Руководство по факельной системе: как работают и строятся промышленные факелы

A факельная система Это сеть трубопроводов и оборудования, которая собирает газ, выбрасываемый из предохранительных клапанов, продувочных клапанов и технологических вентиляционных отверстий, и безопасно утилизирует его путем сжигания на контролируемой возвышенной точке вдали от персонала и оборудования. Оно существует потому, что выброс горючего или токсичного газа прямо в атмосферу редко приемлем — факельная система превращает то, что в противном случае было бы неконтролируемым выбросом, в контролируемое событие сгорания. Как минимум, правильно спроектированная система включает в себя коллектор для сбора, выбивной барабан для удаления жидкости, водяной затвор для блокировки обратного пламени, а также факельный наконечник или трубу, где действительно происходит горение. .

Это краткий ответ. В разделах ниже более подробно рассказывается о том, как каждый компонент занимает свое место в конструкции, какие стандарты на самом деле определяют размеры, почему бездымная работа требует дополнительного оборудования и когда экономика благоприятствует рекуперации газа, а не его сжиганию.

Основные компоненты и что на самом деле делает каждый из них

Факельная система — это не отдельная часть оборудования, а цепочка компонентов, и пропуск любого из них создает конкретный, хорошо документированный режим отказа. Вот за что отвечает каждая часть:

Выбивной барабан заслуживает особого внимания, поскольку он является обязательным для каждой факельной системы, а не является дополнительной модернизацией. Отраслевые рекомендации призывают удалять капли жидкости до частиц определенного размера до того, как газ достигнет кончика — обычно в Диапазон от 300 до 600 микрон — потому что более крупные капли не сгорают полностью, а вместо этого падают в виде пылающей жидкости — опасность, которую в промышленности называют «горящим дождем». Стандарты проектирования обычно требуют Способность удерживать жидкость от 20 до 30 минут в барабане, что дает операторам возможность диагностировать неисправное состояние и принять меры по устранению до того, как барабан наполнится.

Надземные и наземные факелы: выбор правильной конфигурации

Не каждая вспышка похожа на высокую трубу, которую представляет большинство людей. Выбор между надземной и наземной конструкцией зависит от пространства, требований к видимости и количества газа, которое система должна обрабатывать.

Повышенные сигнальные ракеты

Они помещают точку горения высоко над землей, используя саму высоту в качестве основного средства контроля безопасности: чем дальше пламя находится от земли, тем ниже интенсивность лучистого тепла, ощущаемая персоналом внизу. Опорные конструкции масштабируются с высотой: самонесущие штабели обычно используются примерно до 250 футов, конструкции, поддерживаемые вышкой, расширяются примерно до 400 футов, а конструкции с оттяжками могут достигать высоты примерно до 600 футов, прежде чем станет необходимой полная бетонная опорная конструкция.

Наземные сигнальные ракеты

Они поддерживают горение на уровне земли или близко к нему, обычно внутри ограждения, и обычно предпочтительнее там, где важно держать пламя вне поля зрения общественности — рядом с жилыми районами, аэропортами или местами со строгими правилами визуального контроля или шума. Многоточечные наземные факельные конструкции позволяют обрабатывать большие объемы газа за счет разделения горения на несколько ступенчатых горелок, а не на одно большое пламя, что также повышает бездымность в более широком диапазоне расхода.

Почему для бездымной эксплуатации требуется дополнительное оборудование

Если факел горит сам по себе, особенно с более тяжелыми углеводородами, он имеет тенденцию дымить — неполное сгорание оставляет в шлейфе видимые частицы черного углерода. Нормативные ограничения на видимые выбросы означают, что большинству современных факелов необходим вспомогательный механизм для чистого сгорания во всем диапазоне расхода, и существует три устоявшихся подхода:

• С помощью пара Впрыскивает пар на кончике, чтобы увеличить турбулентность и втянуть воздух для горения, улучшая смешивание топлива и воздуха. Часто это наиболее экономичный вспомогательный материал, хотя он заметно повышает общий уровень шума факела по сравнению с конструкцией без вспомогательного оборудования.
• с воздушной подачей Использует принудительный воздух от специальных воздуходувок, что полезно на объектах, где надежная подача пара недоступна или экономична. Варианты высокого давления направляют сверхзвуковые воздушные струи в зону сгорания через коллектор, установленный на лобовом стекле.
• Газовый Впрыскивает отдельный поток газа под высоким давлением через периферийное кольцо вокруг наконечника, обеспечивая бездымное сгорание без зависимости от пара или специальной системы воздушного компрессора.

