Газовый факел
Газовый факел , также известный как факельная труба , факельная стрела , наземный факел или факельная яма , представляет собой устройство для сжигания газа , используемое в таких местах, как нефтеперерабатывающие заводы , химические заводы и заводы по переработке природного газа , места добычи нефти или газа, имеющие нефтяные скважины . , газовые скважины , морские нефтяные и газовые вышки и свалки .
На промышленных предприятиях факельные трубы в основном используются для сжигания горючих газов, выделяющихся предохранительными клапанами при незапланированном повышении давления на заводском оборудовании. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Во время запуска и остановки установки или ее части они также часто используются для планового сжигания газов в течение относительно коротких периодов времени.
На объектах добычи нефти и газа газовые факелы также используются для различных целей запуска, технического обслуживания, испытаний, обеспечения безопасности и чрезвычайных ситуаций. [ 6 ] В практике, известной как производственное факельное сжигание , они также могут использоваться для утилизации больших количеств нежелательного попутного нефтяного газа , возможно, на протяжении всего срока службы нефтяной скважины. [ 7 ]
Общая факельная система на промышленных предприятиях
[ редактировать ]
Когда оборудование промышленного предприятия находится под избыточным давлением, предохранительный клапан является важным предохранительным устройством, которое автоматически выпускает газы, а иногда и жидкости. Наличие предохранительных клапанов требуется согласно нормам и стандартам промышленного дизайна, а также законодательству.
Выбросы газов и жидкостей направляются через крупные трубопроводов системы , называемые факельными коллекторами, на вертикальный надземный факел. Выделившиеся газы сжигаются при выходе из факельных труб. Размер и яркость образующегося пламени зависят от скорости потока горючего материала в джоулях в час (или БТЕ в час). [ 4 ]
Большинство факелов промышленных предприятий имеют парожидкостный сепаратор (также известный как сепаратор) перед факелом для удаления больших количеств жидкости, которая может сопровождать сбрасываемые газы.
Очень часто в пламя впрыскивают пар , чтобы уменьшить образование черного дыма. При добавлении слишком большого количества пара может возникнуть состояние, известное как «перепаривание», приводящее к снижению эффективности сгорания и увеличению выбросов. [ 8 ] Чтобы поддерживать работоспособность факельной системы, постоянно сжигается небольшое количество газа, как контрольная лампа , так что система всегда готова к выполнению своей основной задачи в качестве системы безопасности от избыточного давления.
На соседней блок-схеме показаны типичные компоненты всей системы промышленной факельной трубы: [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
- Отбойный барабан для удаления масла или воды из сбрасываемых газов. Выбивных барабанов может быть несколько: барабаны высокого и низкого давления, принимающие сбросный поток от оборудования высокого и низкого давления. Барабан холодной разгрузки, который отделен от системы влажной разгрузки из-за риска замерзания.
- Барабан с водяным затвором для предотвращения повторного распространения пламени из верхней части факельной трубы.
- Альтернативная система рекуперации газа для использования при частичном запуске и остановке установки, а также в других случаях, когда это необходимо. Утилизированный газ направляется в систему топливного газа всего промышленного предприятия.
- Система впрыска пара, обеспечивающая внешнюю импульсную силу, используемую для эффективного смешивания воздуха со сбрасываемым газом, что способствует бездымному горению.
- Пилотное пламя (с системой зажигания ), которое горит постоянно, поэтому при необходимости можно воспламенить сбрасываемые газы. [ 9 ]
- Факельная труба, включая секцию предотвращения обратного удара в верхней части стопки.
На схеме показан наконечник развальцовки трубы. Наконечник факела может иметь несколько конфигураций:
- простой раструб на трубе
- наконечник звуковой – давление на входе > 5 бар
- наконечник с несколькими насадками, звуковой или дозвуковой
- наконечник Коанды - профилированный наконечник, использующий эффект Коанды для вовлечения воздуха в газ для улучшения сгорания. [ 10 ]
Высота факельной трубы
[ редактировать ]Высота факельной трубы или радиус действия факельной стрелы определяется тепловым излучением , которое допустимо или допустимо для оборудования или персонала, подвергающегося воздействию. [ 11 ] При непрерывном облучении персонала, носящего соответствующую рабочую одежду, максимальный уровень радиации составляет 1,58 кВт/м. 2 (500 БТЕ/час.фут²). Допускаются более высокие уровни радиации, но при сокращении времени воздействия:
- 4,73 кВт/м 2 (1500 БТЕ/час.фут²) ограничивает воздействие до 3–4 минут.
