Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"Flaring" перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см. Вспышка (значения) .
Факельная труба на нефтеперерабатывающем заводе Shell Haven в Англии

Газовый факел , альтернативно известный как факельные, факельная стрела , заземление вспышка , или вспышка яма представляет собой газ сгорание устройства , используемое в промышленных установках , такие как нефтеперерабатывающие заводы , химические заводы и переработка природного газа растения. Они также распространены на объектах добычи нефти или газа, где есть нефтяные скважины , газовые скважины , морские нефтяные и газовые вышки и свалки .

На промышленных предприятиях факельные трубы в основном используются для сжигания горючего газа, выделяемого предохранительными клапанами при незапланированном повышении давления в заводском оборудовании. [1] [2] [3] [4] [5] Во время запуска и останова завода или частичного завода они также часто используются для планового сжигания газов в течение относительно коротких периодов времени.

На объектах добычи нефти и газа факелы также используются для различных целей запуска, технического обслуживания, тестирования, обеспечения безопасности и аварийных ситуаций. [6] В практике, известной как сжигание на факеле , они также могут использоваться для утилизации больших количеств нежелательного попутного нефтяного газа , возможно, в течение всего срока службы нефтяной скважины. [7]

Общая факельная система на промышленных предприятиях [ править ]

Принципиальная блок-схема всей системы вертикальной, приподнятой факельной трубы на промышленном предприятии.

Когда оборудование промышленного предприятия находится под избыточным давлением, предохранительный клапан является важным предохранительным устройством, которое автоматически выпускает газы, а иногда и жидкости. Эти предохранительные клапаны требуются согласно нормам и стандартам промышленного дизайна, а также по закону.

Выброшенные газы и жидкости направляются через большие системы трубопроводов , называемые факельными коллекторами, к вертикальному приподнятому факелу. Выброшенные газы сжигаются на выходе из факельных труб. Размер и яркость образующегося пламени зависит от скорости потока горючего материала в джоулях в час (или британских тепловых единицах в час). [4]

Большинство факелов промышленных предприятий имеют парожидкостный сепаратор (также известный как выталкивающий барабан) перед факелом для удаления любых больших количеств жидкости, которая может сопровождать сбрасываемые газы.

Очень часто в пламя вводят пар, чтобы уменьшить образование черного дыма. Когда добавляется слишком много пара, может возникнуть состояние, известное как «чрезмерное пропаривание», что приведет к снижению эффективности сгорания и увеличению выбросов. [8] Для поддержания работоспособности факельной системы небольшое количество газа постоянно сжигается, как запальная лампа , так что система всегда готова к выполнению своей основной задачи в качестве системы защиты от избыточного давления.

На соседней блок-схеме изображены типичные компоненты всей промышленной системы факельной трубы: [1] [2] [3]

  • Отбойный барабан для удаления масла или воды из сбрасываемых газов. Может быть несколько выбивных барабанов: барабаны высокого и низкого давления, принимающие сбросной поток от оборудования высокого и низкого давления. Барабан разгрузки холода, который отделен от системы разгрузки влажного воздуха из-за риска замерзания.
  • Барабан с водяным затвором для предотвращения отражения пламени от верхней части факельной трубы.
  • Альтернативная система улавливания газа для использования во время частичного пуска и останова завода, а также в другое время, когда это необходимо. Восстановленный газ направляется в систему топливного газа всего промышленного предприятия.
  • Система впрыска пара для создания внешней импульсной силы, используемой для эффективного смешивания воздуха с выпускаемым газом, что способствует бездымному горению.
  • Запальное пламя (с его системой зажигания ) , который сжигает все время , так что он доступен для воспламенения освобождена газы , когда это необходимо. [9]
  • Вспышка, включая секцию предотвращения обратного отражения в верхней части штабеля.

На схеме показан кончик раструба. Наконечник раструба может иметь несколько конфигураций:

  • простой раструб
  • звуковой наконечник - давление на входе> 5 бар
  • насадка с несколькими насадками, звуковая или дозвуковая
  • Наконечник Коанда - профилированный наконечник, использующий эффект Коанда для вовлечения воздуха в газ для улучшения сгорания. [10]

Высота факельной трубы [ править ]

Высота факельной трубы или досягаемость факельной стрелы определяется тепловым излучением , которое допустимо или допустимо для оборудования или персонала. [11] Для непрерывного облучения персонала в соответствующей промышленной одежде рекомендуется максимальный уровень излучения 1,58 кВт / м² (500 БТЕ / ч.фут²). Допускаются более высокие уровни излучения, но при меньшем времени воздействия:  

