1. 96
HYDROCARBON PROCESSING
№ 10 • о тябрь 2007 Т Е Х Н О Л О Г И И
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
МИНИМИЗАЦИЯ СБРОСА НА ФАКЕЛ
J. Peterson, Flint Hills Resources, Корп -Кристи, Техас; N. Tuttle, H. Cooper и C. Baukal, John Zink Co.,
LLC, Талса, О лахома
Фа елы это защитные стройства, ис лючающие выброс нес оревших азов в атмосфер
Факел предназначен для защиты работников пред
приятия, жителей соседних населенных пунктов и
оборудования завода. Имеется возможность безопас
но минимизировать или практически устранить сброс
горючих веществ на факел. Опыт одного из техасских
НПЗ подтверждает это.
В аварийной ситуации на факел НПЗ могут сбра
сываться сотни т/ч горючих газов, которые должны
быть полностью сожжены. Максимальный поток га
зов, который факел может переработать, представля
ет его гидравлическую мощность. Другое назначение
факела – сжечь сбросные газы в процессе нормаль
ной работы завода, в том числе при плановом остано
ве оборудования. Состав и поток этих газов может
сильно меняться во времени, но факел должен безо
пасно их разрушать с минимальным выбросом вред
ных продуктов в окружающую среду.
Традиционно используют три показателя, характе
ризующие эффективность факела. Первым является
мощность бездымного сжигания – максимальный
поток газов, который можно сбросить на факел без за
метного появления дыма. Обычно факел рассчитыва
ют на бездымное сжигание всего потока сбросных га
зов при нормальной работе завода. Второй параметр
– тепловое излучение факела. Величина теплового
излучения на уровне земли должна быть безопасна для
людей и оборудования. После того, как для установки
факела выбрали самое удаленное место, высоту фа
кела рассчитывают из условия допустимого теплово
го излучения. Третий параметр – шум, который не
должен превышать норму.
Величину выброса вредных веществ из факела оп
ределить очень трудно. Есть опасения, что выброс ле
тучих органических веществ из него может значитель
но превышать ожидаемые объемы. Одна из причин не
полного сгорания – ветер. Другой причиной является
неэффективная работа самого факела. В ствол многих
факелов подают пар для подсоса дополнительного ко
личества воздуха и повышения мощности бездымного
сжигания. Однако большой избыток пара в сравнении
с потоком сбросных газов может уменьшить полноту
сгорания, а охлаждающий эффект избыточного пара
затрудняет рассеивание продуктов сгорания в возду
хе, особенно во время погодных инверсий. В худшем
случаебольшойпотокпараможетвообщепогаситьпла
мя.Чащевсегоподачупаравфакелырегулируютвруч
ную, в расчете на максимальный сброс. Это означает,
чтобольшуючастьвременифакелперегруженпопару.
Казалось бы, что сброс на факел легко минимизи
ровать или вообще устранить, вернув сбросные газы
в топливную систему завода. На деле это трудная за
дача, так как поток сбросных газов очень нестабилен
по величине и составу. Теплота сгорания сбросных
газов может быть как очень низкой, так и высокой,
когда на факел сбрасывают некондиционный продукт
в период пуска установки. Давление сбросных газов
невелико, тогда как на многих заводах топливный газ
подают под высоким давлением, чтобы подсасывать в
горелки воздух. Для уменьшения сброса на факел оп
тимизируют технологический процесс и оборудова
ние, чтобы устранить утечки и сократить количество
сбросных газов, но, поскольку этот сброс неизбежен,
создают установки, предназначенные для возврата
сбросных газов в процесс или в топливную систему.
Схема такой установки показана на рисунке. Газ,
сбрасываемый на факел, отбирается из факельного
коллектора перед гидрозатвором факела и направля
ется в компрессор (например, в водокольцевой), ко
торый выдает газ в сепаратор. Газ, после отделения в
сепараторе от рабочей жидкости компрессора, на
правляется по назначению. Имеется линия возврата
газа из сепаратора в компрессор, которая использу
ется в то время, когда поток газа в факельном коллек
торе меньше производительности компрессора. В это
время сброс на факел полностью прекращается. Если
же поток газа в факельном коллекторе превышает
производительность компрессора, то избыток газа
через гидрозатвор сбрасывается на факел. Во всасы
вающей линии компрессора благодаря гидрозатвору
и линии возврата газа всегда поддерживается неболь
шое избыточное давление, что исключает подсос воз
духа в систему. Если установка работает в периоди
ческом режиме, то компрессор пускается и останав
ливается по сигналам датчика давления в факельном
коллекторе. На установке, работающей в непрерыв
ном режиме, можно предусмотреть несколько парал
лельных компрессоров, которые пускаются и останав
ливаются при изменении нагрузки по сбросному газу.
