Комплексная очистка природного газа для получения спг
Комплексная очистка природного газа для получения СПГ
Г.С. Широкова,
технический директор ООО «Газсертэк», М.В. Елистратов,
главный специалист ООО «Газсертэк», к.т.н.
В России становится перспективным производство сжиженного природного газа (СПГ) для газоснабжения населения и в качестве автомобильного топлива, которое отличается относительно невысокой производительностью установок по производству СПГ, их расположением вблизи магистральных газопроводов (МГ) природного газа с его использованием в качестве сырьевого газа. В настоящее время отсутствуют технические решения по комплексной очистки газа из МГ перед сжижением. Для подготовки газа предлагается комплекс взаимосвязанных технологических процессов, включающих сепарацию, рекуперативный теплообмен, очистку газа от ртути, сернистых соединений, кислорода, диоксида углерода, осушку газа, которые используются в установках по очистке природного газа для получения СПГ.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, сжижение, подготовка газа, очистка от ртути, очистка от сернистых соединений, очистка от кислорода, очистка от диоксида углерода, осушка.
Complex natural gas treatment for LNG production
G.S. Shirokova, M.V. Yelistratov
LNG production for natural gas supply to small residential places and as motor fuel becomes prospective in Russia. Use of small scale facilities located near main gas pipelines and use of pipeline natural gas as feed gas will be typical. At present, there is an absence of ready technical solutions for complex gas pre-treatment prior to liquefaction. A complex of interdependent processes including separation, recuperative heat exchange, mercury removal, desulfurization, oxygen removal, carbon dioxide removal, and dehydration is offered for use in gas treatment units.
Keywords: liquefied natural gas (LNG), liquefaction, gas treatment, mercury removal, desulfurization, oxygen removal, carbon dioxide removal, dehydration.
В России вопрос получения СПГ с каждым годом становится все более актуальным как перспективное направление переработки и транспортировки природного газа. Наиболее масштабное производство СПГ предлагается при разработке шельфовых газовых и нефтяных
месторождений Крайнего Севера и Дальнего Востока. При утилизации попутного нефтяного газа на промыслах, значительно удаленных от газотранспортной системы или в случае ограничения доступа к ней, также рассматривается возможность производства СПГ. Газификация
значительной части малых населенных пунктов с использованием СПГ оценена как экономически более эффективная в сравнении с газопроводным способом транспортировки газа. Кроме того, в течение многих лет продолжаются программы по перспективному использованию СПГ на автотранспорте.
Производство СПГ при его использовании для газоснабжения населения и в качестве автомобильного топлива в российских условиях отличается относительно невысокой производительностью установок, их расположением вблизи магистральных газопроводов природного газа и его использованием в качестве сырьевого газа. В ближайшее десятилетие потребность в малотоннажных установках производства СПГ может исчисляться десятками с производительностью по сырьевому газу на уровне 2…40 тыс. м3/ч (17…336 млн м3/год при режиме работы установки 8,4 тыс. ч/год).
Блочно-комплектные установки сжижения природного газа предлагаются различными компаниями. К газу, предназначенному для сжижения, предъявляются более жесткие требования по содержанию примесей в сравнении с требованиями к магистральному газу по ОСТ 51.40-93 или к газу для промышленного потребления по ГОСТ 5542-87. При этом установка подготовки газа к сжижению в большинстве случаев не включается компаниями-производителями в комплект поставки оборудования для сжижения газа, и обеспечение требуемой спецификации сжижаемого газа становится дополнительной задачей для заказчика. В настоящее время в России технических решений по комплексным установкам подготовки природного газа из МГ к сжижению пока еще недостаточно. Практически отсутствуют публикации, в которых была бы проанализирована эта задача в отношении исходных данных и путей решения.
Российские нормативные документы, относящиеся к производству и использованию СПГ, не являются полными и согласованными по
ЙЯЯВВР Л Ф® вя# J^tefet Щ фЩ
«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (20) март 2022 г.
Рис. 1. Блок-схема установки очистки газа. Блоки: Бл1 — сепарации и рекуперативного теплообмена; Бл2 — нерегенеративной адсорбционной очистки от ртути; Бл3 — нерегенеративной адсорбционной очистки от сернистых соединений; Бл4 — каталитической очистки от кислорода; Бл5 — мокрой очистки от диоксида углерода; Бл6 — адсорбционной осушки и доочистки от диоксида углерода
требованиям к качеству СПГ и глубине очистки газа перед сжижением, что также вносит вклад в отсутствие единых четких требований к глубине очистки газа перед сжижением.
Рассмотрим российские условия подготовки природного газа, соответствующего качеству магистрального газа, для получения СПГ. В основном для магистрального газа характерны давление 3,3…7,5 МПа, температура от -5 до 20 °С. По своему качеству газ должен соответствовать требованиям ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам. Технические условия». Возможное содержание удаляемых компонентов в сырьевом газе и типичное требуемое содержание в подготовленном газе представлено в табл. 1.
Технологические процессы, используемые в установке подготовки сырьевого газа, в основном относятся к процессам тонкой очистки, которые должны рассматриваться как комплекс взаимосвязанных технических решений. Для подготовки природного газа к сжижению были выбраны процессы и разработана блок-схема установки (рис. 1).
В Бл1 осуществляется сепарация сырьевого газа и газа, подготовленного для осушки, а также рекуперация теплоты газовых потоков (рис. 2).
