РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕОЛОГІЧНОЇ НЕБЕЗПЕКИ У РАЙОНАХ РОЗТАШУВАННЯ КОМПРЕСОРНИХ СТАНЦІЙ
МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ
2.1. Дослідження процесів формування ареалів забруднення атмосфери в районі
компресорних станцій магістральних газопроводів
Шкідливі речовини, що формують ареали забруднення в атмосфері за способом
викиду компресорними станціями можна розділити на організовані та
неорганізовані. До організованих відносяться викиди через вихлопні труби,
шахти, свічки, а до неорганізованих – викиди, що супроводжуються в основному
при таких технологічних операціях:
продувка газопроводів ГПА при їх запусках та зупинках – залповий викид;
продувка у конденсатозбірник, технічні освідчення та регламент – залповий викид
газу з пиловловлювачів (сепараторів);
змащування ГПА (бака дегазації) при його роботі – викид незначного об’єму газу;
викид газу з пневмокранів після їх спрацювання.
За температурою шкідливі речовини, що виділяються в атмосферу відносять до
сильнонагрітих [43], оскільки температура на виході з вихлопних труб шахти
становить біля С.
За режимом роботи викиди КС поділяються на постійно діючі з рівномірним
валовим викидом та залпові. При залпових викидах в атмосферу за короткий
проміжок часу поступає велика кількість шкідливих речовин.
Процеси формування ареалів забруднення атмосфери при викидах газів із
трубопроводів, свердловин, із різних апаратів, що працюють під тиском наведені
у роботах [44-50].
Виходячи із фізичних уявлень та специфіки викидів з наведених джерел, можна
стверджувати, що витік газу спочатку у більшості випадків, відбувається зі
звуковою швидкістю, а потім викинута суміш розсіюється в атмосфері за законом
струминного (інжекційного) змішування.
При викидах забруднюючих речовин джерелами компресорних станцій магістральних
трубопроводів, викинута суміш не підпорядковується закону струминного
змішування [51-52], оскільки вона поступає в атмосферу при тиску трохи вищому
за атмосферний. У безвітряну погоду область забруднення (ареал) над джерелом
викиду представляє собою обернений правильний конус, і зігнутий у напрямку дії
вітру (рис 2.1).
Із представленої схеми видно, що в ареалі забруднення атмосфери можна виділити
3 зони: зона “нерозведених” концентрацій або своєрідна “інтрузія”, що
формується безпосередньо над джерелом викиду в результаті вторгнення шкідливих
речовин в атмосферу, довжиною Х0; перехідна зона довжиною (Х1-Х0) та дисперсна
зона – зона розсіювання, яка утворюється під дією фізико-хімічних процесів.
У загальному, при формуванні ареалів забруднення атмосфери відіграють роль такі
фізико-хімічні процеси:
конвективний перенос;
молекулярна дифузія;
повздовжня та поперечна дисперсія.
Інтенсивність впливу фізико-хімічних процесів, в основному поздовжньої та
поперечної дисперсії, також залежить від наявності аерозолів в атмосфері, або
як їх інакше називають – ядра конденсації. Аерозолі – це пилоподібні мінеральні
частини кори вивітрювання, висодисперсні агрегати розчинних солей різного
ступеня зволоженості, найменші краплі розчинів газових сумішей (SO2, CO, HCl та
інші), частини диму, органічні речовини різного складу, найдрібніші організми
та їх залишки (спори, пилок рослин, мікроби).
Наведені речовини перебувають у динамічній рівновазі, стійкість якої залежить
від їх дисперсності та інтенсивності турбулентних потоків повітря.
Частини аерозолів мають широкий діапазон розмірів. Верхня границя лімітується
можливістю перебувати у повітрі в завислому стані. Дрібні аерозолі наближаються
за розмірами до молекул і становлять їх агрегати.
Всі види аерозолів в атмосфері мають загальну особливість, яка полягає у
зменшенні їх кількості з висотою. Розподіл їх залежить від багатьох фізичних
чинників, зокрема від адвекції та випадання осадів, коагуляціїядер та осідання
їх під дією сили тяжіння.
Рис. 2.1. Схема формування ареалу забруднення в атмосфері у районі компресорної
станції при швидкості вітру (Ua).
1 – джерело викиду забруднюючої речовини;
С(z)1, С(z)n – концентрація забруднюючих речовин в атмосфері;
h – відстань до вісі ареалу (S);
Ua – швидкість вітру;
X0 – довжина “інтрузії”.
Пересування забруднення разом із повітрям являє собою конвективний перенос,
який є найбільш суттєвим фактором міграції.
Принципово існує можливість розповсюдження забруднення в атмосфері шляхом
молекулярної дифузії – процесу вирівнювання концентрації частинок у межах
певного об’єму повітря самочинно, оскільки він супроводжується збільшенням
ентропії системи „забруднююча речовина – повітря”, а рівномірний розподіл
речовини у системі відповідає найбільш імовірному її стану. Кількісно дифузія
може бути виражена рівнянням першого закону Фіка:
(2.1)
де m – маса перенесеної речовини у напрямку координати х і пропорційна
градієнту концентрації ;
ф – час;
S – площа, яка охоплює забруднення, що розміщена перпендикулярно руху маси
речовини.
Розглядаючи силу тертя F, що діє зі сторони повітряних мас на дифузію частинок,
як протидіючу кінетичній чи тепловій енергії молекули Ейнштейн запропонував
співвідношення [53]:
(2.2)
де КБ стала Больцмана (КБ = 1,38•10-23 Дж/К);
Т – температура середовища;
Дж. Стокс показав, що для руху сферичних частинок:
(2.3)
Порівнюючи рівняння (2.2) та (2.3) одержуємо рівняння для практичного
користування:
(2.4)
З цього рівняння випливає, що частинки перемішуються тим швидше, чим вища
температура середовища, менший розмір частинок забруднень r та в’язкість
середовища з.
На формування ареалів забруднення атмосфери впливає такий процес, як дисперсія
(розсіювання забруднюючих речовин), причому розвивається поперечна та
поздовжня, які характеризуються відп
- Київ+380960830922