Підвищення рівня екологічної безпеки та енергозбереження на об'єктах нафтогазової промисловості

Abstract

Вирішена науково-технічна задача заощадження енергетичних ресурсів та зниження рівня аеротехногенного забруднення навколишнього середовища викидами промислових підприємств нафтогазового комплексу. На основі наукових досліджень виявлені закономірності процесів змішування димових газів в потоці повітряного середовища, встановлені математичні залежності для визначення коефіцієнтів лінійної дифузії. Виявлені чинники впливу на характер дисипації домішок в атмосфері, запропонована методика визначення коефіцієнтів просторової турбулентної дифузії димових газів. Розроблена математична модель формування просторово-часового поля техногенного забруднення атмосфери з урахуванням властивостей шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств нафтогазового комплексу. Запропоновані адаптовані до умов виробничих об'єктів нафтогазової промисловості енергоощадні технології раціонального використання некондиційних вуглеводневих сумішей, що спалюються на факельних установках. Обґрунтована необхідність застосування у вихлопному тракті поршневих газоперекачувальних агрегатів шумопоглинаючих пристроїв, як засіб нейтралізації та зниження емісії токсичних речовин викидних газів.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. В первом разделе приведена характеристика существующего состояния загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий нефтегазовой промышленности, технологические процессы которых связаны с сжиганием углеводородного топлива. Обоснована необходимость снижения уровня энергоемкости производственных объектов, посредством внедрения энергосберегающих технологий как решающих средств экономии углеводородного сырья и защиты окружающей среды от загрязнения. Рассмотрены процессы образования, эмиссии и распространения в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах таких источников загрязнения как факельные и газомотокомпрессорные установки. С целью возможности разработки природоохранных мероприятий, направленных на снижения уровня аэротехногенного загрязнения необходимо оценить масштабы влияния производственных объектов на окружающую среду, что возможно осуществить на основании закономерностей диффузионного распространения вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха. Анализ научных публикаций показал, что данной проблеме уделено достаточно много внимания, однако, учитывая сложность природы процессов атмосферной диффузии и существования множества факторов, влияющих на ее характер, вопрос окончательного решения поставленного задания остается пока что открытым. Во втором разделе представлены результаты экспериментальных и аналитических исследований процессов смешивания дымовых газов в потоке воздушной среды. Определено в пространственно-временном измерении распределение концентраций и параметров, характеризующих турбулентную диффузию вредных примесей в атмосфере, установлены математические зависимости для определения коэффициентов смешивания газов в продольном направлении распространения дымового облака. Третий раздел содержит описание экспериментальной установки и методики проведения исследований процессов распространения дымовых газов в приземном слое атмосферного воздуха. Выявлены факторы влияния на характер диссипации в атмосфере продуктов сгорания от факельных установок и предложена методика определения коэффициентов пространственной турбулентной диффузии. Разработана математическая модель формирования пространственно-временного поля техногенного загрязнения атмосферы с учетом особенностей ведения производственных процессов и свойств вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий нефтегазового комплекса. В четвертом разделе представлены разработанные адаптированные к условиям ведения производственных процессов энергосберегающие технологии рационального использования некондиционных углеводородных смесей, сжигаемых на факельных установках. Предложено после отбора и компремирования использовать их в топливной системе технологических установок. Использование утилизированных факельных газов в качестве топлива для поршневых газоперекачивающих агрегатов, эксплуатируемых рядом предприятий переработки, транспорта и хранения газов, предоставит дополнительную возможность снизить уровень эмиссии токсических веществ выхлопных газов в результате протекания процессов гегерогенно-каталитического восстановления оксидов азота до молекулярного азота и углекислого газа.

The scientific and technical problem of energy saving and reduction of aerotechnogenic pollution by oil and gas industry emissions is solved and implemented. Based on the experimental and analytical studies the patterns of mixing processes of flue gases in the air flow are revealed, mathematical expressions for determining the coefficients of gas mixing in the longitudinal direction of smoke cloud propagation are set. The influence factors on dissipation of the combustion products from flare units in the atmosphere have been defined and the technique of determining the coefficients of turbulent diffusion in space and time during the process of emission plume has been offered. The mathematical model of forming of the spatiotemporal field of technogenic atmosphere pollution with the account of production processes and the properties of hazardous substances, contained in emissions from oil and gas companies, has been developed. The adapted to the conditions of production of oil and gas industry energy-saving technologies of the rational use of substandard hydrocarbon mixtures burned in the flare units are proposed. The necessity of application of gas compressor units of noise cancelling devices as means to neutralize and reduce the emission of toxic substances in the exhaust tract is grounded.