В транспортируемом магистральном газе обычно присутствуют механические примеси (продукты коррозии трубопровода) и компрессорное масло, в котором по равновесию растворяются тяжелые углеводородные компоненты газа, вследствие чего вся жидкость или ее углеводородная часть, как правило, представляет собой загрязненную мехпримесями смесь компрессорного масла и газового конденсата. Также в газе может содержаться жидкий концентрированный гликоль, унесенный из установок подготовки газа. Поэтому на ее входе предусмотрена тонкая механическая сепарация сырьевого газа.
Рекуперация теплоты в теплообменниках имеет двойное назначение в каждом из двух теплообменников Бл1. Повышение температуры
отсепарированного сырьевого газа, подаваемого последовательно в Бл2 и Бл3, обеспечивает благоприятные условия для адсорбции, то есть пониженную относительную влажность газа и недонасыщение газа тяжелыми углеводородами и гликолями при рабочих условиях. Одновременно охлаждается газ из блока мокрой очистки Бл5, который насыщен водой при температуре 35.45 °С. За счет охлаждения этого газа на 15…25 °С с последующей сепарацией сконденсированной воды полное влаго-содержание газа, поступающего на осушку в Блб, снижается на 50.70 %, что обеспечивает улучшение технико-экономических показателей блока осушки за счет уменьшения требуемого объема адсорбента, массы аппаратов и затрат на регенерацию в Блб.
Таблица 1
Примеси Максимальное содержание
в газе из МГ в сжижаемом газе
Сероводород, ррт 14 2…5
Меркаптановая сера, мг/м3 36 10…30
Сера в составе серооксида углерода, мг/м3 50 * 10…30
Диоксид углерода, ррт 40000 ** 20…200
Кислород, ррт 10 000 20…200
Вода, ррт 136 *** 0,1.1
Ртуть, г/м3 40 000 **** 10
Примечания: * не нормируется ОСТ 51.40-93; ** расчетное значение по низшей теплоте сгорания газа; *** расчетное значение, соответствующее точке росы по влаге при температуре -3 °С и давлении 4,0 МПа; **** примерное максимальное паровое содержание ртути в газе европейских МГ.
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема Бл1 — блока сепарации и рекуперативного теплообмена
Отделенная сконденсированная вода возвращается в блок мокрой очистки Бл5. Отсепарированный газ насыщен водой при температуре сепарации, и перед подачей на адсорбционную осушку и очистку в Бл6 этот газ нагревают с целью защиты адсорбента от капельной влаги. Нагрев газа проводят на 7.12 °С с одновременным охлаждением газа, поступающего из Бл4
каталитической очистки от кислорода на мокрую очистку в Бл5. Снижение температуры газа, подаваемого в Бл5, осуществляется без использования воздушного охлаждения и улучшает условия процесса мокрой очистки газа.
В Бл2 осуществляется очистка газа от ртути, в Бл3 — тонкая очистка газа от сернистых компонентов —
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема: Бл2 — блока нерегенеративной адсорбционной очистки от ртути; Бл3 — блока нерегенеративной адсорбционной очистки от сернистых соединений
сероводорода, меркаптанов и в некоторых случаях от серооксида углерода (рис. 3).
Ртуть вызывает коррозию, повышает хрупкость алюминиевых сплавов, применяемых в теплообменном оборудовании сжижения газа, отравляет платиновые, палладиевые, родиевые и другие катализаторы, используемые для очистки газа от кислорода. Поэтому очистку газа от ртути наиболее целесообразно проводить первой в последовательности процессов очистки.
При малой производительности установок и относительно низком содержании ртути в газе, что характерно для случаев очистки газа из МГ, традиционно применяют нерегенеративную очистку, при которой ртуть поглощается адсорбентом с последующим ее химическим взаимодействием со специально подобранными импрегнированными в адсорбенте составляющими, селективно химически активными по отношению к ртути. После насыщения адсорбента ртутью его заменяют.
В качестве адсорбента может быть использован гранулированный активированный уголь, импрегнирован-ный серой — например, уголь марки HGR производства компании Calgon Carbon. В таком случае очистка от ртути происходит за счет необратимой реакции ртути с серой с образованием сульфида ртути:
Hg S HgS.
Так как активным веществом для удаления ртути является сера, то содержание в газе сернистых соединений практически не влияет на емкость адсорбента по ртути.
Массовая доля серы в свежем адсорбенте HGR составляет не менее 10 %, и в условиях сухого и чистого углеводородного газа (без высокомолекулярных и полярных примесей) массовая емкость адсорбента HGR по ртути составляет до 20 %%. Практика показывает, что из-за присутствия в очищаемом газе в паровом виде тяжелых углеводородов, воды и других примесей целесообразно ориентироваться на массовую емкость адсорбента по ртути не более 2.3 %.
I ,.ifffflTmTTTr„- Д|Дн4Д1<
«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (20) март 2022 г.
Рис. 4. Принципиальная технологическая схема Бл4 -блока каталитической очистки от кислорода
Также для нерегенеративной очистки от ртути используют адсорбенты на основе оксида алюминия, импрегнированного сульфидами металлов (железо, медь, цинк). Примерами адсорбентов такого типа являются CMG 271 и CMG 273 производства компании Axens, PURASPEC 1163, 5158 и 5159 производства компании Johnson Matthey. По показателям работы эти адсорбенты сопоставимы с активированным углем. В адсорбентах этого типа происходит необратимая реакция ртути с сульфидом металла с образованием сульфида ртути и другой формы сульфида металла. Например, в случае сульфида железа реакция имеет вид:
Fe2S3 Hg -> 2FeS HgS.
