Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

1. 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

3.1 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 (ПДК_м.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 (ПДК_с.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_t = М_г /ПДК_м.р., (т·м³)/(год·мг),

где М_г - суммарный выброс вредного вещества за год, т/год;
ПДК_м.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 П_д

П_д = 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 Абросимов А.А. "Экология переработки углеводородных систем". М: Химия, 2002. - 608 с..

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

3.2 Состояние воздушного бассейна в районе расположения предприятия

Анализ состояния воздушного бассейна в районе расположения предприятия является составной частью мониторинга окружающей среды и включает в себя:

· - климатическую характеристику места расположения предприятия;

· - структуру источников загрязнения;

· - динамические наблюдения за состоянием атмосферы и определение экологических параметров загрязнения атмосферы.

Такой анализ с использованием результатов прошлых наблюдений дает возможность оценить значимость выбросов вредных веществ, эффективность проводимых природоохранных мероприятий, определить перечень приоритетных вредных веществ.

Экологическая обстановка района расположения предприятий определяется климатической характеристикой этой территории, количеством и мощностью источников загрязнения. Основными климатообразующими факторами являются: солнечная радиация, атмосферная циркуляция и характер подстилающей поверхности.

В качестве примера рассмотрим влияние климатических условий на состояние атмосферы в районе расположения Московского НПЗ. Юго-восточная часть города Москвы, где находится предприятие, является самой низкой и плоской частью, расположенной на примыкающей к Москве Мещерской низменности и характеризуется следующими среднегодовыми значениями солнечной радиации: 5,5-5,9 ГДж/м² при ясном небе и 3,6-3,7 ГДж/м² - в условиях облачности. Влияние общей циркуляции атмосферы умеренных широт проявляется в значительной повторяемости юго-западных и западных ветров в течение большей части года. Это особенно важно в холодный период, когда температурные контрасты между сушей и океаном особенно велики. Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, представлены в табл. 4.

Таблица 4. Метеорологические характеристики и коэффициенты,
определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ
в атмосфере юго-востока г. Москвы

№ п/п	Наименование характеристики	Величина
1.	Коэффициент, зависящий от стратификации атмосферы, А	140
2.	Коэффициент рельефа местности	1
3.	Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца года,°С	+24
4.	Средняя минимальная температура воздуха наиболее холодного месяца года,°С	-15
5.	Среднегодовая роза ветров, %
	северный	8
	северо-восточный	9
	восточный	10
	юго-восточный	10
	южный	12
	юго-западный	21
	западный	17
	северо-западный	13

Особое внимание следует обратить на повторяемость таких наиболее неблагоприятных с точки зрения загрязнения метеорологических условий, как повторяемость и мощность инверсий, штилей, застоев воздуха. Наиболее неблагоприятные метеорологические условия, обусловленные климатом и связанные с застоями воздуха и инверсиями, создаются в Москве летом, преимущественно в ночные часы при слабых северных и восточных ветрах (повторяемость - 15-17%).

Влияние метеорологических условий на содержание примесей в атмосфере рассматривалось в целом ряде работ и выражается через показатель потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА), представляющего собой отношение средних уровней концентрации примеси при заданных выбросах в конкретном (q_Ш) и условном (q₀) районах: П = q_i/q₀. Все расчеты выполняются Росгидрометом для всех районов, в том числе и для района расположения НПЗ.

При распределении примесей в приземном слое воздуха в соответствии с логарифмически нормальным законом расчет средней концентрации проводится по формуле:

q₀ = m · exp(S²/2), (3.12)

где m и S - параметры распределения, которые выражаются через вероятности реализации метеорологических условий P₁ и Р₂, при которых концентрация примеси будут превышать определенные, наперед заданные значения. Вероятности P₁ и Р₂ можно выразить через повторяемости в том или ином районе метеорологических параметров, затрудняющих рассеяние примесей или способствующих удалению примесей из атмосферы.

