Understanding VOC Emissions in Crude Handling

أما المركبات العضوية الفولطية فهي فئة من المواد الكيميائية المحتوية على الكربون والتي تتبخر بسهولة في الجو عند درجات حرارة كمينة، وفي صناعة النفط والغاز، تُنبعث الأوعية العضوية العالية أساساً أثناء معالجة كميات النفط الخام مثل التخزين، والنقل، والتحميل، والتفريغ، والتجهيز، وتنشأ هذه الانبعاثات من كسور الهيدروكربون الخفيف في الضغط (مثلاً).

وتسهم الأورام الخماسية إسهاماً كبيراً في تكوين الأوزون على مستوى الأرض (وهو عنصر رئيسي من عناصر التخصيب) ويمكن أن تكون له آثار مباشرة على صحة الإنسان، بما في ذلك قضايا الجهاز التنفسي والمخاطر المسببة للسرطان من مركبات مثل البنزين، وعلاوة على ذلك، فإن انبعاثات الأوعية الحية الهاربة تمثل خسارة في المنتجات القيمة، كما أن الهيئات التنظيمية مثل وكالة حماية البيئة التابعة للولايات المتحدة بموجب قانون الهواء النظيف، وكذلك المعايير الدولية (مثلاً، الامتثال الصارم لشرط الوارد في القانون).

الإطار التنظيمي وأهمية خفض القيمة المضافة

في الولايات المتحدة، معايير الأداء الجديدة للمصدر لقطاع النفط والغاز (مثلاً، خطط إدارة العمليات الفرعية، OOOOa، OOOOb، وOOOOOc)

وتبدأ إدارة انبعاثات المركبات العضوية الثابتة إدارة فعالة بفهم دقيق لمصادر الانبعاثات، وتشمل أهم مصادر الانبعاثات أثناء المناولة الخام تنفس خزانات التخزين وفقدان العمل، وخسائر بخار الرف، وتسرب الهاربين من الصمامات، والمزلاجات، والمضخات، والضغطات، كما أن الجمع بين الضوابط الهندسية، وأفضل الممارسات التشغيلية، والرصد الدقيق يوفر أكثر النتائج الموثوقة في مجال التخفيض.

الاستراتيجيات الرئيسية لخفض مستوى التركيزات الحيوية

1 - وحدات استرداد الآلات

وتُعد وحدات استرداد الآبار من بين أكثر التكنولوجيات انتشاراً لاستخلاص المركبات أثناء عمليات التخزين والتحميل الخام، وتجمع وحدات خفض الانبعاثات البخارية المهجورة من الحيز الأمامي للدبابات أثناء ملء (خسائر العمل) أو من التوسع الحراري (خسائر التنفس) ويُوجَّه الغاز المأخوذ عادة إلى مضغط، ثم يُعاد إدخاله إلى مجرى التصريف الخام، ويستخدم كغاز للوقود في المعدات الموجودة في الموقع.

ويمكن أن تحقق وحدات خفض الانبعاثات الحديثة كفاءة الضبط تتجاوز 95 في المائة عندما يتم صيانتها على النحو الصحيح، وتشمل المكونات الرئيسية رأساً لجمع البخار، وطبلة ختم سائلة أو موقوفة للشعلة، وعامل مضغوط (خاتم متبادل أو سائل)، ونظاماً للرقابة.

2- نظم الغلق

وتمنع نظم السحب المغلقة (أو المنفذ المغلق) إطلاق البوابرات عن طريق الاحتواء المادي لغازات الهيدروكربون أثناء النقل، وبدلا من التهوية في الغلاف الجوي، يترابط الحيز البخاري للدبابة المتلقية مع الحيز البخاري للسفن الموصلة، أو مع خط توازن بخاري يعيد البخار إلى المصدر، وهذا أمر شائع أثناء الشاحنات، وسيارة الكوب، وشحن المطاطس.

ويتطلب تنفيذ بروتوكولات مغلقة تصميما دقيقا لتجنب تراكم الضغط أو انهيار الفراغ، وتوفر صمامات الضغط/الغطاء الجوي التي تحتوي على أقراص المزق تجاوزات الأمان، كما أن الصيانة المنتظمة للمواد المغلقة وآليات التقلبات أمر حاسم لمنع التسرب، وتُبلغ المرافق التي تستخدم نظم مغلقة عن تخفيضات بنسبة 90 في المائة أو أكثر مقارنة بتحميل الهواء التقليدي إلى الغلاف الجوي، وهذا النهج مكلف في العديد من الولايات القضائية.

٣ - مراقبة التدرج

ويؤدي تخفيض درجة حرارة النفط الخام إلى الحد من الضغط البخاري للنهاية الخفيفة، وإلى انخفاض معدل التبخر بصورة مباشرة، ويمكن تحقيق ذلك من خلال عزل الصهاريج، والتغطية التجليية (الطلاء الأبيض أو الألومنيوم لرفض الحرارة الشمسية)، والتبريد النشط في المناخات الساخنة، أما بالنسبة للخامات المخزنة في درجات الحرارة المرتفعة (مثلا، نظرا لتسخين الحرارة)، فتخفف من سرعة الحرارة أو الرذاذيلة.