В Бл3 осуществляется тонкая очистка газа от сернистых компонентов (сероводород, меркаптаны и в некоторых случаях серооксид углерода) в процессе нерегенеративной адсорбции. Обычно используют двух-адсорберную схему с переключаемой последовательностью аппаратов. В такой схеме адсорберы включены последовательно, и вторым по ходу газа работает тот аппарат, в который загружен свежий адсорбент. Это обеспечивает как возможность
замены адсорбента в первом по ходу газа адсорбере (при полной отработке материала) без прерывания очистки, так и наиболее полное использование емкости адсорбента по извлекаемым компонентам.
Для очистки газа только от сероводорода и легких меркаптанов возможно применение твердого поглотителя марки Sulfatreat Select HC, в котором происходят необратимые реакции этих веществ с оксидами железа в составе адсорбента с образованием элементарной серы, сульфида и меркаптида железа:
Fe2O3 3H2S 2FeS S 3H2O;
Fe2O3 6CH3SH -> 2Fe(CH3S)3 3H2O.
Аналогичные по свойствам адсорбенты с оксидами металлов (железо, марганец, цинк) предлагаются и другими производителями (Merichem, Unicat Catalyst Technologies, Johnson Matthey).
При необходимости очистки газа дополнительно от серооксида углерода в паре адсорберов может быть применен материал для поглощения всех сернистых компонентов, подлежащих удалению. Примером такого адсорбента является активированный уголь SOLCARB C3 (производства компании Calgon Carbon),
^Ooui.^*
импрегнированный оксидами меди, образующими сульфид и меркаптид меди в реакциях с сернистыми компонентами:
CuO H2S -> CuS H2O;
CuO 2CH3SH Cu(CH3S)2 H2O;
CuO COS-» CuS CO2.
Очистка газа от кислорода осуществляется в Бл4 (рис. 4).
В данном случае целесообразно применение наиболее простого, хотя и не самого энергетически выгодного, прямого окисления углеводородов газа кислородом, содержащимся в газе, до диоксида углерода и воды при температуре 300.320 °С в насыпном слое катализатора. Для метана эта реакция записывается как
СН4 2О2 СО2 2Н2О.
В реакторе может быть использован палладиевый катализатор OR-35 производства компании Unicat Catalyst Technologies или аналогичные палладиевые или платиновые катализаторы производства BASF или Johnson Matthey. Обычно гарантированный срок службы катализатора составляет 3 года при условии отсутствия в газе сернистых компонентов, которые, негативно воздействуя на катализатор, снижают срок его службы.
Для получения требуемой температуры газа в представленной схеме использован электрический нагрев газа с рекуперацией тепла газа.
Для мокрой очистки газа от диоксида углерода могут быть использованы аминовый или щелочной способы. Для большинства возможных случаев очистки газа из МГ характерны отсутствие возможностей по утилизации стоков щелочной очистки газа и высокие затраты на щелочь и воду, вследствие чего аминовый способ оказывается более предпочтительным (рис. 5).
По совокупности технико-экономических и эксплуатационных показателей применение раствора ДЭА является предпочтительным для маломощных установок подготовки газа. Для очистки газа в условиях центральных и южных регионов России перед сжижением рациональным является использование очистки газа в
Рис. 5. Принципиальная технологическая схема Бл5 — блока мокрой очистки от диоксида углерода
Бл5 с применением ДЭА до остаточ- низкого содержания С02 (например, за счет рециркуляции и охлаждения
ного содержания С02 40.100 ррт 20 ррт). жидкости с целью сброса извлечен-
(в зависимости от периода года) с В представленной схеме Бл5 ис- ного С02 в газообразном виде в ат-
доочисткой газа в адсорбционном пользован способ охлаждения па- мосферу непосредственно с верха
процессе в Бл6 до требуемого более рогазовой смеси (ПГС) в десорбере десорбера.
Рис. 6. Принципиальная технологическая схема Бл6 — блока адсорбционной осушки и доочистки от диоксида углерода
Таблица 2
Материал Удельный расход, кг/млн м3
Активированный уголь
HGR 3
SOLCARB C3 1700
Катализатор OR-35 12
Цеолит NaX-БКО 23
На входе блока осушки газ всегда имеет более высокое влагосодержа-ние по отношению к сырьевому газу. Вода образуется в результате реакций очистки газа от сернистых компонентов и от кислорода, а на выходе процесса мокрой очистки газ близок к насыщению водой. Глубокая осушка газа и доочистка от CO2 осуществляются в Блб в регенеративном адсорбционном процессе (рис. б).
В качестве адсорбента может быть использован цеолит NaX-БКО российской компании «РеалСорб» или специализированные цеолиты других производителей (BASF, UOP и др.). Обычно гарантированный срок службы цеолитов в подобных процессах осушки и очистки газа составляет 3 года.
Возможно упрощение схемы установки за счет удаления CO2 из газа полностью в Блб с исключением Бл5 и компрессора газа регенерации в
Блб в случае, если допустимо полное выведение газа регенерации Блб из установки (например, для использования в качестве топливного газа на собственные нужды).
Чтобы дать представление о потреблении твердых расходных материалов для установки очистки газа, на которую подают природный газ из МГ с максимальным содержанием всех удаляемых компонентов (см. табл. 1) и процессы которой построены в соответствии с блок-схемой, представленной на рис. 1, в табл. 2 приведены их примерные удельные расходы.
