Consideraciones de clima frío para operaciones con antorchas

Antorcha asistida por vapor

QS La punta de antorcha estilo QS utiliza un solo anillo de inyectores de vapor alrededor del perímetro de descarga de la punta. A tasas de flujo de vapor bajas, el clima frío aumentará la cantidad de energía térmica perdida del vapor a medida que viaja hacia la punta de la antorcha. Esta pérdida de calor puede causar condensación dentro de la tubería y reducir significativamente la temperatura del vapor que se descarga desde la punta, aumentando su propensión a congelarse después de descargar de las boquillas de vapor. Se requiere lo siguiente durante la instalación de la punta de abocarda:

• Instale trampas de vapor aguas abajo de la válvula de control en todos los puntos bajos. Se debe tener especial consideración al diseñar un sistema de atrapamiento de condensado aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha. La presión aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha puede variar desde la presión de diseño hasta la atmosférica. Las trampas de vapor y el sistema de manejo de condensado deben estar diseñados para acomodar esta amplia gama de presiones de línea.
• Aísle la tubería de vapor desde la válvula de control hasta la punta de la antorcha. El aislamiento de la tubería de vapor debe ser suficiente para garantizar que el vapor de alta calidad llegue a la punta de la antorcha cuando el flujo de vapor esté a la tasa mínima y a la temperatura ambiente mínima.

Otras acciones preventivas y reactivas que se pueden tomar incluyen: 

• Aísle la tubería de vapor en la punta de la antorcha. Esto se refiere solo a la parte vertical de la tubería de vapor de la punta de la antorcha. Debido al impacto de la llama, aislar el colector circular no es práctico.
• Ubique la válvula de control de vapor lo más cerca posible de la antorcha. Al minimizar la distancia entre la válvula de control y la punta de la antorcha, se minimiza la cantidad de pérdida de calor del vapor después de la reducción de presión final.
• Aumente el caudal de vapor a la antorcha. El aumento del flujo de vapor a la antorcha aumentará la temperatura del vapor que se descarga de los inyectores de vapor. Nota: el aumento del flujo de vapor puede requerir el uso o aumento de gas suplementario para mantenerse dentro de los requisitos reglamentarios.
• Haga fluir un gas calentado no condensable, como aire o nitrógeno, a través de los inyectores de vapor en lugar de vapor durante condiciones frías.

Vapor central El

vapor central es vapor que se inyecta en el cuerpo de una punta de antorcha. Este estilo de inyección de vapor puede estar presente en muchos estilos de antorcha asistida por vapor. Su propósito es evitar que se queme dentro de la punta de la antorcha al evitar que el aire se infiltre en la punta. A bajas tasas de flujo de combustible, el clima frío puede hacer que el vapor central se condense y forme hielo en el interior de la punta de la antorcha o la pila. A medida que se acumula hielo, se reduce el área de salida disponible para la descarga de gases. En tal situación, existe la posibilidad de que la punta de la antorcha o la pila queden completamente bloqueadas por el hielo, lo que pone a todas las unidades de proceso que descargan en la antorcha en riesgo de sobrepresión. Incluso el bloqueo parcial de la punta
de la antorcha puede reducir la capacidad hidráulica de la antorcha y provocar una sobrepresión durante un evento de antorcha importante. Se requiere lo siguiente durante la instalación de la punta de abocarda:

• Instale trampas de vapor aguas abajo de la válvula de control en todos los puntos bajos. Se debe tener especial consideración al diseñar un sistema de atrapamiento de condensado aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha. La presión aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha puede variar desde la presión de diseño hasta la atmosférica. Las trampas de vapor y el sistema de manejo de condensado deben estar diseñados para acomodar esta amplia gama de presiones de línea.

• Aísle la tubería de vapor desde la válvula de control hasta la punta de la antorcha. El aislamiento de la tubería de vapor debe ser suficiente para garantizar que el vapor de alta calidad llegue a la punta de antorcha cuando el flujo de vapor esté en la tasa mínima y la temperatura ambiente mínima.

