炼厂酸性气火炬排空大气环境影响评估_基于单源高斯烟羽模型_甘光伟

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估算最不利气象条件时 1h 平均最大地面浓度
3.2.6 模型计算
与出现距离,选取火炬源计算模式。
表 4 火炬源源排放清单
火炬源名称 酸性气火炬
排气筒高度 /m 排气筒内径 /m 燃料气配比 总热释放率 /cal·s-1 排放工况
150
4.5
85∶4
681861
正常
评价因子源强 /g·s-1
SO2
NO2
11.1
1.0
3.1
2.0
3.0
3.1
2.3
2.3
2.0
3.0
3.0
2.0
2.0
3.0
3.0
2.0
7.1
4.1
2.9
1.8
5.1
14.3
3.6
2.6
14.2
12.2
0.0
0.0
100.0
100.0
3.1
2.1
第 10 期 甘光伟:炼厂酸性气火炬排空大气环境影响评估——基于单源高斯烟羽模型
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选取最不利条件,春季风力最大东南风 6.0m·s-1。
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化工技术与开发
第 41 卷
图 2 评估区域地形示意
由图 2 可以看出,评价区地形虽处于海岸丘陵, 但高差较小,相对于炼油工程的高排气筒来讲,区域 地形可以定义为简单平坦地形。 3.2.3 污染源 3.2.3.1 硫磺回收停工
排放气体来自硫磺回收联合装置的清洁酸性气 与含氨酸性气,排放源为炼油厂酸性气火炬。
放空气无需混合燃料气即可完全燃烧,故可以认为,
S 全部转化成为 SO2,N 全部转化成 NO2,燃烧化学式 为:
H2S+O2 → SO2+H2O NH3+O2 → NO2+H2O 本次评估建立在酸性气火炬燃料气配比充足,
酸性气完全燃烧的前提下,评估对象为 SO2 与 NO2 的落地浓度。
3.2.4 平均排放速率与热释放率
(7)地面对泄漏气体起全反射作用,不发生吸 收或吸附作用;
(8)整个过程中,泄漏气体不发生沉降、分解、 不发生任何化学反应等。
2.3 模型公式
由正态分布假设可以导出下风向任意一点 X
(x,y,z)处泄漏气体浓度的函数:
X(x,y,z)= A(x)e-ay2e-bz2
(1)
源强的积分函数为:
(2)
带入得出无界空间连续点源扩散的高斯模型公 式:
酸性气配比的燃料气主要成分为甲烷,排放总
重量见表 1。
表 1 燃料气排放总重量
物质
排放体积 / m3
总重量 /g
H2S
6244
NH3
1824
CH4
690
火炬源每 s 热释放率见表 2。
9460480 1553500 494730
表 2 火炬源热释放率
物质
标准燃烧热 总重量
/kJ·g-1
/g
H2S NH3 CH4 总释放热量 /kJ
据《环境空气质量标准》GB 3095-2012 要求,空气 中 SO2 与 NO2 浓 度 阈 值 分 别 为 0.5mg·m-3 和 0.24 mg·m-3,操作步骤见图 4。
3.3.3 计算结果
酸性气排放火炬大气污染物主要为 SO2、NO2, 依据《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ 2.2-
假设硫磺回收装置停工原因为硫磺制硫炉紧急 抢修 2h。所需停工步骤为 :
(1)制硫炉吹扫 4h,含氨酸性气放火炬; (2)制硫炉降温闷炉 10h,酸性气全部放火炬; (3)制硫炉检修 2h,酸性气全部放火炬; (4)检修完成制硫炉升温恢复生产,酸性气部 分放火炬。 可见本次假象停工酸性气放火炬时间为 19h。 根据 1 万 t·a-1 硫磺回收联合装置处理能力计算, 其间清洁酸性气排放总量为 5550m3,含氨酸性气总 量为 9120m3。 3.2.3.2 火炬燃烧尾气 根据酸性气火炬设计功能,酸性火炬中,酸性气 与燃料气流量比为 85∶4,火炬点燃 3min 后,酸性气
(4)
式中:X(x,y,z)为下风向 x 米、横向 y 米、地 面上方 z 米处的扩散气体浓度,单位为 kg·m-3;Q 为源强(即源释放速度),单位为 kg·s-1;u 为平均风 速,单位为 m·s-1; 为水平扩散参数,单位为 m; 为垂直扩散参数,单位为 m;t 为泄漏后的时间,单 位为 s;H 为泄漏源有效高度,单位为 m;y 为横向距 离,单位为 m;z 为垂直方向距离,单位为 m。
2008),利用 SCREEN3 估算模式估算单源在简单平
坦地形、最不利条件下的每种污染物的最大地面质
量浓度占标率 Pi(第 i 个污染物),及第 i 个污染物 的地面质量浓度达标准限值 10% 时所对应的最远