При выборе процессов установки очистки газа необходимо учитывать возможное наличие в сырьевом газе других компонентов. Например, содержание метанола не нормируется для магистрального и подаваемого на сжижение газа, а также товарного СПГ. В российских МГ содержание в
паровом виде метанола в газе во многих случаях составляет 40.200 мг/м3, и при таком содержании метанол незначительно влияет на процессы и основные показатели работы установки очистки газа. При этом метанол практически полностью удаляется из газа в процессах очистки. Метанол будет содержаться в рецирку-лирующем растворе амина и рецир-кулирующей через верхнюю секцию десорбера воде вследствие его накопления в контурах до своего равновесного состояния. Часть поглощенного из газа метанола будет сбрасываться в атмосферу с верха регенератора в Бл5 в потоке газообразного С02, остальная часть будет выводиться из установки в жидких отходах Блб.
Реализация представленных технических решений позволяет подготовить природный газ из МГ к сжижению в соответствии с требованиями производителей оборудования для получения СПГ на малотоннажных установках.
Комплексное техническое решение и его модификации защищены патентом РФ на полезную модель № 100919 «Установка подготовки магистрального природного газа к сжижению (варианты)».
7
Вниманию подписчиков и читателей!
Редакция журнала «Транспорт на альтернативном топливе» предлагает журналы за 2008-2009 гг. по следующим ценам:
■ один журнал — 200 руб.;
■ подписка за год — 1000 руб.;
■ подписка за 2 года — 1700 руб.
Заявки принимаются по тел.: (495) 363-94-17 или по e-mail: transport.2@ngvrus.ru
Околоносовые пазухи как депо оксида азота
В 1953 г. A. Proetz [1] на основе собственных, достаточно обстоятельных исследований провел подробный анализ существовавших представлений о роли околоносовых пазух.
Долгое время считалось, что газовый состав в околоносовых пазухах идентичен таковому в полости носа и при вдохе воздух из околоносовых пазух выходит, а на выдохе самый чистый и богатый кислородом воздух входит в околоносовые пазухи через естественные соустья [2]. Некоторые авторы рассматривали околоносовые пазухи как один из органов газообмена [3, 4]. По причине фактической невозможности установки и фиксации измерительных устройств в полости носа и околоносовых пазухах до определенного времени невозможно было изучить закономерности движения газов в указанных анатомических структурах. Это приводило к формированию неверных принципов хирургического лечения многих патологических состояний, в частности хронических риносинуситов. По данным A. Proetz [1], «при вдохе давление в полости носа падает на 1/2000 от атмосферного и из верхнечелюстной пазухи выходит 1/2000 доля ее объема, в конце вдоха давление в полости носа выравнивается с атмосферным и воздух из полости носа в том же объеме заходит в верхнечелюстную пазуху; при выдохе ситуация повторяется в обратном порядке, таким образом, воздух через естественное соустье проходит четыре раза». Автор отмечал, что указанные движения воздуха имеют научную ценность, а не клиническую. При этом он отмечал, что полное обновление воздуха в околоносовых пазухах происходит за 1 ч. Важно отметить, что речь шла о верхнечелюстной пазухе как о воздушной полости, без учета газообразных продуктов жизнедеятельности эпителия ее слизистой оболочки. Одним из таких продуктов является оксид азота [5].
Оксид азота (NO) в организме человека играет огромную роль. Нобелевская премия за «открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в регуляции сердечно-сосудистой системы» была вручена в 1998 г. Р.Ф. Ферчготту, Л.Д. Игнарро и Ф. Мураду. За продукцию оксида азота отвечает специальный фермент NO-синтаза (NOS), которая существует в организме человека в виде трех изоформ. Нейрональная и эндотелиальная изоформы NOS продуцируют низкие уровни NO и напрямую зависят от концентрации ионов Ca2 . Третья изоформа NOS активируется под действием цитокинов или липополисахаридов бактерий и не зависит от титров Ca2 [6]. Считаются доказанными антибактериальные, противовирусные и противогрибковые свойства оксида азота с химической формулой NO, а также его участие в работе иммунной системы, в частности NO потенцирует фагоцитарную активность макрофагов.
Показано наличие высокого содержания фермента NOS в эпителии слизистых оболочек околоносовых пазух (в том числе основных пазух) [5]. Продемонстрирован угнетающий эффект оксида азота на рост чистых культур Staphylococcus aureus, что обусловливает отсутствие какой-либо микрофлоры в околоносовых пазухах в норме [7]. В экспериментах на животных наблюдалось увеличение частоты мерцания ресничек эпителия слизистой оболочки полости носа под действием NO [8]. Выявлено увеличение содержания NO в полости носа по мере увеличения возраста обследованных в зависимости от развития околоносовых пазух [5].
В клинических исследованиях с использованием пункции и катетеризации верхнечелюстной пазухи с троекратным (повторные процедуры через 17 и 24 ч) забором воздуха из пазухи и из полости носа с противоположной стороны в течение 20 мин установлена средняя пиковая концентрация оксида азота в верхнечелюстной пазухе 7,4 мг/м3 [9], при том что предельно допустимая концентрация оксида азота в помещении 5 мг/м3 [10].
Показано, что концентрация оксида азота в основной пазухе в несколько раз ниже, чем в верхнечелюстной пазухе и практически соответствует таковой в полости носа [11].
В слизистой оболочке основной пазухи были обнаружены все подтипы NOS и была доказана возможность постоянной продукции оксида азота эпителиальными клетками слизистой оболочки пазухи [5].