Для обеспечения подходящего диапазона регулирова
ниямощностикомпрессорагидрозатвордолжениметь
достаточную глубину, обычно не менее 0,76 м. Комп
Обобщенная схема процесса возврата фа ельных азов
Возвратный аз
Вывод
ор ани и
Фа ельный
аз
Вода на
подпит
Управление
цир ляцией
Сепаратор
рабочей
жид ости
Водо ольцевой
омпрессор
Холодильни
рабочей
жид ости
Каплеотбойни
Фа ельный олле тор
Гидрозатвор
Фа ел
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 97
HYDROCARBON PROCESSING
№ 10 • о тябрь 2007Т Е Х Н О Л О Г И И
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
рессором управляет автоматический регулятор при
минимальном вмешательстве оператора.
В большинстве случаев мощность установки воз
врата сбросных газов выбирают в первую очередь с
учетом экономики, стремясь быстро окупить капита
ловложения. В этом случае установка не рассчитыва
ется на возврат очень больших потоков, возникающих
в аварийных ситуациях, потому что они редки. Одна
ко растет интерес к уменьшению сброса на факел с
учетом не только экономики, но и экологии.
На НПЗ Flint Hills Resources (FHR) ведется большая
работа по сокращению выброса на факел со всех уста
новок. С 1997 г. сбросы на факел на этом НПЗ сокраще
ны более чем на 95 %. Особое внимание здесь уделяют
пуску, останову и сбоям в работе, когда сброс на факел
резко возрастает. Примером интенсивного сброса на
факел служит ситуация в Уилмингтоне (Калифорния),
когда в сентябре 2005 г. после отключения электропита
ниявэтомрайоневтечениеболее8чнанесколькихНПЗ
работали факелы, выбрасывая коричневый и желтый
дым. Недавно на НПЗ FHR в Корпус Кристи (шт. Техас)
был установлен «рекорд» – завод в течение 155 сут ра
боталбезсбросанафакел.Сначала80 хгг.наэтомНПЗ
действует установка возврата сбросных факельных га
зов.Имеявсвоемсоставетрипараллельныхкомпрессо
ра, она приспособлена к изменению нагрузок в широ
комдиапазоне.Первоначальноонадолжнабылавозвра
щатьбольшуючастьсбросныхгазов,ноневесьихобъем.
С течением времени специалисты НПЗ смогли значи
тельно уменьшить объемы сбросных газов. Например,
усовершенствованиестадиипродувкинаустановкекок
сованияпозволиломинимизироватьобразованиепаров
и прекратить их сброс на факел. Операторы начали от
слеживать время сброса на факел, чтобы выявить про
цессы, которые требуют улучшения. Анализируются
ежедневные отчеты о работе факелов. В ряде случаев
заменили или отремонтировали оборудование, из кото
рого шли утечки. В других случаях изменили приемы
работы.Улучшилиуправлениесистемойфакелаисвязь
между установками, чтобы обеспечить готовность уста
новки возврата сбросных факельных газов к предстоя
щемузначительномусбросунафакел.Ввелисигнализа
цию, предупреждающую операторов об изменениях
процесса, которые грозят сбросом на факел для того,
чтобыоператорыуспелиосуществитьнеобходимыекор
рективы.
В первой половине 2006 г. сброс на факел на этом
НПЗ длился только 2,17 ч. Большая часть этого време
ни приходилась на плановый сброс – обычно в пери
од останова, когда нужно освободить оборудование от
продукта и продуть его для подготовки к ремонту. На
НПЗ разработали общий план график останова обо
рудования, чтобы разнести его продувку во времени
и улавливать почти все газы на установке возврата
сбросных факельных газов. Эти 2,17 ч сброса при
шлись в основном на то время, когда останавливали
эту установку для ремонта факельной линии.
Перевел М. Фаль ович
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.API,GuideforPressure RelievingandDepressuringSystems,Recommended
Practice RP 521, Fourth Edition, Washington, DC, March 1977.
2. API, Flare Details for General Refinery and Petrochemical Service, Standard
537,
Washington, DC, September 2003.
