 |
Обеспечение экологической безопасности
|
|
|
|
Реферат
Воздействие АЗС на окружающую среду. Методы обеспечения экологической безопасности АЗС. Закольцовка паров бензина. Системы улавливания и фильтрации паров нефтепродуктов.
1. Воздействие АЗС на окружающую среду.
2. Методы улавливания паров нефтепродуктов от резервуаров.
3. Методы улавливания паров нефтепродуктов от раздаточных колонок
Чтобы понять, чем нам угрожает экологически неправильная эксплуатация АЗС, необходимо выяснить все процессы, которые привносят в окружающую среду загрязнения и ПДК которых влияют на наше здоровье.
Основными отрицательными экологическими аспектами эксплуатации АЗС являются:
загрязнение воздуха, привносимое за счет испарения топлива (в основном бензина) (дыхание топливных емкостей, выброс при отпуске топлива);
загрязнение воды, привносимое за счет пролива топлива, и его смыв за счет атмосферных осадков, а также стоков, образующихся после мойки оборудования и территории АЗС.
Источники загрязнения воздуха на АЗС
Мы уже определили, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на АЗС являются: дыхание топливных емкостей и выброс при отпуске топлива. Что же это такое?
"Дыхание топливных емкостей" - это процесс вытеснения паров нефтепродуктов из газового пространства резервуара или подачи воздуха извне за счет разрежения в газовом пространстве резервуара. Подразделяется на два типа: большое дыхание и малое дыхание.
"Большое дыхание" происходит во время заполнения или опорожнения резервуара.
"Малое дыхание" происходит в результате суточных изменений температуры стенок резервуара а, следовательно, температуры нефтепродукта, т.е. увеличения/уменьшения объема хранимого топлива за счет его расширения/сокращения в зависимости от температурного коэффициента расширения хранимого топлива, а также в зависимости от места размещения топливных емкостей (надземного или подземного).
|
|
|
Выброс при отпуске топлива происходит в момент заправки автомобиля из его топливного бака за счет вытеснения находящегося в нем воздуха.
Чуть позже мы рассмотрим, какое количество бензина "испаряется" в атмосферу при этих процессах, но вначале мы рассмотрим свойства собственно испаряющего вещества - бензина.
Основные физико-химические свойства бензинов
Для того чтобы понять какие характеристики бензинов нам необходимо использовать в дальнейшем обратимся к их основным физико-химическим свойствам, к которым относят (см.Табл.1):
Детонационную стойкость;
Химический и углеводородный состав;
Вязкость и плотность;
Испаряемость бензина;
Химическая стабильность бензина;
Коррозионная активность бензина.
В данной работе была предложена газоуравнительная система для уменьшения выбросов на АЗС, но на данный момент это уже не актуально, т.к. практически все АЗС уже оснащены ею, следовательно, необходима новая установка для рекуперации паров бензина которые "гуляют" по газоуравнительной системе.
МИРОВАЯ СИТУАЦИЯ
Потери углеводородов при "больших дыханиях" вызваны сжатием паровоздушной смеси (ПВС) в газовом пространстве (ГП) резервуара поступающим в него жидким нефтепродуктом. Когда давление в ГП достигнет некоторого предельного значения, происходит выброс части ПВС в атмосферу через специальный "дыхательный" клапан. Потери от "больших дыханий" определяются рядом факторов:
Объемом;
температурой и газонасыщенностью закачиваемого в резервуар нефтепродукта;
концентрацией паров нефтепродукта в ПВС;
давлением в ГП.
|
|
|
Стационарная установка УУПБА представляет собой специальный аппарат типа адсорбера, состоящий из двух фильтров-поглотителей термических, снаряженных специально - разработанным сорбентом, блока автоматической регулировки температур (БАРТ) и ряда вспомогательных устройств. УУПБА осуществляет адсорбцию паров топлива во время заполнения резервуара и десорбцию их обратно в резервуар при выдаче топлива потребителю.
