книги / Основы техники безопасности на нефтеперерабатывающих заводах

Г Л А В А

VII

ОХРАНА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

И ВОДОЕМОВ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ВЫБРОСОВ

Современные технологические процессы нефтепере­ рабатывающей и нефтехимической промышленности сопровождаются выбросами в атмосферу и водоемы значительных количеств производственных отходов, загрязняющих воздух и воду.

Всякий выброс вещества в окружающую среду яв­ ляется по существу невозвратимой потерей. Справед­ ливо утверждают, что в промышленности принци­ пиально не может быть отходов: любые отходы мо­ гут и должны стать сырьем для получения других продуктов, а не выбрасываться в атмосферу или во­

доемы.

Но, что особенно важно, такие выбросы приносят большой вред населению, сельскому хозяйству, расти­ тельности и животному миру. Задача сохранения чи­ стоты воздуха и водоемов стала сейчас социальной проблемой, связанной с оздоровлением условий жиз­ ни людей. Поэтому сокращение, а лучше полное устра­ нение промышленных выбросов является важной на­ роднохозяйственной задачей. При проектировании тех­ нологических процессов стремятся, если это возможно на современном уровне техники, возвращать отходы обратно в производство. Те отходы, для которых пока еще не найдены пути использования, подвергают та­ кой степени очистки, чтобы при их выбросе не нару­ шались установленные санитарные нормы. При экс­ плуатации технологического оборудования и очистных устройств ведут процесс так, чтобы максимально сни­ зить количество и концентрацию выбросов.

241

1. Загрязнения атмосферы промышленными выбросами и меры борьбы с ними

Предприятия нефтеперерабатывающей промышлен­ ности выбрасывают в атмосферу значительные коли­ чества газов и пыли. Современный нефтеперерабаты­ вающий завод выбрасывает в воздух углеводороды (около 37,0% от общих выбросов), окись углерода, получающуюся от сгорания топлива в печах техноло­ гических установок и газа на факелах (40,0% от всех выбросов), сернистый ангидрид от сгорания серы, содержащёйся в топливе (22,0% от общих выбросов), сероводород, выделяющийся при хранении и перера­ ботке сернистых нефтей. Сажевые заводы выбрасы­ вают в воздух мелкодисперсную сажу. Пыль выде­ ляется в процессах, связанных с применением твердых катализаторов, при размоле, просеивании, транспор­ тировании пылящих веществ и при других операциях.

Окись углерода и сероводород являются сильными ядами; сернистый ангидрид вредно действует на дыха­ тельные пути человека и является коррозионноагрес­ сивным по отношению к различным строительным ма­ териалам; пыль и сажа, снижая прозрачность атмо­ сферы, препятствуют полезной солнечной радиации, которая нужна человеку, особенно детям.

Установлены нормы предельно допустимых кон­ центраций (ПДК) различных вредных веществ в ат­ мосфере. Проектировщики и эксплуатационники обя­ заны так организовать проектирование и эксплуата­ цию предприятий, чтобы эти нормы не нарушались. Нормы ПДК для населенных мест более жесткие, чем для заводских территорий, потому что в производст­ венных условиях люди находятся только в течение ра­ бочего дня, а в населенных местах живут круглосу­ точно, причем здесь находятся пожилые люди и дети.

Борьба с загрязнениями атмосферы промышлен? ными выбросами на нефтеперерабатывающих заводах ведется различными способами.

Прежде всего применяются технологические меро­ приятия, направленные на уменьшение или исключе­

ние выбросов.

Известно, что выделения паров углеводородов из наземных металлических резервуаров составляют при-

№

мерно половину от всех потерь нефтепродуктов. Для уменьшения потерь резервуары заглубляют в землю, герметизируют, а выделяющиеся газы направляют в производство. В наружных резервуарах для светлых продуктов устраивают плавающие на поверхности жидкости понтоны, предотвращающие испарения. Эти мероприятия могут снизить выделение углеводородов в атмосферу более чем в 2 раза.

•Большое количество углеводородов и сероводорода выделяется через барометрические конденсаторы, по­ этому при проектировании их стараются заменить кон­ денсаторами поверхностного типа, через которые вы­ деления значительно меньше.

Большое значение имеют планировочные мероприя­ тия. Согласно санитарным нормам проектирования промышленных предприятий * производства, выделяю­ щие вредные выбросы, отделяются от жилых районов санитарно-защитными зонами (разрывами). В зависи­ мости от характера и количества выделяемых вред­ ных веществ установлено пять классов санитарно-за­ щитной зоны шириной от 1000 до 50 м. Например, наибольшая зона шириной 1000 м устанавливается для предприятий по переработке нефти, содержащей более 0,5 вес.% серы, и для сажевых заводов; наименьшая шириной 50 м — для пунктов очистки, промывки и про­ парки цистерн.. Санитарно-защитная зона способст­ вует разбавлению вредных выбросов до допустимого уровня; ее территория благоустраивается и озеле­ няется, потому что растения очищают воздух, собирая на листьях пыль, поглощая углекислоту.

