Queimador de gás - Gas flare

Flare stack na refinaria Shell Haven, na Inglaterra

Um flare de gás , alternativamente conhecido como flare stack, flare boom , ground flare ou flare pit, é um dispositivo de combustão de gás usado em instalações industriais, como refinarias de petróleo , fábricas de produtos químicos e plantas de processamento de gás natural . Eles também são comuns em locais de extração de petróleo ou gás com poços de petróleo , poços de gás , plataformas offshore de petróleo e gás e aterros sanitários .

Em plantas industriais, as chaminés são usadas principalmente para queimar gás inflamável liberado por válvulas de segurança durante a sobrepressão não planejada do equipamento da planta. Durante as partidas e desligamentos da planta ou parciais da planta, eles também são freqüentemente usados ​​para a combustão planejada de gases em períodos relativamente curtos.

Em locais de extração de petróleo e gás, os flares de gás são usados ​​de forma semelhante para uma variedade de inicialização, manutenção, teste, segurança e propósitos de emergência. Em uma prática conhecida como queima de produção , eles também podem ser usados ​​para descartar grandes quantidades de gás de petróleo associado indesejado , possivelmente ao longo da vida de um poço de petróleo.

Sistema de flare geral em plantas industriais

Diagrama de fluxo esquemático de um sistema de pilha de flare elevada vertical geral em uma planta industrial.

Quando os itens do equipamento da planta industrial estão sob pressão excessiva, a válvula de alívio de pressão é um dispositivo de segurança essencial que libera gases e, às vezes, líquidos automaticamente. Essas válvulas de alívio de pressão são exigidas por códigos e normas de design industrial, bem como por lei.

Os gases e líquidos liberados são encaminhados através de grandes sistemas de tubulação chamados cabeçotes de flare para um flare elevado vertical. Os gases liberados são queimados à medida que saem das chaminés. O tamanho e o brilho da chama resultante dependem da taxa de fluxo do material inflamável em joules por hora (ou btu por hora).

A maioria dos flares de plantas industriais tem um separador de vapor-líquido (também conhecido como tambor de eliminação) a montante do flare para remover qualquer grande quantidade de líquido que possa acompanhar os gases liberados.

Freqüentemente, o vapor é injetado na chama para reduzir a formação de fumaça preta. Quando muito vapor é adicionado, uma condição conhecida como "vaporização excessiva" pode ocorrer, resultando em eficiência de combustão reduzida e emissões mais altas. Para manter o sistema de flare funcional, uma pequena quantidade de gás é continuamente queimada, como uma luz piloto , de modo que o sistema esteja sempre pronto para seu propósito principal como um sistema de segurança de sobrepressão.

O diagrama de fluxo adjacente descreve os componentes típicos de um sistema de pilha de flare industrial geral:

  • Um tambor de eliminação para remover qualquer óleo ou água dos gases liberados. Pode haver vários tambores knock-out: tambores de alta pressão e de baixa pressão obtendo vazão de alívio de equipamentos de alta e baixa pressão. Um tambor de alívio de frio que é segregado do sistema de alívio úmido devido ao risco de congelamento.
  • Um tambor de vedação de água para evitar qualquer flashback da chama do topo da pilha do queimador.
  • Um sistema alternativo de recuperação de gás para uso durante partidas e paradas parciais da planta, bem como outras vezes quando necessário. O gás recuperado é encaminhado para o sistema de gás combustível de toda a planta industrial.
  • Um sistema de injeção de vapor para fornecer uma força de impulso externa usada para mistura eficiente de ar com o gás liberado, o que promove a queima sem fumaça.
  • Uma chama piloto (com seu sistema de ignição ) que queima o tempo todo de forma que está disponível para acender os gases liberados quando necessário.
  • A pilha de flare, incluindo uma seção de prevenção de flashback na parte superior da pilha.

O esquema mostra uma ponta de alargamento de tubo. A ponta do flare pode ter várias configurações:

  • um sinalizador de tubo simples
  • uma ponta sônica - pressão a montante> 5 barg
  • uma ponta de bico múltiplo, sônica ou subsônica
  • uma ponta Coanda - uma ponta perfilada que usa o efeito Coanda para inserir ar no gás para melhorar a combustão.

