SPRIDNINGSBERÄKNINGAR TILL LUFT VID EVAKUERINGAR FRÅN PREEM RAFFINADERI, LYSEKIL

Transkript

1 PREEM SPRIDNINGSBERÄKNINGAR TILL LUFT VID EVAKUERINGAR FRÅN PREEM RAFFINADERI, LYSEKIL RAPPORT Christine Achberger Marie Haeger-Eugensson Marian Ramos García

2

3 ADRESS COWI AB Skärgårdsgatan 1 Box Göteborg TEL FAX WWW cowi.se PROJEKTNR. DOKUMENTNR. A VERSION UTGIVNINGSDATUM BESKRIVNING UTARBETAD GRANSKAD Rapport Christine Achberger Marie Haeger-Eugensson Marian Ramos García Helen Nygren

4

5 RAPPORT LUFT 5 INNEHÅLL 1 Inledning Bakgrund Syfte 7 2 Metod Fackelutsläpp Spridningsmodellering 8 3 Resultat Spridningsberäkningar 9 Bilaga A Beskrivning TAPM-modellen 14

6

7 RAPPORT LUFT 7 1 Inledning 1.1 Bakgrund COWI har fått i uppdrag att beräkna halten av SO₂ i luft vid fackelutsläpp från Preemraff i Lysekil. Utgångspunkten har varit tre olika scenarier som kan inträffa vid driftstop vilket innebär att stora mängder gas måste evakueras snabbt via raffinaderiets två facklor. Figur 1 visar Preemraffs läge norr om Lysekil. Figur 1: Preemraff belägen norr om Lysekil. 1.2 Syfte Uppdragets syfte är att genomföra spridningsberäkningar till luft av SO₂, vid Preem raffinaderi i Lysekil. Fokus i denna utredning har varit SO₂ utsläpp från raffinaderiets två facklor, från vilka stora mängder SO₂ kan släppas ut vid t ex driftstop. 2 Metod 2.1 Fackelutsläpp Emissioner från skorstenar och facklor mäts av Preem. Dessa mätdata har använts som indata för spridningsberäkningarna.

8 8 RAPPORT LUFT Tre olika scenarier har spridningsberäknats: Scenario 1) Dygnsutsläpp vid ROCC SRU-stopp, bara utsläpp från ROCCfacklan dvs 115,0 ton per 24h Scenario 2) Dygnsutsläpp vid Raff SRU-stopp, bara utsläpp från Raff-facklan, dvs 69,5 ton per 24h Scenario 3) Dygnsutsläpp vid totalstopp som ger lägre utsläpp men från båda facklorna samtidigt. Raff-facklan 5,7 ton per 24h + ROCC-facklan 5,2 ton per 24h, sammanlagt 10.9 ton per 24 h. Tabel 1 visar parametrar för facklorna och emissioner från facklorna som användes i spridningsberäkningen. Tabel 1: Detaljer för facklorna och emissioner vid olika utsläppscenarier.error! Not a valid link. Uppgifterna om förbränningstemperaturen, gasflödeshastigheten (stack gas velocity) och förbränningstemperaturen var okända, därför fick standardvärden för dessa tas fram från litteraturen. Värdena som har använts här har tagits fram av Texas Commission on environmental quality (för mer detaljer se Modelling industrial flares impacts på För spridningsberäkningen vid de tre driftstopsscenarierna har antagandet varit att driftsstoppen är kortvariga (dvs max ett dygn). Då spridningsförutsättningar varierar mycket över året och att det samtidigt inte är möjligt att förutse när ett driftsstop inträder har beräkningarna gjorts för evakueringar vid alla typer av väderförutsättningar somuppstår under ett år. Detta har gjorts genom beräkningar med konstanta emissioner under 24 timmar följt av 24 timmar utan emissioner alls. Orsaken till detta är att då TAPM är en dynamisk modell där halten föregående timma utgör indata till timman efter. Därför sker utsläppen från facklorna varannan dag med de mängderna som anges i Tabel 1. På det viset är det möjligt att ta hänsyn till variationerna i spridningsförutsättningar över året och med olika väderlekssituationer, samtidigt som man undviker att halterna byggs upp orealistiskt om beräkningen istället hade gjorts med konstanta emissioner (d v s 24 timmar under årets alla dagar). 2.2 Spridningsmodellering Spridningen av luftföroreningar styrs av många processer och faktorer som verkar i olika geografiska skalor. För att beräkna de meteorologiska förutsättningarna i regional till lokal skala (exempelvis sjö- och landbris sommartid, topografisk påverka på vinden har en dynamisk prognosmodell använts (TAPM-modellen, se vidare Bilaga A). I dessa beräkningar inkluderas de lokala förutsättningarna (topografi, vegetation, havstemperatur m.m.) som styr både, det lokala vädret och därmed spridningen.

