44 Контроль качества продукции № 8 — 2025 www.ria-stk.ru/mos

Безопасность икачество

Градирни

–

это инженерные

сооружения, предназначенные

для охлаждения больших объ-

емов воды в системах оборотного

водоснабжения промышленных

предприятий. Нанефтеперерабаты-

вающих заводах градирни являют-

ся важным техническим объектом,

обеспечивающим штатное прове-

дение процессов разделения ипе-

реработки нефти, полуфабрикатов,

промежуточных и товарных про-

дуктов нефтехимического синтеза.

Основная задача, которую ре-

шают градирни,

–

охлаждение обо-

ротной воды, используемой для

отведения тепла при осуществле-

нии различных технологических

процессов, конденсации отводимых

паров натехнологических установ-

ках, охлаждения получаемых про-

дуктов иполуфабрикатов.

В современной теплотехнике

выделяют два основных типа гра-

дирен по виду контура: испари-

тельные (открытые) и сухие (за-

крытые). Нанефтезаводах наибо-

лее распространены испаритель-

ные градирни вентиляторного

типа, применяемые в основных

технологических процессах. Реже

встречаются башенные градирни,

вкоторых используется естествен-

ная тяга, возникающая благодаря

значительной высоте конструкции.

Принцип действия испаритель-

ных градирен основан наиспари-

тельном охлаждении: горячая вода

(50–60 °C) подается в градирню,

распыляется через форсунки или

оросительные системы ивстреча-

ется спотоком воздуха (естествен-

ным или создаваемым принуди-

тельно). При этом часть воды ис-

паряется, забирая тепло иохлаждая

оставшуюся жидкость, аохлажден-

ная вода (25–35°C) возвращается

впроизводственный цикл 1.

Внешний вид вентиляторной

градирни и схема, отражающая

Читайте и узнаете:

• как ввыбросах градирен могут появляться загрязняющие вещества;

• ккакому типу источников выбросов относятся градирни икакие

методики могут быть применимы для определения концентраций

загрязняющих веществ вих выбросах;

• как напрактике осуществляется контроль выбросов загрязняю-

щих веществ отградирен.

Определение выбросов

загрязняющих веществ отградирен

нефтеперерабатывающих предприятий

УДК 614.71

О.А. Марцынковский, канд. техн. наук, генеральный директор

АО«НИИ Атмосфера»

Р.С. Назаров, заместитель генерального директора, начальник анали-

тической лаборатории АО«НИИ Атмосфера»

Е.С. Федотова, канд. техн. наук, начальник лаборатории расчетных

методов определения выбросов АО«НИИ Атмосфера»

Н.С. Буренин, канд. геогр. наук, начальник лаборатории методологии

нормирования выбросов ватмосферу АО«НИИ Атмосфера»

И.Г. Гуревич, старший научный сотрудник отдела методических основ

нормирования иустановления технических нормативов выбросов

АО«НИИ Атмосфера»

Ключевые слова:

загрязняющие вещества,

испарительные градирни,

нефтеперерабатывающие предприятия,

метод газоводного баланса, метод

газовоздушного баланса

Встатье представлены методические подходы ккачествен-

ному иколичественному определению состава выбросов за-

грязняющих веществ отградирен нефтеперерабатывающих

предприятий. Рассматриваются условия иособенности при-

менения инструментальных методов анализа, изученные

входе проведения научно- исследовательской работы.

1 Пособие попроектированию градирен (кСниП 2.04.02–84) утверждено приказом ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР от20.03.1985 №27.

45Контроль качества продукции № 8 — 2025 www.ria-stk.ru/mos

Безопасность икачество

принцип ее работы, представлены

нарис.1 и2.

При охлаждении оборотной

воды вградирне часть ее испаря-

ется, а образовавшийся водяной

пар уносится потоком охлаждаю-

щего воздуха. В выбрасываемую

изградирни ватмосферный воз-

дух газовоздушную смесь (ГВС)

вместе с парами воды попадают

и содержащиеся в ней загрязня-

ющие вещества. Вследствие этого

градирня становится источником

загрязняющих веществ, которые

подлежат учету инормированию

вустановленном порядке.