3. Schwartz, R., J. White and W. Bussman, «Flares», Chapter 20, John Zink
Combustion Handbook, Ed. C. Baukal, CRC Press, Boca Raton, Florida,
2001.
4. Hong, J., J. White and C. Baukal, «Accurately predict radiation from flare
stacks», Hydrocarbon Processing, Vol. 85, June 2006, pp. 79– 81.
5. URS Corp., Passive FTIR Phase I Testing of Simulated and Controlled Flare
Systems–FinalReport, preparedfortheTexasCommissiononEnvironmental
Quality, June 2004.
6.Gogolek,P.E.andA.C.Hayden,«Performanceofflareflamesinacrosswind
with nitrogen dilution», J. Canadian Petroleum Technology, Vol. 43, No. 8, pp.
43– 47, 2004.
7. Hong, J. J., C. Baukal, R. Schwartz and M. Fleifil, «Flare Testing», Chemical
Engineering Progress, Vol. 102, No. 5, 2006, p. 39.
8. Levy, R., L. Randel, M. Healy and D. Weaver, «Reducing Emissions from
Plant Flares», Proceedings of the Air & Waste Management Assoc. Conf. &
Exhibition, New Orleans, Louisiana, June 2006, Paper #61.
9.McDaniel,M.,FlareEfficiencyStudy,U.S.EnvironmentalProtectionAgency
report EPA 600/2 83/052, 1983.
10. http://www.nrcan.gc.ca/es/etb/cetc/ifc/home_e.html.
11. Chenevert, D., C. Harry, J. H. Walker, B. Unterbrink, and M. Cain, «Flare
minimization practices improve olefins plant start ups, shutdowns», Oil &
Gas Journal, Vol. 103, No. 33, 2005, pp. 54– 60.
12. Baukal, C., Ed., John Zink Combustion Handbook, CRC Press, Boca Raton,
Florida, 2001.
13. Fisher, P. W. and D. Brennan, «Minimize flaring with flare gas recovery»,
Hydrocarbon Processing, Vol. 81, May 2005, pp. 83–85.
14. Gough, R., «Flint Hills Resources Shows Flare for Not Flaring», World
Refining, Vol. 14, No. 6, pp. 36 –39, 2004.
15. Anon., «Pact with Oil Company May Help EPA Develop Guide on ‘Upset’
Emissions», Clean Air Report, Vol. 15, No. 19, September 9, 2004.
16. Wilson, J., «Environmental Groups Sue EPA Over Refinery Emission
Standards», The Los Angeles Times, Part B, p. 3, June 21, 2006.
J. Peterson(ДжПетерсон)–консультантпотех
нологии процессов на НПЗ Flint Hills Resources
в Корпус Кристи (Техас). Он оказывает проект
ную поддержку работам по защите от превыше
ния давления и факельным системам, а также
другим проектам. М р Петерсон имеет степень
бакалаврахимическойтехнологииМичиганско
го технологического университета.
N. Tuttle (Н. Татл) – консультант в группе воз
врата факельных газов в John Zink Co., LLC, Тал
са (Оклахома). У него более чем 40 летний
опытработывнефтянойотрасли,зарегистриро
ванный профессиональный инженер. Он имеет
степень бакалавра химической технологии от
университетаНью Мексикоиполучилвунивер
ситете Хьюстона дополнительное образование в области управ
ления промышленностью, является автором большого числа ста
тей и четырех патентов США.
H. Cooper (Х. Купер) – руководитель группы
возврата факельных газов в John Zink Co., LLC,
Талса, (Оклахома). У него более 20 лет опыта в
нефтехимической отрасли по сокращению выб
роса паров и их улавливанию. Г н Купер имеет
степень бакалавра технологии машиностроения
и магистра бизнес администрирования, обе по
лучены в университете г. Талса. Он является профессиональным
инженером, зарегистрированным в шт. Оклахома.
C. Baukal (Ч. Бокал) – директор института Джо
на Цинка в John Zink Co., LLC, Талса (Оклахо
ма). У него более 25 лет опыта работы, связан
нойсустройствамисжиганиявразныхотраслях
промышленности. Он имеет степень доктора
философии по технологии машиностроения от
университетаПенсильваниииявляетсяпрофес
сиональным инженером, зарегистрированным в Пенсильвании.
М р Бакал издал 6 книг по сжиганию в промышленности, являет
ся автором 10 патентов США.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»