К основным метеорологическим параметрам, способствующим накоплению загрязняющих веществ в атмосфере, можно отнести слабые скорости ветра (с. в.), инверсию (инв.) и туманы (т.). Повторяемость неблагоприятных метеорологических условий (Р_нму) можно охарактеризовать суммой повторяемостей этих явлений:

Р_нму = Р_С.В. + Р_инв. + Р_Т. (3.13)

Главным метеорологическим параметром, способствующим удалению примеси из атмосферы, являются осадки. В качестве некоторого параметра, характеризующего очищающую способность атмосферы P_оса, условно принимается:

Р_оса = Poc(Q_i/Q_cp), (3.14)

где Р_ОС - повторяемость осадков, Q_I - суммарный объем выпавших осадков (мм) в i-м районе города, Q_cp - средний объем осадков по городу (мм).

Тогда для отдельного района города по метеорологическому потенциалу загрязнения принимается параметр (Р_пза):

Р_пза = Р_нму - Р_oca(3.15)

Для юго-восточной части Москвы параметр Р_пза колеблется от -20 до 0 зимой и от 20 до 40 и выше - летом. Это значит, что зимой наблюдается незначительное преобладание метеорологических факторов, способствующих очищению атмосферы, а летом существенно преобладают параметры, способствующие накоплению загрязняющих веществ в атмосфере.

Повышенное значение параметра метеорологического потенциала загрязнения юго-восточных районов Москвы приводит к большему уровню загрязнения атмосферы, по сравнению с другими районами города. Контрольные замеры свидетельствуют, что при наступлении неблагоприятных метеорологических условий приземные концентрации вредных веществ могут возрасти в 2-3 раза.

Таким образом, состояние воздушного бассейна в районе расположения производств является существенным фактором, влияющим на экологическое состояние объекта.

3.3 Классификация источников выбросов вредных веществ

Интенсивное развитие процессов переработки углеводородного сырья - нефтей, природных и попутных газов и газоконденсатов, твердого топлива поставило перед человечеством глобальные социально-экологические проблемы, связанные с промышленной безопасностью, защитой окружающей среды и, в первую очередь, самого человека как субъекта экосистемы, взаимодействующего с природой. Состояние природной среды, обеспеченность ее ресурсами становятся неотъемлемыми показателями уровня жизни; необходима сбалансированная политика добычи углеводородного сырья, его переработки и потребления, поскольку нефти, нефтепродукты, природные и попутные газы, газы технологических установок и т.д. являются многокомпонентными системами, в которых системообразующими компонентами являются углеводороды. В дальнейшем мы будем говорить о переработке углеводородных систем. Нефтяные и газовые месторождения открыты в 90 странах мира. К настоящему времени человечество переработало более 90 млрд. т нефти. По данным Oil & Gas Journal на 1.01.2001 г. в мире работало 742 нефтеперерабатывающих завода общей мощностью 4077,49 млрд. т нефти в год или 81251590 баррелей в сутки. Средняя мощность одного НПЗ составляет 5,48 млн. т/год. Потребление углеводородного сырья в развитых странах увеличивается в геометрической прогрессии. Так, за последние 25-30 лет использовано столько же топливно-энергетических ресурсов, сколько за всю предыдущую историю человечества, причем 3/4 из них приходится на долю нефти и газа, что, безусловно, приводит к ухудшению среды обитания человека.

Россия, в которой проживает 2,8% населения и которая занимает 12,8% территории нашей планеты, располагает значительными в мировом масштабе природными ресурсами углеводородного сырья (табл. 5).

Переработка имеющихся углеводородных ресурсов для нужд энергетики, химической и нефтехимической промышленности России в ближайшие десятилетия останется перспективной.

Таблица 5 Ресурсы основных энергоносителей и источников
углеводородного сырья в России

Вид углеводородного сырья	Разведанные запасы	Доля мировых ресурсов в%	Объем ежегодной добычи
Нефть	7 млрд. т	5	300 млн. т
Природный газ	236 трлн. м3	34	600 млрд. м3
Уголь	5,3 трлн. т	20% каменный уголь	300 млн. т
		32% бурый уголь	"

Основным источником углеводородного сырья и основным энергоносителем в России является нефть. Темпы развития нефтяной промышленности в бывшем Советском Союзе не имели аналогов в мире, ежегодный прирост добычи нефти в течение двух последних десятилетий составлял 20-25 млн. т. Так, в 1987 г. было добыто 624 млн. т нефти, в т.ч. в России (на долю которой приходилось более 90%) - 570 млн. т. В настоящее время добыча нефти в России находится на уровне ~ 300 млн. т в год. Причины такого падения добычи нефти известны и широко обсуждались в печати.

