Факела газоперерабатывающих заводов ГПЗ

Факела   газоперерабатывающих заводов ГПЗ .
Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист, ООО «Нефтегазмонтаж»   
  Тел. +998 94 635 1672, е-mail: mamedov_46@mail.ru.

 
Первая часть.
 
20 февраля 2021, 15:04 Запуск факельного ствола прошел на Амурском газоперерабатывающем заводе. В ночь на 20 февраля специалисты завода заполнили газом оборудование факельной системы и разожгли горелки факела. Загорелся еще один маяк газопереработки. Амурский ГПЗ ПАО «Газпром» станет одним из крупнейших в мире предприятий по переработке природного газа мощностью 42 млрд куб. м газа в год. Товарной продукцией помимо очищенного метана, будут этан, пропан, бутан,  пентан-гексановая фракция и гелий.
Это короткое сообщение вселило в меня гордость за наших  газовиков и вызвало желание  написать о факелах подробно, все, что мне известно, все над чем мне пришлось работать, чтобы они горели всегда.
Их пять,  стройных  80 метровых стволов, высотных факелов  на тросовых  растяжках, нового Мубарекского ГПЗ. Мы, соблюдая осторожность не спуская глаз  с горящих оголовников, приближаемся к основанию стволов факелов. Вот под ногами появились осколки и ошметки сгоревших оголовников. Стоп. Дальше идти совсем опасно. Мы, итак, забрались слишком близко в зону огня этого  монстра. Мне протянули хороший бинокль. В пляшущем изображении четко виден смятый, изъеденный пламенем оголовник. Пламя с гулом вырывалось через отверстия в нем. Чувствовался жар горящего газа, сильный запах серы, немного кружилась голова. Дымное, зловещее полотнище, язык его, смещенный ветром, достигал метров двадцати. Надо было уходить. Наш сопровождающий  жестом дал сигнал к отходу и сам пошел назад, на завод. Так состоялось мое знакомство с факелами.
При взлете самолета неожиданно слева открылись зловеще горящие в темноте все факела, провожая нас домой, к новой работе.
Между пусками двух ГПЗ, Мубарекским и Амурский ГПЗ почти  четверть века.
Амурский ГПЗ  – это уникальное предприятие, которое открывает новый период в истории газовой отрасли, а также знаменует собой новый этап развития мирового рынка гелия, солнечного газа. Запланированное производство гелия будет самым большим в мире. Здесь будут жить, и работать лучшие специалисты своего профиля. Разве это не прорыв?
В Республике Узбекистан широко развита газопереработка, имеются несколько основных газоперерабатывающих комплекса: Мубарекский газоперерабатывающий завод, газоочистительные установки предприятия «Шуртаннефтегаз», Кандымский газоперерабатывающий завод  Шуртанский газохимический комплекс и Устюрский газохимический комплекс. объем переработки газа – 4 млрд. куб. м, выход товарного газа – 3,2 млрд. куб. м, производство полиэтилена – 362 тыс. т/год, полипропилена – 83 тыс. т/год
Кандымский газоперерабатывающий комплекс, Uzbekistan GTL. Это очень высокотехнологичные производства, автоматизированные, компьютеризированные, с молодыми специалистами. Это гордость страны. Вскоре к ним примкнет Uzbekistan GTL — строящийся, на юго-западе Узбекистана в Кашкадарьинской области, завод по производству синтетического жидкого топлива. производство из газа 672 В тыс. т/год дизельного топлива, 278 тыс. т авиакеросина, 361 тыс. т нафты и 63 тыс. т СУГ. Он пока единственный в своем роде среди стран нового Союза - ЕАЭС.
В результате многих технологических процессов на этих производствах образовываются отработанные газы, которые нельзя просто сбросить в атмосферу из-за высокого содержания вредных для экологии химических веществ.
Чтобы процесс утилизации отработанных газов проходил безопасно, на объектах используются факельные установки, в которых происходит полное сгорание.
Теперь подробнее о самих факелах.
В зависимости от объекта эксплуатации газы могут сжигаться постоянно, или аварийно.