В зарубежной литературе неоднократно выдвигалось предположение, что снижение содержания NO в околоносовых пазухах, наряду с окклюзией естественного соустья, играет важную роль в патогенезе синусита [12]. Показано, что у детей уровень оксида азота в полости носа падает при развитии острого синусита и повышается на фоне проводимой антибактериальной терапии [13].
Отмечено снижение титров оксида азота в околоносовых пазухах при моделировании синуситов различной этиологии у экспериментальных животных и возрастание титров оксида азота [14].
M. Deja и соавт. [15] изучили содержание оксида азота у пациентов с верхнечелюстным синуситом, развившимся на фоне длительной искусственной вентиляции легких. Полученные результаты сравнивали с уровнем оксида азота в верхнечелюстных пазухах у условно здоровых лиц. Установлено, что на фоне гнойного пансинусита с уровнем жидкости в пазухах у пациентов, находящихся на длительной искусственной вентиляции легких, происходит значительное (более чем в 70 раз) снижение титра NO в верхнечелюстных пазухах по сравнению с нормой (2554±385ppb*; p<0,001) [15]. Важно отметить, что в приведенном исследовании авторы обратили внимание на уровень диоксида азота (NO2). Общепринятым свойством NO является повышенная реакционная способность при взаимодействии с кислородом — при контакте с атмосферным воздухом NO окисляется до NO2. В проведенном исследовании [15] показано отсутствие подобного взаимодействия с образованием диоксида азота в верхнечелюстных пазухах.
Существует мнение о двойственной роли NO в воспалении [16, 17]. M. Marletta [18] показал, что во время синусита NO окисляется до более стабильных метаболитов (нитратов и нитритов). Было показано, что в смывах отделяемого, полученного во время операций на околоносовых пазухах у пациентов с хроническим риносинуситом (с полипами и без полипов), происходит увеличение метаболитов NO, что, по мнению авторов, свидетельствует об увеличении продукции оксида азота при синусите [17]. Выявлено повышенное содержание нитратов в отделяемом из полости носа и ткани полипов у пациентов с полипозным риносинуситом [19—21], увеличение экспрессии i-изотипа фермента NOS (iNOS) в биоптатах слизистой оболочки нижней носовой раковины эспериментальных животных на стороне введения культуры стрептококка в пазуху [22].
I. Alobid и соавт. [23] показали, что на фоне применения оральных и интраназальных стероидов у пациентов с полипозом носа происходит пародоксальное увеличение содержания NO в выдыхаемом воздухе, что, возможно, обусловлено улучшением работы остиомеатального комплекса.
Экспериментально обосновано применение препаратов — доноров NO при воспалительных заболеваниях околоносовых пазух. Так, T. Runer и S. Lindberg [24] показали усиление мерцательной активности эпителия полости носа в ответ на применение назального спрея на основе нитропруссида натрия. B. Jian и соавт. [8] отметили, что при использовании ингибитора NO происходит снижение мерцательной активности эпителия на 40% с последующим восстановлением после применения нитропруссида натрия.
В экспериментальных исследованиях на животных показано раннее восстановление после моделирования острого синусита на фоне комбинированного применения антибактериальной терапии и нитропруссида натрия [14].
В последние годы выдвинуты различные гипотезы о регуляции газового состава в околоносовых пазухах и полости носа, а также участии кислорода, углекислого газа и оксида азота в патогенезе синусита [3, 4, 25]. W. Qian и соавт. [26] подтвердили прежние результаты исследования о влиянии экзогенного введения L-аргинина на продукцию слизистой оболочкой полости носа и околоносовых пазух NO. Так, после внутривенного введения L-аргинина содержание NO в воздухе полости носа остается повышенным в течение 1 ч. L-аргинин увеличивал содержание NO в полости носа как в присутствии, так и в отсутствие кислорода и не влиял на содержание оксида азота в верхнечелюстной пазухе, как и содержание кислорода во вдыхаемом воздухе не влияет на уровень NO в данной пазухе. Вдыхание 100% кислорода полностью прекращало образование оксида азота в лобной пазухе, данный эффект не удалось нивелировать внутривенным введением L-аргинина. В полости носа и в лобной пазухе продукция оксида азота возрастала после внутривенного введения L-аргинина и блокировалась после вдыхания чистого кислорода. Концентрация NO не изменилась на фоне внутривенного введения L-аргинина и вдыхания чистого кислорода. Продукция оксида азота в полости носа, в лобных и верхнечелюстных пазухах резко уменьшилась при вдыхании газовой смеси с повышенным содержанием углекислого газа (6%) и без кислорода. Однако в присутствии кислорода во вдыхаемом воздухе данный эффект, полученный от углекислого газа был нивелирован. Таким образом, в исследовании [26] была подтверждена гипотеза о влиянии внешних воздействий на газовый состав в околоносовых пазухах. Ранее было показано, что концентрация NO не изменяется в околоносовых пазухах в ответ на местную анестезию 2% лидокаином, и, напротив, снижается на фоне применения ксилометазолина [27].
