Губайдуллин Р.Р., Зиганшин М.Д., Шевченко И.С. "Факельные установки открытого и закрытого типа, анализ мероприятий по обеспечению должного уровня безопасности на них"

Губайдуллин Радиф Радикович, ведущий инженер, проектный институт «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Зиганшин Марат Дамилевич, главный специалист, проектный институт «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Шевченко Илья Сергеевич, старший инженер, проектный институт «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО «КНИТУ»

Факельные установки открытого и закрытого типа, анализ мероприятий по обеспечению должного уровня безопасности на них

В статье описаны факельные установки открытого и закрытого типа, а также проведен анализ по обеспечению должного уровня промышленной безопасности на них.

Современные факельные установки разрабатываются не только в соответствии с ФЗ 116, но и нормами техническими рекомендациями. Они представляют собой специальное оборудование, с помощью которого происходит утилизация горючих паров и газов. Кроме того, одной из зада этих установок является сброс и сжигание углеводородов, которые выделяются при нарушении технологий. Стоит сказать, что параметры и размеры установок могут быть разными. Как правило, эти показатели соответствуют тем особенностям, которыми обладает рабочий процесс, объем давления, состав газов, а в некоторых случаях даже сейсмическая обстановка. Такой индивидуальный подход важен, чтобы можно было гарантировать должный уровень безопасности.

Главное назначение факельных установок — сжигание аварийных, постоянных и периодических сбросов. Принцип работы таков, что газ, который необходимо сжечь поступает в выходной патрубок ствола, а после того на оголовок факела. Отсюда с захватом атмосферного воздуха его отправляют в камеру смешения, где образуется топливная смесь. Воспламеняется она от запальной горелки, и весь поток перемещается в камеру сгорания. Здесь происходит смешение с вторичным потоком, а впоследствии происходит выгорание компонентов. На последней камере есть верхний срез, откуда компоненты направляются в атмосферу и рассеиваются.

Все факельные установки можно разделить на две большие группы:

• Открытые.                                                                                 

• Закрытые.                                                                                

Главной особенностью открытого типа является прямолинейность пути прохождения смеси через ствол. Установлен он вертикально и его минимальная высота составляет 4 метра.

Есть несколько разновидностей стволов открытого типа:

• Мачтовые.                                                                                  

• Самонесущие.                                                                      

• На растяжках.                                                                  

• Сдвоенные.                                                                             

Одной из разновидностей закрытых стволов является мобильность. Они также разделяются по типу стволов:

• Высотные.                                                                      

• Горизонтальные.                                                        

• На треногах.                                                                         

По-другому они еще называются наземные. У них есть перечень преимуществ:

• Нет дыма.                                                                                     

• Нет запаха и теплового шлейфа.                                                   

• Небольшой уровень шума.                                                                   

Стоит сказать, что закрытые системы обладают большей экономичностью, безопасностью и их можно устанавливать в густонаселенных пунктах. Горизонтальные считаются особым видом установок. Их используют, когда необходимо бездымное уничтожение газов. Для устройства их используют современные технологии. Другим преимуществом этого вида установок является возможность убрать трудносжигаемые газообразные отходы.

Кроме того, установки обладают мобильностью, компактностью и их часто используют для оперативного запуска газовых и нефтяных скважин и при термической утилизации стоков.

Раньше всего факельные установки начали использовать в нефтеперерабатывающей промышленности, потому что там всегда была потребность удалять углеводороды, которые выделяются в момент нарушения технологического процесса. Нарушения могут быть обусловлены разными нарушениями.

Именно потому, что заводы располагаются недалеко от населенного пункта там применяют закрытые факелы. У них легкая система управления, удобство доступа, обслуживания, нет излучения.

В любом случае, необходимо повышенное внимание безопасности и надежности установок независимо от типа системы. Надежное и безопасное использование установки напрямую зависит от конструкции и эксплуатационных особенностей используемых горелок, надежность встроенной автоматики, которая в последнее время строится на отказоустойчивых датчиках, которые имеют систему взаимоблокировки, исполнительные механизмы и дежурные горелки.

Закрытого типа установки могут оснащаться разными типами систем утилизации, это может быть предварительный нагрев для более эффективного сжигания или котел для водяного пара.

