Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка и внедрение системы экологического мониторинга воздушного бассейна нефтеперерабатывающего производства

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Ерохин, Юрий Юрьевич, Москва

л

Л

V''

Л

ОАО «московский НПЗ»

На правах рукописи

УДК 577:665.6

ЕРОХИН Юрий Юрьевич

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА

11.00.11 - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - д.т.н. Абросимов А.А. Научные консультанты - к.х.н., доц. Мазлова Е.А.,

к.т.н., доц. Клименко Е.Т.

МОСКВА - 1999

Содержание.

стр.

Введение. 1-4 Литературный обзор. Глава1. Экологический мониторинг воздушного

бассейна на НПЗ. 5-39

1.1. Загрязнение атмосферы нефтеперерабатывающим производством. Нормирование выбросов. 5-7

1.2. Источники выбросов вредных выбросов на НПЗ и основные 7-19 загрязняющие вещества.

1.2.1. Классификация источников выбросов вредных веществ на НПЗ. 8-10

1.2.2. Оценка значимости выбросов вредных веществ. 11-12

1.2.3. Характеристика основных загрязнителей атмосферы на НПЗ и соответствующие им источники загрязнения. 12-19

1.3. Системы экологического мониторинга воздушного бассейна на

НПЗ. 19-30

1.3.1. Методы анализа загрязнения воздуха. 23-28

1.3.2. Аналитические комплексы и системы в проблеме экологического мониторинга. 26-30

1.4. Технологические и организационные мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. 30-38

Выводы к Главе1. 39 Глава2. Анализ состояния воздушного бассейна в районе расположения

Московского НПЗ. 40-84

2.1. Климатическая характеристика месторасположения Московского

НПЗ. 40-42

2.2. Характеристика технологических и вспомогательных производств 42-46 как источников загрязнения на Московском НПЗ.

2.3. Характеристика существующей системы наблюдений за воздушной средой на Московском НПЗ. 46-52

2.4. Оценка экологической опасности выбросов вредных веществ на Московском НПЗ. 52-54

2.5. Исследование эффективности работы сети наблюдений за атмосферы Московского НПЗ. 54-62

2.6. Динамические наблюдения за состоянием атмосферы и определение экологических параметров загрязнения атмосферы. 62-68

2.7. Исследование влияния технологического совершенствования

технологических процессов Московского НПЗ на состояние атмосферы. 68-78

2.8. Разработка метода нормирования выбросов углеводородов. 78-84 ГлаваЗ. Разработка автоматизированной системы экологического

мониторинга нефтеперерабатывающего предприятия. 85-112

3.1. Цели и задачи АСЭМ НПЗ. 85-87

3.2. Разработка требований к АСЭМ НПЗ. 87

3.3. Размещение и общее количество постов наблюдения. 87-95

3.4. Разработка программы и условий наблюдений. 95

3.5. Разработка аппаратурного и программного обеспечения АСЭМ

НПЗ. 96-97

3.6. Обработка данных анализа атмосферного воздуха, полученных на АСПМС-1 АСЭМ. 97-100

3.7. Разработка автоматизированной системы экологического мониторинга на Московском НПЗ. 100-106

3.8. Использование разработанной АСЭМ в управлении качеством окружающей среды на НПЗ. 106-112

3.9. Внедрение системы экологического менеджмента в интегрально-информационную систему (ИИУС) НПЗ. 112-114

Выводы. 114-115

Литература. 116-125

Введение.

Вопросы охраны окружающей среды для предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности являются весьма актуальными. Это объясняется:

•опережающим развитием объемов производства в этих отраслях по сравнению с совершенствованием природоохранных мероприятий;

•появлением трудноутилизируемых, а в некоторых случаях и балластных отходов производства, применение и способы переработки которых пока не найдены;

•изменением ассортимента нефтей (появлением сернистых и высокосернистых нефтей и газового конденсата);

•чрезвычайно высокой энергонасыщенностью современных объектов нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности (типовой нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) производительностью 10-15 млн.т/год сосредотачивает на своей промышленной территории от 200 до 500 тыс.т углеводородного топлива, энергосодержание которого эквивалентно 2-5 мегатоннам тротила);

•интенсификацией технологии, ростом единичных мощности аппаратов, вследствие чего такие параметры, как температура, давление, содержание опасных веществ, растут и приближаются к критическим;

•несовершенной технологией сбора и утилизации загрязняющих компонентов, попавших в окружающую среду при производстве и применении нефтепродуктов.

Номенклатура выпуска нефтеперерабатывающего или нефтехимического заводов с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья, стала состоять из тысяч позиций, причем многие из изготавливаемых продуктов взрывопожароопасны и (или) токсичны.

