СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКА ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ Российский патент 2012 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к промышленной экологии и может быть использовано для обнаружения источника несанкционированного выброса вредных веществ в атмосферу, в том числе при аварии или криминальной врезке в трубопроводы.

Из уровня техники специалистам известны способы обнаружения источников выбросов вредных веществ (ВВ) в атмосферу на территориях расположения источников загрязнения атмосферы путем визуальной фиксации с помощью осмотра территорий с воздуха либо с помощью тепловой аэросъемки (Б.В.Шилин, И.А.Молодчинин «Контроль состояния окружающей среды тепловой аэросъемкой, Москва «Недра», 1992 г., стр.46-48).

Данные визуальные способы дорогостоящи из-за использования авиации и не позволяют достаточно оперативно и точно выявить источник несанкционированного выброса ВВ в атмосферу на территориях с большой концентрацией промышленных объектов, выбросы которых фиксируются лишь визуально. Несанкционированные выбросы, например, продуктопроводов нефтегазохимического комплекса визуально и с помощью тепловизоров зафиксировать не представляется возможным, поскольку температура продуктов выброса может не отличаться от температуры окружающей среды.

Известен способ контроля за выбросами загрязняющих веществ источниками загрязнения атмосферы (Патент РФ №2161321, МПК 7 G01W 1/00, опубл. 27.12.2000, БИ №36), предназначенный для выявления источников загрязнения атмосферы (ИЗА) с текущим нормативно-несанкционированным уровнем выбросов вредных веществ (ВВ). Известный способ включает в себя создание общей информационной базы всех ИЗА, расположенных в черте города по всем ВВ, мониторинг состояния загрязнения атмосферы, в том числе проведение замеров концентраций всех ВВ с применением алгоритма взаимосвязи между величиной массового выброса ВВ и уровнем концентрации этого ВВ в пунктах контроля, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, осуществление экстренных замеров концентраций всех ВВ в найденном ИЗА.

Недостатком известного способа является использование громоздкого алгоритма математических расчетов, что приведет к значительным затратам. Программный комплекс по расчетному определению источников с нормативно-несанкционированными выбросами должен работать с периодичностью, равной нормативно-заданной частоте контроля на стационарных пунктах контроля, с последующим проведением инструментального контроля на всех источниках, принадлежащих различным предприятиям, расчетный массовый выброс которых превышает нормативный массовый выброс не менее чем на 10%.

Заявляемый способ решает задачу оперативного выявления источника несанкционированного выброса в атмосферу, например, при аварии или криминальной врезке, после обнаружения факта несанкционированного выброса.

Технический результат, достигаемый при осуществлении способа, заключается в упрощении и сокращении времени обнаружения источника несанкционированного выброса за счет сравнения и выявления совпадения соотношений концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного источника загрязнения атмосферы (ИЗА) из информационной базы ИЗА, расположенных в расчетном секторе рассеивания.

Указанная задача с достижением технического результата решается с помощью способа идентификации источника несанкционированного выброса, который включает создание информационной базы источников загрязнения атмосферы, замер концентраций ВВ несанкционированного выброса, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, выявление местоположения ИЗА с несанкционированным уровнем выбросов ВВ в атмосферу, новым является то, что информационная база ИЗА дополнительно содержит соотношение концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного ИЗА, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса осуществляют по концентрациям двух основных компонентов ВВ в облаке выброса без возгорания, или по концентрациям трех основных компонентов ВВ в облаке выброса с возгоранием с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы, далее сравнивают соотношение концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций компонентов ВВ из информационной базы ИЗА, расположенных в расчетном секторе рассеивания и выявляют совпадение соотношений концентраций компонентов ВВ с конкретным ИЗА из информационной базы.

В основе предлагаемого способа лежит теория атмосферной диффузии в слое воздуха толщиной в несколько метров и известная закономерность - расслоение по компонентам в движущемся облаке выброса в поле гравитационных сил будет незначительно и реализуется только разбавление выброса атмосферным воздухом (Берлянд М.Е. «Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы», Гидрометеоиздат, Л., 1985., Матвеев Л.Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы, Л., 2000; СПб, Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86, Гидрометеоиздат, Л., 1987).

