Факельные установки на службе экологии

Непременной принадлежностью производственного пейзажа во многих районах размещения предприятий нефтедобычи, нефтепереработки и нефтехимии являются «лисьи хвосты» из огня и дыма – это факельные установки.
Они эксплуатируются на многих крупных предприятиях химической, нефтехимической и нефтяной отраслей промышленности и предназначены для сжигания образующихся при пуске оборудования и в процессе производства некондиционных газов, дальнейшая переработка которых невозможна или экономически невыгодна.
Сжигание сбросных газов на факельных установках позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды токсичными и горючими веществами.
Факел, обычно состоящий из несущей конструкции и поднятой на определенную высоту факельной горелки, является весьма существенным элементом оборудования нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), обеспечивающего безопасность в аварийных ситуациях.
Сложившийся в прошлом подход к реализации таких устройств, сводившийся к сооружению факельных стволов со сжиганием возможно выше от земли или к зажиганию пламени в верхней части высоко поднятой трубы, претерпел серьезные изменения, и современная факельная технология от него резко отличается. Высотный факельный ствол, обычный яркий признак НПЗ и нефтехимических заводов, является ныне одним из четырех вариантов конструктивного исполнения факелов: поднятых, закрытых, горизонтальных и котлованных. Каждый вариант предназначен для выполнения определенных требований – экологических, заводских, технологических или же обусловленных правилами техники безопасности.
В своем простейшем исполнении факел представляет собой высокопроизводительную   газовую   горелку,  работающую в широком диапазоне изменения параметров, которая обеспечивает эффективное функционирование при расходах от высоких до весьма малых.
Факелы сооружаются для обеспечения безопасности. При аварийном сбросе давления из технологического аппарата или другого производственного оборудования, осуществленном прямо в атмосферу, возможен дрейф некоторых углеводородов или паров других химических веществ с опусканием до уровня земли, где искра или другой источник может их воспламенить, что ведет к взрыву или пожару или же отравлению токсичными продуктами. При правильно сконструированной системе разгрузки давления применение поднятого или закрытого факела позволяет безопасно сжигать или удалять, тем самым, поток отходящих газов.
Факел способствует также устранению экологических проблем, связанных с выпуском углеводородов или химических веществ в атмосферу. В связи с этим факел должен обеспечивать полное сгорание, бездымность работы, широкий диапазон регулирования расхода, энергетическую эффективность и борьбу с шумом.
Поскольку аварийные ситуации обычно возникают не часто и длятся короткое время, эффективное улавливание и утилизация сбросных газов не представляется возможным. Чрезвычайно высокие расходы, проявляющиеся в ночное время ярким свечением на НПЗ или химических заводах, возникают редко и, как правило, являются кратковременными. Небольшая продувка или несущественное нарушение режима с выбросом из технологического оборудования, а также стравливание газов при проведении ремонтно-технического обслуживания ведут к незначительному расходу, составляющему лишь долю процента от общего расхода в аварийной ситуации.
Отчет по испытаниям факелов, подготовленный Агентством по охране окружающей среды США, показывает, что с помощью бездымных факелов, использующих подачу пара или вспомогательные воздуходувки, для потоков пропилена возможно достижение типовой эффективности сгорания, превышающей 99,9%.
Опыт отечественной промышленности также подтверждает улучшение экологической обстановки в районе размещения НПЗ. Примером этому является результат реконструкции факельного хозяйства ОАО «АНХК» от которого в большой степени зависит экология г. Ангарска. Раньше на территории НПЗ факел работал почти постоянно. Чтобы защитить экологию в 2003 году установили новую установку утилизации факельных газов, которая вырабатывает пар идущий на нужды производства. А недавно заработала новая газофакельная установка, которая  оснащена системой автоматического розжига, блоками бездымного и безсажевого сжигания газа, сигнализаторами для контроля загазованности воздушной среды, герметичными насосами, специальным узлом горелки. После реконструкции расход топочного газа на факел снизился более чем в 10 раз.
В большинстве конструкций бездымных факелов применяется пар (изб. давление 172-1034 кПа), подаваемый в используемый для поддержания горения воздух для создания высокой турбулентности, что обеспечивает чистое сгорание. В тех случаях, когда источник пароснабжения отсутствует, возможно применение воздуходувок, распылителей воды, электростатического заряда или конструкций с многочисленными наконечниками.
Факел полезен только в случае, если он обеспечивает устойчивое пламя в разнообразных условиях расхода сбрасываемого газа и ветровой нагрузки.
Поэтому современные факельные установки не только работают в полном соответствии с жесткими экологическими нормами при обеспечении бездымности, но и справляются со скоростями сбрасываемых газов в диапазоне от продувки (обычно 0,01 м/с) до аварийных потоков, скорости которых приближаются к звуковым (например, для природного газа они превышают 305 м/с). Коэффициент регулирования расхода факела, определяемый как отношение между максимальной скоростью и продувочной, составляет 30000 : 1. для сравнения отметим, что для обычных технологических горелок типичные коэффициенты регулирования расхода составляют 5-10. Факельные дежурные горелки зажигают сбросной газ и в неблагоприятных погодных условиях – сильный ветер со скоростью свыше 240 м/ч и дожди ураганного типа.
Озабоченность вызывает также шум, связанный с процессом горения. При работе факела выделяется очень большое количество энергии; даже при относительно низком преобразовании ее в акустическую энергию уровень шума может достигать 90-100 дБ(А). Чем лучше протекает процесс горения, тем выше уровень шума. Снижения уровня шума можно добиться тщательным регулированием процесса горения. Современные конструкции факельной установки, которые работают с пониженной турбулентностью при акустически экранированной инжекции пара, и закрытый факел с акустической оболочкой позволяют снизить уровень шума до минимума.
Таким образом, современные факельные установки являются эффективным средством обеспечения безопасности и охраны окружающей среды, при условии всестороннего учета особенностей конструктивного исполнения, монтажа и  постоянного проведения их технического обслуживания.