Степень загрязнения атмосферного воздуха зави­ сит также от высоты выброса. При повышении уровня выброса благодаря большему рассеиванию загрязняю­ щих веществ понижается их концентрация в воздухе и в отдельных случаях может быть уменьшена до пре­ дельно допустимой. Кроме того, при недостаточной вы­ соте выбросных труб газы и пыль могут скапливаться на территории предприятия и засасываться в систему приточной вентиляции. Поэтому для организован­ ных выбросов расчетом определяют целесообразную

* СН 245-63 приводятся во многих справочниках. В данное время они пересматриваются в сторону ужесточения.

243

Высоту выбросных труб с учетом скорости й на­ правления господствующих ветров, рельефа местности, температуры выбросов и воздуха и других условий.

Если окажется, что технологические меры, сани­ тарно-защитные зоны и высота выбросов недоста­ точны, чтобы разбавить загрязнения в атмосферном воздухе до предельно допустимых концентраций, то прибегают к различным способам очистки выбросов до такой степени, чтобы в конечном результате ПДК не нарушались.

Иногда считают, что рабочий не может непосред­ ственно участвовать в борьбе за чистоту атмосфер­ ного воздуха. Это неверная точка зрения.

Значительную часть выбросов в атмосферу состав­ ляют так называемые неорганизованные, выбросы. Из­ вестно, что в среднем на нефтеперерабатывающем за­ воде каждый насос теряет в 1ч 1кгу а газовый ком­ прессор — 3 кг углеводородов, для завода годовой мощ­ ностью 12 млн. тобщая годовая потеря только из этих источников составляет примерно 10 тыс. т. Но еще большие потери — от нарушений герметичности аппа­ ратуры и коммуникаций, от переполнения емкостей с разливом продуктов, аварийных сбросов газа и от мно­ гих других причин. Уменьшить их может и должен только непосредственный участник технологического процесса — рабочий.

2. Охрана водоемов от промышленных стоков

Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехи­ мической промышленности потребляют для технологи­ ческих целей большое количество воды, часть которой после использования сбрасывается в водоемы.

Сбрасываемые воды (промстоки) можно разделить на два вида: условно чистые и загрязненные.

К условно чистой относится вода, непосредственно не соприкасавшаяся с нефтепродуктами, а использо­ ванная главным образом для охлаждения или нагре­ вания закрытой теплообменной аппаратуры. Наимено­ вание «условная» вызвано тем, что при нарушениях герметичности аппаратуры и при других неполадках в

244

производстве в нее все же могут попасть нефтепро­ дукты и другие химические вещества.

К загрязненной относится вода, непосредственно соприкасавшаяся с нефтепродуктами и реагентами. Это воды с электрообессоливающих установок, спуск­ ные (подтоварные) воды из резервуаров, воды из ба­ рометрических конденсаторов, кислые и щелочные стоки, фенолсодержащие воды с установок селектив­ ной очистки масел и др.

Любой сброс промстоков в водоемы в той или иной степени затрудняет использование водных бассейнов для потребностей народного хозяйства и бытовых нужд населения. Нарушается водопотребление (при­ менение воды для питьевых нужд), ухудшается во­ допользование (использование воды для купания, спорта, отдыха, водопоя скота, садовых и огородных культур и других потребностей).

В каждом водоеме, куда поступают промстоки, будь то море, большая или малая река, озеро, пруд, существует жизнь. В водоемах живут рыбы, водопла­ вающие птицы и животные; в толще воды находится планктон, состоящий из взвешенных в ней мельчай­ ших низших организмов, являющихся пищей для рыб; на дне находятся донные организмы, составляющие так называемый бентос, также необходимый для рыб и растений водоема. Между ними существует опреде­ ленное для каждого водоема биологическое равнове­ сие, зависящее в числе других факторов от содержа­ ния растворенного в воде кислорода.

На окисление органических веществ, сбрасываемых в водоем, расходуется кислород, растворенный в воде. Если количество таких веществ, способных к окисле­ нию, невелико по отношению к объему водоема, то расход кислорода на их окисление не скажется сколько-нибудь серьезно на кислородном балансе во­ доема и на его биологическом равновесии. Произойдет разбавление сброшенных промстоков чистой водой, под воздействием кислорода и, особенно, микроорга­ низмов, живущих в воде, внесенные органические ве­ щества окисляются до двуокиси углерода, воды и дру­ гих безвредных для жизни в водоеме веществ. Будет, как говорят, использована самоочищающаяся способ­ ность водоема. Если же количество и концентрация

245

органических веществ в промстоках превысят самоочищающую способность водоема, то в воде возникнет и будет увеличиваться недостаток кислорода, это вызо­ вет гибель планктона, бентоса, рыбы и других орга­ низмов, живущих в водоеме; одновременно станут уси­ ленно развиваться так называемые анаэробные микро­ организмы, не нуждающиеся в кислороде; биологиче­ ское равновесие нарушится, возникнут гнилостные процессы.