- 6,31 кВт/м 2 (2000 БТЕ/час.фут²) ограничивает воздействие до 30 секунд. [ 11 ]
Наземные сигнальные ракеты
[ редактировать ]Наземные факелы предназначены для скрытия пламени от глаз и снижения теплового излучения и шума. [ 10 ] Они представляют собой стальную коробку или цилиндр, футерованный огнеупорным материалом. Они открыты сверху и имеют отверстия вокруг основания для доступа воздуха для горения. Они могут иметь множество факельных наконечников, обеспечивающих возможность регулирования яркости и распределения пламени по поперечному сечению факела. Они обычно используются на суше в экологически чувствительных районах, а также на море на плавучих установках для хранения и разгрузки продукции (FPSO). [ 10 ]
Факелы добычи сырой нефти
[ редактировать ]
Когда сырая нефть добывается и добывается из нефтяных скважин , сырой природный газ, связанный с нефтью, также выводится на поверхность. особенно в регионах мира, где отсутствуют трубопроводы и другая газотранспортная инфраструктура. Огромные количества такого попутного газа обычно сжигаются на факелах как отходы или непригодный для использования газ, Сжигание попутного газа может происходить наверху вертикальной факельной трубы или на приземном факеле в земляном котловане. Предпочтительно попутный газ повторно закачивают в пласт, что сохраняет его для использования в будущем, сохраняя при этом более высокое давление в скважине и продуктивность сырой нефти. [ 12 ]
Достижения в области спутникового мониторинга, а также добровольная отчетность показали, что около 150 × 10 9 кубических метров (5,3 × 10 12 кубических футов) попутного газа сжигаются на факелах во всем мире каждый год, по крайней мере, с середины 1990-х годов до 2020 года. [ 13 ] В 2011 году это было эквивалентно примерно 25 процентам годового потребления природного газа в США 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 выбросов углекислого газа (CO 2 ) и других парниковых газов .
Биогазовые факелы
[ редактировать ]
Важным источником антропогенного метана является обработка и хранение органических отходов , включая сточные воды , отходы животноводства и свалки. [ 15 ] Газовые факелы используются в любом процессе, приводящем к производству и сбору биогаза . В результате газовые факелы являются стандартным компонентом установки для контроля производства биогаза. [ 16 ] Они устанавливаются на свалках , станциях очистки сточных вод и установках анаэробного сбраживания сельскохозяйственного или отечественного производства , которые используют органические отходы для производства метана для использования в качестве топлива или для отопления.
Газовые факелы в системах сбора биогаза используются, если объемы добычи газа недостаточны для использования в каком-либо промышленном процессе. Однако на заводе, где производительность газа достаточна для прямого использования в промышленном процессе, который можно классифицировать как часть экономики замкнутого цикла и который может включать выработку электроэнергии , производство биогаза качества природного газа для автомобильного топлива [ 17 ] или для отопления зданий, сушки топлива, полученного из отходов, или очистки фильтрата , газовые факелы используются в качестве резервной системы во время простоев для технического обслуживания или поломки генерирующего оборудования. В последнем случае производство биогаза обычно не может быть прервано, и для поддержания внутреннего давления биологического процесса используется газовый факел. [ 18 ]
Для контроля биогаза используются два типа газовых факелов: 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 с учетом определенного времени пребывания в дымовой трубе 0,3 секунды, чтобы гарантировать полное разрушение факела. токсичные элементы, содержащиеся в биогазе. [ нужна ссылка ] Спецификация факела обычно требует, чтобы закрытые факелы работали при температуре >1000 °C и <1200 °C; это необходимо для того, чтобы обеспечить эффективность уничтожения на 98% и избежать образования NOx . [ 19 ]
Воздействие на окружающую среду
[ редактировать ]
Природный газ, который не сгорает на факеле, выбрасывается в атмосферу в виде метана. метана Предполагаемый потенциал глобального потепления в 28-36 раз превышает потенциал CO 2 в течение столетия и в 84-87 раз выше в течение двух десятилетий. [ 20 ] При сжигании природного газа на факелах образуются CO2 и многие другие соединения, в зависимости от химического состава природного газа и от того, насколько хорошо природный газ сгорает на факеле. Таким образом, поскольку газовые факелы преобразуют метан в CO 2 до того, как он будет выброшен в атмосферу, они уменьшают масштабы глобального потепления, которое в противном случае могло бы произойти. [ 21 ] [ 22 ]
В 2017 году выбросы от сжигания на факелах составили 270 Мт ( мегатонн ) CO 2 , и сокращение выбросов от сжигания на факелах считается важным компонентом сдерживания глобального потепления. [ 23 ] Все большее число правительств и предприятий берут на себя обязательство прекратить или сократить сжигание попутных газов. [ 23 ] Глобальное обязательство по метану, подписанное на COP26 , в котором 111 стран обязались сократить выбросы метана как минимум на 30 процентов по сравнению с уровнями 2020 года к 2030 году, также играет роль в повышении глобального внимания к метану.