Нефтяная промышленность России унаследовала наращивание добычи нефти без должного учета последствий для промышленной и экологической безопасности.

Большую опасность для окружающей среды представляют выбросы нефтяных углеводородов и разливы нефти (на каждый км² в зоне месторождений и трасс нефтепроводов приходится до 0,02 т разлитой нефти в год). Кроме того, обостряются гуманитарные проблемы. Особенно остро загрязнение окружающей среды сказывается на малых народах в местах нефтедобычи и нефтепереработки. Экологические проблемы, имеющие глобальный социальный характер, наиболее ярко проявились в нефтеперерабатывающей отрасли. При этом следует отметить, что нефтеперерабатывающая промышленность использует в производстве невозобновляемые сырьевые источники, что приводит к дополнительному нагреву поверхности атмосферы Земли, развитию парникового эффекта, уменьшению озонового слоя, предохраняющего биосферу Земли от поступления дополнительной солнечной энергии. Решение этой проблемы требует в первую очередь углубления переработки нефти, что приведет к рациональному ее использованию и улучшению состояния природной среды. Добыча нефти должна находиться на уровне перспективного потребления нефтепродуктов и экспорта нефти. Средняя глубина переработки нефти на российских нефтеперерабатывающих заводах составляет около 65% (для сравнения на НПЗ США - 90-98%). Доказано, что инвестиции в углубление переработки нефти в 5-7 раз эффективнее инвестиций в новые месторождения, что является одним из путей предотвращения глобальной катастрофы. НПЗ России находятся в плохом техническом состоянии и имеют высокую степень изношенности оборудования.

Характеристика основных загрязнителей атмосферы

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода(II) являются трубчатые печи технологических установок, выбросы которых составляют 50% от объема общих выбросов; реакторы установок каталитического крекинга (12%); выхлопы газовых компрессоров (11%); битумные установки (9%) и факелы (18%).

Углеводороды. Как было показано выше (табл. 3.1), выбросы углеводородов составляют более 70% выбросов вредных веществ от предприятий нефтепереработки и нефтехимии в атмосферу.

Токсичность углеводородов усиливается при наличии в атмосфере сернистых соединений, оксида углерода, что является причиной более низкого значения ПДК сероводорода в присутствии углеводородов, чем в их отсутствие. В зависимости от строения углеводороды вступают в те или иные фотохимические реакции, тем самым, участвуя в образовании фотохимического смога.

С технологической точки зрения выбросы углеводородов представляют собой прямые потери нефти и нефтепродуктов. Среднеотраслевой уровень выбросов углеводородов составляет 5,36 кг на 1 т переработанной нефти.

Основными источниками выбросов углеводородов в атмосферу являются:

· - резервуарные парки (углеводороды выбрасываются в атмосферу из дыхательных клапанов резервуаров за счет испарений с открытых поверхностей);

· - технологические установки (выбросы за счет неплотностей технологического оборудования, трубопроводной аппаратуры, сальников насосов, а также из рабочих клапанов при аварийных ситуациях, вентиляционные выбросы из рабочих помещений);

· - системы оборотного водоснабжения (испарения углеводородов в нефтеотделителях и градирнях);

· - очистные сооружения (испарения с открытых поверхностей нефтеловушек, прудов-отстойников, флотаторов, шламо- и илонакопителей).

Причиной значительных выбросов легких углеводородов от технологических установок является отсутствие должной сопряженности мощностей стадий атмосферной перегонки нефти и стадий глубокой стабилизации бензинов и газоразделения легких и жирных углеводородных газов.

Так, при отсутствии схемы и условий осуществления глубокой стабилизации прямогонных бензинов происходит значительное испарение в окружающую среду газов пропан-бутановой фракции с одновременным уносом ими бензиновых фракций. При вакуумной перегонке важен выбор схемы и устройства вакуумсоздающих систем, от которых в значительной степени зависит не только степень связи процесса с окружающей средой, но и объемы выброса вредных веществ в окружающую среду.