Как было отмечено ранее, газовый состав в верхнечелюстной пазухе отличается повышенным содержанием NO и малочувствителен к изменениям газового состава в полости носа или к введению L-аргинина. Для понимания закономерностей функционирования околоносовых пазух следует вернуться к исследованиям A. Proetz [1], где на достаточно простых моделях показано, что околоносовые пазухи активно не вентилируются (при каждом вдохе-выдохе обновляется всего лишь 1/500 объема пазухи). Впервые на современном уровне эти данные были подтверждены G. Xiong и соавт. [28], которые путем компьютерного моделирования воздушных потоков в полости носа и околоносовых пазухах показали, что в нормальных условиях благодаря строению остиомеатального комплекса воздух в верхнечелюстных пазухах не обновляется. Однако после виртуального удаления крючковидного отростка происходит патологическое изменение направления движения воздушных потоков в полости носа при дыхании и воздух из полости носа начинает поступать в верхнечелюстные пазухи.
C. Hood и соавт. [29] с этой целью моделировали воздушные потоки в полости носа и околоносовых пазухах с учетом наличия дополнительного соустья верхнечелюстной пазухи. Было показано, что для обновления 90% воздуха в верхнечелюстной пазухе при наличии единственного соустья необходимо 84 ч. Однако в данном случае не учитывались результаты прежних исследований, показавших непрерывную продукцию NO. Понимание результатов данного исследования и непрерывного образования NO позволяет предположить, что газовый состав воздуха в околоносовых пазухах является достаточно постоянным. Хотя содержание NO в верхнечелюстных пазухах у разных людей может значительно варьировать: от 160 до 21 875 ppb (в среднем 6792 ppb) [11].
Отличительной особенностью работы C. Hood и соавт. [29] было то, что авторы провели анализ изменения направлений и скоростей воздушных потоков, возникающих в естественном соустье верхнечелюстной пазухи при носовом дыхании в зависимости от строения (длины, диаметра, ориентации длинной оси, формы, расположения) естественного соустья, а также наличия дополнительного соустья. Так, авторы показали, что в норме (в большинстве случаев) естественное соустье верхнечелюстной пазухи имеет эллипсоидную форму с длиной 6 мм и шириной 3 мм, длинная ось которой ориентирована параллельно направлению основного потока воздуха в среднем носовом ходе. При этом в естественном соустье верхнечелюстной пазухи возникает два вихревых потока со скоростью 10–5—10–7 м/с. Однако при увеличении естественного соустья исчезает второй вихревой поток, а скорость оставшегося вихревого потока может возрастать до 10–2 м/с. При наличии дополнительного соустья между ними возникает разница в давлении примерно 0,1 Па, которая генерирует восходящий поток воздуха в верхнечелюстной пазухе со скоростью 10–7 м/с. При таком воздушном потоке 90% воздуха в верхнечелюстной пазухе будут обновляться за 40 с, что, по мнению авторов исследования, может приводить к патологии со стороны верхнечелюстной пазухи. Показано, что изменения скорости движения слизи в верхнечелюстной пазухе, возникающего за счет мукоцилиарного клиренса, не влияет на скорость воздушного потока, проходящего через естественное соустье.
По данным C. Hood и соавт. [29], площадь поверхности слизистой оболочки верхнечелюстной пазухи 24—50×10–6 м2, площадь поверхности слизистой оболочки полости носа примерно равна 10–2 м2. При данных значениях ни полость носа, ни верхнечелюстная пазуха не могут обеспечивать известную нормальную концентрацию NO в полости носа в 5—50 нл/мин, как считалось ранее [30]. Более вероятно, что наличие фермента NOS в слизистой оболочке полости носа и околоносовых пазух обеспечивает примерно одинаковую продукцию NO на единицу площади, хотя A. DuBois и соавт. [31] приводят значения 217—455 нл/мин газообразного NO в верхнечелюстных пазухах. В любом случае доказанного критично малого уровня газообмена между полостью носа и околоносовыми пазухами достаточно для поддержания высокой концентрации NO в пазухах.
В другом исследовании C. Hood и соавт. [32] провели виртуальное моделирование двух послеоперационных состояний: с наличием единственного соустья с диаметром 10 мм (синусотомия через средний носовой ход) и двух соустий с диаметром 3 и 6 мм (синусотомия через нижний носовой ход). Оказалось, что два таких наиболее частых варианта операций на верхнечелюстных пазухах приводят к статистически значимому снижению концентрации NO в пазухе от 9,1 до 100—1400 ppb. Также было показано, что только прооперированные околоносовые пазухи с увеличенными соустьями могут поддерживать концентрацию NO в полости носа за счет возможной в таком случае диффузии. Таким образом, предположения R. Aust и B. Drettner [33] о высокой скорости газообмена между полостью носа и околоносовыми пазухами в норме оказались ложными, так как диаметр естественного соустья при отсутствии дополнительного соустья делает невозможным как механизм диффузии, так и активное (при каждом вдохе и выдохе) прохождение смеси газов из пазухи в полость носа и обратно. Отсутствие газообмена между полостью носа и околоносовыми пазухами показано в целом ряде исследований и в настоящее время считается признанным европейским обществом ринологов [11, 19]. Снижение концентрации NO в прооперированных околоносовых пазухах влечет за собой две проблемы: снижение мерцательной активности реснитчатого эпителия и снижение непосредственного антибактериального действия NO.
В течение последних 5 лет трехмерное моделирование воздушных потоков в полости носа и околоносовых пазухах, а также динамическое изменение содержания оксида азота в околоносовых пазухах при выполнении хирургических вмешательств выполнялись с использованием различных компьютерных программ: Mimics [34—38], vWorks [39, 40], Amira [41]. Во всех приведенных исследованиях был получен примерно один результат — хирургическое расширение естественного соустья верхнечелюстной пазухи ведет к улучшению ее вентиляции и, как результат, к снижению концентрации NO в пазухе. Так, в работе А.А. Воронина [42] была проанализирована вентилируемость верхнечелюстных пазух на основе данных компьютерной томографии пациента с кистой верхнечелюстной пазухи, а также после хирургического удаления кисты через искусственное соустье в нижнем носовом ходе. Было показано, что наличие дополнительного соустья в нижней части верхнечелюстной пазухи приводит к выраженной турбулизации потока воздуха внутри пазухи, выражающейся в образовании значительного количества крупномасштабных вихревых структур.