Перечисленные особенности современных объектов нефтепереработки обусловливают их потенциальную экологическую опасность. Решение проблемы по снижению экологической опасности на нефтеперерабатывающих производствах возможно лишь путем комплексного подхода, включающего в себя следующие этапы: •анализ экологической опасности НПЗ;

•разработка и внедрение системы мониторинга окружающей среды, основными задачами которого являются наблюдение за качеством окружающей среды, выявление источников загрязнений, предупреждение возможных аварийных ситуаций;

•совершенствование автоматизированной системы управления производством и разработка системы управления качеством окружающей среды и экологической безопасностью;

•разработка методов повышения экологической безопасности производства за счет совершенствования технологических процессов и реконструкции оборудования;

•исследования и организация производства новых топлив с улучшенными экологическими характеристиками.

Решение задачи снижения экологической напряженности на НПЗ возможно путем создания на них систем экологического мониторинга, а полученные этими системами результаты, в комплексе с технологическими мероприятиями по повышению экологичности нефтеперерабатывающего производства, позволят эффективно управлять качеством окружающей среды. Под экологическим мониторингом подразумевается совокупность систем комплексного наблюдения за состоянием природной среды, а также влияние источников антропогенных воздействий на человека, животный мир и природу. Все системы действуют на единых принципах, позволяющих провести комплексный анализ и сделать обобщения по данным полученных измерений, дать оценку и прогноз происходящих изменений в экосистемах [1].

Вопросы наблюдения за состоянием окружающей среды являются ключевыми, при разработке, осуществлении и оценке эффективности природоохранных мероприятий, проводимых на нефтеперерабатывающих предприятиях. Необходимость и актуальность мониторинга окружающей среды обусловлена расположением объекта исследования, насыщенностью источниками выделения, опасностью выбрасываемых веществ, количеством выбрасываемых вредных веществ (ВВ).

Данные мониторинга, полученные в результате прямых и косвенных (расчетные методики) измерений, используются для:

•проверки соответствия реальных выбросов вредных веществ нормам экологического законодательства;

•оценки эффективности технологических процессов;

•экспертизы функционирования новых технологий контроля за загрязнением атмосферы и водного бассейна;

•создания баз данных по выбросам всех типов технологических процессов; •установления коэффициентов эмиссии;

•оценки влияния источника выброса на качество воздуха в регионе; •оценки влияния источника сброса на качество воды в регионе;

•разработки целенаправленной экологической политики предприятия.

Однако, на российских НПЗ в настоящее время экологический мониторинг атмосферы и воды осуществляется в основном лабораторными методами с предварительным отбором проб. Посты экологического контроля, имеющиеся на крупных предприятиях, оснащены, как правило, только системами отбора проб и не содержат аппаратуры автоматического контроля загрязнений. Разработка автоматической аппаратуры и измерительных комплексов проводится без учета действующих нормативных документов [2-4] и единой концепции систем экологического мониторинга России, разработанной Минэкологии РФ в 1993г.

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 и водного бассейна в промышленной и санитарно-защитной зон НПЗ и нет возможности в полной мере реализовывать цели и задачи, предъявляемые к мониторингу окружающей среды НПЗ.

Решением данной проблемы является создание автоматизированных систем экологического мониторинга НПЗ (АСЭМ НПЗ). АСЭМ НПЗ позволит увязать все наблюдения за состоянием загрязнения атмосферы и водного бассейна и станет необходимым звеном системы экологического менеджмента (СЭМ) [5]. Внедрение АСЭМ в качестве подсистемы в интегральную информационную управляющую систему (ИИУС) НПЗ обеспечит в перспективе объединение с информационной системой городского или регионального уровня. Одним из наиболее важных элементов АСЭМ будет система управления базами данных, работающая в режиме реального времени.

Таким образом, обоснование, разработка и внедрение автоматизированных систем экологического мониторинга для решения проблем повышения экологической безопасности нефтеперерабатывающих производств является крайне важной и актуальной.

Исходя из выше перечисленного целью данной работы являлось создание и внедрение автоматизированной системы экологического мониторинга на примере Московского НПЗ.

Для решения поставленной цели необходимым было выполнение следующего ряда

задач:

•исследовать существующие в настоящее время в практике систем экологического мониторинга;

•провести анализ состояния окружающей среды в районе расположения Московского НПЗ;

•оценить эффективность работы существующей сети наблюдений Московского

НПЗ;

•осуществить методологический, технический, аппаратурный аспекты создания и внедрения автоматизированной системы экологического мониторинга;

•провести оценку устойчивости функционирования АСЭМ и обработку полученных данных загрязнения атмосферы;

•рассмотреть взаимодействие АСЭМ с системой экологического менеджмента НПЗ и внедрение ее в интегрально-информационную систему (ИИУС).

Научная новизна. Впервые представлены результаты комплексного исследования воздушного бассейна Московского НПЗ во взаимосвязи с источниками выбросов вредных веществ предприятия.

•С помощью разработанной системы наблюдений получены данные по загрязнению атмосферного воздуха за последние 7 лет, которые были использованы при создании автоматизированной системы экологического мониторинга воздушного бассейна Московского НПЗ.