Исходя изтехнологической схе-

мы подачи иотвода газовоздуш-

ного потока, градирни можно от-

нести ксистемам вытяжной вен-

тиляции, обеспечивающим удале-

ние загрязненного воздуха извсе-

го объема сооружения. Качествен-

ный состав (перечень) выбрасы-

ваемых градирней ватмосферный

воздух загрязняющих веществ

определяется составом поступа-

ющей в нее на охлаждение обо-

ротной воды, аон, всвою очередь,

зависит оттехнологических про-

цессов, для которых использова-

лась эта вода. Количественный

состав таких выбросов обусловлен

степенью загрязнения оборотной

воды, показателями расхода охла-

ждаемой воды и охлаждающего

воздуха, летучестью присутству-

ющих всоставе воды загрязняю-

щих веществ иих растворимостью

вней, температурой воды игазо-

воздушной смеси вгазовом про-

странстве градирни, степенью

дисперсности воды при охлажде-

нии, от которой зависит такой

важный фактор процесса межфа-

зового переноса веществ, как по-

верхность контакта фаз («оборот-

ная вода»

–

«охлаждающий воз-

дух»), идругими факторами. Сто-

ит также отметить, что загрязня-

ющие вещества впроцессе работы

градирни могут как выделяться

в охлаждающий оборотную воду

атмосферный воздух, так ипогло-

щаться этой водой (растворяться

вней).

Чтобы определить количествен-

ный состав выбросов загрязняю-

щих веществ отградирен для це-

лей расчета инормирования, мож-

но использовать два метода: наос-

нове материального баланса

по оборотной воде и на основе

материального баланса повозду-

ху. Метод газовоздушного балан-

са базируется наизмерении кон-

центрации загрязняющих веществ

впотоке подаваемого вградирню

воздуха и в потоке выходящей

изнее парогазовоздушной смеси.

Метод газоводного баланса пред-

полагает определение концентра-

ции загрязняющих веществ вобо-

ротной воде на входе и выходе

из градирни, а также измерение

объема потока воды, проходящей

через градирню, с учетом ее по-

терь из-за уноса капель и брызг

потоком воздуха. При расчете вы-

бросов отодной итойже градир-

ни допустимо для разных веществ

применять тот или иной метод

взависимости отполноты исход-

ных данных, наличия идоступно-

сти методики измерений.

Основное достоинство метода

газоводного баланса заключается

втом, что в случае его использо-

вания не нужно проводить отбор

ианализ проб парогазовой смеси

для определения концентраций

вних загрязняющих веществ. При

этом он относится к косвенным

методам оценки выбросов. Его

применение затруднено отсутстви-

ем методик измерения, позволя-

ющих порезультатам анализа воды

определить снеобходимой точно-

стью количество выбросов загряз-

няющих веществ в атмосферный

воздух. Данный подход неучиты-

вает потери загрязняющего веще-

ства засчет его участия вфизико-

химических процессах, происхо-

дящих в оборотной воде, в т.ч.

окислении, осаждении, нейтрали-

зации. Метод газоводного баланса

может быть применен для опреде-

ления выбросов нефтепродуктов,

являющихся неполярными веще-

ствами ивсилу своей химической

природы слабо взаимодействую-

щими сводой. Чтобы разработать

наего основе эффективную мето-

дику определения количественно-

го состава выбросов от градирен,

следует адаптировать для этих це-

лей соответствующие методики

измерения концентраций загряз-

няющих веществ воборотной воде.

Рис. 1. Внешний вид вентиляторной

градирни сдвумя диффузорами

Рис. 2. Типовая схема вентиляторной

градирни содним диффузором

Электродвигатель

Разбрызгивание нагретой воды

Выход

насыщенного

воздуха

Бассейн для

охлажденной воды

Оросители

Всасывание

ненасыщенного

воздуха

Диффузор

Вентиляторный

узел

Водоуловители

Выход

охлажденной

воды

Поступление

нагретой воды

46 Контроль качества продукции № 8 — 2025 www.ria-stk.ru/mos

Безопасность икачество

Делая выбор между методами

газоводного игазовоздушного ба-

ланса, целесообразно учитывать

ряд рекомендаций.

