоридов, соединений азота, фенолов, солей тяжелых металлов, взвешенных веществ и др. Природные катастрофы - землетрясения, цунами и т.д. сопровождаются разрушением нефтебаз, портовых нефтехранилищ и гибелью судов.
Целью данной курсовой работы является решение экологических проблем при первичной переработке нефтепродуктов.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
· Рассмотреть особенности воздействия на атмосферу углеводородных систем
· Изучить пути повышения уровня экологической безопасности
· Проанализировать особенности мониторнинга загрязнения атмосферы при переработке углеводородных систем.
.
Особенности воздействия на атмосферу углеводородных систем
|
|
|
Экологические проблемы начинаются уже на стадии добычи нефтяного сырья и его поставки на предприятия. Так, в процессе добычи нефти наиболее характерными загрязнителями окружающей среды являются углеводороды (44,9% от суммарного выброса), оксид углерода (47,4%) и различные твердые вещества (4,3%). При этом улавливание вредных веществ остается очень низким и составляет - 2,5%. Даже, если учесть, что информация о части аварий предприятия нефтегазового комплекса является неполной, имеющиеся цифры говорят сами за себя. Ежегодно происходит более 60 крупных аварий и около 20 тыс. случаев, сопровождающихся значительными разливами нефти, попаданием ее в водоемы, гибелью людей, большими материальными потерями.
Не менее острые проблемы возникают при транспорте нефти на НПЗ. На предприятия по переработке нефть подается трубопроводным, водным (танкеры, баржи) и железнодорожным (цистерны) транспортом. Наиболее экономична транспортировка нефти по трубопроводам - себестоимость перекачки нефти в 2-3 раза ниже, чем стоимость перевозки по железной дороге. Но при этой транспортировке нефти возникают очень серьезные экологические проблемы. Средняя дальность перекачки нефти в нашей стране составляет до 1500 км. Нефть транспортируется по трубопроводам диаметром 300-1200 мм, подверженным коррозии, отложениям смол и парафинов внутри труб. Поэтому по всей длине магистральных нефтепроводов необходимы технический контроль, своевременный ремонт и реконструкция. Непоправимый ущерб природе нанесен, например, в 1994 г. в результате аварии на нефтепроводе в Коми, тогда более 14 тыс. т нефти попало в почву и воду. По данным специалистов, абсолютное большинство (89-96%) аварийных разливов нефти вызывают сильные и необратимые повреждения природных биоценозов.
В районе нефтепроводов существуют области с постоянно нарушенным растительным покровом (до 7% от площади освоения). Наблюдается зона сплошного уничтожения растительного покрова на трассах трубопроводов, которая составляет около 15% всей площади освоения. На трассах трубопроводов ширина зоны разрушения природы изменяется от 40 до 400 м для одной магистральной нити. При сохранении существующих тенденций можно ожидать снижения на 20% общей численности видов млекопитающих в регионе, прилегающем к нефтепроводам. Кроме того, при сохранении существующего уровня аварийности нефтедобычи и транспортировки нефти и газа следует ожидать уменьшения численности промысловых животных более чем на 25%. При ликвидации последствий аварий на трубопроводах часто используются приемы, которые еще больше усугубляют экологическую ситуацию. В настоящее время основным способом ликвидации нефтяных разливов на местности является их механический сбор, в ряде случаев с использованием сорбентов, с последующим выжиганием или захоронением остатков путем отсыпки песком или торфом. При этом местность загрязняется токсичными и канцерогенными продуктами горения.
|
|
|
Кроме того, на самих предприятиях нефтепереработки, нефтехимии и нефтебазах происходит загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная глобальная проблема - загрязнение почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. Кроме перечисленных выше опасностей наблюдается сильное геомеханическое воздействие из-за изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, ухудшение качества почв, эрозия почв. Выжигание (особенно на поверхности почвы) является наиболее опасной формой ликвидации загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества, которые разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию числа онкологических заболеваний местного населения.