Otras acciones preventivas y reactivas que se pueden tomar incluyen:

• Ubique la válvula de control de vapor lo más cerca posible de la antorcha. Al minimizar la distancia entre la válvula de control y la punta de la antorcha, se minimiza la cantidad de pérdida de calor del vapor después de la reducción final de la presión.
• Durante los períodos de clima frío, el vapor central se puede apagar. Si la combustión interna es una preocupación durante estos períodos, la cantidad de gas de purga se puede aumentar hasta el punto en que la llama sea externa a la punta de la antorcha.
• Haga fluir un gas calentado no condensable que no contenga oxígeno, como nitrógeno, a través de los inyectores de vapor centrales en lugar de vapor durante condiciones frías.

antorcha de estilo SA/QS

y HSA utilizan un anillo superior de inyectores de vapor alrededor del perímetro de descarga de la punta, así como un anillo inferior de inyectores de vapor que descargan en tubos que penetran dentro del cuerpo de la punta de la antorcha. El anillo superior de los inyectores debe tratarse de la misma manera que las antorchas asistidas por vapor estilo QS mencionadas anteriormente. El anillo inferior de los inyectores suele suministrarse con un silenciador que incluye un suelo y desagües. A tasas de flujo de vapor bajas, el clima frío aumentará la cantidad de energía térmica perdida del vapor a medida que viaja hacia la punta de la antorcha. Esta pérdida de calor puede causar condensación dentro de la tubería y reducir significativamente la temperatura del vapor que se descarga desde la punta, aumentando su propensión a congelarse después de descargar de las boquillas de vapor. Se requiere lo siguiente durante la instalación de la punta de antorcha:

• Instale trampas de vapor aguas abajo de las válvulas de control en todos los puntos bajos. Se debe tener especial consideración al diseñar un sistema de atrapamiento de condensado aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha. La presión aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha puede variar desde la presión de diseño hasta la atmosférica. Las trampas de vapor y el sistema de manejo de condensado deben estar diseñados para acomodar esta amplia gama de presiones de línea.
• Aísle la tubería de vapor desde la válvula de control hasta la punta de la antorcha. El aislamiento de la tubería de vapor debe ser suficiente para garantizar que el vapor de alta calidad llegue a la punta de la antorcha cuando el flujo de vapor esté a la tasa mínima y a la temperatura ambiente mínima.
• Instala las líneas de drenaje del silenciador.
• Aísle y tracee con calor la línea de drenaje del silenciador hasta el punto de conexión al piso del silenciador, incluido. Si el desagüe del silenciador se congelara, el líquido podría acumularse en el piso del silenciador. Este líquido podría congelarse y desbordarse para formar grandes formaciones de hielo en el costado de la punta de la antorcha y la pila.

Otras acciones preventivas y reactivas que se pueden tomar incluyen:

• Tracee y aísle la superficie externa del piso del silenciador. Si la lluvia helada o las fuertes nevadas son comunes, el aislamiento y el rastreo de calor en la parte inferior del piso del silenciador pueden ayudar a reducir la acumulación de nieve y hielo.
• Aislamiento de la tubería de vapor QS en la punta de la antorcha. Esto puede incluir solo la parte vertical de la tubería QS de la punta de la antorcha o también puede incluir el colector circular QS. John Zink no recomienda que se aísle el colector del anillo inferior. Este colector generalmente se encuentra muy cerca de la parte inferior del silenciador. Proporciona una fuente de calor que ayuda a mantener el piso del silenciador libre de hielo.
• Ubique la válvula de control de vapor lo más cerca posible de la antorcha. Al minimizar la distancia entre la válvula de control y la punta de la antorcha, se minimiza la cantidad de pérdida de calor del vapor después de la reducción de presión final.
• Aumento el caudal de vapor a la antorcha. El aumento del flujo de vapor a la antorcha aumentará la temperatura del vapor que se descarga de los inyectores de vapor.
• Haga fluir un gas calentado no condensable, como aire o nitrógeno, a través de los inyectores de vapor en lugar de vapor durante condiciones frías.