 Факельные установки - это системы, которые используются на нефтегазоперерабатывающих предприятиях для бездымного сжигания отработанных газов и паров. Исходя из того, что на факельных установках сжигаются большие объемы токсичных и пожаровзрывоопасных газов, необходимо со всей серьезностью относиться к обеспечению безопасной эксплуатации факельных систем.
Практически на каждом нефтяном месторождении днем и ночью горит факел, а то и несколько - так сжигается попутный нефтяной газ. Факела горят и при очистки газа от конденсата на УКПГ. Факельная установка – эта установка, которая используется для утилизации газов или горючих паров. Кроме того, она применяется для сброса и сжигания углеводородов, которые получаются при нарушениях в технологическом режиме. Эти нарушения могут быть связаны с отказами в электроснабжении, при пожаре или неисправности оборудования на заводе.
 Зачем же его сжигают и неужели не существует другого способа избавиться от него? Конечно же, существуют и другие способы избавиться от этого газа - но все они слишком затратные. Ведь сам по себе этот попутный газ, который выделяется из недр земли при бурении не является ценным продуктом. Оттого он и называется "попутным", ведь главной в таких случаях является нефть, а газ по сути - бесплатное приложение. Вот и стремятся различные компании поскорее от такого "бесплатного приложения" избавиться, и простой способ - попросту сжечь этот попутный нефтяной газ.  Эти газы обладают значительным запасом энергии, которая беспо¬лезно теряется при сжигании на факеле. Ежегодное сжигание на нефтеперерабатывающих заводах нескольких тысяч тонн газа на факелах, когда изыскивают пути экономии топлива, недопустимо. Кроме того, необходимо максимально снижать загрязненность воздуха.
 Мы рассмотрим вопрос о том, как можно максимально уст¬ранить неприятные явления, создать безопасные условия, связанные с наличием факела на производстве. Нет сомнения, что факел, безусловно, необходим для завода. В определенных условиях всегда получаются некоторые количе¬ства газов, которые приходится отводить и для обеспечения безопасности сжигать.
Можно использовать факелы двух типов — высотные и на¬земные.
Первые факелы обычно имеют высоту 50—80 м и требуют свободной от застройки зоны диаметром 60—100 м. Сжигание при добавлении водяного пара практически можно проводить без дыма. Преимущество высотных факелов состоит в том, что они дают возможность безопасно сбрасывать сероводород и в случае прекращения горения факела.
Преимуществом наземных свечей является отсутствие (при нормальной работе) видимого пламени. Путем разделения пламени на ряд мелких горелок и подаче пара на факелах этого типа удается обеспечить практически бездымное сгора¬ние. Крупным недостатком наземного факела является то, что при неполадках на заводе могут образоваться большие обла¬ка дыма и несгоревшего сероводорода, которые представляют большие неудобства и опасность для населения. Горизонтальная наземная  факельная установка (ГФУ) предназначена для сжигания (термической нейтрализации) промышленных стоков на установках комплексной подготовки газа (УКПГ), продувочных газов скважины одновременно с жидкими выбросами, входящими в состав продувочных газов (остатки бурового раствора и промывочной жидкости, пластовая вода, углеводородный конденсат и др.).
Факельное горелочное устройство ГФУ состоит из трубопровода подачи газа, трубопровода подачи промстоков, рамы, тела Коанда и запальной горелки. Через фланцы устройство ГФУ присоединяется сваркой к наружным трубопроводам подачи газа и промстоков.
 В конечном итоге, сохранение окружающей среды - это улучшение качества жизни. В этой связи исследования вышеуказанной проблемы и поиск способов утилизации факельных газов является актуальной проблемой требующей безотлагательного решения.
Поэтому часто предпочитают высотные факелы и далее мы будем рассматривать только их.
Несмотря ня относительную простоту факельных установок, возможность аварии на них более 'вероятна, чем на технологическом оборудовании. Это обусловлено главным образом тем, что через открытый конец факельной трубы может попасть воздух, который приведет к образованию взрывоопасной смеси в факельной системе.
