Газовый факел - Gas flare

"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. Во время запуска или остановки завода или его частичного запуска они также часто используются для планового сжигания газов в течение относительно коротких периодов времени.

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

Общая факельная система на промышленных предприятиях

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 кодексами и стандартами промышленных образцов, а также законом.

Выброшенные газы и жидкости направляются через большие трубопроводные системы, 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).

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. 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.

Приведенная рядом блок-схема изображает типичные компоненты всей промышленной системы факельной трубы:

  • 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.
  • 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.

Высота факельной трубы

Высота факельной трубы или досягаемость факельной стрелы определяется тепловым излучением , которое допустимо или допустимо для оборудования или персонала. Для непрерывного облучения персонала, носящего соответствующую производственную одежду, рекомендуется максимальный уровень излучения 1,58 кВт / м 2 (500 БТЕ / час фут²). Допускаются более высокие уровни излучения, но при меньшем времени воздействия:

  • 4,73 кВт / м 2 (1500 БТЕ / ч.фут²) ограничит воздействие 3-4 минутами.
  • 6,31 кВт / м 2 (2000 БТЕ / час фут²) ограничит воздействие 30 секундами.

Наземные факелы

Наземные ракеты предназначены для того, чтобы скрыть пламя от глаз и уменьшить тепловое излучение и шум. 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).

Факелы для добычи сырой нефти

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

Когда 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, огромные количества 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 попутный газ повторно закачивают в пласт, что позволяет сохранить его для использования в будущем, поддерживая при этом более высокое давление в скважине и добычу сырой нефти.

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

Биогазовые факелы

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. 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. Они устанавливаются на свалках , установках очистки сточных вод 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 или для отопления в зданиях, сушки отказываются Derived топлива или щелок лечения, газовые факелы используются в качестве резервной системы во время простоя для технического обслуживания или поломок генерирующего оборудования. В этом последнем случае производство биогаза обычно не может быть прервано, и для поддержания внутреннего давления на биологический процесс используется факел.

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. Спецификация факела обычно требует, чтобы закрытые факелы работали при> 1000 ° C и <1200 ° C; это для обеспечения 98% эффективности разрушения и предотвращения образования NOx .

Неблагоприятные последствия для здоровья

Факелы выделяют смесь химических веществ, которые, как известно, вредны для здоровья человека, включая бензол , твердые частицы , оксиды азота , тяжелые металлы , черный углерод и монооксид углерода . Некоторые из этих загрязнителей коррелируют с преждевременными родами и снижением веса новорожденного . У беременных женщин, живущих рядом с факелами сжигания природного газа и нефтяных скважин, частота преждевременных родов на 50% выше. 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 заболевания .

Воздействие на окружающую среду

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 . Следовательно, поскольку факелы превращают метан в CO 2 перед его выбросом в атмосферу, они снижают степень глобального потепления, которое в противном случае могло бы произойти. Тем не менее, выбросы от сжигания привели к образованию 270 Мт ( мегатонн ) CO 2 в 2017 году, и сокращение выбросов от сжигания является ключом к смягчению последствий глобального потепления . Все большее число правительств и предприятий обязуются прекратить сжигание на факелах к 2030 году.

Дополнительные вредные пары, выделяемые при сжигании на факеле, 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.

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. Подобные инциденты произошли на факелах на морских нефтегазовых установках. Известно, что бабочек привлекает свет. В брошюре, опубликованной секретариатом Конвенции о биологическом разнообразии с описанием Глобальной таксономической инициативы, описывается ситуация, когда «систематик, работающий в тропическом лесу, заметил, что газовая факельная установка на нефтеперерабатывающем заводе привлекала и убивала сотни этих [ястребов или сфинксов] моль. За те месяцы и годы, в течение которых завод работал, должно быть погибло огромное количество бабочек, что говорит о том, что растения нельзя опылять на большой площади леса ".

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.

Смотрите также

использованная литература

  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.). Эльзевьер 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 г. Отличный источник информации о пилотном пламени факельной трубы и его 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. ^ ru: TA_Luft, oldid 846816297
  20. ^ «Выбросы NOx от производства кремния» . ResearchGate . Проверено 29 марта 2019 .
  21. ^ HSC News, Университет Южной Калифорнии, 17 июля 2020 г. «Жизнь рядом с факелом, сжигающим природный газ, представляет опасность для здоровья беременных женщин и детей»
  22. ^ «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.
  23. ^ 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 .
  24. ^ "Природный газ - Сжигание газа в факелах и выпуск газа - Энискуола" . Энискуола Энергия и окружающая среда . Проверено 23 июня 2018 .
  25. ^ a b «Выбросы при сжигании - Отслеживание поставок топлива - Анализ» . МЭА . Проверено 12 февраля 2020 .
  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 (онлайн 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

  • 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.

СМИ

Внешние изображения
Видео Всемирного банка о сокращении факельного сжигания