Викид токсичних речовин в атмосферу з газотурбінних установок

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АЕРОКОСМІЧНИЙ ІНСТИТУТ

КАФЕДРА ХІМІЇ ТА ХІМІЧНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

 

 

 

 

 

Домашня робота №1

з дисципліни: «Газ і паливо-мастильні  матеріали»

на тему:

«Викид токсичних речовин в атмосферу з газотурбінних установок»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

 

План

 

1. Загальні відомості  про шкідливі речовини.

2. Способи захисту від ОР і СДОР .

3. Визначення ступеня забрудненості атмосфери.

4. Характеристика викидів.

5. Викиди забруднювальних речовин в атмосферу з ГТУ.

6. Вимоги щодо використання ГТУ.

Список використаної літератури.

 

 

Загальні відомості про  шкідливі речовини.

Відомо, що чисте  повітря і вода є запорукою  здоров’я і довголіття людини. Навіть незначне збільшення в них деяких токсичних домішок часто призводить до невиліковних хвороб усього людського організму. Важко сказати, чистота якого з трьох компонентів, що їх споживає організм людини з навколишнього середовища (повітря, вода, харчі), має більше значення для здоров’я. Але відомо, що за добу доросла людина споживає в середньому 12 kg (9300 l) повітря, тобто у 8 разів більше, ніж води, і в 12 разів — ніж харчів.

Між тим ступінь техногенного негативного впливу на чистоту повітря  вражає: щоранку будь-яка велика промислова держава викидає в повітря понад 8 млн тонн високотоксичного монооксиду вуглецю (СО — чадний газ) і 2 млн тонн оксидів азоту, понад 100 тис. l цих газів із додатковим вмістом до 60 kg токсичного пилу на кожного мешканця країни.

Аналогічна ситуація в США і не ліпша в нашій країні. Спеціалісти вважають, що 60% захворювань людей спричиняє саме забруднення атмосфери. Особливе значення для здоров’я людини має гранично допустима концентрація (ГДК) токсичних речовин у повітрі, воді й продуктах харчування. Хронічне, хоч і незначне, перевищення ГДК призводить до розладу функцій організму людини, пошкодження генного коду, а в разі значного перевищення — навіть до летальних наслідків.

Наведемо дані щодо токсичності  деяких речовин, симптоми ураження організму і можливі захворювання.

SO₂ — діоксид сірки, або сірчаний газ. Надходить через органи дихання, сильно подразнює слизову оболонку, викликає покашлювання, інколи блювання. За перевищення ГДК (залежно від тривалості дії) спричиняє отруєння, гострий бронхіт, втрату свідомості, набряк легенів. У деяких промислових містах, за постійного вмісту в повітрі SO₂ в кількості 0,03 mg/l у людей розвивається хронічний катар дихальних органів, кон’юнктивіт, карієс, малокрів’я, порушується функція печінки, знижується імунітет до різних інфекцій. Гранично допустима концентрація (ГДК) SO₂ в повітрі — 0,01 mg/l (g/m³).

H₂SO₄ — тетраоксосульфат диводню (більш відома назва — сірчана кислота). Випаровуючись, діє аналогічно діоксиду SO₂. За одночасної дії H₂SO₄ i SO₂ токсичний ефект посилюється. ГДК — H₂SO₄ – 0,001 mg/m³).

N_mO_n — оксиди азоту (нітрогази). Дія аналогічна дії SO₂, крім того, спричиняють порушення обміну поживних речовин, серцеву слабкість, нервовий розлад, зниження артеріального тиску. Надлишок нітратів у питній воді викликає у немовлят синюшність, утруднене дихання, порушення сну. Хронічне вдихання оксидів азоту з повітрям призводить до емфіземи легенів, порушення вітамінного обміну.

H₂S — сульфат диводню (сірководень) — високотоксичний яд. Загальний характер його дії виявляється в ураженні центральної нервової системи, зниженні забезпечення киснем органів і тканин, зменшення кількості еритроцитів у крові. Розчин H₂S у воді спричиняє екземи і дерматити шкіри, уражає очі (світлобоязнь, хронічна сльозотеча). ГДК — 0,01 g/m³. Міститься в коксохімічних і природних газах, викидах хімічних заводів.

СО — монооксид вуглецю (чадний газ). Уражає кров, утворюючи з гемоглобіном стійку білкову сполуку — карбоксигемоглобін, який перешкоджає транспортуванню кисню з легенів в організм. СО — дуже підступний газ без запаху і кольору і початкове отруєння малопомітне. Симптомами отруєння є швидке втомлювання, головний біль, біль у серці, нудота. ГДК — 0,03 g/m³. У найбільшій кількості міститься у вихлопних газах автомашин, отруюючи вулиці великих міст.

NH₃ — аміак. Впливає на органи дихання і центральну нервову систему, спричиняє кон’юнктивіт, катар верхніх дихальних шляхів, знижує імунітет проти інфекцій. NH₃ в промисловості і торгівлі використовують в холодильних установах, у побуті розчин NH₃ у воді відомий під назвою нашатирного спирту. ГДК — 0,02 g/m³.