1. Выбросы веществ свысокой

реакционной способностью иниз-

кой химической стойкостью, хо-

рошо растворимых вводе (хлор,

аммиак, сероводород ит.п.), пред-

почтительнее оценивать методом

газовоздушного баланса.

2. Выбросы малорастворимых,

неполярных, достаточно химиче-

ски инертных веществ (компонен-

ты смесей насыщенных углеводо-

родов, ароматических соединений

идр.) допустимо оценивать спо-

мощью любого изуказанных ме-

тодов.

3. Следует принимать вовни-

мание наличие методик измере-

ния, позволяющих снеобходимой

точностью иселективностью опре-

делить концентрацию загрязняю-

щего вещества воборотной воде

или газовоздушной смеси.

4. Необходимо исходить изтех-

нической возможности отбора

проб оборотной воды или атмос-

ферного воздуха навходе ивыхо-

де изградирни.

Таким образом, следует помнить,

что метод газоводного баланса яв-

ляется косвенным методом оценки

количественных характеристик вы-

бросов, поскольку врасчет прини-

мается уменьшение концентрации

загрязняющего вещества воборот-

ной воде, которое может быть обу-

словлено нетолько его испарением

ватмосферный воздух, ноиокис-

лением или иными химическими

превращениями, атакже сорбцией

на поверхности частиц взвесей

иболее мелких коллоидных частиц,

способных осаждаться во время

пребывания воборотной воде вгра-

дирне. Кроме того, он применим

далеко не ко всем загрязняющим

веществам из-за отсутствия мето-

дик измерения их концентраций

вводе. Однако выполнение изме-

рений при его использовании тре-

бует меньших затрат, чем вслучае

применения метода газовоздушно-

го баланса.

Метод газовоздушного баланса

представляет собой прямой метод

оценки количественных характе-

ристик выбросов, т.к. рассматрива-

ется концентрация загрязняющего

вещества впоступающем вградир-

ню ивыходящем изнее атмосфер-

ном воздухе. Он применим прак-

тически ко всем выбрасываемым

ватмосферный воздух изградирни

загрязняющим веществам.

Внастоящее время вПеречне

методик расчета выбросов Мин-

природы РФ 2 имеются три дей-

ствующие методики определения

выбросов отградирен (№88–90),

которые широко применяются для

целей контроля инормирования.

1. СТО-ЦЗЛ-17–2015. Методика

определения выбросов вредных

веществ ватмосферу сградирен.

Ярославль, 2015.

2. Методика санитарной лабо-

ратории АО «АНХК» «Методика

определения количества выбросов

вредных веществ в атмосферу

отградирен АО«АНХК» №П4–04

МТ-0193 ЮЛ-100 (№ 1639–2012)

версия 1.00. Ангарск, 2015.

3. СТО 05766480–011–2016. Рас-

чет выбросов загрязняющих ве-

ществ ватмосферу отисточников

выбросов объектов очистных со-

оружений и блоков оборотного

водоснабжения ООО «КИНЕФ».

Кириши, 2016.

Перечисленные расчетные ме-

тодики втечение ряда лет успеш-

но использовались намногих пред-

приятиях нашей страны. Каждая

изних содержит четко выстроен-

ный ипонятный алгоритм опре-

деления выбросов. Результаты

расчетов, полученные спомощью

данных методик, неоднократно

проверены на практике. Однако

применение даже тех изних, ко-

торые включены вуказанный пе-

речень, ограничено поряду при-

чин, вчисле которых узкая область

применения иограниченный спи-

сок загрязняющих веществ, атак-

же невозможность применения

без разрешения правообладателя.

Опираясь намноголетний опыт

практического использования дан-

ных методик, специалисты

АО«НИИ Атмосфера» разработали,

экспериментально проверили

ипредставили внастоящей рабо-

те методические подходы корга-

низации отбора проб ивыполне-

нию измерений наградирнях.