Дополнительные вредные пары, выделяющиеся при сжигании на факелах, могут включать ароматические углеводороды ( бензол , толуол , ксилолы ) и бензо(а)пирен , которые, как известно, являются канцерогенными. Исследование 2013 года показало, что на газовые факелы приходится более 40% черного углерода, выпадающего в Арктике. [ 24 ] [ 25 ]
Сжигание факела может нанести вред дикой природе, привлекая к пламени птиц и насекомых. Около 7500 мигрирующих певчих птиц были привлечены и убиты факелом на терминале сжиженного природного газа в Сент-Джоне, Нью-Брансуик, Канада, 13 сентября 2013 года. [ 26 ] Подобные инциденты произошли на факелах на морских нефтегазовых установках. [ 27 ] Известно, что мотыльков привлекает свет. В брошюре, опубликованной Секретариатом Конвенции о биологическом разнообразии и описывающей Глобальную таксономическую инициативу, описывается ситуация, когда «систематик, работающий в тропическом лесу, заметил, что газовая вспышка на нефтеперерабатывающем заводе привлекла и убила сотни таких [ястребов или сфинксов] За месяцы и годы работы нефтеперерабатывающего завода, должно быть, погибло огромное количество бабочек, что позволяет предположить, что растения не могут быть опылены на большой площади леса». [ 28 ]
Неблагоприятные последствия для здоровья
[ редактировать ]Факелы выделяют несколько различных химикатов, в том числе: бензол , твердые частицы , оксиды азота , тяжелые металлы , черный углерод и окись углерода . Некоторые из этих загрязнителей коррелируют с преждевременными родами и снижением веса новорожденных . Согласно одному исследованию, проведенному в 2020 году, у беременных женщин, живущих вблизи сжигаемых газовых и нефтяных скважин, уровень преждевременных родов на 50% выше. [ 29 ] Факелы могут выделять метан и другие летучие органические соединения , а также диоксид серы и другие соединения серы , которые, как известно, усугубляют астму и другие респираторные заболевания . [ 30 ]
Исследование 2021 года показало, что увеличение сжигания природного газа на факелах на 1% увеличивает уровень госпитализаций по причине респираторных заболеваний на 0,73%. [ 31 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Раздел 3: Контроль ЛОС, Глава 1: Факельные горелки» (PDF) . Руководство EPA по контролю затрат на загрязнение воздуха (отчет) (6-е изд.). Research Triangle Park, Северная Каролина: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Январь 2002 г. EPA 452/B-02-001.
- ^ Jump up to: а б А. Кайоде Кокер (2007). Прикладное проектирование процессов Людвига для химических и нефтехимических заводов, Том 1 (4-е изд.). Профессиональное издательство Персидского залива. стр. 732–737. ISBN 978-0-7506-7766-0 .
- ^ Jump up to: а б Сэм Маннан, изд. (2005). Предотвращение потерь Ли в перерабатывающих отраслях: идентификация, оценка и контроль опасностей, том 1 (3-е изд.). Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. стр. 67–12 декабря 71. ISBN 978-0-7506-7857-5 .
- ^ Jump up to: а б Милтон Р. Бейчок (2005). Основы рассеивания дымовых газов (Четвертое изд.). самостоятельно опубликовано. ISBN 978-0-9644588-0-2 . (См. главу 11 «Подъем шлейфа факельной трубы» ).
- ^ «Предлагаемая комплексная модель для повышенного факельного пламени и шлейфов» , Дэвид Шор, Flaregas Corporation, 40-й симпозиум AIChE по предотвращению потерь, апрель 2006 г.
- ^ «IPIECA – Ресурсы – Классификация факельного сжигания» . Международная ассоциация нефтяной промышленности по охране окружающей среды (IPIECA) . Проверено 29 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Глобальное партнерство по сокращению сжигания газа (GGFR), Всемирный банк , октябрь 2011 г. Брошюра.