Напомним, что ежегодно в океан сбрасывается около 10 млн. т нефти. К сожалению, в настоящее время не существует научно обоснованного четкого определения - какую концентрацию нефтепродуктов и нефти следует считать катастрофической для водоема в зависимости от его объема, гидродинамических характеристик и биоресурсов. По существующим международным нормативам авария на море определяется как утечка более 50 т нефти. Понятно, что для небольшой речки, озера или морского лимана, фиорда эта концентрация может быть губительной, так как для гибели большинства морских и речных рыб достаточно средней концентрации нефтепродуктов порядка 0,01 мг на 1 л морской или пресной воды. Из-за особого значения поверхностного слоя гидросферы в воспроизводстве водной флоры и фауны загрязнение воды нефтью и нефтепродуктами наносит ущерб на порядок, превышающий другие виды отрицательного воздействия на природу. По данным периодической печати, например, на нефтепромыслах в одном только Мексиканском заливе за четыре года произошло 182 крупных выброса нефти. В среднем на морских нефтепромыслах случается две аварии на каждые 1000 скважин. Серьезные проблемы угрожают Каспию в связи с планируемой разработкой новых месторождений. Следует отметить, что существует проблема углеводородных загрязнений водного бассейна даже не очень токсичными углеводородами, которые, образуя пленку, снижают доступ кислорода к поверхности воды. Последствием образования углеводородных пленок является изменение нагрева водной поверхности при снижении количества кислорода. Известно, что одна тонна нефти способна загрязнить до 12 км2 морской поверхности. Ежегодно выводятся из нормального функционирования порядка 120 млн. км2 морской поверхности или 1/6 часть Мирового океана. С образованием нефтяной пленки уменьшается испарение с поверхности воды на 60%. Глобальные последствия образования пленок следующие:
|
|
|
· - снижение количества осадков над континентами и, как следствие, - увеличение пустынь и участков суши, непригодных для сельского хозяйства;
· - более частое возникновение циклонов, изменение метеообстановки;
· - сокращение (вырождение) численности рыб и планктона;
· - нефтяная пленка способствует гибели птиц и морских млекопитающих.
Но опасное воздействие нефти и нефтепродуктов этим не ограничивается. Много нефтепродуктов поступает в моря и океаны через речные и канализационные стоки. На долю нефтеперерабатывающей промышленности приходится ~ 1% объема используемой свежей воды в РФ и 13% сброса сточных вод в водоемы. Значительный урон гидросфере наносят нефтеразведочные и нефтеналивные суда. Водоизмещение современных танкеров для морского транспорта нефти растет и достигает 700 тыс. т, поэтому катастрофы танкеров в различных частях земного шара оказывают влияние на морские биоценозы в различных частях земного шара. Последствия таких катастроф самые разрушительные. Так, крушение танкера «Находка» (1997 г.), в результате которого разлилось 5 тыс. т нефти, нанесло значительный ущерб рыболовству дальневосточного региона.
|
|
|
2.
Пути повышения уровня экологической безопасности
Меры, предотвращающие загрязнение гидросферы:
· - увеличение капиталовложений в новые технологии транспорта, добычи и переработки нефти;
· - совершенствование международного экологического законодательства;
· - разработка новых приемов и активных веществ для очистки водной поверхности;
· - повышение надежности систем очистки сточных вод нефтехимических производств, автотранспортных предприятий и нефтехранилищ;
· - рациональное размещение предприятий ТЭК с учетом особенностей природных систем.
Воздействие на человека обусловлено всеми перечисленными выше типами воздействия нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств на биосферу.
3.
Особенности мониторинга загрязнения атмосферы при переработке углеводородных систем
Необходимость и значимость мониторинга воздушного бассейна предприятий по переработке углеводородных систем
углеводородный мониторинг загрязнение атмосфера
Необходимость и значимость мониторинга воздушного бассейна предприятий по переработке углеводородных систем связаны с насыщенностью источниками выделения и опасностью выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. Напомним, что к вредным веществам относят те вещества, которые при контакте с организмом человека вызывают профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами. При этом учитываются воздействия этих веществ в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. К основным целям мониторинга воздушного бассейна следует отнести:
· - наблюдение за известными источниками поступления вредных веществ в воздушный бассейн;
· - выявление источников и факторов загрязнения, а также степени их воздействия;
· - оценку фактического состояния атмосферного воздуха;
· - прогноз загрязнения атмосферного воздуха и пути улучшения ситуации;
· - определение приоритетных загрязнителей воздушного бассейна с использованием результатов прошлых наблюдений и данных об уровнях фонового загрязнения.