  • 4,73 кВт / м² (1500 британских тепловых единиц / час фут²) ограничивает воздействие до 3–4 минут.
  • 6,31 кВт / м² (2000 БТЕ / час фут²) ограничивает воздействие 30 секундами. [11]

Наземные ракеты [ править ]

Наземные ракеты предназначены для того, чтобы скрыть пламя от глаз и уменьшить тепловое излучение и шум. [10] Они представляют собой стальной ящик или цилиндр, футерованный огнеупорным материалом. Они открыты вверху и имеют отверстия вокруг основания, позволяющие поступать воздуху для горения. Они могут иметь набор из нескольких наконечников факела, чтобы обеспечить возможность регулирования и распространения пламени по поперечному сечению факела. Они обычно используются на суше в экологически уязвимых районах и на море на плавучих установках для хранения и отгрузки продукции (FPSO). [10]

Факелы для добычи сырой нефти [ править ]

Основная статья: Обычное сжигание на факеле
Сжигание газа в факелах Северной Дакоты

Когда сырая нефть добывается и добывается из нефтяных скважин , неочищенный природный газ, связанный с нефтью, также выносится на поверхность. Особенно в регионах мира, где отсутствуют трубопроводы и другая газотранспортная инфраструктура, большие объемы такого попутного газа обычно сжигаются в факелах как отходы или непригодный для использования газ. Сжигание попутного газа может происходить наверху вертикальной факельной трубы или может происходить в факеле на уровне земли в земляной яме (как на соседней фотографии). Предпочтительно, чтобы попутный газ повторно закачивался в пласт, что позволяет сохранить его для будущего использования, сохраняя при этом более высокое давление в скважине и добычу сырой нефти. [12]

Достижения в области спутникового мониторинга, а также добровольной отчетности, показали , что около 150 × 10 9 кубических метров (5,3 × 10 12 кубических футов) попутного газа не было каждый год вспыхнуло во всем мире , так как , по крайней мере середины 1990 - х годов до 2020 года [13] В 2011 г., что эквивалентно примерно 25 процентам годового потребления природного газа в Соединенных Штатах или примерно 30 процентам годового потребления газа в Европейском союзе . [7] На рынке это количество газа - при номинальной стоимости 5,62 доллара за 1000 кубических футов - будет стоить 29,8 миллиарда долларов США. [14] Кроме того, отходы являются значительным источником углекислого газа (CO 2 ) и другихвыбросы парниковых газов.

Биогазовые факелы [ править ]

Факельная труба для воспламенения биогаза из варочных котлов осадка сточных вод на очистных сооружениях в Онтарио, Канада.

Важным источником антропогенного метана является обработка и хранение органических отходов, включая сточные воды , отходы животноводства и свалки. [15] Газовые факелы используются в любом процессе, который приводит к производству и сбору биогаза . В результате газовые факелы являются стандартным компонентом установки для управления производством биогаза. [16] Они устанавливаются на свалках , очистных сооружениях и заводах по анаэробному сбраживанию, которые используют органические отходы сельскохозяйственного или местного производства. для производства метана для использования в качестве топлива или для отопления.

Газовые факелы в системах сбора биогаза используются, если производительность газа недостаточна для использования в каком-либо промышленном процессе. Однако на заводе, где уровень добычи газа достаточен для прямого использования в промышленном процессе, который может быть классифицирован как часть экономики замкнутого цикла , и который может включать в себя производство электроэнергии , производство биогаза качества природного газа для автомобильного топлива [ 17] или для отопления зданий, сушки отработанного топлива или фильтрата.газовые факелы используются в качестве резервной системы во время простоев для обслуживания или поломки генерирующего оборудования. В этом последнем случае производство биогаза обычно не может быть прервано, и для поддержания внутреннего давления на биологический процесс используется факел. [18]

Есть два типа газовых факелов, используемых для контроля биогаза, открытые и закрытые. Открытые факелы горят при более низкой температуре, менее 1000 ° C и, как правило, дешевле, чем закрытые факелы, которые горят при более высокой температуре горения, и обычно поставляются в соответствии с конкретным временем пребывания 0,3 с в дымоходе, чтобы гарантировать полное разрушение токсичные элементы, содержащиеся в биогазе. [19] Спецификация факела обычно требует, чтобы закрытые факелы работали при> 1000 ° C и <1200 ° C; это для обеспечения 98% эффективности разрушения и предотвращения образования NOx . [20]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Сжигание попутного газа с нефтяной скважины в Нигерии.
Сжигание газов с нефтяной платформы в Северном море.
Вспышка, промышленный район Бейпорт, округ Харрис, штат Техас