Независимо от типа факельной установки важно перед запуском необходимо проверять автоматические системы контроля. Форсунки начинают работы исключительно после того, как дежурные горелки, которые оснащены сканером подаст сигнал о том, что розжиг был удачно осуществлен. Если пламя погаснет или будет утечка жидкости, моментально включается система автоматической остановки, которая отказоустойчива.

Для организации необходимого уровня безопасности необходимо обеспечивать стальное горение, а также гарантировать предотвращение попадание воздуха. Возможно, что установка будет включать трубопровод, стволы, затворы, оголовки и другое оборудование. Состав факельной установки может включать любое дополнительное оборудование, все зависит от индивидуальных условий.

Чтобы защитить пламя от ветрового воздействия необходимо использовать специальные защитные устройства, чтобы можно было увеличить устойчивость пламени. Необходимо предотвратить взаимодействие пламени с корпусом оголовка.  Если это необходимо важно предусмотреть устройства для предотвращения касания пламени к оголовку.

При анализе мероприятий по обеспечению должного уровня промышленной безопасности необходимо следить за уснащением установки сепаратором, насосами, гидрозатворами и устройствами, отвечающими за отвод конденсата. Неважно при этом, какого типа факельная установка стоит.

Если идет сброс углеводородных газов, специалисты рекомендуют предусмотреть решения, которые могут обеспечить бездымное сжигание. Для увеличения полноты сгорания необходимо чтобы было:

• Подача воздуха.                                                                                                     

• Применение оголовков кинетического сжигания.                                            

• Регулирование соотношение скорости сброса к скорости звука.             

• Любое другое решение, которое доступно с соблюдением правил промышленной безопасности.

Есть рекомендуемое число оголовков, которое можно выразить в следующей таблице:

Анализ мероприятий по обеспечению необходимого уровня безопасности выявил, что важно для дистанционного поджига использовать оборудование, которое позволяет зажигать факел с высокой степенью надежности, если он погас на безопасном для оператора расстоянии. Кроме того, среди мероприятий по обеспечению должного уровня промышленной безопасности есть и другие технические вооружения, к примеру, установка перед факельным стволом гидрозатвора, который позволяет исключить подсос воздуха. Вместе с тем, для предотвращения замерзания жидкости затворы оборудуют специальным обогревающим устройством или его ставят в обогреваемом помещении.

Помимо мероприятий направленных на усовершенствование оборудования, важно предпринимать и иные меры по доведений уровня промышленной безопасности на объекте до должного. Особое внимание уделяется организации лестниц и площадок, чтобы они были не только удобными, но и безопасными для обслуживающего персонала, можно было легко провести ремонтные работы на любой высоте факельной установки. Ремонтные мероприятия планируются в соответствии с нормами и стандартами, кроме того необходимо в начале года планировать и составлять план действий по ремонту, чтобы обезопасить объект.

Важно также правильно организовывать действия по обучению персонала, который допускается к обслуживанию установок, а также их ремонту. Все специалисты должны инструктироваться в отношении технологического процесса, проходить должную квалификацию и получать допуск. Строго на объекте прослеживается несанкционированный допуск ко шкафам управления.

Устанавливают установку, независимо от ее типа с учетом розы ветров. Расстояние между стволом и складами, сооружениями и подстанциями определяется в соответствии с допустимой плотностью теплового потока.

В данном случае:          

С_pi, C_vi — теплоемкости компонентов, Дж/(моль×К);

D — диаметр факельной трубы, м;

k — показатель адиабаты, k = SNiCpi/SNiCvi;

М — молекулярная масса, кг/(кг/кг/моль);

Ni — молярная доля i-го компонента в смеси;

Т — температура газа, К;

V — скорость истечения сбросного газа, м/с;

Vв — скорость ветра на уровне центра пламени, м/с,

VB = Vt[0,9 + 0,01(H + Z)] при H + Z < 60,

VB = Vm[1,34 + 0,002(H + Z)] при 60 < H + Z < 200;

Vm — максимальная скорость ветра, м/с,

Vзв — скорость звука в сбрасываемом газе, м/с:

Vзв = 91,5√kT/M;

m = отношение скорости истечения к скорости звука в сбрасываемом газе:

m = V/Vзв.