Hg — ртуть. За хронічного отруєння парами Hg уражаються система травлення, нирки, нервова система, спостерігається тремтіння рук. ГДК — 10 g/m³. Краплини розлитої ртуті в приміщенні роблять його непридатним для перебування людини.

Cr — хром. Токсичні сполуки хрому, особливо вищої валентності, спричиняють алергію, астматичний стан, кровотечу. Небезпечні концентрації його створюються у відходах електролітів після процесу хромування металевих деталей.

Пил кадмію (Cd) і берилію (Be). Особливо токсичними є оксиди кадмію CdO і берилію. Спричиняють дистрофію внутрішніх органів. Збільшення кількості кадмію в організмі спричиняє серцеві хвороби, а хронічне отруєння оксидом берилію має навіть летальний кінець.

Олефіни і парафіни. Справляють наркотичний вплив на нервову систему і затримують фізичний розвиток організму. ГДК гасу, уайтспириту — 0,3 mg/l.

Ароматичні  сполуки. Порушують нервову діяльність, спричиняють головний біль, ламкість кровоносних судин, лейкоз і недокрів’я. Містяться в деяких хімічних розчинах, лаках, бітумах, гудронах, вихлопних автомобільних газах.

Метиловий спирт (СН₃ОН). Уражає зоровий нерв, що призводить до сліпоти, спричиняє цироз печінки, катар шлунку, атеросклероз, хвороби нирок і психічні хвороби. Міститься в антифризах, розчинниках, технічному етиловому спирті. ГДК — 0,05 g/m³.

недокрів’я, катар верхніх дихальних шляхів. ГДК 0,2 g/m³.

Фенол і його сполуки — спричиняють ембріотоксичний вплив, тобто отруєння ними призводить до народження нежиттєздатних дітей з аномаліями розвитку. ГДК — 0,005 g/m³. Міститься в деяких смолах, лаках і пластмасах.

Нітро- й амінопохідні (R – NO₂, R – NH₂), які широко вживаються в хімії барвників і лаків, уражають центральну нервову систему. ГДК — 0,01…0,3 g/m³.

 

Способи захисту  від ОР і СДОР 

Основними способами  захисту людей від отруйних речовин  і сильнодіючих отруйних речовин  є:

- використання засобів  індивідуального захисту;

- укриття у сховищах;

- евакуація за межі  зон хімічного зараження.

Дії населення у випадку загрози виникнення хімічної небезпеки:

Сирени і переривчасті гудки підприємств - це сигнал «Увага всім!».

При цьому необхідно:

- негайно увімкнути  приймач радіотрансляційної мережі  або телевізор та уважно вислухайте  інформацію про надзвичайну ситуацію та порядок дій;

- при оголошенні небезпечного  стану не панікувати;

- необхідно вжити заходів  для зменшення проникнення отруйних  речовин у квартиру (будинок), для  чого щільно закрийте вікна  та двері;

- попередити сусідів,  допоможіть інвалідам, дітям та людям похилого віку;

- підготувати запас  питної води: набрати воду в  герметичний посуд чи ємності,  підготувати найпростіші засоби  санітарного оброблення (мильний  розчин для миття рук);

- підготуватися до  можливої евакуації, для чого: упакуйте в герметичні пакети та складіть у валізу документи, цінності та гроші, предмети першої необхідності, ліки, мінімум білизни та одягу, запас консервованих продуктів на 2 - 3 доби.

 

Визначення  ступеня забрудненості атмосфери

Згідно з нормативно-технічною  документацією, нормування якості навколишнього природного середовища здійснюється з метою встановлення гранично допустимих норм впливу на це середовище, що гарантує екологічну безпеку населення та збереження генетичного фонду, забезпечує раціональне використання та відтворення природних ресурсів за умов сталого розвитку господарської діяльності. В Україні розроблені та діють нормативи ГДК, перевищення яких за певних умов негативно впливає на стан здоров'я людини. У табл.1 наведені гранично допустимі концентрації основних шкідливих речовин, що викидаються в атмосферу у населених пунктах.

З табл.1 видно, що нижня межа токсичності  шкідливих речовин, тобто їхня ГДК, значно відрізняється.

 

Таблиця 1. Гранично допустимі концентрації деяких шкідливих речовин у повітрі населених пунктів, мг/м3

 

Характеристика  викидів

Викиди характеризують за кількістю забруднювальних речовин, їхнім хімічним складом, концентрацією, агрегатним станом.

Промислові викиди поділяються  на організовані та неорганізовані. Організовані промислові викиди потрапляють в  атмосферу через спеціально споруджені газоходи, повітропроводи та труби.

Неорганізовані викиди надходять  в атмосферу у вигляді ненаправлених потоків унаслідок порушення герметизації, невиконання вимог охорони атмосфери при навантаженні та розвантаженні штучних вантажів, порушення технології виробництва або несправності обладнання.