По оценкам, потенциал глобального потепления у метана в 34 раза выше, чем у CO 2 . [21] Таким образом, в той степени, в которой факелы превращают метан в CO 2 до того, как он выбрасывается в атмосферу, они снижают степень глобального потепления, которое в противном случае могло бы произойти. [22] Тем не менее, выбросы при сжигании привели к образованию 270 млн т CO 2 в 2017 году, и сокращение выбросов при сжигании является ключевым фактором предотвращения опасного глобального потепления. [23] Все большее число правительств и предприятий берут на себя обязательства по прекращению сжигания факелов к 2030 году. [24]

Неправильно работающие факелы могут выделять метан и другие летучие органические соединения, а также диоксид серы и другие соединения серы , которые, как известно, обостряют астму и другие респираторные проблемы. [25] Другие выбросы от неправильно эксплуатируемых факелов могут включать ароматические углеводороды ( бензол , толуол , ксилолы ) и бенз (а) пирен , которые, как известно, являются канцерогенными. Исследование, проведенное в 2013 году, показало, что на газовые факелы приходится более 40% отложения черного углерода в Арктике, что еще больше увеличивает скорость таяния снега и льда. [26][27]

Вспышка может повлиять на дикую природу, привлекая к огню птиц и насекомых. Примерно 7500 перелетных певчих птиц были привлечены и убиты факелом на терминале сжиженного природного газа в Сент-Джоне, Нью-Брансуик, Канада, 13 сентября 2013 года. [28] Подобные инциденты произошли на факелах на морских нефтегазовых установках. [29] Известно, что бабочек привлекает свет. Брошюра, опубликованная секретариатом Конвенции о биологическом разнообразии.В описании Глобальной таксономической инициативы описывается ситуация, когда «систематик, работающий в тропическом лесу, заметил, что газовый факел на нефтеперерабатывающем заводе привлекал и убивал сотни этих [ястребов или сфинксов] мотыльков. В течение месяцев и лет, когда на нефтеперерабатывающем заводе было убито огромное количество бабочек, что говорит о том, что растения нельзя опылять на большой площади леса ". [30]

Катастрофа в Бхопале иллюстрирует последствия отказа от сжигания улетучивающегося метилизоцианатного газа. Газ был выпущен из резервуара с избыточным давлением в отдельно стоящую факельную башню с помощью предохранительного клапана и затопил прилегающую территорию.

См. Также [ править ]

  • Стеклянная труба продувки
  • Дымовая труба
  • Предохранительный клапан
  • Отвод газа
  • Экологические проблемы в дельте Нигера