La antorcha

de estilo La antorcha de estilo XP utiliza uno o más colectores de vapor para inyectar vapor en la base de uno o más módulos. La punta de bengala XP tiene dos variantes principales: clima cálido y clima frío. Aquí solo se aborda la variante de clima frío. El XP tiene un drenaje de punta que elimina cualquier líquido que se acumule dentro del cuerpo de la punta de la bengala. La punta también tiene una bandeja de recogida de condensado colocada debajo de los inyectores de vapor para recoger el condensado que puede gotear de los módulos XP. En condiciones frías, se puede formar hielo a partir del agua que gotea de la parte inferior de los módulos XP. Además, el vapor puede llegar al cuerpo de la punta de la antorcha, donde puede condensarse y formar hielo. Se requiere lo siguiente durante la instalación de la punta de la

• antorcha:Aísle y tracee con calor la parte inferior del cuerpo de la antorcha. Esto evitará la formación de hielo dentro de la punta de la bengala.
• Instale la línea de drenaje de punta abocinada.
• Si eldesagüe se congelara, el líquido se acumularía en el cuerpo de la antorcha y eventualmente fluiría por la pila de antorchas. El líquido que fluye por la pila de antorchas podría congelarse y eventualmente taponar la pila de antorchas.
• Aísle y califique la parte inferior de la bandeja de captura, lo que asegurará que la bandeja de captura no se convierta en un punto de anclaje para la formación de hielo debido al condensado que gotea de los módulos XP.
• Instala la línea de drenaje de la bandeja de captura.
• Aísle y califique el desagüe de la bandeja de recogida. Si el desagüe se congelara, el líquido desbordaría la bandeja de recogida. El líquido que cae podría ser arrastrado por el viento a otras secciones de la estructura de la llamarada y formar hielo.
• Instale trampas de vapor aguas abajo de la válvula de control en todos los puntos bajos. Se debe tener especial consideración al diseñar un sistema de atrapamiento de condensado aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha. La presión aguas abajo de una válvula de control de vapor de antorcha puede variar desde la presión de diseño hasta la atmosférica. Las trampas de vapor y el sistema de manejo de condensado deben estar diseñados para acomodar esta amplia gama de presiones de línea.
• Aísle la tubería de vapor desde la válvula de control hasta la punta de la antorcha. El aislamiento de la tubería de vapor debe ser suficiente para garantizar que el vapor de alta calidad llegue a la punta de la antorcha cuando el flujo de vapor esté a la tasa mínima y a la temperatura ambiente mínima.

Otras acciones preventivas y reactivas que se pueden tomar incluyen:

• Aísle la tubería de vapor en la punta de la antorcha. Esto puede incluir tanto la parte vertical de la tubería de vapor de la punta de la antorcha como el colector circular.
• Al minimizar la distancia entre la válvula de control y la punta de la antorcha, se minimiza la pérdida de calor del vapor después de la reducción final de la presión.
• Aumente el caudal de vapor a la antorcha. Al aumentar el flujo de vapor a la antorcha, aumentará la temperatura del vapor que se descarga de los inyectores de vapor.
• Haga fluir un gas no condensable calentado, como aire o nitrógeno, a través de los inyectores de vapor en lugar de vapor.

Una nota sobre las formaciones de hielo en las estructuras de bengala: una vez que se forma hielo en una estructura, la mayoría de los operadores intentan rectificar la causa de la formación, pero deben esperar a que cambien las condiciones ambientales para que el hielo se derrita de forma natural. Un operador ha utilizado una boquilla de pulverización fijada a la parte superior de una grúa para rociar un fluido descongelante de aviación ambientalmente aceptable para derretir el hielo de su estructura. Aumentar el tamaño de la llama de la llamarada y la radiación asociada de la llama podría ser beneficioso dependiendo de la ubicación de la formación de hielo.