Данные мониторинга, полученные в результате прямых и косвенных (расчетные методики) измерений, используются для решения таких задач, как:
· - проверка соответствия нормам экологического законодательства;
· - оценка эффективности технологических процессов;
· - экспертиза новых технологий контроля за загрязнением атмосферы и водного бассейна;
· - создание баз данных по выбросам всех типов технологических процессов;
· - установление коэффициентов эмиссии загрязнителей;
· - оценка влияния источника выброса на качество воздуха в регионе с использованием моделей рассеивания;
· - разработка целенаправленной экологической политики предприятия.
На опасных объектах целесообразно использовать следующие способы получения результатов аналитических измерений о состоянии окружающей среды:
· - предварительный отбор проб в заранее определенных точках отбора с последующим анализом в лаборатории (лабораторная сеть наблюдений);
· - отбор проб и проведение анализа в точке отбора с помощью специально предназначенных для этого приборов (инструментальный контроль);
· - отбор проб, проведение анализа на стационарных постах и передача полученной информации в автоматическом режиме в центр сбора и обработки информации (автоматизированные системы мониторинга).
Использование методов дистанционного мониторинга оказывается чрезвычайно дорогим. Основными недостатками лабораторной сети наблюдений за состоянием загрязнения окружающей среды является ее неоперативность и периодичность. Запаздывание получения результата от момента отбора проб составляет в среднем 5-6 ч. При такой системе отсутствует постоянная достоверная информация о состоянии атмосферы промышленной и санитарно-защитной зон и нет возможности в полной мере реализовывать цели и задачи, предъявляемые к мониторингу окружающей среды.
Решением данной проблемы является создание автоматизированных систем мониторинга окружающей среды (СМОС), которые позволяют увязать все наблюдения за состоянием загрязнения атмосферы, водного бассейна, почвы и станут необходимым звеном системы экологического менеджмента (СЭМ). Внедрение СМОС в качестве подсистемы в интегрированную информационную управляющую систему (ИИУС) предприятия обеспечит в перспективе объединение с информационной системой городского или регионального уровня. СМОС заводов по переработке УВС станут элементами отраслевых подсистем ЕГСЭМ. Одним из наиболее важных элементов систем мониторинга окружающей среды будет система управления базами данных, работающая в режиме реального времени.
Для создания, внедрения и функционирования данных систем необходимо рассмотреть и решить следующие вопросы:
· - общие требования к системе;
· - размещение и количество постов наблюдений;
· - программу и сроки наблюдений;
· - определение перечня веществ, подлежащих наблюдению, и соответствующего ему аппаратурного оформления;
· - организацию метеорологических наблюдений и анализ проб.
Степень загрязнения воздушной среды зависит от применяемой техники и технологии, а также от масштабов переработки углеводородных систем. Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оказывают заметное негативное влияние на состояние окружающей среды, и, прежде всего, на атмосферный воздух, что обусловлено их деятельностью и сжиганием продуктов переработки нефти (моторных, котельных топлив и др. продукции).
По загрязнению воздушного бассейна нефтепереработка и нефтехимия занимают четвертое место среди других отраслей промышленности. В состав продуктов сгорания топлива входят такие загрязняющие вещества, как оксиды: азота, серы и углерода, технический углерод, углеводороды, сероводород.
В процессах переработки углеводородных систем в атмосферу выбрасывается более 1500 тыс. т/год вредных веществ. Из них (%): углеводородов - 78,8; оксидов серы - 15,5; оксидов азота - 1,8; оксидов углерода - 17,46; твердых веществ - 9,3. Выбросы твердых веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота составляют до 98% суммарных выбросов от промышленных предприятий. Как показывает анализ состояния атмосферы, именно выбросы этих веществ в большинстве промышленных городов создают повышенный фон загрязнения. Удельные выбросы токсичных веществ в воздушный бассейн в целом по заводам данной отрасли составляют (кг/т нефти): углеводороды - 3,83; оксиды серы - 0,79; оксиды азота - 0,09; оксиды углерода - 0,41. Выбросы в атмосферный воздух специфических веществ (аммиака, ацетона, фенола, ксилола, толуола, бензола) составляют -2%. На предприятиях нефтепереработки и нефтехимии улавливается около 46,2% от общего количества выбросов от всех стационарных источников выделения вредных веществ, причем, количество утилизируемых вредных веществ составляет 56,7% (от улавливаемых). Прежде всего, это углеводороды (25-70%). В табл. 3.1 представлена структура выбрасываемых, улавливаемых и утилизируемых веществ предприятиями нефтепереработки и нефтехимии.