При осуществлении операции по наполнению резервуара топливом из автоцистерны создается избыточное давление (напором столба топлива или насосом), которое вытесняет паро-воздушную смесь топлива из свободного пространства резервуара через фильтры-поглотители, где пары адсорбируются, а очищенный от них воздух через дыхательный пневмоклапан выбрасывается в атмосферу.
При хранении топлива атмосферный воздух поступает в свободное пространство резервуара, а пары топлива выходят из него (при суточных или сезонных колебаниях давления и температур) только через установку.
Десорбция паров бензина начинается автоматически в условиях принудительного прогрева сорбента при температурах 90°C - 130°C независимо от раздачи топлива потребителям. После включения БАРТ установка автоматически поддерживает тепловой режим, достаточный для очистки сорбента. В процессе отпуска топлива потребителям в резервуаре создается вакуум за счет понижения уровня, обеспечиваемого насосами топливораздаточных колонок. Разрежение вызывает открытие предохранительных клапанов и втягивание атмосферного воздуха, который проходит через фильтрующий элемент в резервуар и вызывает процесс дополнительной десорбции, при котором пары топлива попадают обратно в резервуар, где они в дальнейшем конденсируются.
Технические характеристики:
Пропускная способность (производительность) - 22 м3/ч;
степень улавливания - 60 - 90%;
потребляемая электрическая мощность - не более 4 КВт;
напряжение сети - 220В;
срок службы установки - 10 лет;
ресурс сменных фильтров - не менее 3 лет.
Достоинства:
Не требуется постоянное техническое обслуживание;
удобство в эксплуатации;
экономия топлива (4000 литров в год для средней АЗС).
Назначение: Установка УУПБА предназначена для улавливания выбросов в атмосферу легких углеводородов при приеме топлива в резервуары АЗС, а также при его хранении. Применяется на АЗС и АЗК.
|
|
|
Мы уже выяснили, что в ходе каждой операции слива (налива) бензина, на каждый куб. метр переваливаемого объема, в атмосферу выбрасывается (вытесняется) 1,1-1,4 м3 паровоздушной смеси (ПВС) ("большое" дыхание), в каждом куб. метре которой содержится от 1 до 3,6 литров высокооктанового бензина (О.Ч. = 94,7) в зависимости от времени года и температуры окружающей среды. Кроме того, в ходе хранения нефтепродуктов на НПЗ, НБ и АЗС из резервуаров хранения происходят выбросы паров углеводородов из-за суточных колебаний температуры окружающего воздуха ("малое" дыхание) с интенсивностью 3-70 м3/час. Увеличенный (по сравнению с объемом закачки) на 10…40% объем выброса обусловлен следующими физическими явлениями:
· Молекулярной диффузией паров, сопровождающейся следующими тепловыми эффектами диффузионного переноса:
· поток теплового скольжения (4,6%);
· диффузионного скольжения (6,7 %);
· стефановский поток (37,9%).
· Турбулизацией ПВС и поверхности жидкости при операциях закачки-выкачки (достаточно вспомнить, как пузырится вода, наливаемая из водопроводного крана)
Используя наиболее современную методику расчета, учитывающую все вышеуказанные факторы, и оперируя плотностью потока массы испаряющегося бензина, можно рассчитать потери бензина при осуществлении складских операций. Причем погрешность расчетов составляет порядка 16%, что неплохо, учитывая сложность и многопараметричность процессов, происходящих при сливе/наливе и хранении нефтепродукта. Проведённые в МГТУ им.Н.Э.Баумана расчеты показывают, что в России АЗС общего пользования выбрасывают в течение года более 140 тыс.тонн паров углеводородов. По данным же зарубежных исследователей: АЗС Германии ежегодно выбрасывают 145 тыс. т паров углеводородов, АЗС Англии - более 120 тыс. тонн. Потери от испарения при заполнении резервуаров АЗС и хранении автобензинов в них французские эксперты оценивают в 0,18% от объема операции. Западногерманские же эксперты оценивают эти потери в 0,17%. Японские же исследователи установили, что поскольку в условиях Японии температура в подземном резервуаре в течение года сильно не меняется, а именно от 15ºС до 25ºС, то потери от испарения в результате "большого дыхания" составляют 1,08 кг/м3 закачиваемого автобензина.
