ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ
КОНТРОЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ
ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

СТО ГАЗПРОМ 2-3.5-038-2005

Общество с ограниченной ответственностью
«Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ»

Общество с ограниченной ответственностью
«Информационно-рекламный центр газовой промышленности»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

ДОКУМЕНТЫ НОРМАТИВНЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И
ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ОАО «ГАЗПРОМ»

Дата введения - 2005-12-15

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ».

2 ВНЕСЕН Департаментом по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром».

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением ОАО «Газпром» от 30 августа 2005 г. № 205.

4 ВВОДИТСЯ ВЗАМЕН РД 51-164-92 «Временная инструкция по проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях».

Введение

Инструкция является переработанным и дополненным изданием РД 51-164-92 «Временная инструкция по проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях» с учетом:

- многолетнего опыта использования РД 51-164-92;

- требований ГОСТ Р ИСО 11042-1-2001. Установки газотурбинные. Методы определения выбросов вредных веществ;

- современной номенклатуры газотурбинных газоперекачивающих агрегатов.

Стандарт разработан авторским коллективом ООО «ВНИИГАЗ» в составе:

к.т.н. В.А. Щуровский, к.т.н. Ю.Н. Синицын, А.В. Черемин, В.И. Корнеев, Г.С. Степанова (лаборатория газотурбинной техники и технологии);

к.т.н. Г.С. Акопова, Л.В. Шарихина, Н.Ю. Круглова (лаборатория защиты окружающей среды).

1 Область применения

Настоящий стандарт предназначен для определения показателей выброса вредных (загрязняющих) веществ, содержащихся в отработавших (выхлопных) газах газотурбинных установок (ГТУ), и оценки их соответствия требованиям нормативных документов.

Стандарт предназначен для организации и проведения периодических экологических испытаний газотурбинных установок на объектах дочерних обществ и организаций ОАО «Газпром». Стандарт рекомендуется использовать при проведении приемочных испытаний новых типов газотурбинных установок, а также оценки эффективности модернизаций газотурбинных установок в целях снижения выбросов загрязняющих веществ.

Примечание - Технические условия (ТУ) по перечню ГПА и ГТУ (двигателей) данного СТО находятся в ООО «ВНИИГАЗ».

2 Нормативные ссылки

В настоящем документе использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5542-87 Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового хозяйства. Технические условия.

ГОСТ 28775-90 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия.

ГОСТ Р ИСО 11042-1-2001 Установки газотурбинные. Методы определения выбросов вредных веществ.

СТО ГАЗПРОМ-2005 Каталог удельных выбросов вредных веществ газотурбинных газоперекачивающих агрегатов.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и по соответствующим указателям, составленным на 1 января текущего года, и информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями, условные обозначения основных расчетных параметров и сокращения.

3.1 Термины и определения

3.1.1 концентрация С_i, мг/м³: Масса компонента i, содержащаяся в 1 м³ сухого отработавшего газа при 0 °С и 0,1013 МПа (ГОСТ Р ИСО 11042-1).

3.1.2 приведенная концентрация , мг/м³: Приведенная к 15 % содержания кислорода (по объему) масса компонента i, содержащаяся в 1 м³ сухого отработавшего газа при 0 °С и 0,1013 МПа и вычисляемая по формуле

,                                                    (3.1)

где О₂ - объемная концентрация кислорода в осушенном отработавшем газе, %.

3.1.3 мощность выброса М_i, г/с: Массовое количество выброса компонента i с отработавшими газами в единицу времени, вычисляемое по формуле

,                                                    (3.2)

где Q₂ - объемный расход сухих отработавших газов газотурбинной установки при 0 °С и 0,1013 МПа, м³/с.

3.1.4 параметры номинального режима газотурбинных газоперекачивающих агрегатов: Параметры при номинальной мощности по ТУ и стандартных станционных условиях: температуре воздуха на входе в двигатель + 15 °С, барометрическом давлении 0,1013 МПа, относительной влажности 60 %, с учетом гидравлических сопротивлений входного и выходного трактов, без технологических отборов воздуха, при отсутствии утилизационного теплообменника (ГОСТ 28775).

Примечания:

1 Параметры номинального режима газотурбинных газоперекачивающих агрегатов приведены в таблице А.1 (Приложение А), СТО ГАЗПРОМ, 2005.

2 Для других типоразмеров газотурбинных установок, а также при их модернизации параметры номинального режима определяются технической документацией (техническим заданием, техническими условиями, техническими спецификациями и др.), утвержденной в установленном порядке.