Используя известные закономерности, для определения месторасположения вероятного ИЗА необходимо иметь информацию о соотношении концентраций вредных веществ, содержащихся в выбросах и характерных для конкретного предприятия. При несанкционированном выбросе в атмосферу, например, углеводородной смеси, без возгорания достаточно определить соотношение концентраций между двумя основными компонентами ВВ в облаке выброса - сероводорода и сумм углеводородов, а в случае выброса в атмосферу углеводородной смеси с возгоранием, необходимо ввести еще один компонент, характерный для процесса горения, например диоксид серы. Определение сектора возможного расположения источника несанкционированного выброса осуществляют расчетным путем с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы УПРЗА, например, «ЭКОЛОГ» версия 3. А затем сравнивают полученное соотношение концентраций основных компонентов ВВ выброса с неизменным соотношением концентраций компонентов смеси в обращающихся углеводородных потоках предприятий и объектов, расположенных в расчетном секторе.

Способ осуществляется следующим образом.

- устанавливают факт несанкционированного выброса ВВ в атмосферу в результате обнаружения превышений ПДК ВВ в атмосфере или наличия жалоб населения на запах и ухудшение самочувствия;

- определяют метеопараметры и концентрации ВВ в атмосферном воздухе в момент несанкционированного выброса с использованием общедоступных методик и оборудования, в том числе стационарных или передвижных экологических постов контроля;

- обрабатывают полученные данные и выбирают приоритетные компоненты в облаке выброса для дальнейшего определения соотношений их концентраций;

- определяют соотношение концентраций выбранных компонентов в выбросе;

- определяют предполагаемый сектор распространения ВВ с помощью унифицированной программы УПРЗА путем решения обратной задачи рассеивания выброса в атмосферном воздухе;

- сравнивают полученные соотношения концентраций приоритетных компонентов в облаке выброса ВВ с соотношениями, включенными в информационную базу данных ИЗА, расположенных в секторе рассеивания выброса;

- осуществляют экстренные замеры концентраций основных ВВ ИЗА по месту его расположения;

- формируют заключение о причастности известных объектов к загрязнению атмосферы, либо о наличии в данном секторе ненормированных операций, связанных с выбросами ВВ.

Способ был использован при поиске возможного местоположения источника выброса вредных веществ, зафиксированного в г.Оренбурге и с.Черноречье. Первоначально надзорные органы связали факт выброса с тем, что на Оренбургском газоперерабатывающем заводе (ОГПЗ) проводилось предремонтное опорожнение установок со сбросом сред на факел, одновременно осуществлялся сброс газа на свечу из газопровода «УКПГ-16 - ОГПЗ».

В таблице 1 представлены результаты замеров концентраций компонентов ВВ в атмосфере и соотношения зафиксированных концентраций.

Таблица 1 Место отбора проб воздуха H₂S, мг/м³ Сумма углеводородов, мг/м³ H₂S/сумма углеводородов ул.Советская/ул.Правды 0,033 5,12 0,0064 ул.Чичерина (ЛВЗ) 0,018 4,64 0,0039 ул.Чапаева/ул.Деповская 0,017 4,46 0,0038 Мебельная фабрика 0,038 4,34 0,0087   Среднее значение 0,0057

Соотношение концентраций основных компонентов ВВ находится в пределах 0,0038-0,0087. С использованием информационной базы данных было установлено, что в рассматриваемый временной отрезок выброс в атмосферу от источников Оренбургского газоперерабатывающего завода и источников газопровода «УКПГ-16 - ОГПЗ» маловероятен, поскольку соотношение концентраций основных компонентов ВВ в выбросах от данных объектов при сжигании очищенного газа находится в диапазоне 0,00003-0,00013 и 0,068-0,071 при сжигании газа с высоким содержанием сероводорода.

Из всех объектов по добыче, транспорту и переработке углеводородного сырья, расположенных в районе предполагаемого выброса, при практически штилевых условиях, представленное в таблице 1 соотношение концентраций основных загрязняющих веществ возможно в газовой составляющей нефти, транспортируемой по трубопроводу «УКПГ-10 - ОГПЗ». Позднее на одном из участков этого трубопровода в исследуемом районе была обнаружена криминальная врезка, которая привела к разгерметизации трубопровода и выбросу в окружающее пространство значительного количества нефти, при разгазировании которой и было реализовано зафиксированное загрязнение атмосферы. Данный вывод подтверждался тем, что в с.Черноречье, расположенном несколько в другом секторе по отношению к движению облака загрязнения, но ближе к трубопроводу «УКПГ-10 - ОГПЗ», уровень загрязнения был значительно выше.

