Нефте- и газоперерабатывающие предприятия в обязательном порядке обеспечиваются средствами предотвращения технологических утечек в открытый воздух. Для этого применяются специальные устройства, подключаемые к предохранительным клапанам и производственным установкам. Для сжигания излишек газов и паров используют факельные системы, которые соединяются с каналами технологического сброса отходов на энергетических предприятиях.
Устройство факельных установок
Оборудование данного типа входит в общую технологическую инфраструктуру, обслуживающую процессы добычи, хранения и транспортировки нефтегазовых смесей. Система включает в себя сеть трубопроводов, факельные стволы с оголовками, горелки, затворы, а также средства автоматизированного управления и контроля. Кроме того, устройство факельной системы не обходится без аппаратов, обеспечивающих безопасное сжигание горючего. Количество точек горения зависит от проектных объемов, которые в принципе может обслуживать конкретная инфраструктура. Данный параметр тесно взаимосвязан с другими эксплуатационными свойствами объекта. Например, если используется менее трех горелочных стволов, то в целях поддержания пламени конструкция установки должна включать и экран ветрозащиты.
К горелкам подводятся каналы поставки газовоздушной смеси, а к устройству зажигания – контур с запальной смесью. Для нормализации процесса сжигания в разное время года предусматриваются установки для регуляции отдельных температурно-влажностных режимов. В холодное время, к примеру, для исключения вероятности промерзания в трубах поставки топливных смесей могут подключаться обогреватели трубопроводов. Предъявляются специальные требования и для газа. Факельные системы стабильно работают только при условии предварительного осушения обслуживаемых смесей – во всяком случае, это касается эксплуатации в зимнее время.
Функции систем
К первостепенным задачам факелов такого типа можно отнести сжигание попутных газовых смесей с целью исключения их случайного выброса в атмосферу. Это относится не только к газам как таковым, но и к разного рода технологическим парам, которые также представляют опасность для окружающей среды. При этом у разных факелов могут различаться конкретные задачи. С точки зрения функциональной направленности можно выделить два базовых типа установок:
- Общие. Наиболее распространенные факельные системы, которые используются на производственных объектах. Они включают в собственную инфраструктуру множество дополнительных технологических средств наподобие сепаратора, гидрозатвора, огнепреградителя и коллектора.
- Отдельные. Такие системы находят свое место в составе действующей общей факельной инфраструктуры. Данная модель совмещения используется в случаях, когда основная система сжигания попутного газа не способна полностью обслуживать продукты сброса.
Также существует особая группа специальных систем. Ключевой особенностью факелов такого типа является возможность работы с технологическими смесями, которые не могут утилизироваться общими и отдельными факельными установками. К таким продуктам выброса можно отнести:
- Продукты, разлагаемые при выделении тепла.
- Вещества, вступающие в реакцию с другими продуктами выброса.
- Высокотоксичные и агрессивные смеси.
- Газовоздушные смеси, включающие механические примеси.
Горизонтальные и вертикальные системы
В зависимости от конструкционных условий на предприятии, может организовываться эксплуатация горизонтальных или вертикальных факельных установок. Конструкции первого типа преимущественно задействуются при осуществлении продува скважин, шлейфов и технологических линий. Для таких систем характерно использование горелочных стволов, которые способны обеспечивать достаточную инжекцию воздуха, что дает возможность проведения бездымного сжигания. На газовых скважинах согласно инструкции должны применяться горизонтальные горелочные установки простой конструкции, которые будут обеспечивать утилизацию продуктов с содержанием жидкостных пробок и механических включений. При этом для поддержания безопасности факельных систем горизонтального типа должна поддерживаться умеренная плотность тепловых потоков на уровне до 1,4 кВт/м2. Для защиты персонала, обслуживающего работу таких систем, также могут применяться дополнительные средства минимизации теплового воздействия в виде защитных экранов.
Вертикальные установки комплектуются насосами и устройствами для вывода конденсата. Функциональную основу конструкции формирует оголовок, представляющий собой металлическое устройство для регуляции доставки газовой смеси. В некоторых моделях систем они также исключают прохождение пламени к стволу рабочей установки. На окончании вертикального ствола размещаются горелки с ветрозащитным козырьком. Розжиг может устанавливаться как в структуре оголовка, так и в составе ствола. К горелкам в отдельном порядке подводятся запальные трубопроводы. Техническое руководство по факельным системам требует, чтобы контроль пламени независимо от диспетчерского управления осуществлялся посредством ионизационных зондов, термопар, акустических или оптических датчиков.
Особенности закрытых факельных установок
Данная разновидность газовых факелов предназначена для сжигания технологических горючих смесей возле земной поверхности. Закрытые установки включают в себя камеру сжигания, поверхности которых обрабатываются защитной футеровкой. В отличие от горелки, такое оборудование имеет более высокую производительность, но к нему же предъявляются и повышенные требования в плане обеспечения защитных свойств. Как отмечается в руководстве по безопасности факельных систем, камеры закрытых установок должны ограждаться с целью предотвращения неконтролируемого доступа воздуха. Факел должен обеспечивать полную утилизацию поступающих газов при отсутствии видимого пламени. Необходимый для поддержания горения воздушный поток вместе с обратным выходом дымовых газов организуется через естественную или принудительную тягу с возможностью контроля пропускной способности.
Горелочный узел для закрытых факельных систем подбирается с расчетом на обеспечение стабильного и устойчивого горения. Требования к надежности в данном случае выше, чем в случае с обычными установками открытого типа. Согласно нормативам, должно быть исключено сгорание с импульсами и резонансными колебаниями пламени. Это гарантируется за счет поступления равномерного потока с кислородом в камеру сжигания.