|
|
|
В постановлении № 663-ППприводится "План-график оснащения АЗС, расположенных на территории Центрального административного округа в 2002-2003 гг. системами улова паров моторного топлива за счет средств их владельцев".Ознакомление с 53 АЗС, расположенными по указанным адресам показало, что только некоторая часть из них оснащена криогенными системами УЛФ. В недалёком будущем этот пакет документов буквально обяжет нефтетрейдеров оснастить свои "кормушки" системами УЛФ. Мы же в свою очередь постараемся помочь в этом непростом деле, благо, что на сегодняшний день в столице есть из чего выбирать. Рынок систем УЛФ только в России оценивается специалистами в $2,3 млрд. Также весьма перспективны для реализации продукции рынки страны СНГ и Запада. Всё это подогревает интерес коммерческих и государственных фирм к реализации различных технических решений (Таблица 1). Все существующие на сегодняшний день способы улавливания и рекуперации (возврат для повторного использования) паров бензина из ПВС по способу реализации можно структурировать следующим образом:
· захолаживание паровоздушной смеси в холодильниках (без изменения давления) до конденсации углеводородов в жидкую фазу (криогенные технологии);
· сжатие смеси с одновременным захолаживанием до конденсации паров;
· прямое сжигание углеводородов (при их высокой концентрации в ПВС);
· адсорбция углеводородов из смеси адсорбентом с последующей десорбцией;
· разделение ПВС на мембранах, обладающих определенной селективностью;
· абсорбция углеводородов из смеси абсорбентом с последующей десорбцией и разделением фракций.
Представленные способы реализованы в той или иной мере в каждой из систем УЛФ.
В первых двух из перечисленных способов проводится захолаживание ПВС до температуры (-20) - (-40) °С, во втором - дополнительное сжатие до давления 0,7-5 МПа (7…50 атм.) (в зависимости от состава углеводородов). Как показывает расчеты и эксперименты, при этих условиях в первом случае конденсируется 60-85 %, а во втором - 50-100 % углеводородов, содержащихся в смеси.
Как показали комплексные исследования, наиболее качественным и наиболее перспективным способом улавливания паров углеводородов из газовой смеси с позиций энергетической, экологической и эксплуатационной эффективности, а также по критерию эффективность-стоимость, является способ абсорбции паров углеводородов из ПВС охлажденным абсорбентом в режиме противотока с последующей десорбцией. Такая организация процесса при атмосферном давлении позволяет избежать взрывоопасных ситуаций, обеспечить качественное и надежное осуществление процесса при минимальных энергетических затратах. Отрицательной чертой использования абсорбента в установках является необходимость его регенерации. Что приводит к увеличению стоимости эксплуатации установки. Несмотря на это, процесс абсорбции в ряде стран используется в системах улавливания светлых нефтепродуктов в настоящее время. Это осуществляется в первую очередь на крупных предприятиях с расчетом на высокие нагрузки по ПВС.
|
|
|
Компромиссным решением между стоимостью и степенью улавливания является конденсационная система УЛФ.
В 1996-98 г.г. группой авторов (Рудов Г.Я.- проф. МИХМ, Бердников В.И., Кутепов A.M.- акад. РАН, Баранов Д.А., Мальцев П.П.) была разработана новая концепция абсорбционных в которых высокоэффективное извлечение паров бензина осуществляется охлажденным - ДТ (дизтопливо). "Изюминкой" разработки являлся абсорбционный аппарат новой конструкции с горизонтально установленными динамическими контактными дисковыми элементами, частично погруженными в жидкость (абсорбент).