Высотные факельные установки можно разделить на средние
(4-25 м) и высокие (более  25 м). В некоторых факельных установках высота факельной трубы составляет 80-120 м. Мне приходилось  с ними иметь дело. !20 метровые факела большого диаметра настоящие исполины.
Поступающие в окружающую среду продукты сгорания газа представляют собой потенциальную угрозу нормальному функционированию человеческого организма на физиологическом уровне. Степень изученности проблемы, анализ и оценка отечественных и зарубежных литературных источников, патентной информации свидетельствует о том, что исследования и практические разработки, посвященные утилизацию факельных газов далеки от совершенства. Кроме того, существующие рекомендации, не обеспечивают рациональной решение проблемы.
Известно также, что легкие газообразные углеводороды при окислении образуют смесь кислородсодержащих соединений, т.е. оксигенатов, которые могут быть компонентом топлив или октаноповышающей добавкой к бензину. Решение этих задач должно способствовать утилизацию огромного количества сжигаемого углеводородного газа, оздоровлению окружающей среды.
Применяются еще свеча рассеивания (продувочная) или свеча факельная. В общем, свеча рассеивания (СР) - это установка, которая предназначена для утилизации аварийных сбросов газов и паров путем рассеивания. Площадь проходного сечения задвижек для аварийного сброса с ручным или дистанционным включением привода должна соответствовать пропускной способности факельного коллектора на выходе с установки. Свеча рассеивания применяется при утилизации сбросов газов и паров от предохранительных клапанов, установленных на сосудах и аппаратах, работающих со средами, не относящимися к взрывоопасным и вредным веществам, а также при сбросе легких газов (метана, природного газа и водородсодержащего газа с  отношением плотности газа к плотности воздуха не более 0,8). Параметры изготавливаемых свечей рассеивания определяются видом и количеством сбросов, давлением, классом опасности, категорией и группой среды, а также местом установки и температурой эксплуатации. Опорная конструкция свечи рассеивания может быть изготовлена на растяжках, самонесущая и башенного типа. Описываемая свеча служит для периодического опорожнения всей системы трубопроводов и внутренних полостей аппаратов при возникших вышеуказанных ситуациях в высоком темпе. Пропускная способность системы сброса рассчитана на сумму постоянных сбросов от всех подключенных технологических блоков. Высота свечи расчетная и  обеспечивает своевременное рассеивание стравливаемого газа в воздухе, не вызывая взрывов или опасности отравления и зависит от величины и темпов сброса, плотности сбрасываемого газа, токсичности, взрывоопасности в смеси с воздухом и расстояния от действующего объекта.
 Подробности в статье  на портале i-mach «Система аварийного сброса газа на газоперерабатывающем заводе.»
На Мубарекском ГПЗ, мне  дали задание найти и  разработать  технологию быстрого, безопасного способа смены сгоревшего оголовника факелов  Мубарекского ГПЗ. Поэтому мое знакомство с факелами не прошло впустую, учитывая уже то, что я успешно провел поиск и нашел способ дистанционного розжига факелов. Для того периода,  для 1987 года это было в новинку.
Я решил проблему смены сгоревшего оголовника факелов  путем создания ствола с шарниром, с помощью которого  осуществлялся поворот, в случае необходимости, подъема и опускании его для замены оголовника. Весь процесс мною заимствован от способа подъема поворотом  радиомачт, он описан кратко ниже в разделе «Монтаж факельных стволов». Мне пришлось только разработать все в деталях, рассчитать усилия, подобрать тросовую оснастку и механизмы, разработать проект производства работ и смету. Факелами завода занималась Ленинградская организация «ЦНИИПроектстальконстукция, необходимо было получить согласования на доработку ствола, ввести шарнир в основание 80 метрового исполина  и согласовать подъем поворотом вокруг шарнира. Мне пришлось ехать к конструкторам ,и опираясь на протокольные  решения   совместного заседания ВПО «Газпрома»,  и Мубарекского ГПЗ  и  убеждать в правомочности своего решения. На помощь мне неожиданно пришли специалисты занимающие подъемом телевизионных выщек и других высотных сооружений, которых привлекли для консультации  специалисты «ЦНИИПроектстальконстукция. Они оценили положительно  мои технические предложения.  Быстро, в течении 2-х часов, я получил с их помощью официальное «добро» на подъем и опускание ствола. Они внесли в  мой проект кое-какие незачитеьные добавления, учитывающие нагрузки от ветра во время подъема и мы проработали с ними проект производства работ в деталях. На высоте, начиная с 20 метров случаются ветер, даже при полном безветрии внизу. Вот так, начиная с этой с интересной работы, я начал конструировать и ремонтировать факельные установки для газовиков, набирая опыт..