3.2 Сокращения

В(З)В - вредное (загрязняющее) вещество;

ГПА - газоперекачивающий агрегат;

ГТУ - газотурбинная установка;

КПД - коэффициент полезного действия;

КС - камера сгорания;

НД - нормативный документ;

СТ - силовая турбина;

ТВД - турбина высокого давления.

4 Основные положения

4.1 Стандарт разработан применительно к использованию переносных газоанализаторов типа «Testo», «IMR», «ДАГ» [1] и других газоанализаторов, а также при использовании методов анализа проб продуктов сгорания, обеспечивающих требования ГОСТ Р ИСО 11042-1.

4.2 В качестве топливного газа ГТУ используют природный газ, перекачиваемый по газопроводам и подаваемый потребителям по ГОСТ 5542, который практически не содержит соединений серы. Поэтому при измерении концентрации ангидрида серы (SО₂) получают значения, близкие к нулю, и данный компонент не является предметом контроля и учета в номенклатуре В(З)В.

4.3 Камеры сгорания современных ГТУ (КПД 98,5 - 99,5 %) обеспечивают высокий уровень полноты сгорания топлива. Поэтому содержание несгоревших углеводородов (в частности, метана), как правило, находится в пределах точности средств измерения. Концентрацию несгоревших углеводородов в отработавших газах определяют по ПНД Ф 13.1:2.26-99 [2] либо по другой методике количественного химического анализа, утвержденной в установленном порядке.

4.4 Основными компонентами продуктов сгорания для контроля являются оксиды азота и оксид углерода.

Концентрацию оксидов азота NO_x определяют как сумму оксида азота NО и диоксида азота NО₂ в пересчете на NО₂ (ГОСТ Р ИСО 11042-1).

Допускается принимать содержание диоксида азота NО₂ в сумме оксидов азота NO_x в отработавших газах на срезе выхлопной трубы (шахты) 10 % для регенеративных ГТУ и 5 % для безрегенеративных ГТУ.

4.5 Номинальные значения концентраций и мощности выбросов оксидов азота NO_x близки (в пределах 5 %) к максимальным значениям этих параметров на всех возможных эксплуатационных режимах.

4.6 Номинальные значения концентрации и мощности выброса оксида углерода установлены таким образом, чтобы они были близки к максимальным значениям этих параметров в диапазоне эксплуатационных нагрузок от 70 до 100 %.

5 Организация измерений

5.1 Подготовку мест для отбора проб отработавших газов производят на остановленном газоперекачивающем агрегате.

5.2 Отбор проб продуктов сгорания производят через отверстия диаметром 12 мм в выхлопной трубе (шахте) ГТУ.

5.3 Сечение отбора проб должно удовлетворять следующим требованиям ГОСТ Р ИСО 11042-1:

- представительность отбора проб (как правило, обеспечивают измерением поля концентраций для данного типа ГТУ);

- удобство и безопасность проведения отбора проб;

- отсутствие эжекции воздуха в отработавших газах.

Эксплуатируемый парк ГТУ в основном оснащен местами отбора отработавших газов в соответствии с РД 51-164-92 [3]. Новые агрегаты поставляются со штатным местом отбора проб отработавших газов. Представительная точка отбора, как правило, соответствует глубине размещения зонда от 300 до 500 мм.

5.4 Не допускается отбор проб в сечении выброса отработавшего газа в атмосферу, так как при этом возможно подмешивание к пробе атмосферного воздуха (ГОСТ Р ИСО 11042-1).

5.5 Допускается отбор проб в сечениях до или после регенераторов (рекуператоров) и (или) котлов-утилизаторов при их наличии в составе ГТУ.

5.6 При двухпоточной выхлопной системе (агрегаты типа ГТ-700-5, ГТК-5, ГТ-750-6, ГТК-30, ГТНР-16, ГТК-25ИР, ГТНР-25И) измерения проводятся в каждом выхлопном газоходе, а результаты измерений осредняются.

5.7 Используемый газоанализатор должен иметь действующее свидетельство о поверке и документ, подтверждающий его соответствие требованиям безопасности.

6 Объем и условия проведения измерений; измеряемые параметры

6.1 Для оценки соответствия данных содержания В(З)В сухого отработавшего газа нормативным данным должна быть обеспечена возможность работы ГТУ (нагрузка) на рабочих режимах в пределах ограничений, предусмотренных инструкцией по эксплуатации или по условиям работы газопровода.