Стандарты, которые на самом деле регулируют проектирование факельной системы

Проектирование факельной системы не остается на усмотрение индивидуального инженера — оно регулируется установленными отраслевыми стандартами, которые определяют все, от целей удаления капель до максимально допустимой скорости газа в коллекторе.

• Стандарт API 521 — основной справочник по проектированию систем сброса и сброса давления, включающий определение размеров выбивного барабана, пределы скорости коллектора и расчеты высоты/радиации факельной трубы.
• Стандарт API 537 — Особое внимание уделяется деталям факельных установок для общих нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, включая подробную методологию определения размеров уплотнительного барабана.
• API РП 520 — закрывает сами устройства сброса давления, которые подаются в факельную систему перед коллектором.
• НФПА 30 — обеспечивает сопутствующий контекст пожарных норм, особенно актуальный для объектов, не относящихся к нефтеперерабатывающим заводам.

На практике постоянно возникают два числовых ограничения из API 521: скорость газа в коллекторе обычно ограничивается Число Маха максимум 0,7, предпочтительно 0,5. во избежание акустической усталости трубопровода с течением времени, а сам факельный коллектор обычно имеет наклон с минимальным коэффициентом примерно 1:450 поэтому любая конденсированная жидкость непрерывно стекает обратно к выбивному барабану, а не скапливается в низких местах по ходу.

Утилизация факельного газа: когда сжигание газа не лучший вариант

Работа факельной системы заключается в безопасной утилизации, а не обязательно в сжигании каждый раз. Для непрерывных или регулярных потоков помощи — в отличие от настоящих чрезвычайных ситуаций — многие учреждения устанавливают установка утилизации факельного газа (ФРУ) который улавливает газ, сжимает его и направляет обратно в систему топливного газа завода, а не сжигает.

Экономическая ситуация на бумаге проста: рекуперированный газ напрямую компенсирует топливный газ, который в противном случае пришлось бы закупать или производить, а сокращение непрерывного сжигания на факелах также снижает воздействие все более строгих местных правил в отношении качества воздуха и выбросов. Окупается ли FGRU, во многом зависит от объема и стабильности используемого обычного факельного газа, поэтому надлежащее технико-экономическое обоснование - оценка стоимости системы в сравнении со стоимостью извлеченного газа - является стандартной практикой, прежде чем принимать участие в инвестициях, вместо того, чтобы предполагать, что добыча автоматически окупается на каждом объекте.

Методы технического обслуживания, обеспечивающие надежность факельной системы

Факельная система — это инфраструктура безопасности, которая должна работать правильно в тот момент, когда она действительно необходима, часто после длительных периодов минимального использования, что делает текущее техническое обслуживание отличной дисциплиной от обслуживания оборудования, которое работает непрерывно и постепенно изнашивается.

• Непрерывный пилотный мониторинг: пилотное пламя должно постоянно гореть, чтобы любой предохранительный газ воспламенялся немедленно, а не накапливался в несгораемом виде, и большинство объектов круглосуточно контролируют это из диспетчерской.
• Периодические проверки газотранспортных линий: проверка наличия утечек вдоль коллектора и соединений, прежде чем они станут более крупными выбросами или источником неорганизованных выбросов.
• Очистка факельной трубы и наконечника: удаление нагара и отложений, которые накапливаются с течением времени и могут снизить эффективность сгорания или засорить форсунки вспомогательного воздуха.
• Калибровка контрольно-измерительных приборов: Показатели давления и температуры со временем смещаются, а неточные показания подрывают способность оператора вовремя обнаружить развивающееся нарушение.
• Проверка расхода продувочного газа: подтверждение того, что система поддерживает положительную скорость продувки, достаточную для предотвращения миграции воздуха в коллектор, особенно в условиях низкого расхода или запуска.

Краткий контрольный список перед выбором факельной системы

Независимо от того, рассматриваете ли вы новый проект или проверяете существующую установку, эти вопросы охватывают моменты, которые, скорее всего, будут недостаточно определены или упущены из виду:

• Соответствует ли размер отбойного барабана реальному наихудшему сценарию сброса жидкости на объекте? не просто типичный рабочий процесс?
• Поддерживает ли жатка непрерывный наклон назад к выбивному барабану? избегать низких точек, где жидкость может собираться и замерзать или скапливаться?
• Соответствует ли вспомогательный метод (пар, воздух или газ) энергоснабжению, которое может надежно поставляться на объекте? долгосрочный, а не просто самый дешевый вариант при установке?
• Проведено ли технико-экономическое обоснование утилизации факельного газа? если на объекте регулярно происходит плановое, неаварийное сжигание на факелах?
• Проверяются ли системы пилотного мониторинга и продувочного газа в рамках планового технического обслуживания? а не проверять только после инцидента?