Un sello

molecular (moleseal) es un dispositivo de reducción de purga que hace que el gas residual realice dos cambios de dirección de 180°. Está equipado con un desagüe para eliminar cualquier líquido que se acumule en la parte inferior del topo. Los líquidos, especialmente el agua, pueden ingresar al sello molecular por cualquiera de varias fuentes, que incluyen: lluvia, nevadas, rociado de condensado del anillo superior, condensación de vapor central, arrastre de sello  líquido y condensación de gases residuales. Es necesario un drenaje confiable de dicho líquido para evitar la congelación, el cierre del topo y, por lo tanto, la pila de antorchas. Se requiere lo siguiente durante la instalación del moleseal:

• Aísle y califique la línea de drenaje del moleseal desde el moleseal (incluida la conexión de la línea de drenaje) hasta el alcantarillado o el tambor de antorcha. (Nota: la conexión de la línea de drenaje del moleseal a un tambor requiere que la conexión del tambor esté lo suficientemente por debajo del nivel del líquido del tambor para evitar que el gas de ventilación pase alrededor del moleseal). Si el drenaje del topo se congelara, el líquido podría acumularse en el mismo. Este líquido podría aumentar en gran medida la pérdida de presión a través del topo y posiblemente aumentar la contrapresión en el cabezal de antorcha por encima del límite de diseño. El líquido estancado dentro del topo podría congelarse y bloquear totalmente el flujo de gases residuales.

Otras acciones preventivas y reactivas que se pueden tomar incluyen:

• Aísle y tracee con calor la placa inferior del sello de topo junto con el cañón exterior desde la parte inferior hasta el orificio manual de inspección.
• Inyecte un líquido de deshielo ambientalmente aceptable a través de la línea de drenaje de moleseal. Se debe tener cuidado con esta opción para evitar llenar el sello de topo con líquido hasta el punto de que pueda obstruir el flujo de gases residuales.
• Inyecte un líquido de deshielo ambientalmente aceptable a través de la línea de vapor central. 

Pilotos

Un piloto es un dispositivo que proporciona una llama continua como fuente de ignición para la punta de la bengala. El piloto también mejora la estabilidad de la llama principal. Los pilotos son fundamentales para el funcionamiento seguro de la bengala. Si bien la mayoría de los pilotos operan bien en climas fríos, existen ciertas condiciones atmosféricas y escenarios operativos que pueden hacer que un piloto se vea afectado negativamente por el frío. 

escarcha es un tipo de escarcha que se puede formar en objetos que son más fríos que el aire circundante. El mezclador venturi del piloto puede enfriarse más que el aire circundante debido a la caída de presión experimentada dentro del mezclador. La escarcha generalmente se forma cuando las temperaturas ambientales están cerca del punto de congelación y la humedad es alta. En tales condiciones, la escarcha puede acumularse en el mezclador piloto y degradar la estabilidad del piloto, lo que permite extinguirlo fácilmente. Si un lugar es propenso a la formación de escarcha, se pueden tomar las siguientes medidas preventivas:

• Utilice pilotos equipados con calentadores antiescarcha. John Zink suministra pilotos que tienen calentadores especiales unidos al mezclador venturi. Durante las condiciones en las que se puede formar escarcha, estos calentadores suministran suficiente calor para evitar la formación de escarcha.
• John Zink puede suministrar un "Arctic Pilot" que recicla algunos de los productos de combustión del piloto para evitar que el orificio de combustible o venturi se congele.

La combustión de gas combustible genera agua como producto de la combustión. Para los pilotos equipados con generadores frontales de llama, parte de esta agua se condensará en la campana de encendido del piloto y en la propia línea de encendido. Por lo general, el agua se acumula en la línea de encendido durante el funcionamiento normal del piloto durante todo el año. En climas fríos, esta agua se congelará y bloqueará la línea de encendido, impidiendo el uso del generador de frente de llama. Se pueden tomar las siguientes medidas preventivas:

• Inyecte una pequeña cantidad de aire seco del instrumento en cada línea de encendido piloto. Por lo general, 35 SCFH por línea de encendido es suficiente para evitar que el vapor de agua migre por la línea de encendido y se condense.