وحتى تخفيض طفيف قدره 10-15 درجة ف يمكن أن يقلل من انبعاثات الأوعية الدموية من الدبابات الثابتة بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة، حسب تركيبة الخام، كما أن تربية الدبابات توفر الطاقة عن طريق الحد من المكاسب الحرارية في الصيف وفقدان الحرارة في الشتاء، مما يوفر منافع بيئية مزدوجة، غير أن مراقبة الحرارة وحدها لا تكفي للركود العالية الضغط، بل إنها مقترنة على أفضل نحو بأجهزة خفض الانبعاثات أو نظم مغلقة.

4- كشف النفايات وإصلاحها

ويمكن أن تشكل الانبعاثات الفيوجية من مكونات معدات التسرب (الصمامات، وختم المضخات، والوصلات، واللوحات، والخطوط المفتوحة) جزءا كبيرا من مجموع إطلاقات المركبات العضوية الثابتة، ويشمل برنامج صارم للتغيرات الطويلة الأجل الرصد الدوري للعناصر باستخدام طريقة البرمجيات الإلكترونية للقرن 21 أو كاميرات التصوير الضوئي للغاز، يليه إصلاح التسربات المكتشفة في الوقت المناسب، وتتراوح الترددات من شهر إلى فصلي حسب نوع العنصر والاحتياجات التنظيمية.

وتنفذ الآن العديد من المرافق خطة لإدارة الانبعاثات الهاربة تشمل ما يلي:

  • جرد جميع مصادر التسرب المحتملة
  • فحص خط الأساس وتحديد الجدولة القائمة على المخاطر
  • استخدام نظام المعلومات الجغرافية في الكشف السريع وغير المتصل بالمعاملات
  • تعقب أوقات الإصلاح وتحليل الأسباب الجذرية
  • تدريب العاملين على التشديد السليم، والاختتام، وإجراءات الاستبدال

وقد تبين أن برامج الحد من الانبعاثات الهاربة تصل إلى 80 في المائة على مدى سنوات قليلة، ويوفر المعهد الأمريكي للبترول الممارسة الموصى بها (API RP 1115) فيما يتعلق بالشبكة الدولية للحد من الكوارث في مجال الخدمات الهيدروكربونية.

5 - موازنة الأبوان

والموازنة بين الأبقار هي تقنية بسيطة منخفضة التكلفة تربط بين الحيز البخاري لسفنتين أثناء النقل بحيث يتم تشريد البخار من خزان التوليد إلى خزان التسليم بدلا من التهوية إلى الغلاف الجوي، وهذا يستخدم عادة أثناء تحميل المنتجات في محطات التسويق، وفي حين أن فعالية الصهاريج الثابتة الدفع المجهزة بخطوط الاختبار، فإن توازن البخار لا يلغي الانبعاثات كلياً.

6 - استيعاب الكربون

(ب) تستخدم نظم امتصاص الكربون أُسرة الكربون المنشطة لتأطير الأوعية العضوية المولدة من مجرى غاز التهوية ويمكن إعادة توليد الكربون باستخدام البخار أو النيتروجين الساخن، وتُعادل أو تُرسل أو تُرسل إلى مشعل، وهذه التكنولوجيا فعالة بشكل خاص بالنسبة لتدفقات منخفضة، أو تيارات عالية التركيز، نموذجية لمستودعات صغيرة أو أجسام لتحميل المركبات.

7 - الاستيعاب (العمل)

وفي نظام الامتصاص، يتم الاتصال بالغاز المحتوي على زيت سائل الهيدروكربون عالي الغليان في برج مغلوف، حيث يمكن أن تذوب الأوعية العضوية في مرحلة السائلة، كما أن الغاز النظيف يهتز أو يرسل إلى وحدة تصنيع، ثم يعاد إنتاج النفط الثري في عمود من الأعمدة المتعرية، ويعالج نسبة التركيزات المخفضة في محطات إعادة الاستخدام.

8 - التكثيف

وتبريد نظم التكثيف تيار البخار إلى درجة حرارة تقل عن نقطة الصفر في المناطق المتجمدة المستهدفة، مما يجعلها تتواءم مع السائل المراد الاستعادة، ويمكن استخدام التبريد الميكانيكي أو التبريد الخفي (النيتروجين السائل) وكثيرا ما يكون الاستهلاك مناسباً بشكل خاص لتدفقات عالية التركيز من المركبات التي يسهل تكديسها (مثلا، ولكن السائل المصاحبة للخل).

9 - المحور الحراري

وعندما لا يكون التعافي من الآبار ممكناً من الناحية التقنية أو الاقتصادية، فإن الحرق (الاحتراق الضوئي) أو الأكسدة الحرارية (الحرق المغلقة) يمكن أن تحقق كفاءة التدمير بنسبة 98 في المائة أو أكثر، وبالتالي فإن الحرق أو الأوكسيدات الحرارية مع استعادة الحرارة يُفضّل على تقليل الانبعاثات الظاهرة إلى أدنى حد وزيادة استخدام الطاقة إلى أقصى حد، غير أن الارتجاف يتحول إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، مما يسهم في استعادة غازات الاحتباس الحراري.