При этом рекомендуется принимать:

при постоянных сбросах m £ 0,2;

при периодических и аварийных сбросах m £ 0,5;

X — расстояние от факельного ствола, м;

Х_min — минимальное расстояние от факельного ствола до объекта, м;

• q — плотность теплового потока в расчетной точке, кВт/м²;                           

• q = qп + qс,                                                                                                

• где q_п — плотность теплового потока, кВт/м²;                                  

• q_пд — предельно допустимая плотность, кВт/м²;                                       

• q_пдп = q_пд-q_с,                                                                                                

где q_пдп — предельно допустимая плотность, кВт/м²;

q_с — прямая солнечная радиация, кВт/м²;

Q — количество тепла, кВт;

h — высота объекта, м;

H — высота факельного ствола;

Z — расстояние от центра излучения до верха ствола, м;

при m < 0,2 рекомендуется принимать Z = 5D;

при m ³ 0,2 определяют как:

H/D ....... 20     30      35      40      60      80        100

Z/D ....... 32      37      39      40      44      47        48

a — угол отклонения пламени, tga = Vв/V;

e — коэффициент излучения пламени.

Значения qпд, принимают по-разному:

• возле основания факельного ствола — 9,4;                                                

• если не было эвакуации персонала в течение 30 с — 4,8;                               

• на ограждении установки и если не было эвакуации персонала в течение 3 мин — 2,8;     

• неограниченное пребывание персонала — 1,4.                                          

Плотность теплового потока qnопределяют высоте факельного ствола Н и расстоянии X. Высоту ствола находят при заданном расстоянии между стволом и объектом.

Если это m < 0,2

                       ƹQ

q_n=---------------------------------------------------------

          4π [(X-Zsinα)²+(H-h+Zcosα)²]

При m ³ 0,2

               ƹQ

Q_n=--------------------------

        4π[X²+(H-h+Z)²]

Чтобы обеспечить безопасность ремонта и обслуживания оголовков необходимо рассчитывать расстояние между стволами факельной установки так, чтобы плотность потока на факельном оголовке, который подвергается ремонту, не был выше допустимой нормы.

Чтобы уменьшить воздействие на сотрудников необходимо, чтобы лестницы располагались на противоположной стороне соседним факельным стволам.

Важно уделять внимание качеству материалов, которые находятся в зоне воздействия тепла. Они обязательно должны быть огнестойкими. Более того, территория вокруг зданий, оборудования и сооружения необходимо планировать дороги для транспорта и сотрудников.

Число проходов желательно чтобы было равно числу установок, каждый путь должен быть самым коротким. Для обеспечения должного уровня безопасности специалисты рекомендуют оснащать факельные установки устройством дистанционного управления и контроля, в том числе и видеонаблюдения.

При использовании факельных установок стоит руководствоваться следующими нормативами:

• ГОСТ 53681-2009. [1]                                                                     

• ФЗ 184. [2]                                                                                          

• ФЗ 116. [3]                                                                                    

Обязательно для обеспечения необходимого уровня безопасности на любой факельной установке следует учитывать в проекте установку дублирующих приборов, в том числе клапанов, датчиков и иного оборудования. Более того, важно оснащать установки блокировками контрольно-измерительных приборов.

Если факельная установка работает на значительном расстоянии от населенного пункта, то в помещении необходимо устанавливать дистанционное управление с системой контроля и сигнализации чтобы добиться следующих параметров:

• Минимальное давление топливного газа, который подают в затвор.                  

• Минимальные и максимальные уровни жидкости в сепараторе.            

• Уровень жидкости в гидрозатворе.                                                               

• Разрежение у факельного ствола.                                                               

Важно также предусматривать контроль давления по следующим местам:

• Воздуха и газа в системе зажигания и регулирования вентилей.                         

• Продувочного пара, газа, которые подходят к установке.                                        

Анализ мероприятий по обеспечению должного уровня промышленной безопасности показал, что на любой по типу факельной установке необходимо строго следить не только за качеством оборудования и его регулярным обслуживанием, но и уровнем квалификации персонала, а также допуском к оборудованию только тех, кто имеет необходимую квалификацию.

Список литературы:

• ГОСТ 53681-2009 «Нефтяная и газовая промышленность».                                                   

• ФЗ 184 «О техническом регулировании».                                                   

• ФЗ 116 «О промышленной безопасности».