Существующие объекты очистных сооружений и систем оборотного водоснабжения также являются мощным источником загрязнения атмосферы углеводородами. Это - открытые ловушки, различные пруды, биологические очистные сооружения, градирни и колодцы заводской канализации, в которых испаряются углеводороды и другие соединения с поверхности сточных вод.

Величины выбросов углеводородов и сероводорода с открытых поверхностей этих объектов представлены в табл. 3.6.

Значительное загрязнение атмосферы углеводородами на заводах происходит при заполнении товарными нефтепродуктами железнодорожных цистерн и танкеров на наливных эстакадах и причалах.

Твердые вещества. Выбросы твердых веществ связаны, прежде всего, с химическими методами переработки углеводородного сырья, особенно каталитическими. Эти вещества состоят в основном из частиц диаметром от 0,01 до 100 мкм.

Химический состав образующейся пыли очень сложен и может вызвать увеличение риска заболевания раком легких, поскольку анализы обычно выявляют присутствие соединений углерода, предельных, ароматических и полициклических углеводородов, тяжелых металлов и др. Выявлена однозначная зависимость между концентрацией пыли в воздухе и хроническими заболеваниями дыхательных путей, в первую очередь, заболеваниями астмой, бронхитом и эмфиземой легких. При повышенных дозах тяжелых металлов, проникающих в организм с пылью, могут возникать нарушения в работе кроветворных органов и центральной нервной системы.

Таблица 6. Газовыделение с поверхностей очистных сооружений

Источник газовыделения	Средние концентрации газов в потоках воздуха, мг/м3	Валовые газовыделения, г/ч
	углеводородов	сероводорода	углеводородов	сероводорода
Песколовки	314	0,153	10600	103,3
Нефтеловушки	582	0,302	50700	26,7
Приемный резервуар (нефтеловушки)	221	0,306	398	0,55
Приемный колодец (нефтеловушки)	2204	0,306	6470	0,9
Пруды дополнительного отстоя	1800	0,203	135700	7,35
Кварцевые фильтры	990,5	0,510	28600	14,7

Распределение выбросов твердых веществ в атмосферу по основным источникам их выделения следующее (%):

· - узлы рассева и пневмотранспорт катализатора - 29,5;

· - регенераторы установок каталитического крекинга - 23,3;

· - факельные стояки - 4,7;

· - вентиляционные системы - 0,7.

Как видно из представленных данных, процессы каталитической переработки нефтяного сырья являются одним из основных источников выбросов катализаторной пыли в атмосферу. Низкая эффективность отделения катализаторной пыли на установках каталитического крекинга приводит к неоправданно высоким потерям дорогостоящих катализаторов и значительному загрязнению окружающей среды твердыми выбросами. Другими словами, проблема снижения выбросов твердых веществ связана, прежде всего, с разработкой проектов установок каталитического крекинга и особенно установок повышенной мощности, работающих на утяжеленных и остаточных видах нефтяного сырья.

Суперэкотоксиканты. В последние годы из общего числа вредных веществ выделяют те, которые в малых дозах оказывают сильное индуцирующее или ингибирующее действие на ферменты, - так называемые Суперэкотоксиканты. Наиболее распространенным в окружающей среде из суперэкотоксикантов является бенз(а) пирен. Это вещество выделено в качестве индикатора для всей группы канцерогенных полиароматических углеводородов (ПАУ) и имеет ПДКСС, равную 1 нг/м³.

В тех объектах, где обнаруживается бенз(а) пирен, как правило, присутствуют и другие ПАУ, среди которых он является одним из сильнейших канцерогенов, образующихся в результате пиролитических реакций. Основным условием образования ПАУ является высокая температура - 800-1000°С, поэтому основными источниками выбросов ПАУ являются дымовые трубы технологических печей и установки производства битума.

4. Мероприятия по снижению экологической нагрузки на воздушный бассейн

На основе обобщения технического опыта можно выделить ряд мероприятий по повышению уровня безопасности. В случае крупной аварии с утечкой углеводородной фракции или разрывом резервуара-хранилища важно не допустить распространения взрывоопасного облака до потенциального источника загорания и воздействия на другие объекты с возникновением цепной последовательности аварий (эффекта «домино»). На основании проведенного анализа развития возможных аварий разработаны меры повышения уровня безопасности функционирования резервуаров, включающие:

· - замену ручных (механических) вентилей на входах в емкости, приемных линиях к насосам, продуктопроводах и другой запорной арматуре на автоматические;

· - замену существующих шлангов на более надежные;

· - улучшение защиты от пожара помещения насосной установлением дистанционно-управляемой арматуры;

· - специальную подготовку персонала для повышения уровня обслуживания ГРС;

· - установку эффективных защитных систем пожаротушения и рассеивания газовых облаков.