Для подтверждения сделанных выводов об идентификации источника загрязнения были произведены "контрольные" замеры содержания в воздухе сероводорода и углеводородов после изменения направления ветра и на более близком расстоянии от установленного места криминальной врезки. Результаты замеров состояния атмосферного воздуха в местах контроля государственных станций гидрометеорологии и охраны окружающей среды после осуществления криминальной врезки и данные по соотношению концентраций компонентов ВВ основных ИЗА представлены в таблице 2.

Тем самым было подтверждено предположение, что в результате криминальной врезки на нефтепроводе «УКПГ-10 - ОГПЗ» произошел выброс продукта, образовалось устойчивое облако смеси углеводородов и сероводорода, которое достигло селитебной зоны, а в последствии при усилении ветра и изменении его направления на преимущественно западное облако, двигаясь по пойме р.Урал достигло г.Оренбурга.

Таблица 2 Место отбора проб воздуха H₂S, мг/м³ Сумма углеводородов, мг/м³ H₂S/сумма углеводородов ул.Заречная/ул.Илекская 0,185 15 0,0123 ул.Заречная/ул.Илекская 0,005 3,8 0,0013 ул.Заречная/ул.Илекская 0,004 3,2 0,0013 ул.Пролетарская, 4 0,05 5 0,0100 ул.Пролетарская, 4 0,005 4,7 0,0011 Установки комплексной подготовки газа (УКПГ-10) (1,5 км от места врезки) 0,006 4 0,0015   Среднее значение 0,0046

Таким образом, в результате использования способа обнаружена криминальная врезка в нефтепровод.

Предлагаемый способ идентификации источника несанкционированного выброса, по сравнению с известными техническими решениями, не требует сложного аппаратурного оформления, позволяет оперативно определить сектор расположения данного источника и ускорить принятие организационных решений и мероприятий по управлению ситуацией и ликвидацией ее последствий. Способ может быть применен и для металлургических, автотранспортных предприятий, предприятий машиностроения и др.

Настоящий способ решает задачу оперативного выявления источника несанкционированного выброса в атмосферу при аварии или криминальной врезке после обнаружения факта несанкционированного выброса. Технический результат, достигаемый при осуществлении способа, заключается в упрощении и сокращении времени обнаружения источника несанкционированного выброса за счет сравнения и выявления совпадения соотношений концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций основных компонентов вредных веществ (ВВ), характерных для конкретного ИЗА из информационной базы источников загрязнения атмосферы (ИЗА), расположенных в расчетном секторе рассеивания. Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу включает в себя создание информационной базы ИЗА, замер концентраций ВВ несанкционированного выброса, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, выявление местоположения ИЗА с несанкционированным уровнем выбросов ВВ в атмосферу, причем информационная база ИЗА содержит соотношение концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного ИЗА, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса осуществляют по концентрациям двух основных компонентов ВВ в облаке выброса без возгорания (по концентрации трех компонентов - с возгоранием), сравнивают соотношение концентраций и выявляют соотношение концентраций компонентов ВВ с конкретным ИЗА из информационной базы. 2 табл.

Способ идентификации источника выброса вредных веществ в атмосферу, включающий создание информационной базы источников загрязнения атмосферы (ИЗА), замер концентраций вредных веществ (ВВ) несанкционированного выброса, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса, выявление местоположения ИЗА с несанкционированным уровнем выбросов ВВ в атмосферу, отличающийся тем, что информационная база ИЗА дополнительно содержит соотношение концентраций основных компонентов ВВ, характерных для конкретного ИЗА, расчет сектора рассеивания несанкционированного выброса осуществляют по концентрациям двух основных компонентов ВВ в облаке выброса без возгорания или по концентрациям трех основных компонентов ВВ в облаке выброса с возгоранием с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы, сравнивают соотношение концентраций основных компонентов ВВ в несанкционированном выбросе с соотношением концентраций компонентов ВВ из информационной базы ИЗА, расположенных в расчетном секторе рассеивания, и выявляют совпадение соотношений концентраций компонентов ВВ с конкретным ИЗА из информационной базы.