Пожалуй, на одном эпизоде я остановлюсь, мне н очень дорог. На одном из заводов сложилась непростая ситуация, трещины на факельной трубе на высоте 21 метр. Никто не знает, что делать, не разбирать же все 80 метров трубы, там масса проводов, датчики, КиПовская часть. Это длительная остановка завода, миллионные убытки. Дело обстояло так, на новейшем  химическом заводе, где все процессы автоматизированы, на вспомогательном факеле  для сжигания сероводорода высокой концентрации, который смонтирован на основной факельной трубе, образовались трещины. По стволу факела диаметром 500 мм , на высоту 80 метров, производилось сбрасывание  на сжигание кислого концентрированного  кислого газа, насыщенного сероводородом. Трещины, выявленные в большом количестве, в наклонном участке трубы  грозили обрушению факела и загазованности территории завода ядовитым газом. В случае обрушения конструкции, учитывая  местонахождение факела в зоне завода, грозило  вызывать  очень серьезные последствия, провоцируя   разрушения коммуникаций, пожара  и останова всего завода. Основной Факел представлял собой ствол диаметром 1200 мм. 2 пояса тросовых оттяжек обеспечивали устойчивость мощного сооружения. Ствол с кислыми газами диаметром 530 мм  опирался на фланец вертикального сепаратора, образуя фланцевое соединение. К основному стволу, ствол с кислыми газами крепился с помощью специальных скользящих опор с шагом  6 метров. Высота обоих факелов была 80 метров. Факельный ствол кислых газов, с отметки 21 метр до верхней отметки представлял собой  вертикальный участок. До отметки  21 метр, ствол факела  имел наклонный участок,  изменяя вертикальное направление и опирался  на фланцевое соединение сепаратора. Оба ствола факела имели современное оснащение  по  автоматическому розжигу и  поддержанию горения  пламени, всевозможные датчики слежения за горением, температуры и давления. Наработанные навыки пригодились мне при разрешении аварийной ситуации на этом ведущем предприятии отрасли.
Мои поиски и рассуждения привели меня к следующему.  Так как вертикальная часть трубопровода факела имеет высоту 80 метров и всем весом опирается на наклонную трубу- ее необходимо было вначале разгрузить установкой дополнительной опоры. Это вытекало само из увиденного. Тогда я принял решение, которое заключалось в следующем. Под стойку  подводился гидродомкрат, проградуированный в тоннах. Необходимо было освободить факельный ствол от нижнего крепления и приподнять его, оторвать его от его опоры на самую незначительную величину. И после этого подвести дополнительную опору и зафиксировать ее. Но как сделать это без остановки сброса сероводорода на факел? 
В рассказе«Негаснущие  огни Бактрии»,, опубликованного на сайте «проза. ру», все подробно изложено. Читайте.
Теперь о статье. Я разделил материал  на две части. Первую часть, обзорную,  я планирую опубликовать на сайте «проза. ру».
Во второй части,  приведены сведения для детального знакомства специалистов занятых проектированием, с устройством  факельных установок. Подробно рассмотрены конструкции, техническое оснащение  установок, монтаж и эксплуатация. Вторая часть предназначается только для узких специалистов и она интересна конструкторам и проектировщикам,преподавтелям.
Отправлю на ваш адрес, при заказе, незамедлительно. Тел. +998 94 635 1672, е-mail: mamedov_46@mail.ru.

(Продолжение следуют)