За агрегатним станом викиди поділяють на 4 класи: І — газоподібні та пароподібні; II — рідкі; III — тверді; IV — змішані.

За величиною маси викиди об'єднують в б груп, т/доб: 1 група — маса менше 0,01 включно; 2 група — від 0,01 до 0,1; 3 група —  від 0,1 до 1; 4 група — від 1 до 10; 5 група — від 10 до 100; 6 група — понад 100.

Викиди підлягають періодичній  інвентаризації, тобто систематизації відомостей про розподіл джерел викидів  на території об'єкта, їхню кількість та склад. Метою інвентаризації (рис. 1) є: визначення викидів шкідливих речовин, що потрапляють в атмосферу від об'єктів; оцінювання впливу викидів на навколишнє середовище, встановлення ГДВ або ТПВ; вироблення рекомендацій з організації контролю викидів; оцінювання стану очисного обладнання та екологічності технологій і виробничого обладнання; планування черговості природоохоронних заходів.

Рис. 1. Послідовність інвентаризації викидів в атмосферу

Інвентаризація здійснюється один раз на 5 років згідно з Інструкцією з інвентаризації викидів забруднювальних речовин в атмосферу. Джерела забруднення атмосфери визначаються із схем виробничого процесу підприємства. Для діючих підприємств контрольні точки приймають по периметру санітарно-захисної зони. Заміри параметрів викидів здійснюють працівники лабораторії підприємства або лабораторії санітарно-епідеміологічної станції.

 

Викиди забруднювальних речовин в атмосферу з ГТУ

Основними параметрами, які характеризують викиди забруднювальних речовин в атмосферу, є вид виробництва, джерело виділення шкідливих речовин, число джерел викидів, координати розташування викиду, висота джерела викиду, діаметр устя труби, параметри газоповітряної суміші на виході з джерела викиду (швидкість, об'єм, температура), характеристика газоочисних пристроїв, види та кількість шкідливих речовин тощо.

Шкідливі речовини, що потрапляють в атмосферу від  промислових та транспортних підприємств, енергетичних установок, транспортних засобів, розчиняються в повітрі  та переносяться рухомими потоками повітря на великі відстані. Розсіювання забруднень призводить до зниження концентрації шкідливих речовин у зонах їх викиду та до одночасного збільшення площ із забрудненим повітрям.

На характер поширення  шкідливих речовин в атмосфері та на розмір зон забруднення впливають метеорологічні умови (горизонтальний та вертикальний рух мас повітря, його швидкість, температура, вологість, дощ, сніг, наявність хмар).

Крім метеорологічних  факторів, на розсіювання забруднень діє рельєф місцевості, наявність лісів, водоймищ, гір тощо. На забрудненість міст та населених пунктів впливають їхнє планування та озеленення.

Для більшості держав електростанції, металургійна промисловість  та підприємства транспорту газу є  джерелами викиду оксидів азоту в атмосферу. Більше 95 % від загальної кількості викидів оксидів азоту поступає в атмосферу з продуктами спалення рідкого та газоподібного палива. Оксиди азоту є токсичними речовинами, які негативно впливають на екологічний стан навколишнього середовища України і є причиною виникнення таких явищ як кислотні дощі та смог, зниження врожайності, поширення захворювань дихальних шляхів, руйнування озонового шару.

Територією України  перекачується значний об'єм природного газу, що пов'язано з її географічним положенням. Так по території України за 2005 рік транспортувалось близько 155 млрд. м³ природного газу. На більшості компресорних станцій на території України силовими агрегатами є газотурбінні двигуни, для яких основним паливом є природний газ, що транспортується по трубопроводах. Силові агрегати є джерелом забруднення атмосфери оксидами азоту. Серед всіх токсичних речовин, що утворюються в процесі спалення газоповітряної суміші в газотурбінних двигунах, саме вміст оксидів азоту визначає токсичність вихлопного газу на 90 –95%. За 2005 рік газотурбінні установки викинули в атмосферу біля 36,7 тис. т. оксидів азоту. Актуальність дослідження процесів утворення оксидів азоту в газотурбінних установках при транспортуванні газу обумовлюється тим, що близько 70 % від загального об'єму природного газу, що проходить територією України, є транзитний газ, при перекачуванні якого викинуто в атмосферу 25,7 тис. т. оксидів азоту.

На сьогоднішній день немає науково обґрунтованої  методики кількісної оцінки викидів  оксидів азоту в залежності від об'єму транспортування природного газу, режиму роботи газоперекачувального агрегату як на стадії проектування, так і в процесі експлуатації. До цього часу не розроблено ефективний метод зниження концентрації оксидів азоту у вихлопних газах газотурбінних установок. Підвищення екологічної надійності компресорних станцій та їх техногенної безпеки для навколишнього середовища держави є комплексним завданням, яке передбачає як інженерні завдання з розробки (модернізації) нових екологічно безпечних перекачувальних агрегатів, так і впровадження нових технологій зниження концентрації оксидів азоту в продуктах викиду.