9 RAPPORT LUFT 9 Meteorologin för spridningsberäkningen har modellerats fram med TAPM-modellen för ett så kallat typår. För typåret har månader valts ut som är represenativa för de typiska väderförhållandena över området med avseende på temperatur, vind och nederbörd. Typåret är således sammansatt av månader från olika år. Fördelen med användandet av ett typår i stället för ett utvald år, t ex 2015 är att typåret representerar de genomsnittliga, typiska väderförhållandena, medan ett specifikt år kan ha stora avvikelse från de typiska förhållandena. 3 Resultat 3.1 Spridningsberäkningar Nedan presenteras resultaten från spridningsberäkningar för de tre olika scenarierna. Figur 1 till Figur 3 visar dygnsmedelvärdet för scenario 1 till 3. För beräkningen av dygnsmedelvärdet har endast tagits med dagar där emissioner verkligen har skett, d v s alla dagar med noll emissioner har plockats bort innan medelvärdesberäkningen. i xx till xx har ett värsta fall tagits fram. Utgångspunkten för definiering av värsta-fall scenariot har varit den högsta förekommande halten i en gridruta över området. Denna maximala halt har varit styrande för vilken dag som representeras som "värsta-fall" dag. Figur 2 Dygnsmedelvärde av SO₂ för utsläpp enligt Scenario 1 (utsläpp endast från ROCCfacklan). Halterna är i ug/m³ SO₂.

10 10 RAPPORT LUFT Figur 2 Dygnsmedelvärde av SO₂ för utsläpp enligt Scenario 2 (utsläpp endast från Raff-facklan). Halterna är i ug/m³ SO₂. Figur 3: Dygnsmedelvärde av SO₂ för utsläpp enligt Scenario 3 (utsläpp från båda facklorna). Halterna är i ug/m³ SO₂.

11 RAPPORT LUFT 11 Figur 4: Värsta fall scenario 1 (utsläpp endast från ROCC-facklan). Halterna är i ug/m³ SO₂. Figur 5 Värsta fall scenario 2 (utsläpp endast från ROCC-facklan). Halterna är i ug/m³ SO₂.

12 12 RAPPORT LUFT Figur 6: Värsta fall scenario 3 (utsläpp endast från ROCC-facklan). Halterna är i ug/m³ SO₂. Vid fackling sker ett omfattande s.k. plymlyft främst till följd av den kraftiga uppvärmningen som facklan ger vilket resulterar i en plymhöjd på mellan m (enligt beräkningarna i modelleringen) beroende på väderförutsättningarna (Figur 7).

13 RAPPORT LUFT 13 Figur 7: Exempel på plymlyft olika säsonger för en av de här aktuella facklorna. Vid höga vindhastigheter kapas plymlyftet effektivt vilket kan resultera att rökgasplymen når marken nära källan, men eftersom utspädningen samtidigt är hög blir inte halterna så höga. Om vinden är lägre kapas inte plymen lika effektivt varpå plymen når marken längre från källan och har då samtidigt hunnit spridas mer varpå halterna också blir låga. Dessa är de vanligaste fallen och uppstår ofta då det råder vindar från väst till sydväst. Sämst förutsättningar erhålls när vindhastigheten inte är alltför hög, och därmed ger en liten utspädning av rökgaserna samtidigt som plymen begränsas i höjdled (av exempelvis luftens vertikala skiktning). Plymnedslaget hamnar då relativt nära källan utan att ha hunnit spädas ut. I beräkningarna uppträder detta då det är ostliga vindar med ett plymnedslag väster om källan med halter upp till 70 µg/m³ som värsta dygnsmedelvärde. Beräkningarna innefattar tester av evakueringarna under alla väderförutsättningar under ett helt typår och antas därmed ha fångat de flesta fall.