Таблица 1 Структура выбрасываемых, улавливаемых и утилизируемых веществ на предприятиях нефтепереработки и нефтехимии
| Вещество | Структура выбросов, % | Структура улавливаемых веществ, % | Структура утилизируемых веществ, % |
| Углеводороды | 72,06 | 69,38 | 63,04 |
| Диоксид серы | 14,26 | 0,40 | 0,03 |
| Оксид углерода | 8,85 | 3,40 | 0,38 |
| Оксиды азота | 1,58 | 0,31 | 0,34 |
| Сероводород | 0,41 | 2,78 | 1,83 |
| Аммиак | 0,47 | 2,45 | - |
| Фенол | 0,06 | 0,01 | 0,01 |
| Твердые вещества | 0,90 | 9,73 | 15,15 |
| Прочие | 1,41 | 11,54 | 10,05 |
Величина безвозвратных потерь для отечественных предприятий составляет в среднем 1% от объема переработанной нефти. Безвозвратные потери нефти и нефтепродуктов по различным источникам на заводах с глубокой переработкой нефти составляют (в%):
потери углеводородов (включая сернистые соединения) за счет испарения - 63, в том числе: из резервуаров и емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов (открытого типа с шатровой крышей) - 40; с поверхности сточной жидкости в нефтеловушках и различных прудах, с сооружений биологической очистки сточных вод, включая испарение из канализационных колодцев и открытых градирен - 19; при наливе в цистерны и при товарных операциях (на эстакадах открытого типа) - 1,3; прочие источники испарения, утечки через неплотности, пропуски через клапаны и воздушники на аппаратах, не подключенных к факельной линии и др. - 2,7;
· - потери на факелах (при отсутствии газгольдеров для улавливания факельного газа) - 17;
· - потери при сжигании кокса с катализаторов, от разливов и утечек в грунт, с газами разложения на АВТ и битумных установках, со шламами, глинами и т.д. - 19;
· - потери со сточными водами (до биологической очистки при содержании в них 75 мг/л нефтепродуктов) - 1.
Показатели валовых выбросов вредных веществ от различных источников не могут полностью характеризовать степень опасности их для окружающей среды. Например, специфические вещества (ацетон, аммиак, фенол, толуол, бензол и др.) имеют высокий класс опасности и низкие значения предельно допустимых концентраций (ПДК) и, несмотря на малотоннажный выброс, могут представлять большую опасность для жизнедеятельности человека. Поэтому для оценки степени загрязнения атмосферы используются единичные усредненные показатели загрязнения атмосферы, нормированные на ПДК соответствующего периода усреднения. Нормированные на ПДК единичные усредненные и разовые показатели загрязнения атмосферы называются единичными индексами загрязнения атмосферы.
Лимитирующий показатель вредности характеризует направленность биологического действия вещества: рефлекторное и резорбтивное. Под рефлекторным действием понимают реакцию со стороны рецепторов верхних дыхательных путей - ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержку дыхания и т.п. Указанные эффекты возникают при кратковременном воздействии вредных веществ, поэтому, рефлекторное действие лежит в основе установления максимальной разовой ПДК (ПДКм.р.). Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и от длительности его вдыхания. С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК (ПДКс.с.).
При установлении ПДК загрязняющего вещества в атмосферном воздухе исходят из следующих основных принципов:
· - любой химический загрязнитель имеет порог действия. Безвредными являются дозы загрязнителей на уровне подпороговых концентраций;
· - величина ПДК должна защищать от неблагоприятного воздействия нормируемого загрязняющего вещества каждого члена общества, а не «среднего» человека. В связи с этим нормирование ведется в расчете на наиболее ранимые группы населения, к которым относят детей, лиц старших возрастов или ослабленных болезнями;
· - в основе нормирования загрязняющих веществ лежат натурные наблюдения за населением и животными. Величину ПДК обычно устанавливают в 3-10 раз ниже пороговой концентрации;
· - при оценке порогового уровня необходимо учитывать функциональные неспецифические изменения в организме и отдаленные последствия, а не только очевидные патологические изменения.