الممارسات الفضلى التنفيذية في مجال تكامل التكنولوجيا

تصميم وترقيق

كما أن إصلاح الصهاريج الثابتة الصهاريج التي تحمل خزانات سقف عائمة خارجية أو صهاريج سقف داخلية عائمة يمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من انبعاثات المركبات العضوية الثابتة، كما أن الأسطح المزروعة تخلق حاجزا ماديا يقلل من حيز البخار ويقلل من خسائر في التنفس وفي العمل، وبالنسبة للمرافق الجديدة، فإن أجهزة التفتيش المزودة بأختام ذات جودة عالية (الختم الرئيسية والثانوية) هي المعيار الثابت للذهب.

Crude Blending and Scheduling

ويمكن أن يؤدي تقلص حجم الازدهار مع انخفاض ضغط البخار قبل التخزين إلى خفض إجمالي انبعاثات أكسيد الكربون، وعلى سبيل المثال، فإن تآكل الازدهار الخفيف مع ارتفاع ضغط البخار يمكن أن يقلل من ضغط البقايا الريدية في المزلاج، كما أن عمليات الترميز أثناء فترات التبريد في اليوم (مثلاً، الليل أو الصباح الباكر) تقلل من معدلات التبريد.

تدريب العمال والتوعية

وينبغي لجميع الموظفين المشاركين في تشغيل المناولة الخام، وموظفي الصيانة، والمفتشين - أن يتلقوا تدريبا منتظما على مصادر انبعاثات المركبات العضوية الثابتة، وتشغيل معدات المراقبة، وإجراءات كشف التسرب، وينبغي أن يشمل التدريب ممارسات العمل الآمنة مثل استخدام الغازات البخارية - الطول، وقبعات خزانات الجلوس على النحو السليم، وقياس الموانئ، وضمان ربط جميع خطوط العودة البخارية قبل بدء النقل.

الرصد والتحقق

ومن الضروري مواصلة الرصد لضمان أن تعمل تدابير الرقابة على النحو المصمم. ويمكن تركيب أجهزة الكشف عن الغاز ذات النقاط الثابتة (مثل أجهزة الإفلاس، أو أجهزة الادخار، أو أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء) في مفاتن الصهاريج، وأجهزة تحميل الرفوف، وخطوط السياج المحيطية.() ويثبت اختبار التعبئة من أجل الأوكسيدات الحرارية والمشروبات كفاءة التدمير.()

وكثيراً ما يتطلب الامتثال التنظيمي قوائم جرد دورية للانبعاثات باستخدام أساليب الحساب المعتمدة من وكالة حماية البيئة (مثلاً، برمجيات TANKS 4.09 لمستودعات التخزين) أو القياس المباشر (مثل استخدام قياس تدفق البخار ورمز الغاز) (((() وثائق توجيه قوائم جرد الانبعاثات الصادرة عن شركة (FLT: 1))) توفر معادلات موحدة لتقدير قيمة كل من عمليات مراجعة الحسابات

المنافع الاقتصادية والبيئية

وينتج الاستثمار في خفض مستوى حرارة المركبات عن عدة عائدات، ويمكن بيع البخار المسترد أو استخدامه كوقود، مما يدر إيرادات تعوض تكاليف رأس المال والتشغيل، وعلى سبيل المثال، فإن عدد من الشركات العاملة في مجال إنتاج النفط الخام الذي يبلغ 000 200 قدم مكعب يومياً من سوائل الغاز الطبيعي (السلائف غير المحتوية على مركبات الكربون) الذي يبلغ سعره 3 دولارات لكل ميغابتو سيوفر ما يزيد على 000 200 دولار من قيمة المنتج السنوية.

الاتجاهات المستقبلية في إدارة المكاتب الميدانية

وتُستعان بالتكنولوجيات الناشئة مثل شبكات الاستشعار الذكية، وكاميرات أوغي المجهزة بالطائرات بدون طيار، والتعلم الآلي لأغراض الصيانة المتوقعة، لتحسين أوقات الكشف والاستجابة، وستتحول مسارات احتجاز الكربون واستخدامها إلى مواد كيميائية أو وقودية - يجري البحث فيها، وتشير الاتجاهات التنظيمية إلى وجود فترات رصد أكثر صرامة للانبعاثات الهاربة (مثلاً، زيادة الامتثال الشهري لخدمات الغاز).

خاتمة

ويمكن تحقيق خفض انبعاثات المركبات العضوية الثابتة أثناء المناولة الخام من خلال استراتيجية مطبقة تجمع بين التكنولوجيات المثبتة (الوحدات، ونظم الغلق، ومراقبة الحرارة، واستيعاب الكربون، والتكثيف، والارتطام) مع ممارسات تشغيلية قوية (الدراسات الاستقصائية الوطنية للحد من الكوارث، والارتقاء بالدبابات، والبرمجيات، والتدريب).

لمزيد من القراءة عن الممارسات الموصى بها، استشارة POCI وثيقة توجيه تخفيض الانبعاثات و معايير التلوث الجوي للنفط والغاز الطبيعي .