Нефть и нефтепродукты, поступая в водоем, обра­ зуют плавающую нефтяную пленку, затрудняющую пополнение в воде кислорода из воздуха; растворен­ ные или эмульгированные в стоках нефтепродукты, оседая, образуют донное загрязнение водоема. В ре­ зультате в воде снижается количество растворенного кислорода, отравляется и погибает бентос, вода при­ обретает нефтяной запах и привкус.

Определено, что одна капля нефти может образо­ вать на поверхности водоема пленку площадью при­ мерно 0,25 м2у а 1 тнефти — покрыть пленкой около 500 га поверхности водоема. Загрязнение водоемов нефтепродуктами весьма стойко вследствие очень медленного их окисления, причем осевшие на дно во­ доема нефтепродукты окисляются в 10 раз медленнее, чем находящиеся на поверхности воды. Слой нефте­ продуктов на воде при определенной толщине может загореться и вызвать пожары по берегам водоемов, что и случалось.

Отравляющее действие на животный и раститель­ ный мир могут оказать и другие вещества, находя­ щиеся в промстоках: нафтеновые кислоты, сернистые соединения, тетраэтилсвинец, фенол и т. д. Например, вода, содержащая всего несколько миллиграммов фе­ нола на 1 мг, становится совершенно непригодной для питья. Молоко коров, которые пили такую воду, при­ обретает неприятный вкус. Сточные воды нефтепере­ рабатывающих заводов портят вкусовые качества ры­ бы настолько, что она становится непригодной для

пищи.

Поэтому санитарные правила требуют, чтобы после смешения промстоков с водой водоемов содер­ жание в них вредных веществ не превышало опреде­ ленных предельно допустимых концентраций (в мг/л),

246

при соблюдении которых обеспечиваются приемлемые условия для водопотребления, водопользования, охраны биологических процессов, сохранения и размноже­ ния рыбного населения.

При проектировании технологических процессов нефтеперерабатывающих предприятий предусматри­ вается очистка промстоков до такой степени, чтобы концентрации вредных веществ в водоеме не превы­ шали предельно допустимые. Понятно, что необходи­ мая степень очистки зависит от объема водоема и рас­ хода в нем воды: чем они меньше, тем степень очист­ ки должна быть большей.

Существуют различные методы очистки производ­ ственных сточных вод. В нефтеперерабатывающей про­ мышленности основным является механический, в меньшей степени используются физико-химический и. биологический методы.

При механической очистке из сточной воды выде­ ляются содержащиеся в ней нерастворенные загрязне­ ния: нефть, нефтепродукты, минеральные примеси,, крупные плавающие частицы.

Для задержания крупных случайных загрязнений (щепки, обрывки тканей, мелкие металлические пред­ меты и т. п.) стоки пропускают через металлические

решетки.

Минеральные примеси (главным образом песок)' удаляют из сточных вод в песколовках. Песколовка представляет собой горизонтальный отстойник, ско­ рость движения воды в котором рассчитана так, что­ бы минеральные примеси успевали выпасть на ее дно. Как правило, выпавшие осадки удаляются не вруч­ ную, а механизированными устройствами.

Решетки и песколовки располагают в начале си­ стемы очистки стоков, так как случайные загрязнения и песок, если их не удалить, будут нарушать дальней­ ший процесс очистки.

Основную массу нефтепродуктов из стоков улавлш вают в нефтеловушках.

Нефтеловушка представляет собой подземный же­ лезобетонный горизонтальный отстойник, разделенный на несколько параллельных секций, чтобы можно было выключить одну из них для чистки или ремонта. Загрязненная вода, пройдя решетку и песколовку,

247

поступает в отстойную камеру ловушки. Вследствие разности удельных весов воды, нефтепродуктов и оставшихся в стоке твердых механических примесей происходит их разделение: нефтепродукты всплывают на поверхность, примеси оседают на дно, очищенная вода уходит из ловушки. Нефтепродукты с поверх­ ности воды собираются щелевыми нефтесборными тру­ бами и направляются в продуктосборочные резерву­ ары, а затем в разделочные резервуары для дальней­ шего использования в производстве, осадок из при-

1

ямка откачивается на иловые площадки,, где подсу­ шивается, и удаляется на свалку. В нефтеловушке устраивается скребковый механизм (транспортер с деревянными скребками), подгоняющий нефтепродукт к нефтесборным трубам', а осадок — к приямку. На рис. 51 приведена схема нефтеловушки.