6.2 В отработавших газах ГТУ проводят измерения концентраций:

- оксидов азота NO_х (включая определение соотношения оксида азота и диоксида);

- оксида углерода СО;

- кислорода О₂;

- диоксида углерода СО₂.

Одновременно на режимах испытаний проводят регистрацию основных теплотехнических параметров ГТУ.

Типовой перечень измеряемых параметров приведен в таблице Б.1 (Приложение Б).

6.3 Измерения концентраций В(З)В в отработавших газах осуществляют согласно инструкции по эксплуатации используемого газоанализатора.

6.4 Измерения параметров, как правило, проводят на нескольких режимах (не менее трех) в диапазоне нагрузок от 70 % до максимальной, определяемой условиями испытаний.

Для оценки текущих параметров выброса В(З)В измерения проводят на штатном эксплуатационном режиме.

6.5 Допускается проведение экстраполяции полученных результатов до номинального режима (испытания при отрицательных температурах и/или незначительном изменении загрузки) с помощью типовой экологической характеристики агрегата.

6.6 Измерения проводят на установившихся режимах, т.е. когда отклонения основных параметров (температуры отработавшего газа и воздуха, частоты вращения) не превышают 1 %, концентрации NO, NО₂, СО не превышают ± 2 ppm, О₂, СО₂ не превышают ± 0,1 %.

6.7 При незначительных отклонениях измеренных концентраций В(З)В от средних значений замеры на одном режиме повторяют не менее трех раз, принимая для дальнейших расчетов их среднеарифметическую величину. В противном случае число необходимых замеров увеличивают (в соответствии с правилами статистической обработки результатов) и случайно выпавшие значения отбрасывают.

7 Обработка результатов измерений

7.1 Для каждого режима испытаний результаты измерений концентраций В(З)В приводят к основной единице измерений - мг/м³ - по соотношениям:

- диоксид азота NО₂: 1 ppm (объемные доли на миллион) = 1 ´ 10^{- 4} % = 2,053 мг/м³;

- оксид азота NO: 1 ppm = 1 ´ 10^{- 4} % = 1,339 мг/м³;

- оксид углерода СО: 1 ppm = 1 ´ 10^{- 4} % = 1,250 мг/м³.

7.2 Определяют приведенные (15 % О₂) концентрации загрязняющих выбросов  согласно формуле (3.1).

7.3 Определяют мощность выбросов В(З)В.

7.3.1 Вычисляют коэффициент соотношения сухих и влажных продуктов сгорания

,                                                      (7.1)

где О₂ - измеренная концентрация кислорода в пробе, %.

7.3.2 Вычисляют расход сухих отработавших газов на срезе выхлопной шахты (трубы) Q₂, м³/с:

- для всех типов ГТУ с нерегулируемой силовой турбиной

,                               (7.2)

- для ГТУ с регулируемой силовой турбиной (ГТК-10И, ГТК-10ИР, PGT-10, ГТК-25И, ГТК-25ИР, ГТНР-25И(В), ГТНР-25И(С))

,                                (7.3)

где  (м³/с) и  (МПа) - соответственно, расход отработавших газов и абсолютное давление за осевым компрессором ГТУ на номинальном режиме;

Т₃ - температура перед компрессором ГТУ на режиме испытаний, К;

Р_а - барометрическое давление, МПа;

Р₄ - абсолютное давление за компрессором ГТУ, МПа;

К_в - коэффициент соотношения объемных расходов сухого и влажного отработавшего газа;

 - относительная частота вращения осевого компрессора ГТУ (отношение фактической частоты вращения компрессора к ее номинальной величине);

0,97 - поправка на техническое состояние ГТУ.

Погрешность определения расхода отработавших газов по формулам (7.2), (7.3) составляет ± (4 ÷ 6) %.

7.3.3 Вычисляют мощность выброса оксидов азота и оксида углерода согласно формуле (3.2).

7.4 Производят оценку соответствия показателей выбросов требованиям НД.

7.4.1 Строят графические зависимости концентраций оксидов азота ( и ) и оксида углерода ( и ) от температуры отработавших газов, используемой в качестве штатного измерения.

Примечание - При необходимости проводят экстраполяцию графиков до температуры, соответствующей номинальной температуре отработавших газов для данного типа ГТУ. Значения номинальных температур отработавших газов Т⁰_шт по типам агрегатов приведены в таблице А.1 (Приложение А).