Как указывалось выше, к основным загрязнителям атмосферного воздуха, определяющим увеличение трансграничных загрязнений, выпадение кислотных дождей, разрушение озонового слоя, накопление в атмосфере токсичных и химически активных веществ относятся: диоксиды серы и азота, оксид углерода, углеводороды, твердые вещества.
В табл. 2 в качестве примера представлены данные о выделении в атмосферу вредных веществ на трех НПЗ разной мощности:
Для оценки значимости среднегодовых выбросов различных вредных веществ как для отдельных производств, так и для отрасли в целом предложены различные показатели:
· - коэффициент токсичности вредного вещества Г1;
t = Мг /ПДКм.р., (т·м3)/(год·мг),
где Мг - суммарный выброс вредного вещества за год, т/год;
ПДКм.р. - максимальная разовая ПДК, мг/ м3;
· - индекс суммарной токсичности:
где N - количество вредных веществ.
Гз = N Г1i
∑
i = 1
где N - количество вредных веществ.
· - показатель Пд
Пд = М/(ПДК·103), м3/с,
где М - выброс вредного вещества (г/с);
· - другие параметры, учитывающие высоту источника, долю организованных источников в общих выбросах, мощность производства по сырью и др.
Если в показателях не учитывается класс опасности вредных веществ, последний определяется по самому опасному ингредиенту.
С учетом коэффициента токсичности приоритетный перечень вредных выбросов для предприятий по переработке углеводородных систем представлен в табл. 2.
Приоритетный перечень вредных веществ для конкретного предприятия может отличаться от отраслевого, поэтому при разработке природоохранных мероприятий необходимо составление приоритетных перечней вредных веществ для каждого предприятия. В первую очередь, следует обращать внимание на мероприятия по сокращению и обезвреживанию выбросов тех вредных веществ, которые имеют высокий приоритетный номер.
Таблица 2. Содержание вредных веществ в выбросах НПЗ различной мощности
| Вредные вещества | Концентрация вредных веществ в газовых выбросах объектов разной мощности (в% к мощности НПЗ №1, принятой за 100%) | |||||
|
| НПЗ №1 (100%) | НПЗ №2 (86%) | НПЗ №3 (57%) | |||
| Углеводороды (сумма) | 31,0 (3,3-254,0) | 30,5 (8,3-201,0) | 15,0 (3,2-81,7) | |||
| Непредельные углеводороды | 10,6 (0,1-118,8) | 11,9 (2,5-130,1) | 6,4 (2,5-61,0) | |||
| Сероводород | 0,057 (0,001-1,2) | 0,03 (0,002-0,9) | 0,011 (0,001-0,5) | |||
| Диоксид серы | 0,79 (0,01-11,1) | 0,67 (0,01-9,5) | 0,05 (0,01-1,0) | |||
| Оксид углерода | 11,3 (0,6-66,5) | 14,9 (0,8-54,0) | 5,0 (0,2-24,0) | |||
| Фенол | 0,24 (0,01-10,0) | 0,45 (0,01-15,8) | - | |||
| Бензол | 0,03 (0,002-0,23) | 0,08 (0,001-0,34) | - | |||
Примечание. В числителе - средние значения концентрации, в знаменателе - минимальные и максимальные значения концентрации вредных веществ (в мг/м3).
Таблица 3. Приоритетный список вредных выбросов
для предприятий нефтеперерабатывающей отрасли
| Приоритетный номер | Вредное вещество | Г1, (т·м3)/(год·мг) | Относительная токсичность вредного вещества, Г2* = Г1i/∑Г1i·100% |
| 1 | Сероводород | 1732500 | 41,4 |
| 2 | Диоксид серы | 827200 | 19,8 |
| 3 | Фенол | 548000 | 13,1 |
| 4 | Углеводороды | 493319 | 11,8 |
| 5 | Оксиды азота | 373270 | 8,9 |
| 6 | Оксид углерода | 153062 | 3,7 |
| 7 | Пыль нетоксичная | 52606 | 1,3 |
|
|
|