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Раздел 3: Контроль ЛОС, Глава 1: Факелы» (PDF) . Руководство EPA по контролю за загрязнением воздуха (отчет) (6-е изд.). Парк Исследовательского Треугольника, Северная Каролина: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Январь 2002 г. EPA 452 / B-02-001.
  2. ^ а б А. Кайоде Кокер (2007). Прикладное проектирование процессов Людвига для химических и нефтехимических заводов, Том 1 (4-е изд.). Издательство Gulf Professional Publishing. С. 732–737. ISBN 978-0-7506-7766-0.
  3. ^ a b Сэм Маннан (редактор) (2005). Профилактика убытков Ли в обрабатывающих отраслях: идентификация, оценка и контроль опасностей, Том 1 (3-е изд.). Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. С. 12 / 67–12 / 71. ISBN 978-0-7506-7857-5.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  4. ^ a b Милтон Р. Бейчок (2005). Основы диспергирования дымовых газов (Четвертое изд.). самоиздан. ISBN 978-0-9644588-0-2.(См. Главу 11, Подъем шлейфа факельной трубы ).
  5. ^ «Предлагаемая комплексная модель для пламени и шлейфов приподнятых факелов » , Дэвид Шор, Flaregas Corporation, 40-й симпозиум AIChE по предотвращению потерь, апрель 2006 г.
  6. ^ «IPIECA - Ресурсы - Классификация факельного сжигания» . Международная ассоциация охраны окружающей среды нефтяной промышленности (IPIECA) . Проверено 29 декабря 2019 .
  7. ^ a b Глобальное партнерство по сокращению сжигания газа в факелах (GGFR), Всемирный банк , октябрь 2011 г. Брошюра.
  8. ^ «Управление по охране окружающей среды нацелено на нарушения эффективности сжигания» (PDF) . Предупреждение о принудительном исполнении . Вашингтон, округ Колумбия: EPA. Август 2012 г. EPA 325-F-012-002.
  9. ^ Обзор продукта Системы зажигания , Смитсвонк, ноябрь 2001. Отличный источник информации о пилотных пламенах факельной трубы и их системах зажигания.
  10. ^ a b c Службы Argo Flare Services. «Факельные услуги Арго» . argoflares . Проверено 20 января 2021 года .
  11. ^ a b Американский институт нефти (2020). Системы сброса и сброса давления (стандарт API 521) (7-е изд.). API. С. Таблица 12.
  12. ^ Леффлер, Уильям (2008). Нефтепереработка на нетехническом языке. Талса, ОК: PennWell. п. 9.
  13. ^ «Глобальное сжигание газа и добыча нефти (1996-2018)» (PDF) . Всемирный банк. Июнь 2019.
  14. ^ Annual Energy Review, Таблица 6.7. Цены на устье природного газа, Citygate и импортные цены, 1949-2011 гг. (В долларах за тысячу кубических футов), Управление энергетической информации США , сентябрь 2012 г.
  15. ^ «Воздействие на окружающую среду использования биомассы и биогазовой технологии» . www.biomass.net . Проверено 29 марта 2019 .
  16. ^ «Основная информация о свалочном газе» . Программа распространения метана на свалках . Вашингтон, округ Колумбия: EPA. 2019-12-18.
  17. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: альтернативные виды топлива и современные автомобили» . afdc.energy.gov . Проверено 29 марта 2019 .
  18. ^ «Управление свалочным газом: LFTGN 03» . GOV.UK . Проверено 29 марта 2019 .
  19. ^ "TA Luft" , Википедия , 21 июня 2018 г. , данные получены 29 марта 2019 г.
  20. ^ «Выбросы NOx от производства кремния» . ResearchGate . Проверено 29 марта 2019 .
  21. ^ Джайн, Атул К .; и другие. (27 августа 2000), "радиационные воздействия и потенциалы глобального потепления на 39 парниковых газов", журнал Geophysical Research: атмосферы , 105 (D16): 20773-20790, Bibcode : 2000JGR ... 10520773J , DOI : 10,1029 / 2000JD900241 .
  22. ^ "Природный газ - Сжигание газа в факелах и отвод газа - Энискуола" . Энискуола Энергия и окружающая среда . Проверено 23 июня 2018 .
  23. ^ «Выбросы при сжигании - Отслеживание подачи топлива - Анализ» . МЭА . Проверено 12 февраля 2020 .
  24. ^ «Выбросы при сжигании - Отслеживание подачи топлива - Анализ» . МЭА . Проверено 12 февраля 2020 .
  25. ^ «Частое, плановое сжигание на факеле может вызвать чрезмерные неконтролируемые выбросы диоксида серы» (PDF) . Предупреждение о принудительном исполнении . Вашингтон, округ Колумбия: EPA. Октябрь 2000 г. EPA 300-N-00-014.
  26. ^ Stohl, A .; Климонт, З .; Eckhardt, S .; Купиайнен, К .; Чевченко, В.П .; Копейкин ВМ; Новигатский А.Н. (2013), «Черный углерод в Арктике: недооцененная роль сжигания попутного газа и выбросов от сжигания в жилых помещениях», Атмос. Chem. Phys. , 13 (17): 8833-8855, Bibcode : 2013ACP .... 13.8833S , DOI : 10,5194 / ACP-13-8833-2013
  27. ^ Майкл Стэнли (2018-12-10). «Сжигание попутного газа: отраслевая практика привлекает все большее внимание во всем мире» (PDF) . Всемирный банк . Проверено 20 января 2020 .
  28. ^ 7500 певчих птиц убиты на газовом заводе Canaport в Сент-Джоне (на сайте CBC News, 17 сентября 2013 г.).
  29. ^ Морские птицы в опасности около морских нефтяных платформ в северо-западной Атлантике , Бюллетень загрязнения моря, Vol. 42, No. 12, pp. 1 285–1290, 2001.
  30. ^ Глобальная таксономическая инициатива - Ответ на проблему (прокрутите вниз до раздела, озаглавленного «Бабочки-опылители»)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Banerjee K .; Черемисиноф Н.П .; Черемисинов П.Н. (1985). Карманный справочник по системам факельного газа . Хьюстон, Техас: издательская компания «Галф». ISBN 978-0-87201-310-0.
  • Факельные и вентиляционные системы удаления отходов на PetroWiki

СМИ [ править ]

Внешние изображения
Видео Всемирного банка о сокращении факельного сжигания