•Впервые с помощью лазерного индикатора «ЛИС-2» была обследована промышленная территория площадью 5 км2, определены основные источники загрязнения атмосферного воздуха углеводородами и оптимизировано расположение точек пробоотбора лабораторной сети наблюдений.

•Создана автоматизированная система экологического мониторинга среды Московского НПЗ, включающая двухуровневую структуру передачи информации и программное обеспечение; функциональную и организационную структуру комплекса необходимых технических средств.

•Представлен и внедрен новый подход к проблемам: расположения постов стационарного контроля, определения объектов автоматизированной системы мониторинга выбросов.

Глава 1

Литературный обзор. Экологический мониторинг воздушного бассейна на

НПЗ.

1.1. Загрязнение атмосферы нефтеперерабатывающим производством.

Нормирование выбросов.

Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды от загрязнения - одна из наиболее важных проблем современности, от решения которой зависит здоровье и благосостояние людей. В Законе РФ «Об охране окружающей среды» сформулированы жесткие требования к технологическим процессам и оборудованию, а также регламентирован комплекс вопросов, связанных с нормированием и сокращением вредных выбросов в атмосферу и ответственностью за недопустимое загрязнение воздушного бассейна [6].

Степень загрязнения воздушной среды НПЗ зависит от применяемой техники и технологии, а также от качества и масштабов переработки нефти. 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 и котельных топлив). Образующиеся в атмосфере тонкие дисперсные системы из твердой, жидкой и газообразных фаз обладают высокой устойчивостью, что определяет сложность их разрушения для разделения и выделения компонентов и дальность их переноса.

По загрязнению воздушного бассейна нефтепереработка и нефтехимия занимают ведущее место среди других отраслей промышленности (после Министерств энергетики, черной и цветной металлургии) [7]. В состав продуктов сгорания топлива входят такие загрязняющие вещества как оксиды азота, серы и углерода, технический углерод, углеводороды, сероводород [8, 9]. Предприятиями нефтехимии и нефтепереработки по данным [10, 11] выбрасывается в атмосферу более 1500 тыс.т/год вредных веществ (около 4% общего по стране количества выбросов вредных веществ), в том числе: углеводородов - 1182,24; оксидов серы, азота и углерода, соответственно, 232, 27, 112; твердых веществ -14; прочих - 16 тыс.т. Удельные выбросы токсичных веществ в воздушный бассейн в целом по заводам отрасли по тем же данным составили, кг/т нефти: углеводороды - 3,83; оксиды серы, азота и углерода, соответственно, 0,79; 0,09; 0,41.

Выбросы твердых веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота составляют почти 98% суммарных выбросов от промышленных предприятий. Как показывает анализ состояния атмосферы, именно выбросы этих веществ в большинстве

промышленных городов создают повышенный фон загрязнения. Выбросы же в

5

атмосферный воздух специфических веществ - аммиака, ацетона, фенола, ксилола, толуола, бензола и многих других составляет ~ 2% [12]. Однако, специфические вещества имеют высокий класс опасности и низкие значения предельно допустимых концентраций (ПДК) и, несмотря на малотоннажный выброс, могут представлять большую опасность для жизнедеятельности человека.

На предприятиях отрасли 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.1 представлена структура выбрасываемых, улавливаемых и утилизируемых веществ предприятиями нефтепереработки и нефтехимии (в %) [7]:

Таблица 1

Структура выбрасываемых, улавливаемых и утилизируемых веществ предприятиями

нефтепереработки и нефтехимии (в %).

Поп иге то Сфук1\ра г.ыоросок. в% С' ] р\ к 1 \ ра >. I ¡1 и. I и пае м ы.\ но 1 нос 1 к (46.2"ч «1 выбросов). 11% С1 р>к 1 \ри \ ш.И1 :м|\\смм\ вещее 1 и (56.7"« »1 ч.книенимч). и °и

Углеводороды 72,06 69,38 63,04

Дмокси 1 серы 14,26 0,40 0,03

Оксид углерода 8,85 3,40 0,38

Оксиды азота 1,58 0,31 0,34

С'сроио юрод 0,41 2,78 1,83

\ммиак 0,47 2,45 -

Фсшы 0,06 0,01 0,01

Гордые иешее-1 нл 0,90 9,73 15,15

11рочмс 1,41 11,54 10,05

Величина безвозвратных потерь для отечественных НПЗ составляет в среднем 1% от объема переработанной нефти. Безвозвратные потери нефти из нефтепродуктов по различным источникам на заводах с глубокой переработкой нефти составляют (в %) [13]:

• 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 пшамами, глинами и т.д. -19;

• потери со сточными водами (до биологической очистки при содержании в них 75 мг/л нефтепродуктов) - 1.

Наблюдения за уровнем загрязнения на общегосударственном уровне охватывают практически все города России с населением свыше 100 тыс. человек (2/3 городского населения). В большинстве из них наблюдения выполняют