Незащищенные наземные хранилища жидких конденсированных газов обладают сравнительно низким уровнем ПВБ, и поэтому необходимы эффективные меры, локализующие возможные аварии и сводящие к минимуму их последствия. С этой целью необходимо обеспечить: земляную обваловку вокруг резервуаров-хранилищ; рвы-сборники около хранилищ; безопасные расстояния между отдельными резервуарами, другими объектами, установками, источниками загорания и т.д.; создание систем эффективного охлаждения резервуаров; покрытие поверхности резервуаров изолирующими термостойкими покрытиями; установку систем рассеивания образовавшегося паровоздушного облака. Наибольший эффект обеспечивается сочетанием нескольких защитных мер.

При выбросе большой массы углеводородных фракций происходит мгновенное испарение части выброшенного вещества, а оставшаяся часть в виде жидкости разливается по поверхности. Дальнейшее испарение происходит с поверхности образовавшегося разлива, для уменьшения площади которого и интенсивности испарения около резервуаров создаются рвы-сборники. Кроме того, сжиженные газы при выбросе из резервуара развивают мощное кипение при контакте с обваловкой, что приводит к выбросу парожидкостной смеси с одновременным образованием паровоздушного облака.

Для уменьшения опасности возникновения эффекта «домино» необходимо предусматривать размещение резервуаров с учетом их потенциальной опасности на соответствующих безопасных расстояниях друг от друга.

С целью увеличения безопасности резервуарного парка емкости должны располагаться на соответствующих расстояниях от окружающих зданий, источников загорания, помещений КИПиА и т.д. Учитывается и рельеф площадки предприятия, при этом резервуары с конденсированными газами не должны располагаться на более высоких уровнях по сравнению с имеющимися на территории стационарными источниками загорания (например, трубчатые печи и т.п.), а также с установками, для восстановления которых после аварии требуются длительное время и большие затраты.

При загорании на территории ГРС во избежание перехода пожара на соседние резервуары обычно используются системы охлаждения. При этом необходимо наличие эффективных систем защиты, так как применяемые обычно предохранительные клапаны обеспечивают защиту от превышения давления в резервуаре только в условиях переполнения или незначительного нагревания. При значительных внешних термических нагрузках происходит ослабление оболочки резервуара, ее отказ возможен при более низком давлении, чем рабочее давление предохранительного клапана. При эффективной системе водяного охлаждения резервуар должен выдерживать без отказа оболочки не менее 90 мин в условиях внешнего пожара. Эффективность системы зависит от ее оптимальной конструкции и необходимой плотности орошения. Системы водяного охлаждения резервуаров являются весьма эффективными средствами защиты, однако при условии их немедленного включения в начале пожара и безотказной работы сопел и водяных труб.

Таблица 7. Расстояния между двумя резервуарами*

Опасность хранилища	Минимальное расстояние до хранилищ различной опасности, м
	Незначи- тельная	Малая	Средняя	Высокая	Очень высокая	Чрез- вычайная	Катаст- рофическая
Незначительная	5	7	10	13	18	25	43
Малая	7	10	13	19	26	36	55
Средняя	10	13	19	26	36	56	80
Высокая	13	19	26	36	56	72	НО
Очень высокая	18	26	36	56	72	97	145
Чрезвычайная	25	36	56	72	97	130	185
Катастрофическая	43	60	80	110	145	185	225

Таблица 8. Расстояния от резервуаров до источников загорания, зданий и т.д.