J. Zhua и соавт. [43] провели исследование компьютерных томограмм с компьютерным моделированием воздушных потоков у пациентов, которым выполнялись балонная синусопластика или удаление крючковидного отростка, и выявили усиление газообмена в околоносовых пазухах при обеих хирургических процедурах. Однако в исследование вошли пациенты, имеющие дополнительное соустье верхнечелюстной пазухи.
Таким образом, физиология полости носа и околоносовых пазух является крайне сложной и динамичной. Слизистая оболочка верхних дыхательных путей содержит особый изотип фермента NOS (iNOS), который реагирует на цитокиновые и бактериальные стимулы. Концентрация iNOS максимальна в реснитчатом эпителии околоносовых пазух, в частности в верхнечелюстных пазухах. С другой стороны, классические исследования физиологии околоносовых пазух, свидетельствующие об отсутствии какого-либо клинически значимого газообмена между пазухами и полостью носа, в настоящее время подтверждены использованием высокоточных трехмерных цифровых моделей. Большое содержание iNOS в околоносовых пазухах наряду с отсутствием вентиляции поддерживает высокую концентрацию газообразного NO в околоносовых пазухах, что также подтверждено в целом ряде исследований с использованием современных высокоточных газоанализаторов [44]. В настоящее время общепризнано значение NO в верхних дыхательных путях в норме: антибактериальное, противовирусное, противогрибковое действие, а также стимулирующее влияние на мукоцилиарный клиренс [45, 46]. Показано, что при развитии патологии в околоносовых пазухах происходит снижение концентрации NO в пазухах [47]. Исходя из возможностей современных компьютерных технологий, необходимо проведение компьютерного моделирования на этапе планирования риносинусохирургии. Такая предоперационная подготовка позволит учесть изменения воздушных потоков в полости носа и околоносовых пазухах, а также избежать патологической диффузии газов со снижением концентрации NO в пазухах [48]. Необходимы дальнейшие исследования физиологии полости носа и околоносовых пазух, учитывающие влажность и тепловые характеристики слизистых оболочек, а также носовой цикл, что, возможно, оказывает влияние на поддержание постоянной концентрации NO в околоносовых пазухах.
Росздравнадзор и ростехнадзор разъясняют: безопасность баллонов для кислорода медицинского
Письмо Росздравнадзора от 03.11.2022 N 01и-2746/17 «О безопасности баллонов для кислорода медицинского»
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО НАДЗОРУ В СФЕРЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
ПИСЬМО от 3 ноября 2022 г. N 01и-2746/17
О БЕЗОПАСНОСТИ БАЛЛОНОВ ДЛЯ КИСЛОРОДА МЕДИЦИНСКОГО
Федеральная служба по надзору в сфере здравоохранения по вопросу обеспечения безопасности баллонов для кислорода медицинского направляет разъяснения о безопасности применения и порядке оценки маркировки баллонов для кислорода медицинского.
В соответствии с ч. 1 ст. 38 Федерального закона от 21.11.2022 N 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» (далее — Закон) медицинскими изделиями являются любые инструменты, аппараты, приборы, оборудование, материалы и прочие изделия, применяемые в медицинских целях отдельно или в сочетании между собой, а также вместе с другими принадлежностями, необходимыми для применения указанных изделий по назначению, включая специальное программное обеспечение, и предназначенные производителем для профилактики, диагностики, лечения и медицинской реабилитации заболеваний, мониторинга состояния организма человека, проведения медицинских исследований, восстановления, замещения, изменения анатомической структуры или физиологических функций организма, предотвращения или прерывания беременности, функциональное назначение которых не реализуется путем фармакологического, иммунологического, генетического или метаболического воздействия на организм человека.
Учитывая вышеизложенное, на основании положений Закона, баллоны для кислорода медицинского не являются медицинскими изделиями и не подлежат отдельной регистрации в установленном порядке.
В то же время, при эксплуатации баллонов для медицинского кислорода в медицинских организациях необходимо строго выполнять требования, установленные в следующих нормативных документах:
Обращаем внимание, что, в соответствии с п. 22 Технического регламента Таможенного союза «О безопасности работы оборудования, работающего под избыточным давлением», утвержденного Решением Совета Евразийской экономической комиссии от 02.07.2022 г. N 41 (далее — Решение), баллоны должны сопровождаться паспортом безопасности. Также маркировка, наносимая на баллоны, должна соответствовать п. 29 — 32 Решения. Так, окраска баллонов для кислорода медицинского должна быть голубая и содержать надпись «кислород медицинский», нанесенную черным цветом.
Также обращаем внимание, что в соответствии с ГОСТ 5583-78 (ИСО 2046-73) «Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия» каждая партия газообразного медицинского кислорода, а также каждый баллон или моноблок-контейнер медицинского кислорода должны сопровождаться документом о качестве, содержащим следующие данные:
- наименование предприятия и его товарный знак;
- наименование и сорт продукта;
- номер партии технического или медицинского кислорода и номер баллона медицинского кислорода;
- дату изготовления;
- объем газообразного кислорода, м3
Для медицинского кислорода в сопроводительных документах указывается номер регистрационного удостоверения, согласно Государственному реестру лекарственных средств.