Спозиций экологии градирни

можно рассматривать как стаци-

онарные организованные источ-

ники загрязнения атмосферного

воздуха, которые имеют свою

специфику вчасти конфигурации

и местоположения источников

выделений (выбросов) в атмос-

ферный воздух. Для выявления

особенностей выброса загрязня-

ющих веществ отградирен наод-

ном изнефтеперерабатывающих

заводов сотрудники АО«НИИ Ат-

мосфера» провели исследования,

целью которых были:

— изучение поля скоростей га-

зовоздушной смеси в устье ряда

градирен;

– оценка влияния скорости ат-

мосферного воздуха нараспреде-

ление скоростей ГВС вустье вен-

тиляторных градирен;

2 Перечень методик расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ ватмосферный воздух стационарными источниками, утвержден распоряже-

нием Минприроды России от26.12.2022 №38-р.

47Контроль качества продукции № 8 — 2025 www.ria-stk.ru/mos

Безопасность икачество

– определение зон для отбора

представительных проб загрязня-

ющих веществ.

При выполнении работ исполь-

зовали:

– дифференциальный мано-

метр цифровой ДМЦ01 струбкой

напорной модификации Пито (для

измерения скорости ГВС);

– измеритель параметров ми-

кроклимата «Метеоскоп- М» (для

определения метеопараметров

атмосферного воздуха);

– флажок икомпас (для опре-

деления направления ветра).

Точки для проведения измере-

ний были выбраны согласно схе-

мам, представленным нарис.3 и4.

Напорная трубка была установ-

лена впервой точке перпендику-

лярно оси диффузора, носиком

навстречу потоку, сотклонением

отего направления неболее 10°.

После стабилизации (примерно

через 20 с) была зафиксирована

скорость ГВС. Скорость, автома-

тически определяемая дифферен-

циальным манометром ДМЦ-01,

рассчитывается поформуле:

где V

–

скорость потока, м/с;

∆P

–

динамическое давление,Па;

–

плотность среды при рабо-

чих условиях, кг/м3;

Kт

–

средний коэффициент пре-

образования давления трубки

напорной (приведен впрото-

коле поверки).

Востальных точках измерения

проводились аналогичным обра-

зом. Все полученные усредненные

значения записывались.

Параметры атмосферного воз-

духа измеряли вблизи устья гра-

дирни. Датчик измерителя «Ме-

теоскоп- М» размещали на 0,5 м

выше устья иводном-двух метрах

от него с наветренной стороны.

Измерения проводили втечение

одной-двух минут, средние зна-

чения фиксировали. Направление

ветра было определено спомощью

флажка икомпаса.

Для исследования влияния ве-

тра напоток газовоздушной смеси,

выходящий из устья градирни,

были выбраны 11точек (a, b, с…,

k), расположенные в ряд парал-

лельно направлению ветра (см.

рис.4). Измерения накаждом диф-

фузоре повторяли по семь раз.

Эксперимент проводили начеты-

рех градирнях одного нефтезавода.

Входе исследования было уста-

новлено поле скоростей газовоз-

душной смеси на выходе из диф-

фузора вентиляторных градирен

(рис. 5 и 6). Экспериментальные

данные показали, что для всех че-

тырех градирен распределение ско-

ростей потока ГВС в плоскости

Примечание: 1, 2, 3…, 21 – точки

проведения измерений. Градиентная

заливка отражает изменение скоростей

в исследуемой области.

Рис. 3. Расположение точек проведения

измерений в устье вентиляторной

градирни (вид сверху) по схеме 1

Примечание: a, b, c …, k – точки

проведения измерений.

Рис. 4. Расположение точек проведения

измерений в устье вентиляторной

градирни (вид сверху) по схеме 2

a b c d e f g h i j k

Направление ветра

Примечание: измерения проводились при скорости ветра

от4,5 до5,0 м/с.

Рис.5. Распределение скорости ГВС всечении диффузора

градирни №1

Примечание: измерения проводились при скорости ветра

от2,9 до3,7 м/с.