Хранилища в соответствии с рейтингом опасности	Минимальные расстояния, м
	Граница работ	Граница предприятий, автодорога, железная дорога	Помещения КИПиА	Здание лаборатории, рабочее помещение и т.д.	Печи, наземные источники загорания, электроперек- лючатели, мастерские	Дымовые трубы, Н+ высота*
До стенки эезервуара						1,25 Н+
незначительная	20	15	7	12	10	6
малая	27	20	12	16	15	10
средняя	35	25	20	24	22	15
высокая	55	41	28	36	33	22
очень высокая	81	70	41	58	52	35
чрезвычайная	125	95	53	72	66	45
катастрофическая	175	130	75	100	90	60
До стенки обваловки						Н+
незначительная	15	10	5	8	7	6
малая	20	12	6	11	10	8
средняя	25	15	7	13	12	10
высокая	38	22	9	20	18	16
очень высокая	46	29	12	25	23	20
чрезвычайная	54	36	15	30	26	23
катастрофическая	65	45	20	40	32	28

Стандартная система охлаждения резервуаров состоит из трех труб, располагающихся на верху резервуара, и имеет плотность орошения 100-1000 л/м² в час. До настоящего времени система подобной конструкции - основной метод защиты для наземных резервуаров. Более эффективной является конструкция системы охлаждения, в которой трубы и сопла окружают резервуар на равном расстоянии, наподобие сетки. Такая конструкция предусматривает орошение также головных (торцевых) стенок резервуара, для чего предназначаются четыре сопла. При использовании этой системы при плотности орошения 400 л/м² в час обеспечивается защита промышленного резервуара от отказа в течение 90 мин в условиях внешнего пожара.

Хорошие результаты дают термостойкие покрытия наземных резервуаров, также позволяющие обеспечить защиту оболочки от отказа в течение 90 мин. С этой целью используются покрытия волокнистыми материалами на основе минеральной шерсти, простеганной стальной проволокой. Резервуар покрывают двумя слоями этой изоляции и металлическим листом толщиной 1 мм. Между внутренними слоями изолирующего покрытия и внешним (стальным) предусмотрен зазор воздуха в 30 мм. Более эффективными являются водоотталкивающие покрытия на основе вермикулита - минерала группы слюд, обладающего термоизоляционными свойствами, простого в применении и обладающего компактной поверхностью. В этом случае отпадает необходимость в стальном водонепроницаемом покрытии. Во многих случаях термостойкие покрытия эффективнее систем водяного охлаждения.

Для предотвращения распространения паровоздушных облаков в горизонтальном направлении используются устройства, создающие паровые, водяные или воздушные завесы. При этом происходит дополнительное разбавление паровоздушной смеси до концентраций нижнего предела воспламенения. Трубы с паром располагаются либо по верху стенок обваловки, либо в открытом канале ниже поверхности земли. Сопла направляются вертикально вверх. Такие системы при наличии соответствующего заземления для защиты от статического электричества весьма эффективны при рассеивании паровоздушных облаков. Наилучшими являются конструкции завес с вертикальным и горизонтальным направлением струй в сторону облака. При расчете паровой завесы необходимо определение скорости потока пара, требуемого для разбавления определенного расхода тяжелого газа до необходимого предела концентрации.

Для уменьшения выбросов углеводородов в атмосферу наиболее перспективными являются: оснащение резервуаров плавающими крышами и понтонами; объединение резервуаров для хранения однотипных продуктов газоуравнительными линиями с применением гидрокомпрессорного метода ликвидации испарений; осуществление дожига, в том числе каталитического; регулярный контроль за герметизацией аппаратуры; сокращение выбросов факельных систем - внедрение сбора факельных газов в газгольдеры переменной вместимости; внедрение методов, уменьшающих подачу продувного газа на свечи; использование прогрессивных конструкций горелок.

Для уменьшения сбросов через предохранительные клапаны на каждом аппарате следует устанавливать контрольные клапаны со сбросом в открытую систему при повышении технологического давления на 15% и аварийные клапаны со сбросом в атмосферу через сепаратор при повышении давления на 20%.

Пропуски сальниковых устройств можно устранять следующими способами: использованием для сальников колец из фторопласта, поджатых пружиной или инертным газом (азотом); уплотнением вращающихся валов с помощью магнитного поля, управляющего магнитной жидкостью; установкой двойных торцевых уплотнений; использованием гидроэжекторных циркуляционных местных отсосов; использованием вентилей с сильфонным уплотнением; переходом на бессальниковые насосы с экранированными электродвигателями.