7.4.2 По графикам  = f (Т_шт) по величине номинальной температуры отработавших газов Т⁰_шт вычисляют физическую  и приведенную  концентрацию оксидов азота на номинальном режиме.

По графику  = f (Т_шт) определяют среднее арифметическое значение концентраций  и  (по трем точкам при максимальном, минимальном и среднем значениях температур отработавших газов в измеренном диапазоне).

7.4.3 Определяется соответствие приведенных концентраций  и  (по 7.3.2) на номинальном режиме нормативным данным, %, по формуле

,                                               (7.4)

где  - приведенная фактическая концентрация на номинальном режиме;

 - приведенная номинальная концентрация в соответствии с нормативной документацией данного типа ГТУ (принимается по таблице А.1).

Если К_i не превышает ±10 %, то концентрация компонента i-го вредного вещества агрегата соответствует нормам НД и принимается за номинал для данной ГТУ впредь до очередных контрольных испытаний.

Если К_i превышает ± 10 %, то при проведении вычислений согласно действующим инструкциям по учету валовых выбросов В(З)В вносят соответствующую корректировку для данного ГПА (или усредненно для цеха).

7.5 Алгоритм и пример обработки измеренных параметров приведены в таблице В.1 и на рисунках В.1 и В.2 (Приложение В) по результатам испытаний агрегата ГПА-Ц-18 на четырех режимах (первый режим в данном случае является текущим штатным режимом).

Приложение А

(справочное)

Таблица А.1 - Номинальные значения показателей ГПА

¹⁾ - модернизированная камера сгорания (ОАО «ОРМА», НПП «ЭСТ»/НПФ «Теплофизика»)

²⁾ - штатная/малоэмиссионная камера сгорания

³⁾ и ⁴⁾ - штатная/малоэмиссионная камера сгорания

Приложение Б

(обязательное)

Таблица Б.1 - Типовой перечень измеряемых параметров

Примечание - В качестве штатной точки измерения температуры отработавших газов могут быть использованы сечения перед ТВД, перед или после СТ и др.

Приложение В

(справочное)

Алгоритм и пример обработки результатов испытаний газотурбинного агрегата ГПА-Ц-18

Таблица В.1 - Результаты испытаний газотурбинного агрегата ГПА-Ц-18

C_N0 - измеренная, C¹⁵_NOx - приведенная

Рисунок В.1 - Концентрация оксидов азота в отработавших газах агрегата ГПА-Ц-18

C_CO - измеренная, С¹⁵_CO - приведенная

Рисунок В.2 - Концентрация оксида углерода в отработавших газах агрегата ГПА-Ц-18

Пример - Обработка результатов испытаний газотурбинного агрегата ГПА-Ц-18.

Алгоритм и пример обработки измеренных параметров приведены в таблице В.1 и на рисунках В.1 и В.2 по результатам испытаний агрегата ГПА-Ц-18 на четырех режимах (первый режим в данном случае является текущим штатным режимом).

Результаты испытаний показывают, что у обследованного агрегата номинальные значения концентраций оксидов азота (рисунок В.1) и оксида углерода (рисунок В.2) составляют, соответственно, 151 и 99 мг/м³.

Сравнивая эти значения с данными таблицы А.1 (Приложение А), получаем

;

,

т.е. обследованный агрегат по приведенным концентрациям оксидов азота и углерода в отработавших газах соответствует показателям НД, приведенным в таблице А.1 (Приложение А). Таким образом, при проведении вычислений выбросов В(З)В номинальные значения оксидов азота и углерода допускается принимать по данным таблицы А.1 (Приложение А).

Согласно результатам испытаний газотурбинного агрегата ГПА-Ц-18, приведенным в таблице В.1, мощность выброса на текущем штатном режиме составляет по оксидам азота М_NOx = 7,1 г/с и оксиду углерода М_CO = 4,4 г/с.

Библиография

[1] Инструкции по эксплуатации газоанализаторов типа «Testo», «IMR», «ДАГ».

[2] Перечень методик выполнения измерений концентраций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий. - НИИ «Атмосфера» МПР России, 2001 (в т.ч. ПНД Ф 13.1:2.26-99 «Методика выполнения измерений массовой концентрации предельных углеводородов С₁ - С₅, C₆ и выше (суммарно), в воздухе рабочей зоны и промышленных выбросах методом газовой хроматографии»).

[3] РД 51-164-92 «Временная инструкция по проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях, ВНИИГАЗ».

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