Ловушка рассчитана на улавливание определен­ ного количества нефтепродуктов; при увеличении их в стоке она будет пропускать нефтепродукты в отходя­ щей воде. Это может быть при так называемых залпо­ вых сбросах, например при авариях или при освобож­ дении аппаратуры от продукта перед ремонтом. По­ нятно, что в таких случаях неизбежно загрязнение во­ доемов, поэтому все работники предприятия обязаны предотвращать залповые сбросы.

После ловушек в зависимости от производственных условий стоки направляются в пруды-отстойники для дополнительного отстоя или на установки доочистки. Очищенная вода, как правило, идет на повторное ис-*

248

пользование в производстве. На многих предприятиях устанавливаются так называемые аварийные амбары, чтобы принять нефтепродукты, которые могут попасть в канализацию в больших количествах при авариях или при смыве их ливнями с территории завода.

Реже на нефтеперерабатывающих заводах приме­ няются физико-химические методы очистки сточных вод, заключающиеся в том, что в очищаемую воду до­ бавляются реагенты, способствующие разрушению эмульсий, нейтрализации кислот и щелочей, переводу вредных веществ в безвредные, а растворимых соеди­ нений в нерастворимые, оседающие из стоков. Напри­ мер, стоки, содержащие кислоты, пропускаются в ней­ трализационных установках через слой извести, а после нейтрализации направляются на повторное ис­ пользование в системе водоснабжения завода. Сточ­ ные воды с этилосмесительных установок очищаются от тетраэтилсвинца бензином, поступающим затем для смешения на установку.

Биохимические методы очистки основаны на спо­ собности некоторых микроорганизмов разрушать орга­ нические вещества до двуокиси углерода, воды и дру­ гих неорганических безвредных или менее вредных для жизни водоема соединений. Биологическая очист­ ка осуществляется в специальных устройствах — аэро- тенках, представляющих собой железобетонные резер­ вуары, по которым с определенной скоростью проте­ кает сточная вода вместе с активным илом, заселенным бактериями, грибками и другими микроорганизмами, часть которых способна разрушать органические

вещества.

Чтобы создать благоприятные условия для жизне­ деятельности таких микроорганизмов, в аэротенки по­ стоянно подаются воздух и питательные вещества обычно путем добавления бытовых сточных вод. Счи­ тается, что все известные органические вещества (за исключением искусственно синтезированных, для кото­ рых в природе не имеется микроорганизмов, способ­ ных их разрушать) могут в той или иной степени раз­ лагаться микроорганизмами. Поэтому биологическая очистка является перспективной. Однако микроорга­ низмы не переносят больших концентраций многих органических веществ, что требует предварительной

249

очистки стоков другими методами; это ограничивает применение биологической очистки, и она в большин­ стве случаев является только завершающим этапом обезвреживания сточных вод.

Канализация представляет собой комплекс соору­ жений, предназначенных для организованного удале­ ния за пределы нефтеперерабатывающего завода сточ­ ных вод после их очистки.

Условно чистые промстоки не сбрасываются в во­ доемы, а после охлаждения возвращаются снова в си­ стему обслуживания теплообменной аппаратуры. За­ грязненные промстоки после очистки возвращаются в систему условно чистой воды. Такое повторное мно­ гократное использование воды называется оборотным водоснабжением; оно дает не только экономию све­ жей воды, что важно при ее дефиците, но и уменьшает загрязнение водоемов.

Оборотное водоснабжение является наиболее про­ грессивным и экономичным способом водоснабжения. В нефтеперерабатывающей промышленности на новых заводах 95—98% всей потребляемой воды находится в обороте. На ряде нефтеперерабатывающих заводов вода перед сбросом в водоем в соответствии с техно­ логическим процессом, очистки отстаивается в прудахотстойниках, после чего становится настолько чистой, что в ней можно разводить рыбу, пригодную к упо­ треблению в пищу. Понятно, что сброс такой воды в водоем не может причинить какого-либо ущерба.

Система канализации и очистки, как и всякое тех­ нологическое устройство, требует постоянного наблю­ дения, ухода, грамотной эксплуатации. Выше указы­ валось, что залповые сбросы нарушают работу ловушек и других очистных устройств. Нередко перед ремон­ том опорожняют аппараты и емкости прямо в канали­ зацию, рассчитывая, что сброшенный продукт вернет­ ся в цех в виде ловушечного продукта. Такие варвар­ ские приемы эксплуатации недопустимы. Необходимо опорожнять аппаратуру в другие емкости, даже если для этого требуется сделать временную обвязку.

На нефтеперерабатывающих заводах система ка­ нализации при неправильной ее эксплуатации может являться источником отравлений и взрывов. Загряз­ ненные промстоки нередко выделяют газы и пары, об­

250