距离 D10%。扩散参数按城市考虑。估算结果见表 5。
1 背景介绍
本项目为位于西南沿海某石化公司 1 万 t·a-1 硫磺回收联合装置,装置分为硫磺回收、溶剂再生、 非加氢型酸性水汽提与加氢型酸性水汽提等 4 个单 元,承担着炼油厂脱硫尾气与废水处理任务,主要原 料为炼厂酸性气、酸性水。产品为工业级固体硫磺及 净化后的含硫污水供装置其他装置使用。当硫磺装 置生产波动停工时,炼油厂酸性气体将通过酸性气 火炬燃烧后排放,主要燃烧产物为 SO2 与 NO2。本文 就硫磺回收停工状态下酸性气全部排火炬对周边大 气环境的影响,为装置生产运行管理提供理论依据。
2 高斯烟羽模型介绍
2.1 坐标系 高斯模型的坐标系如图 1 所示,原点为排放点
图 1 高斯模式的坐标系
2.2 模型假设 (1)污染物的浓度在 y、z 轴上的分布是高斯分
布(正态分布)的; (2)污染源的源强是连续且均匀的,初始时刻
云团内部的浓度、温度呈均匀分布; (3)扩散过程中不考虑云团内部温度的变化,
第 41 卷 第10期 2012 年 10 月
化工技术与开发 Technology & Development of Chemical Industry
Vol.41 No.10 Oct.2012
炼厂酸性气火炬排空大气环境影响评估 ——基于单源高斯烟羽模型
甘光伟
(中国石油广西石化公司生产四部,广西 钦州 535008)
E ESE SE SSE
S SSW SW WSW W WNW NW NNW
C 合计 / 平均
表 3 厂区域与气象站地面风对比统计表
春季
风向频率 /%
平均风速 /m·s-1
Hale Waihona Puke 厂区 气象站 厂区 气象站
21.2
15.3
5.2
4.3
2.0
3.1
2.5
2.0
1.0
2.0
2.0
1.0
2.0
1.0
2.0
2.0
8.1
15 18.6 50.07
9460480 1553500.8
494730
每 s 释放热量 /cal·s-1
释放热量 /kJ
141907200 28895115 25082811 195885126 681861
3.2.5 风速条件
厂区及周边地区春夏季节风向及风力的统计数
据见表 3。
风向
N NNE NE ENE
忽略热传递、热对流与热辐射; (4)泄漏气体是理想气体,遵守理想气体状态
方程; (5)在水平方向,大气扩散系数呈各向同性; (6)取 x 轴为平均风速方向,整个扩散过程中
收稿日期:2012-08-01
第 10 期 甘光伟:炼厂酸性气火炬排空大气环境影响评估——基于单源高斯烟羽模型
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风速的大小、方向保持不变,不随地点、时间变化而 变化;
摘 要:以某炼厂硫磺回收联合装置为研究对象,介绍了SCREEN3单源高斯烟羽模型的基本原理、操作过程和所
需的基本资料,并利用该模型对硫磺回收装置生产波动导致酸性气通过火炬大量排空对周围大气环境造成的影响进
行分析和预测,并提出针对炼厂酸性气火炬排空的对策与建议。
关键词:SCREEN3模型;炼油厂;大气环境;影响评价
地理地形参数包括计算区的海拔高度,土地利 用类型,海拔高度及土地利用类型由计算区域的卫 星遥感影像图及数字高程 DEM 数据提取。
地形参数选取以 108°29′51″E,21°50′33″N 为 左下坐标,向东 20km,向北 18km,总面积 360km2, 即网格设置为 20km×18km,网格间距为 1km。在 炼油厂址区域中心划出一条纵剖面,得到地面高程 见图 2。
(3)
式中:ðy、ðz 为泄漏气体在 y、z 方向分布的标准 差,单位为 m;X(x,y,z)为任一点处泄漏气体的浓 度,单位为 kg·m-3;u 为平均风速,单位为 m·s-1; Q 为源强(即源释放速度),单位为 kg·s-1。
考虑地面对气体的反射作用,实际浓度因为泄 漏源气体浓度与地面反射气体浓度之和,考虑这个 因素,得到高架连续点扩散的高斯烟羽模型公式为 :
式(4)中,令 z=0,可得到地面气体浓度计算公 式:
(5)
本文目的在于估算全气象组合条件下各污染物 小时平均最大地面浓度及出现距离。最大地面浓度 的预测结果反映泄漏源对周围环境及关心点的影响 程度。
3 酸性气火炬燃烧排放大气影响分析
对该炼油厂 1 万 t·a-1 硫磺回收联合装置由于 生产波动等原因导致停工时,含硫、含氨酸性气全 部通过炼厂酸性气火炬燃烧排放后火炬周边 SO2 与 NO2 落地浓度进行预测,并根据《环境影响评价技 术导则 大气环境》(HJ 2.2-2008),对计算出的落地 浓度进行符合性分析,并借此提出炼油厂硫磺回收 联合装置生产运行管理建议。
风向频率 /%
平均风速 /m·s-1
厂区 气象站 厂区 气象站
3.0