Требования к сооружениям эксплуатации факельных установок
Системы утилизации попутного газа размещаются с учетом розы ветров и технических возможностей установки трубопроводных линий с ограждениями и отводными каналами для горелок. Независимо от типа установки, должны выдерживаться нормативные расстояния между факельными стволами, зданиями, инженерными сооружениями, складами и электрическими подстанциями. Конкретные дистанции при непосредственном размещении горелок на территории предприятия рассчитываются на основе планируемой плотности тепловых потоков факельной системы. Правила также указывают на необходимость создания условий для проведения ремонта и технического обслуживания стволов во время работы соседних установок. В этой связи рекомендуется размещение лестниц для персонала со стороны ствола, противоположной местоположению соседней горелки. Материалы изготовления сооружений, которые находятся в зоне активности тепловых потоков, должны иметь огнестойкую структуру или специальные термостойкие покрытия.
Требования к технологии сбросов в факельные установки
Организация работы газовых факелов в значительной степени определяется требованиями общего технологического процесса на предприятии. Тем не менее этап взаимодействия источников газов и горелок также регулируется нормативной документацией. На этапе проектирования системы должны быть определены параметры сброса – в частности, показатели давления, температуры, плотности и объемов расхода. На основе произведенных расчетов разрабатывается схема сброса в факельную систему наиболее подходящего типа. Источники сброса также должны иметь возможность поставки не целевых рабочих, а профилактических газов, к которым относятся инертные и продувочные смеси. И напротив, при сбросе не должны направляться составы, включающие ацетилен, водород, окиси углерода и быстрогорящие компоненты. В состав технологической сжигающей установки могут включаться сепараторы, отвечающие за разделение твердых частиц и капельной жидкости в паровых и газовых смесях. Данные вещества и компоненты перерабатываются в отдельных факельных устройствах.
Правила эксплуатации факельных систем
Перед каждым запуском установки необходимо выполнять продув ствола инертными газовыми смесями с целью вывода кислорода. Дальнейшее завоздушивание факельных каналов предотвращается регулирующей арматурой при погашенных горелках. Уровень содержания кислорода проверяется путем взятия проб с дальнейшим их анализом. В процессе сжигания рекомендуется устанавливать скорость работы горелок на следующие режимы:
- Для оголовка с газовым затвором – не меньше 0,05 м/с.
- Если газовый затвор отсутствует – не меньше 0,9 м/с.
- При подаче инертного газа – не меньше 0,7 м/с.
Также при эксплуатации факельных систем, не оснащенных затворами, продувочные смеси должны иметь плотность более 0,7 кг/м3.
Перед остановкой сброса технологического газа или нагретых паров рекомендуется заранее подключать каналы с направлением инертных смесей, что позволит исключить образование вакуума при конденсации или охлаждении. Перед выполнением технического обслуживания или ремонтных работ от факельной установки отключается трубопроводы от сброса газовых смесей и розжига. Из каналов должны быть полностью удалены остатки сжигаемых газов, а также дымовые смеси. Предварительно перед техническими работами стволы продуваются азотом и при необходимости пропариваются.
Средства управления факельным оборудованием
Розжиг производится так называемым бегущим огнем или электроискровой системой на дежурной горелке. Далее контроль горения осуществляется акустическими датчиками и термоэлектрическим преобразователем. Для управления также задействуется автономный блок розжига и контроля пламени, который должен находиться в отдельном шкафу с обогревом. Режимы эксплуатации с подключением автоматики предполагают работу по заданным алгоритмам с передачей сигналов на операторский пульт. Для активации аварийных режимов или автоматического подключения операторского пульта устанавливаются определенные сигналы. Например, руководство по факельным системам на случай отсутствия успешного розжига пламени после проведения 10 циклов указывает на необходимость автоматического запуска тревожной сигнализации. Если датчики обнаружения признаков пожара не срабатывают, то к работе подключается выносной диспетчерский пульт. С его помощью уже персонал берет на себя функции управления через интерфейс для контроля розжига факельной установки.
Руководство по безопасности факельных систем
Нормативные требования устанавливают следующие правила обеспечения безопасности при эксплуатации газовых факелов и смежных с ними технологических систем:
- При организации газовых сбросов из факельного ствола в атмосферу должны быть соблюдены допустимые коэффициенты содержания вредных веществ.
- В целях предупреждения формирования взрывоопасной смеси, правила безопасной эксплуатации факельных систем предписывают регулярно производить очистку контуров сброса газовых смесей.
- Запрещается направление в камеры сжигания веществ, которые могут спровоцировать взрыв. К таким веществам на нефтегазовых предприятиях, в частности, относят химические окислители и восстановители.
- Территория расположения технологических установок, эксплуатирующих факельное оборудование, должна быть ограждена.
- К обслуживанию газовых факелов должны допускаться только лица, имеющие соответствующую квалификацию и проверенные по вопросам промышленной безопасности.
Заключение
Технологии сжигания рабочих газов на современных предприятиях достигают достаточно высокого уровня в плане надежности и безопасности. Во многом это обуславливается применением инновационных средств контроля и управления сложными процессами сжигания горючих смесей. К примеру, безопасная эксплуатация факельных систем на нынешнем уровне невозможна без применения элементов автоматизированного управления с подключением датчиков и промышленных контроллеров. При этом не исключается и ручной режим управления – как минимум он предусматривается в качестве опционального. Операторские пульты все еще несут большую ответственность в процессах регуляции работы факельных установок, отслеживая их параметры и диагностические показатели. Вместе с этим совершенствуются и конструкции горелок со стволами, образующими факельную инфраструктуру. Изготовители применяют все более надежные материалы с жаростойкими покрытиями и высокой механической стойкостью. Все это позволяет оптимизировать общие процессы работы нефтегазовых предприятий на должном уровне безопасности и защиты окружающей среды.