Все контактные диски, расположенные на одном валу, вращаются со скоростью, исключающей срыв пленки жидкости, образующейся на их поверхности. Направление движения газовой фазы, в результате использования специальных перегородок на границах контактных устройств при переходе из одного элемента в другой, меняется на 180°. Абсорбент и ПВС в аппарате контактируют в противотоке. За счет отсутствия необходимости в сепарационных зонах, высота которых в тарельчатых колоннах составляет 80-90% межтарельчатого расстояния, длина горизонтального абсорбционного аппарата резко уменьшается при том же диаметре и аналогичных параметрах системы. Всё это позволило обеспечить степень улавливания паров бензина из ПВС до 92-95% (максимум 98%), и сократить количество потребляемой электроэнергии до 0,4-0,6 кВт×ч/кг (Таблица 1). К недостаткам разработки можно отнести её высокую стоимость (более 600 тыс. рублей) и необходимость регенерировать абсорбент (ДТ). Работающий образец установки был установлен на АЗС, расположенной на 88 км. МКАД (внешний радиус - Северное Бутово).
Рынок УЛФ г. Москвы сегодня представлен и другими серийно выпускаемыми системами различной модификации (таблица 1):
· Научно-производственным предприятием "Криосервис" (г.Балашиха, Московская обл.) с участием сотрудников Московской академии противопожарной службы в 1998-99 годах разработана схема установки обеспечения экологической и пожарной безопасности (УО-ЭПБ) "Кедр", где применяется жидкий азот. "Холод" жидкого азота используется для конденсации паров бензина с возвратом 80% паров в бензохранилище, а газифицированный жидкий азот заполняет газовые "подушки" бензиновых резервуаров, исключая подсос воздуха и создавая тем самым безопасную газовую среду с содержанием в ней менее 5% кислорода. В 2000-2001 г.г. были изготовлены, смонтированы восемь УО-ЭПБ, расположенные на АЗС Москвы и одна - Волгограда. Все они находятся в опытно-промышленной эксплуатации. Основным заказчиком установок являлось ЗАО "ТрансАЗС". Установки "Кедр" эксплуатируются на пяти автозаправочных станциях этой фирмы. Надо заметить, что "Транс АЗС " порядком намучалась с этой системой. В результате чего отказалась от планов оснащения всей столичной сети АЗС. Что косвенно подтверждается тем фактом, что за период с 2001 по 2005 год ни одной установки в столице инсталлировано не было. (её стоимость на конец 2004 г: 300000 руб. + затраты на жидкий азот). Затраты на жидкий азот на сегодняшний день велики и составляют порядка 11 тыс.руб/тонна (из расчета реализации менее тонны для АЗС) и сама доставка - 2 тыс. руб. Образцы уствновки можно увидеть как в центре (ул. Ольховская), так и на окраине (Ломоносовский проспект)
· Предлагаемая НПО "Химавтоматика" (г.Москва) и изготовленная на ООО "ТЕХИНВЕСТ" Установка улавливания паров бензина автоматическая УУПБА-01М, смонтированная на автозаправочной станции, позволяет экономить около 4 000 литров топлива в год (по мнению разработчиков). Кроме этого она поражает своей абсурдностью. Применяется на АЗС и АЗК. Опытный образец УУПБА-01М был смонтирован на контейнерной автозаправочной станции, размещенной в городе Москве на 1-ой улице Энтузиастов, владение 3а. Исследования вентиляционных выбросов установки УУПБА-01М, проведенные Аналитической инспекцией Москомприроды, показали высокую степень улавливания паров бензина (60% летом и 90% зимой). В 1997 году с целью уточнения технических параметров и эксплуатационных характеристик проведены дополнительные исследования и доработки, что позволило повысить эффективность работы установки. Принцип работы установки основан на свойстве активированного УГЛЯ поглощать пары бензина. Не надо быть большим специалистом, чтобы представить, какая это "бомба", размещенная на АЗС: уголь, пропитанный парами бензина, да ещё с электроподогревателем!! Ведь десорбция паров бензина в установке начинается автоматически в условиях принудительного прогрева сорбента при температурах 90°C - 130°C независимо от раздачи топлива потребителям. Это обеспечивается электрическим нагревателем, вставленным во внутрь угля, пропитанного парами бензина. В общем случае десорбцию (регенерацию) проводят после закачки 15 тонн бензина. Для условий г.Москвы, это практически чуть больше суточной нормы реализации топлива на АЗС. После включения установка автоматически поддерживает тепловой режим, достаточный для очистки сорбента. Продолжительность регенерации- 8 часов, в течении которых Установка, естественно не в состоянии улавливать пары. Всего было смонтировано около десятка таких установок. С середины 2004 года выпуск прекращен, по причине отсутствия СПРОСА. Естественно, никто из здравомыслящих хозяев АЗС не согласится ставить такую "бомбу" на свою территорию (Стоимость установки 200000 руб + монтаж 30000 руб. Кроме этого каждые 2 года надо менять фильтр, что обойдётся дополнительно в 60 тыс. рублей, кроме этого необходимо платить за потребляемую электрическую мощность). Установленные 2 фильтра (на каждый из резервуаров) можно видеть в частности на АЗС "ГРАНД" Волгоградский проспект - Жулебино.