Altura da pilha do flare

A altura de uma pilha de flare, ou o alcance de uma lança de flare, é determinada pela radiação térmica que é permissível ou tolerável para o equipamento ou pessoal a ser exposto. Para a exposição contínua de pessoal vestindo roupas industriais apropriadas, um nível máximo de radiação de 1,58 kW / m 2 (500 Btu / hr.ft²) é recomendado. Níveis de radiação mais altos são permitidos, mas para tempos de exposição reduzidos:

  • 4,73 kW / m 2 (1500 Btu / hr.ft²) limitaria a exposição a 3 a 4 minutos
  • 6,31 kW / m 2 (2000 Btu / hr.ft²) limitaria a exposição a 30 segundos.

Sinalizadores de solo

Os flares de aterramento são projetados para ocultar a chama da vista e reduzir a radiação térmica e o ruído. Eles são compostos por uma caixa de aço ou cilindro revestido com material refratário . Eles são abertos na parte superior e têm aberturas ao redor da base para permitir a entrada do ar de combustão. Eles podem ter uma matriz de várias pontas de flare para fornecer capacidade de abertura e espalhar a chama em toda a seção transversal do flare. Eles são geralmente usados ​​em terra em áreas ambientalmente sensíveis e têm sido usados ​​no mar em instalações flutuantes de armazenamento e transferência de produção (FPSOs).

Flares de produção de petróleo bruto

Queima de gás na Dakota do Norte

Quando o petróleo bruto é extraído e produzido em poços de petróleo , o gás natural bruto associado ao petróleo também é trazido para a superfície. Especialmente em áreas do mundo sem gasodutos e outras infra-estruturas de transporte de gás, grandes quantidades desse gás associado são comumente queimadas como resíduo ou gás inutilizável. A queima de gás associado pode ocorrer no topo de uma pilha de queima vertical ou pode ocorrer em uma queima no nível do solo em um poço de terra (como na foto ao lado). De preferência, o gás associado é reinjetado no reservatório, o que o economiza para uso futuro, enquanto mantém a pressão do poço mais alta e a produtividade do petróleo bruto.

Avanços no monitoramento por satélite, juntamente com relatórios voluntários, revelaram que cerca de 150 × 10 9 metros cúbicos (5,3 × 10 12 pés cúbicos) de gás associado foram queimados globalmente a cada ano desde pelo menos meados de 1990 até 2020. Em 2011, isso foi equivalente a cerca de 25 por cento do consumo anual de gás natural nos Estados Unidos ou cerca de 30 por cento do consumo anual de gás na União Europeia . No mercado, essa quantidade de gás - a um valor nominal de $ 5,62 por 1000 pés cúbicos - valeria US $ 29,8 bilhões. Além disso, o lixo é uma fonte significativa de dióxido de carbono (CO 2 ) e outras emissões de gases de efeito estufa .

Biogas flares

Flare Stack acendendo biogás de digestores de lodo de esgoto em uma estação de tratamento de esgoto em Ontário, Canadá.

Uma importante fonte de metano antropogênico vem do tratamento e armazenamento de resíduos orgânicos , incluindo águas residuais , resíduos animais e aterros sanitários. Os flares de gás são usados ​​em qualquer processo que resulte na geração e coleta de biogás . Como resultado, os flares de gás são um componente padrão de uma instalação para controlar a produção de biogás. Eles são instalados em aterros sanitários , estação de tratamento de águas residuais e usinas de digestão anaeróbica que usam resíduos orgânicos produzidos na agricultura ou no mercado interno para produzir metano para uso como combustível ou aquecimento.

Os flares de gás em sistemas de coleta de biogás são usados ​​se as taxas de produção de gás não forem suficientes para garantir o uso em qualquer processo industrial. No entanto, em uma planta onde a taxa de produção de gás é suficiente para uso direto em um processo industrial que poderia ser classificado como parte da economia circular , e que pode incluir a geração de eletricidade , a produção de biogás de qualidade de gás natural para combustível veicular ou Para aquecimento em edifícios, secagem de Combustível Derivado de Resíduos ou tratamento de lixiviado , flares de gás são usados ​​como um sistema de backup durante o tempo de inatividade para manutenção ou quebra de equipamento de geração. Neste último caso, a geração de biogás normalmente não pode ser interrompida e um flare de gás é empregado para manter a pressão interna no processo biológico.