- ^ «Правоохранительные органы Агентства по охране окружающей среды пресекают нарушения эффективности сжигания факелов» (PDF) . Оповещение о правоприменении . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды. Август 2012 г. EPA 325-F-012-002.
- ^ Обзор продукта «Системы зажигания» , Смитсвонк, ноябрь 2001 г. Отличный источник информации о пилотном пламени факельной трубы и их системах зажигания.
- ^ Jump up to: а б с Факельные услуги Арго. «Факельные услуги Арго» . арговспышки . Проверено 20 января 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Американский институт нефти (2020). Системы сброса и сброса давления (стандарт API 521) (7-е изд.). API. стр. Таблица 12.
- ^ Леффлер, Уильям (2008). Нефтепереработка на нетехническом языке. Талса, ОК: PennWell. п. 9.
- ^ «Мировое сжигание газа и добыча нефти (1996-2018 гг.)» (PDF) . Всемирный банк. Июнь 2019.
- ^ Ежегодный обзор энергетики, Таблица 6.7. Цены на устье скважины природного газа, Ситигейт и импортные цены, 1949-2011 гг. (долларов за тысячу кубических футов), Управление энергетической информации США , сентябрь 2012 г.
- ^ «Воздействие использования биомассы и биогаза на окружающую среду» . www.biomass.net . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ «Основные сведения о свалочном газе» . Программа по распространению метана на свалках . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды. 18 декабря 2019 г.
- ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: альтернативные виды топлива и современные транспортные средства» . afdc.energy.gov . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ «Управление свалочным газом: LFTGN 03» . GOV.UK. Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ «Выбросы NOx при производстве кремния» . Исследовательские ворота . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США, OAR (12 января 2016 г.). «Понимание потенциала глобального потепления» . www.epa.gov . Проверено 16 марта 2022 г.
- ^ «Природный газ – Сжигание и сброс газа в факелах – Энискуола» . Энискуола Энергетика и окружающая среда . Проверено 23 июня 2018 г.
- ^ «Природный газ и окружающая среда – Управление энергетической информации США (EIA)» .
- ^ Jump up to: а б «Выбросы от факельного сжигания – Отслеживание поставок топлива – Анализ» . МЭА . Проверено 12 февраля 2020 г.
- ^ Столь, А.; Климонт, З.; Экхардт, С.; Купиайнен, К.; Шевченко, вице-президент; Копейкин В.М.; Новигатский А.Н. (2013), «Черный углерод в Арктике: недооцененная роль сжигания газа и выбросов в результате сжигания в жилых домах», Atmos. хим. Физ. , 13 (17): 8833–8855, Бибкод : 2013ACP....13.8833S , doi : 10.5194/acp-13-8833-2013 , hdl : 11250/2383886
- ^ Майкл Стэнли (10 декабря 2018 г.). «Сжигание газа: отраслевая практика привлекает все большее внимание во всем мире» (PDF) . Всемирный банк . Проверено 20 января 2020 г.
- ^ 7500 певчих птиц убиты на газовом заводе Канапорт в Сент-Джоне (онлайн-новости CBC, 17 сентября 2013 г.).
- ^ Морские птицы в опасности вокруг морских нефтяных платформ в северо-западной Атлантике , Бюллетень о загрязнении морской среды, Vol. 42, № 12, стр. 1285–1290, 2001.
- ^ Глобальная таксономическая инициатива — ответ на проблему (прокрутите вниз до раздела «Опылители мотыльков»)
- ^ HSC News, Университет Южной Калифорнии, 17 июля 2020 г. «Жизнь рядом со сжиганием природного газа представляет угрозу для здоровья беременных женщин и детей»
- ^ «Частое регулярное сжигание на факелах может привести к чрезмерным неконтролируемым выбросам диоксида серы» (PDF) . Оповещение о правоприменении . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды. Октябрь 2000 г. EPA 300-N-00-014.
- ^ Бланделл, Уэсли; Кокоза, Анатолий (01 апреля 2022 г.). «Сжигание природного газа, здоровье органов дыхания и последствия распределения» . Журнал общественной экономики . 208 : 104601. doi : 10.1016/j.jpubeco.2022.104601 . ISSN 0047-2727 . S2CID 232350369 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Банерджи К.; Черемисинов Н.П.; Черемисинов П.Н. (1985). Карманный справочник по системам факельного газа . Хьюстон, Техас: Издательская компания Gulf Publishing. ISBN 978-0-87201-310-0 .
СМИ
[ редактировать ]| Внешние изображения | |
|---|---|
| Видео Всемирного банка о сокращении факельного сжигания |