· Опытная установка "ЭРЕСТ", разработанная специалистами МГТУ им.Н.Э.Баумана, по поручению правительства Москвы является проточным сепаратором открытого типа, работающего по принципу конденсации паров бензина путём охлаждения.
Выбор схемы конденсации обусловлен требованием низких эксплуатационных затрат. Сложность постоянного пополнения запасов углекислоты или жидкого азота обуславливается повсеместной как нераспространённостью последних, так и и разрешительными процедурами (не на каждую АЗС разрешат привозить жидкий азот, т.к. маршрут транспортировки грузов такого рода строго регламентирован. Вместо регулярной транспортировки азота и углекислоты (учитывая российские реалии) данная установка просто подключается к электросети. Её эксплуатация и обслуживание не намного сложнее обычного бытового холодильника. Вспомните, давно ли вы в него залезали? Да не за продуктами, а пор причине неисправности. Также отпадает необходимость в регенерации абсорбента или адсорбента.
Отличительной особенностью установки ЭРЕСТ является:
· степень улавливания паров бензина 65…80%;
· простота монтажа;
· возможность одной установкой "обслужить" все резервуары АЗС (кроме ДТ, запрещено НПБ 111-98);
· низкие эксплуатационные расходы (0,17 кВт×ч/литр конденсата);
· низкие амортизационные отчисления - длительный ресурс работы (> 10 лет).
Несмотря на обилие предложенных на рынке нефтепродуктообеспечения г.Москвы технических решений для реализации систем УЛФ, в целом эта проблема ещё не решена, поэтому Департамент природопользования Правительства Москвы выступил с инициативой принять Закон г. Москвы № 32 от 12.05.2004 г "О государственном экологическом контроле". Благодаря этому создана система административного давления на владельцев АЗС по использованию систем улавливания паров. Причем такие требования предъявляются только к владельцам АЗС, оставляя за границами общность проблемы бензохранилища и средства доставки моторного топлива. В качестве примера можно привести подход к выполнению постановления № 663-ПП, взятый на вооружение ОАО "ТНК-ВР". На АЗС "Ивановская" (г.Москва, ш. Энтузиастов, вл.63) в 1999 была смонтирована система УЛФ, именуемая как "Установка балансировки паров бензина с поднятием коллектора над уровнем поверхности". Данная система широко, рекламируемая в настоящее время, построена по принципу рециркуляции паров бензина, с возвратом последних в емкость топливозаправщика. Дыхательный клапан транспортного средства, естественно был поджат, иначе бы часть ПВС (поскольку КПЗ > 1) вышла в атмосферу. Далее, этот топливозаправщик, накачанный парами бензина, путешествует по городу, покидает пределы МКАД, подъезжает к НФБ, НПЗ и т.д. … А что же дальше? А дальше ничего, открываются патрубки, и ПВС, которая в поджатом состоянии до этого находилась в бензовозе со "свистом" выходит в атмосферу. Естественно за чертой г.Москвы. Так что экологическая проблема Московских АЗС, усилиями специалистов BP превратилась в головную боль Министерства экологии и природопользования Правительства Московской области. Кроме всего прочего система рециркуляции (паровозврата) BP, как следует из её назначения способна в принципе "уловить" только 22,5% всех паров выбрасываемых АЗС (см. Диаграмму 1).