Existem dois tipos de flare de gás usados ​​para controlar o biogás, aberto ou fechado. Os flares abertos queimam a uma temperatura mais baixa, menos de 1000 ° C e são geralmente mais baratos do que os flares fechados que queimam a uma temperatura de combustão mais alta e geralmente são fornecidos para se conformar a um tempo de residência específico de 0,3s dentro da chaminé para garantir a destruição completa do elementos tóxicos contidos no biogás. A especificação do flare geralmente exige que os flares fechados devem operar a> 1000 ° C e <1200 ° C; isso a fim de garantir uma destruição eficiente de 98% e evitar a formação de NOx .

Efeitos adversos à saúde

Flares liberam um coquetel de produtos químicos conhecidos por serem prejudiciais à saúde humana, incluindo benzeno , partículas , óxidos de nitrogênio , metais pesados , carbono negro e monóxido de carbono . Vários desses poluentes estão relacionados ao nascimento prematuro e à redução do peso do recém- nascido . Mulheres grávidas que moram perto de poços de gás natural e petróleo em chamas tiveram uma taxa de nascimentos prematuros 50% maior. Flares podem emitir metano e outros compostos orgânicos voláteis , bem como dióxido de enxofre e outros compostos de enxofre , que são conhecidos por exacerbar a asma e outras doenças respiratórias .

Impactos ambientais

Queima de gás associado de um poço de petróleo na Nigéria.
Queima de gases de uma plataforma de petróleo no Mar do Norte.
Flare, Distrito Industrial de Bayport, Condado de Harris, Texas

O potencial de aquecimento global estimado do metano é 34 vezes maior do que o do CO 2 . Portanto, na medida em que as chamas de gás convertem metano em CO 2 antes de ser liberado na atmosfera, elas reduzem a quantidade de aquecimento global que, de outra forma, ocorreria. No entanto, as emissões da queima contribuíram para 270 Mt ( megatoneladas ) de CO 2 em 2017 e a redução das emissões da queima é fundamental para a mitigação do aquecimento global . Um número crescente de governos e indústrias se comprometeu a eliminar a queima até 2030.

Os gases nocivos adicionais emitidos pela queima podem incluir hidrocarbonetos aromáticos ( benzeno , tolueno , xilenos ) e benzo (a) pireno , que são conhecidos por serem cancerígenos. Um estudo de 2013 descobriu que as chamas de gás contribuíram com mais de 40% do carbono negro depositado no Ártico, aumentando ainda mais as taxas de derretimento de neve e gelo.

A queima pode afetar a vida selvagem, atraindo pássaros e insetos para a chama. Aproximadamente 7.500 pássaros canoros migrantes foram atraídos e mortos pelo flare no terminal de gás natural liquefeito em Saint John, New Brunswick, Canadá em 13 de setembro de 2013. Incidentes semelhantes ocorreram em flares em instalações offshore de petróleo e gás. Mariposas são conhecidas por serem atraídas por luzes. Uma brochura publicada pelo Secretariado da Convenção sobre Diversidade Biológica descrevendo a Iniciativa de Taxonomia Global descreve uma situação em que "um taxonomista que trabalhava em uma floresta tropical percebeu que uma queima de gás em uma refinaria de petróleo estava atraindo e matando centenas deles [falcão ou esfinge] mariposas. Ao longo dos meses e anos em que a refinaria operava, um grande número de mariposas deve ter morrido, sugerindo que as plantas não podiam ser polinizadas em uma grande área de floresta ".

O desastre de Bhopal exemplifica as consequências de uma falha no vazamento do gás de isocianato de metila . O gás foi liberado de um tanque sobrepressurizado para uma torre de sinalização destacada por uma válvula de segurança e inundou a área circundante.

Veja também

Referências

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Leitura adicional

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meios de comunicação

Imagens externas
Vídeo do Banco Mundial sobre como reduzir a queima