РАСЧЕТЫ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Поступление вредных веществ в воздух может быть вызвано следующими физико-химическими процессами: истечением вследствие разности давлений в оборудовании и наружной среды, турбулентным и молекулярным переносом в результате разности парциальных давлений, при неполном сжигании различных видов топлива, при механической обработке, при химических реакциях и т. д.

Количество выделяющихся веществ в зависимости от поставленной задачи и требуемой степени точности можно определить исходя из удельных показателей, газовоздушных балансов, а также расчетным путем.

2.1. Расчет количества вредных веществ, поступающих из газового объема трубопроводов и оборудования, находящихся под давлением

2.1.1. Определение количества вредных веществ, поступающих через неплотности фланцевых соединений при Ризб ≥ 2 ∙ 105 Па

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений, определяется по формуле:

(2.1)

где 3,57 –коэффициент, оС1/2 ∙ см2/(м3 ∙ ч);

η - коэффициент запаса, принимаемый равным 2;

Ризб – избыточное давление, Па;

m – коэффициент негерметичности, характеризующий падение давления в аппарате, ч-1;

V – объем аппарата, занимаемый газовой (паровой) фазой, м3;

Т – абсолютная температура газа или пара в аппарате, К;

М – молярная масса газа или пара.

Допустимые значения коэффициентов негерметичности приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Допустимые значения коэффициентов негерметичности

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Емкость

Среда

Коэффициент негерметичности, ч-1

Газовые компрессоры, технологическое оборудование с трубопроводами и другое оборудование, работающее под давлением:

вновь установленные

Токсичная

0,001

Пожаро - и взрывоопасная

0,002

повторное испытание

То же

0,005

Трубопроводы для горючих, токсичных и сжиженных газов и паров:

цеховые

Токсичная и горючая

0,0005

Горючая

0,001

межцеховые

Токсичная и горючая

0,001

Горючая

0,001

2.1.2. Определение количества вредных веществ, поступающих через неплотности фланцевых соединений при 2 ∙ 105 > Ризб ≥ 0,02 ∙ 105 Па

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений, приближенно определяется по формуле для Ризб ≥ 2 ∙ 105 Па, но с коэффициентом запаса η = 1,5:

(2.2)

Пример 2.1. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений вновь смонтированного трубопровода (d = 108 мм, толщина стенки - 4 мм, длина - 150 м).

Исходные данные. Состав среды в трубопроводе, % масс.: водород 58,9, оксид углерода 7,1, метан 34. Температура газовой смеси в трубопроводе t = 50 oC. Избыточное давление в трубопроводе Ризб = 209060 Па. Давление наружной среды В = 101325 Па.

Решение. Относительные молекулярные массы составляющих газовой смеси: МH2 = 2,0; МCO = 28,0; МCH4 = 16,0.

Мольные доли составляющих газовой смеси:

Абсолютное давление газовой смеси в трубопроводе:

Парциальное давление составляющих газовой смеси:

Концентрации составляющих газовой смеси:

Произведение для составляющих газовой смеси, мг/м3 (кг/м3):

Плотность газовой смеси в трубопроводе:

Молекулярная масса газовой смеси в трубопроводе:

Коэффициент негерметичности фланцевых соединений трубопровода (табл. 2.1): m = 0,001. Объем газов в трубопроводе: V = 0,785×d2×l; V = 0,785×0,12×150 = 1,1775 м3.

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопровода:

Объем газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов:

Количество составляющих газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопровода, г/ч:

Пример 2.2. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений из аппарата диаметром 1,4 м и высотой 2,5 м. Степень заполнения жидкостью kз = 0,7.

Исходные данные. Состав жидкости в аппарате, % (масс.): вода 40, бензол 30, дихлорэтан 30. Газовая среда в аппарате – воздух с примесью аммиака. Влажность воздуха φ = 50 %. Концентрация аммиака в воздухе CNH3 = 10 мг/м 3. Температура жидкости и газовой среды в аппарате t = 40 оC. Давление наружной среды В = 101325 Па. Избыточное давление среды в аппарате Ризб = 101325 Па.

Решение. Молекулярные массы составляющих газовой среды: МН2О = 18,015; МБ = 78,10; МД = 98,97; МВ = 28,96; МNH3 = 17,81.

Мольные доли составляющих жидкости:

Из Приложения находим эмпирические коэффициенты А, В, С для каждого компонента смеси жидкости:

Вода

А = 7,9608;

В = 1678,0;

С = 230,0;

Бензол

А = 6,9120;

В = 1214,6;

С = 221,2;

Дихлорэтан

А = 7,1840;

В = 1358,5;

С = 232,0.

Парциальное давление насыщенных паров компонентов над чистыми жидкими веществами:

Парциальное давление паров компонента над смесью жидкостей (поступивших из жидкости):

Парциальное давление насыщенных водяных паров в газовой среде:

Давление водяных паров в газовой среде при заданной влажности:

Полное давление среды в аппарате:

Парциальное давление примеси (аммиака) в газовой фазе:

В таблице 2.2 приведены возможные парциальные давления компонентов в газовой смеси над жидкостью.