14 14 RAPPORT LUFT Bilaga A Beskrivning TAPM-modellen För spridningsberäkningarna har TAPM (The Air Pollution Model) används, vilket är en så kallad prognostisk modell, utvecklad av CSIRO i Australien. För beräkningarna i TAPM behövs indata i form av meteorologi från storskaliga synoptiska väderdata, topografi, markbeskaffenhet indelat i 31 olika klasser (t.ex. is/snö, hav olika tätortsklasser m.m.), jordart havstemperatur, markfuktighet mm. Topografi, jordart och markanvändning finns automatiskt inlagd i modellens databas med en upplösning av ca 1x1 km men kan förbättras ytterligare genom utbyte till lokala data. Utifrån den storskaliga synoptiska meteorologin simulerar TAPM den marknära lokalspecifika meteorologin ner till en skala av ca 1x1 km utan att behöva använda platsspecifika meteorologiska observationer. Modellen kan utifrån detta beräkna ett tredimensionellt vindflöde från marken upp till ca 8000 m höjd, lokala vindflöden så som sjö- och landbris, terränginducerade flöden (t.ex. runt berg), omlandsbris samt kalluftsflöden mot bakgrund av den storskaliga meteorologin. Även luftens skiktning, temperatur, luftfuktighet, nederbörd mm beräknas horisontellt och vertikalt. Med utgångspunkt från den beräknade meteorologin beräknas halter för olika förorenings-parametrar timme för timme där första timmen även utgör indata till nästkommande timme o.s.v. I spridningsberäkningarna inkluderas, förutom dispersion, även kemisk omvandling av SO2 och partikelbildning, fotokemiska reaktioner där ibland NOx, O3 och kolväte i gasfas samt våt- och torrdeposition. Det finns även en beräkningsmodul där man själv kan definiera den kemiska nedbrytnings- samt depositionshastigheter på ett eller flera ämnen, om parametrar som inte innefattas av den befintliga kemiska modellen, används. Långdistanstransporterade luftföroreningar kan definieras genom att koppla timupplösta halter till modellkörningarna. Biogeniska ytemissioner (VOC) kan också inkluderas. Detta har visat sig vara viktigt för både ozon- och partikelbildningen (Pun, et al. Environ. Sci. Technol., 36 (2002). I spridningsberäkningarna kan både punkt, linje- och areakällor behandlas. Resultatet av spridning av föroreningar såväl som meteorologin presenteras dels i form av kartor, dels i form av diagram och tabeller både som årsmedelvärden och olika percentiler (dygn respektive timmedelvärden). Modellen har validerats i både Australien och USA, och IVL har också genomfört valideringar för svenska förhållanden dels i södra Sverige (Chen m.fl. 2002). Resultaten visar på mycket god överensstämmelse mellan modellerade och uppmätta värden. Mer detaljer om modellen kan erhållas via I Chen m.fl, (2002) gjordes även en jämförelse mellan uppmätta (med TAPM) och beräknade parametrar. I figur A.1 presenteras jämförelsen av temperatur i olika tidsupplösning. I figur A.2 presenteras en jämförelse mellan uppmätt och beräknad vindhastighet vid Säve.

15 RAPPORT LUFT 15 Jämförelse mellan uppmätta och modellerade ozon- och NO2-halter har genomförts i Australien (se figur A.3) a) GÖTEBORG 1999 b) GÖTEBORG Model Obs Model Obs 16 Surface temperature ( C) Surface temperature ( C) Hour (local time) 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month c) GÖTEBORG Model 25 Obs Surface temperature( C) Day Figur A.1. Uppmätt och modellerad lufttemperatur i Göteborg för 1999 (a) timvariation; (b) säsong variation; (c) dygnsvariation. SÄVE 1999 c) Observed surface wind (v component, m/s) Modeled surface wind (v component, m/s) Figur A.2. Jämförelse mellan beräknad och uppmätt vindhastighet vid Säve Figur 3. Jämförelse mellan uppmätta O3 och NO2 halter i Australien, gridupplösning 3x3km.

16 16 RAPPORT LUFT Referenser Chen m.fl. 2002, IVL-rapport L02/51 "Application of TAPM in Swedish West Coast: validation during " Pun, B K. Wu S-Y and Seigneur C. 2002: "Contribution of Biogenic Emissions to the Formation of Ozone and Particulate Matter in the Eastern United States" Environ. Sci. Technol., 36 (16), , en riskfaktor på