Рассмотренные выше системы УЛФ, согласно Европейской классификации, представляют собой системы реализующие "Стадию I " паровозврата (улавливания). Для реализации "Стадии II" некоторые АЗС принадлежащие Московской Топливной Компании, в своё время были оснащены системами паровозврата (ГВ система)из баков автомобилей. Предыстория появления таких систем такова. В конце 1980-ых компания ELAFLEX разработала активную ГВ-систему с вакуумным насосом. Эта, так называемая "открытая система", и сегодня является наиболее предпочитаемой системой в Европе и других частях мира. На картинке показано, как прилагаемая система обычно регулирует соотношение возвращаемых паров. Когда бензин заливается в бак транспортного средства, соответствующее количество пара высасывается назад в топливный резервуар через газовозвратный пистолет ZVA, коаксиальный шланг, коаксиальный адаптер (разделительный клапан) и вакуумный насос. Всё бы хорошо, но природа явления и Российскиё реалии и в это, по сути, неплохое решение внесли свои коррективы. Дело в том, что решение ELAFLEX на АЗС должна использоваться одновременно с другими системами УЛФ. А поскольку функционеры из МТК и других компаний ограничились полумерами, то это вылилось в систематическую недостачу определённого количества бензина (200…300 литров/неделю). В чем же причина? Дело в том, что при отборе паров из бензобака вместе с парами бензина захватывается часть атмосферного воздуха (место сочленения пистолета и горловины бензобака никто никогда не герметизировал в силу обилия конструкций горловин). Этот воздух, разбавляет пары бензина, вся эта "обеднённая" смесь поступает в резервуар и…, в соответствии, с изложенным выше, вызывает дополнительное испарение с поверхности нефтепродукта (бензина в нашем случае), приводящее к "обратному выдоху". Таким образом, поймав одни пары, мы стимулировали образование и последующее вытеснение других. Это всё вылилось в конечном счёте в потери в рамках означенной выше суммы. Вовремя спохватившись с 2002 года данные системы практически незаметно ушли с рынка, как и появились В 2004 году появилась новое поколение систем УЛФ из бензобаков автомобилей. Техническое решение, предложенное норвежской фирмой Autotank -CleanAir (Таблица 1) осуществляет такой-же пароотбор с помощью пистолета ТРК, но в отличии от решения ELAFLEX конденсирует пары непосредственно в ТРК и возвращает сследующий заправляемый автомобиль. К недостаткам данной системы можно отнести невозможность ловить большие дыхания (> 5 м3/ч) и дороговизну (110…150 т.руб на одну ТРК). Существующее предвзятое мнение дороговизны системы УЛФ в целом верно, ибо АЗС это МАГАЗИН по продаже бензина. И всё оборудование в нём должно нацелено на обеспечение бесперебойного снабжения потребителей товаром. Вложенные нефтетрейдером-оператором АЗС средства в систему УЛФ окупятся сторицей, поскольку хозяин АЗС получает дополнительные дивиденды с:
· реализации сконденсированного бензина;
· повышения имиджа его АЗС среди автовладельцев-размещение знака "ЭКО-АЗС"; (сохранение качества топлива в процессе хранения последнего);
· чистого воздуха в месте размещения АЗС;
· повышения взрыво-пожаро-безопасности самой АЗС;
· отсутствия штрафных платежей (для Московских фирм-джобберов) согласно, закону г.Москвы № 32 от 12.05.2004 Статья 26. п1. (административный штраф до 1000 МРОТ) - "…несоблюдение экологических требований при эксплуатации АЗС"; или Статья 26. п2. (1200МРОТ) "…нарушение требований к системам УЛФ". Кроме вышеозначенных, владельцу московской АЗС придётся уплатить штраф за "…вред, причиненный окружающей среде загрязнением атмосферного воздуха стационарными источниками загрязнения на территории города Москвы" в размере 247 руб./тонны ПВС (Постановление Правительства Москвы от 22 февраля 2005 г. N 94-ПП "Об утверждении Методики определения размера вреда, причиненного окружающей среде загрязнением атмосферного воздуха стационарными источниками загрязнения на территории города Москвы").
|
|
|