Одновременно сообщаем, что в соответствии с Положением о Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 30.07.2004 N 401, Ростехнадзор осуществляет контроль и надзор за обращением оборудования, работающего под избыточным давлением.
»Приказом Ростехнадзора от 28 ноября 2022 года N 500 утверждены Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха» (далее — Правила), которые устанавливают требования, направленные на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, случаев производственного травматизма на опасных производственных объектах производства и потребления продуктов разделения воздуха (кислород, азот, аргон, криптон, ксенон, неоногелиевая смесь) и их смесей. В связи с чем, при возникновении вопросов, связанных с безопасностью обращения баллонов для кислорода медицинского необходимо обращаться в Ростехнадзор.
Руководитель М.А.МУРАШКО
Вопрос от 01.11.18:
Какие сертификаты и свидетельства необходимо иметь сотрудникам в следующих ситуациях:
1) эксплуатация газовых баллонов (медицинский кислород, гелий), находящихся под избыточным давлением, с целю обеспечения работоспособности аналитических приборов;
2) наполнение малогабаритного портативного баллона гелием из баллона большого объема, находящегося под избыточным давлением.
Ответ: Управление Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору сообщает, что »Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» утверждены приказом Ростехнадзора от 25.03.2022 № 116 (далее ФНП ОРПД) направлены на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, инцидентов, производственного травматизма на объектах при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля (МПа) пара, газа (в газообразном, сжиженном состоянии) (пп.а п.2 ФНП ОРПД).
Работники, непосредственно связанные с эксплуатацией оборудования под давлением, должны пройти в установленном порядке аттестацию по промышленной безопасности, в том числе проверку знаний требований указанных ФНП ОРПД (в зависимости от типа конкретного оборудования, к эксплуатации которого они допускаются)(пп.а п.221 ФНП ОРПД).
Рабочие должны соответствовать квалификационным требованиям и иметь выданное в установленном порядке удостоверение на право самостоятельной работы по соответствующим видам деятельности (пп.б п.221 ФНП ОРПД).
Вопрос от 24.04.2020:
Предприятием производится азот, жидкий кислород и газообразный кислород. При наполнении баллонов газообразным кислородом возможно возгорание одежды и волосяных покровов обслуживающего персонала, находящегося в среде газообразного кислорода, а также возможен взрыв баллона. Прошу разъяснить, относится ли работа по наполнению баллонов кислородом к категории газоопасных работ?
Ответ: На данный вопрос ответ дан Управлением государственного строительного надзора Ростехнадзора.
Согласно »пункту 2.1.1 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасного ведения газоопасных, огневых и ремонтных работ», утвержденных приказом Ростехнадзора от 20.11.2022 № 485, к газоопасным относятся работы, связанные с внутренним осмотром, чисткой, ремонтом, разгерметизацией технологического оборудования, коммуникаций, установкой и снятием заглушек на оборудовании и трубопроводах, а также работы внутри емкостей (аппараты, сушильные барабаны, печи технологические, сушильные, реакторы, резервуары, цистерны, а также коллекторы, тоннели, колодцы, приямки, траншеи (глубиной от 1 м) и другие аналогичные места), при проведении которых имеется или не исключена возможность выделения в рабочую зону взрывопожароопасных или вредных паров, газов и других веществ, способных вызвать взрыв, загорание, оказать вредное воздействие на организм человека, а также работы при недостаточном содержании кислорода (объемная доля ниже 20 %) в рабочей зоне.
Наполнение баллонов газами, в том числе кислородом, осуществляется в соответствии с требованиями »раздела XII «Дополнительные требования промышленной безопасности к освидетельствованию и эксплуатации баллонов» Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», утвержденных приказом Ростехнадзора от 25.03.2022 № 116, зарегистрированным Минюстом России 19.05.2022 № 32326 (далее – ФНП ОРПД).
Пунктом 520 ФНП ОРПД определено, что наполнение баллонов должны проводить организации (индивидуальные предприниматели), имеющие наполнительные станции (пункты наполнения), производственные помещения (площадки) которых в соответствии с проектом и требованиями настоящих ФНП ОРПД оборудованы для наполнения баллонов конкретным видом газов; предусматривают возможность приемки-выдачи и раздельного хранения пустых и наполненных баллонов; оснащены техническими средствами и оборудованием, обеспечивающими наполнение, опорожнение (в том числе слив неиспарившихся остатков, в случае сжиженных газов, выпуск газа из баллонов с неисправной арматурой), ремонт и окраску баллонов.
Наполнение баллонов газами, согласно пункту 521 ФНП ОРПД, должно быть произведено по инструкции, разработанной и утвержденной наполнительной организацией (индивидуальным предпринимателем) с учетом свойств газа, определенных проектом наполнительной станции, местных условий и технологии наполнения, а также требований руководства (инструкции) по эксплуатации и иной документации изготовителя баллона.
Перед наполнением кислородных баллонов должен быть проведен контроль отсутствия в них примеси горючих газов газоанализатором в порядке, установленном инструкцией. При наполнении баллонов медицинским кислородом должна проводиться их продувка давлением наполняемой среды в порядке, установленном инструкцией.
Обращаем внимание, что вышеуказанными ФНП ОРПД процесс наполнения баллонов газами не отнесен к газоопасным работам.