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».
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).
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».
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.
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 Сi, 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 Мi, 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.
4.1 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 NOx 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 NOx 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 NOx 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 %.
5.1 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.
6.1 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 NOх (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.
7.1 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;
Ра - барометрическое давление,
МПа;
Р4 - абсолютное
давление за компрессором ГТУ, МПа;
Кв - 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 Т0шт
по типам агрегатов приведены в таблице А.1
(Приложение А).
7.4.2 По графикам
= f (Тшт) по величине номинальной температуры отработавших газов Т0шт вычисляют
физическую
и приведенную
концентрацию оксидов
азота на номинальном режиме.
По графику
= f (Тшт) 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 Кi 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 Кi 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).