Таблица 2.2. Возможные парциальные давления компонентов над жидкостью

Компоненты

Парциальные давления компонентов

Возможное парциальное давление

поступивших из жидкости

в первоначальной газовой среде

Вода

5759

3338

5759

Бензол

3206,4

0

3206,4

Дихлорэтан

2148

0

2148

Аммиак

0

1,503

1,503

Парциальное давление основного газового компонента – воздуха:

Объемные доли газовых составляющих:

Концентрация составляющих газовой смеси, мг/м3:

Произведение для составляющих газовой смеси, мг/м3 (кг/м3):

Плотность газовой смеси в аппарате:

Молекулярная масса смеси газов в аппарате:

Объем занимаемый газовой фазой в аппарате:

Коэффициент негерметичности аппаратов, подвергающихся повторному испытанию (существующий): m = 0,005.

Количество газовой смеси, выделяющейся из аппарата:

Объем газовой смеси, выделяющейся из аппарата:

Количество составляющих газовой смеси, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений аппарата, г/ч:

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Задание 4. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений трубопровода, транспортирующего газ.

Исходные данные. Состав среды в трубопроводе, температура газовой смеси в трубопроводе, избыточное давление в трубопроводе приведены в таблице 8.4. Давление наружной среды В = Па. Коэффициент негерметичности m – принять по таблице 2.1

Таблица 8.4 Исходные данные к заданию 4

Вариант

Состав смеси

Температура смеси, оС

Давление избыточное,

Па

Параметры трубопровода

Компоненты

Содержание, доли масс

Диаметр внутренний, мм
Длина, м

1

Метан CH4

Этан C2H6

Пропан C3H8

0,4

0,3

0,3

50

119

800

2

Этан C2H6

Пропан C3H8

Бутан C4H10

0,5

0,4

0,1

60

90

500

3

Метан CH4

Этан C2H6

Азот N2

0,6

0,1

0,3

45

80

1000

4

Метан CH4

Этан C2H6

Оксид азота

0,6

0,3

0,1

30

75

300

5

Метан CH4

Этан C2H6

Пропан C3H8

0,4

0,2

0,4

55

80 000

257

900

6

Этан C2H6

Пропан C3H8

Азот N2

0,3

0,2

0,5

46

150

750

7

Этан C2H6

Пропан C3H8

Гелий He

0,5

0,3

0,2

24

120

1200

8

Этан C2H6

Пропан C3H8

Водород H2

0,6

0,3

0,1

15

70

540

9

Метан CH4

Этан C2H6

Пропан C3H8

0,7

0,2

0,1

10

100

300

10

Метан CH4

Этан C2H6

Водород

0,6

0,2

0,2

42

87

150

11

Этан C2H6

Пропан C3H8

Аргон

0,7

0,1

0,2

38

210

860

12

Этан C2H6

Пропан C3H8

Бутан C4H10

0,4

0,4

0,2

20

70 000

140

900

13

Этан C2H6

Пропан C3H8

СО

0,5

0,1

0,4

28

90

475

14

Этан C2H6

Пропан C3H8

СО2

0,6

0,2

0,2

44

90 000

75

360

15

Метан CH4

Этан C2H6

SO2

0,8

0,1

0,1

52

130

700

16

Метан CH4

Этан C2H6

SO3

0,7

0,2

0,1

22

150

950

17

Этан C2H6

Пропан C3H8

Сероводород H2S

0,7

0,1

0,2

40

210

1100

18

Этан C2H6

Пропан C3H8

Хлор Cl

0,6

0,2

0,2

26

240

490

19

Метан CH4

Пропан C3H8

Азот N2

0,2

0,4

0,4

35

90

970

20

Этан C2H6

Азот N2

Сероводород H2S

0,4

0,4

0,2

44

160

850

21

Пропан C3H8

Азот N2

Сероводород H2S

0,5

0,3

0,2

18

190

600

22

Этан C2H6

Азот N2

Оксид углерода СО

0,3

0,4

0,3

29

80

830

23

Пропан C3H8

Азот N2

Оксид углерода СО

0,1

0,7

0,2

37

108

490

24

Метан CH4

Пропан C3H8

Пентан

0,2

0,3

0,5

16

99 000

90

580

25

Азот N2

Водород

Метан CH4

0,6

0,1

0,4

41

120

250

26

Аргон

Водород H2

Оксид азота

0,2

0,7

0,1

58

110

120

27

Метан CH4

Этан C2H6

Оксид углерода СО

0,3

0,5

0,2

70

95

300

28

Этан C2H6

Пропан C3H8

Пентан C5H12

0,5

0,3

0,2

40

85 000

125

400

29

Метан CH4

Этан C2H6

Водород H2

0,6

0,3

0,1

20

250

820

30

Этан C2H6

Пропан C3H8

Гелий He

0,4

0,3

0,3

54

200

414