Рис.6. Распределение скорости ГВС всечении диффузора

градирни №2

Точки измерения Точки измерения

Скорость потока, м/с

a b c d e f g h i j k a b c d e f g h i j k

Ряд 1 Ряд 2 Ряд 3 Ряд 4 Ряд 5 Ряд 6 Ряд 7 Ряд 1 Ряд 2 Ряд 3 Ряд 4 Ряд 5 Ряд 6 Ряд 7

48 Контроль качества продукции № 8 — 2025 www.ria-stk.ru/mos

Безопасность икачество

диффузора имеет схожий характер

и является чрезвычайно неравно-

мерным. Расхождение (размах впро-

центах) между средним, максималь-

ным и минимальным значением

было рассчитано поформуле:

(xс.з

–

min)/(max

–

min) × 100%,

где xс.з

–

среднее всех значений

скорости ГВС, полученных

входе эксперимента для каждой

градирни.

Для градирен №1 и2 расхож-

дение составило около 62 и 64%

соответственно. Такое значитель-

ное расхождение позволяет сделать

вывод отом, что для применения

правил отбора проб для газоходов

организованных источников суста-

новившимся газовым потоком без

возвратных или вращательных

движений газа, например ПНД Ф

12.1.1–993, нет оснований.

Характер распределения поля

скоростей взначительной степени

зависит отскорости инаправления

движения атмосферного воздуха

(см. рис.5 и6). Следовательно, для

получения представительной про-

бы наилучшим доступным реше-

нием будет отбор над поверхно-

стью градирни при равномерном

перемещении воздухозаборного

зонда втечение 20 мин, ориенти-

рованном навстречу воздушному

потоку при невысокой скорости

ветра (неболее 5 м/с).

Чтобы произвести отбор проб

воздуха, можно использовать воз-

духозаборники любой конструк-

ции, содержащие цельностеклян-

ные шприцы или тедларовые про-

боотборные пакеты, прошедшие

проверку напрактике, сустрой-

ством для забора проб воздуха.

Вкачестве пробоотборных трактов

могут быть применены также хи-

мически инертные фторопласто-

вые трубки, аналогичные по со-

ставу ихарактеристикам трубкам,

используемым на стационарных

и передвижных постах монито-

ринга для отбора проб воздуха.

Отметим, что будет некоррек-

тно применять для градирен ме-

тодики отбора проб для газоходов

организованных источников, такие

как ПНД Ф 12.1.1–99. Это связано

с тем, что невозможно провести

метрологическую аттестацию та-

ких методик, поскольку нет эта-

лона сравнения (не существует

эталонной градирни, выбросы

откоторой точно известны).

3 ПНД Ф 12.1.1–99 «Методические рекомендации поотбору проб при определении концентраций вредных веществ (газов ипаров) ввыбросах про-

мышленных предприятий», утверждены Госкомэкологией России 24.03.1999.

Резюме

Применение подходов, представленных в данной ста-

тье, будет способствовать дальнейшему развитию рас-

четных ирасчетно- инструментальных методик для опре-

деления выбросов отградирен промышленных предпри-

ятий вцелях их нормирования иконтроля.

TITLE

Determining pollutant emissions from cooling towers of oil reﬁneries

AUTHOR

О.А. Martsinkovskiy, Candidate of Engineering Sciences, Director General, JSC

“Atmosphere Research Institute”

R.S. Nazarov, Deputy Director General, Head of Analytical Laboratory, JSC “Atmo-

sphere Research Institute”

Е.S. Fedotova, Candidate of Engineering Sciences, Head of Laboratory of Calcula-

tion Methods for Determining Emissions, JSC “Atmosphere Research Institute”

N.S. Burenin, Candidate of Geographic Sciences, Head of Laboratory of Methodol-

ogy for Standardization of Emissions into Atmosphere, JSC “Atmosphere Re-

search Institute”

I.G. Gurevich, Senior Researcher, Department of Methodological Foundations for

Standardization and Establishment of Technical Emission Standards, JSC “Atmo-

sphere Research Institute”

ABSTRACT

The article presents methodological approaches to qualitative and quantitative

determination of the composition of pollutant emissions from cooling towers of oil

reﬁneries. The conditions and features of applying instrumental methods of anal-

ysis, studied during the research work, are considered.

KEYWORDS

pollutants, evaporative cooling towers, oil reﬁneries, gas-water balance method,

gas-air balance method

SUMMARY

The application of the approaches presented in this article will contribute to the

further development of calculation and calculation- instrumental methods for de-

termining emissions from cooling towers of industrial enterprises for their stan-

dardization and control.