El contenido de humedad del gas combustible puede variar de cero a significativo. En condiciones frías, el gas combustible húmedo puede hacer que el orificio de combustible se obstruya debido a la formación de hielo en el orificio. Una vez que esto ha ocurrido, se vuelve muy difícil derretir este hielo y volver a abrir el orificio. Medidas preventivas que se pueden tomar:

• Asegúrese de que el suministro de gas combustible piloto esté seco con un punto de rocío muy por debajo de la temperatura ambiente mínima posible en esa región.
• John Zink puede suministrar un "Arctic Pilot" que recicla algunos de los productos de combustión del piloto para evitar que el orificio de combustible o venturi se congele.

Otras acciones reactivas que se pueden tomar después de que los orificios se hayan cerrado parcialmente debido a la formación de hielo:

• Si el orificio está restringido, pero aún fluye cierta cantidad de combustible, un fluido que puede derretir el hielo puede enviarse a través del sistema de suministro de combustible. Este acercamiento hará que los pilotos se extingan. Una posible opción de líquido es el alcohol o cualquier otro líquido descongelante. Una vez que se limpian los orificios del piloto, la tubería se drena y luego los pilotos se vuelven a encender. No se puede confiar en el calor sensible del fluido de deshielo porque el bajo caudal a través de la tubería hará que el fluido se descargue casi a temperatura ambiente. En consecuencia, no se recomienda el vapor como fluido para este servicio.

Otras acciones reactivas que se pueden tomar después de que los orificios se hayan taponado por completo debido a la formación de hielo

• : Si la llama principal está presente, el flujo de desechos a la antorcha puede aumentar hasta el punto de que la radiación de la llama principal ingresa suficiente calor en el conjunto piloto para hacer que el hielo se derrita. Esta técnica solo puede ser viable en los pilotos ubicados en el lado de sotavento de la pila.
• Si la llama principal no está presente, se deben emplear medios alternativos de ignición de la llama principal. Algunas opciones incluyen: enviar bolas de fuego a través de un generador de frente de llamas, flechas en llamas y cartuchos de escopeta incendiarios.
• Si la antorcha se puede cerrar, el hielo se puede derretir directamente mediante la aplicación de calor, como un soplete de propano o una pistola de aire caliente.

Sellos líquidos

Un sello líquido es un dispositivo que obliga a los gases residuales a burbujear a través de una cierta altura de líquido (generalmente agua) antes de ingresar a la chimenea de antorcha. Esto permite mantener una presión positiva en el cabezal de abocardado. El líquido es inherente al diseño del sello de líquido y no se puede evitar. La prevención de la congelación es necesaria para evitar el bloqueo del sistema de antorcha. Las siguientes son acciones preventivas que se pueden tomar:

• Aísle la parte del tambor de sellado líquido que estará en contacto con el agua.
• Incluya en el diseño del tambor, un medio para agregar calor suplementario al agua, esto podría ser una bobina de vapor externa del tambor, una bobina de vapor interna del tambor, un rastreo de calor externo del tambor, un calentador eléctrico insertado en el tambor o un rociador de vapor para inyectar vapor directamente en el líquido.
• Agregue un compuesto anticongelante no inflamable al agua. Se debe tener cuidado de que dichos aditivos no cambien significativamente la gravedad específica del líquido, o si se realiza un cambio significativo en la densidad, los niveles de funcionamiento del líquido se ajustan en consecuencia. Otra preocupación con cualquier aditivo es su efecto sobre la tensión superficial y la viscosidad. La tensión superficial y la viscosidad influyen en la formación de burbujas y, por lo tanto, pueden tener un efecto significativo en el rendimiento del sellado líquido.
• Aísle y tracee con calor la tubería del skimmer (también llamada desbordamiento) junto con el sello de bucle asociado desde el tambor hasta el alcantarillado. El skimmer se utiliza para eliminar los hidrocarburos líquidos que se pueden acumular en la parte superior del agua. Algunos operadores introducen un goteo continuo de agua en su sello líquido, del cual el exceso sale a través de la tubería del skimmer. Si esta tubería se obstruye, el sello líquido puede llenarse en exceso. Si no se eliminan los hidrocarburos líquidos, durante las liberaciones de alto volumen, el hidrocarburo puede llevarse a cabo en la punta de la antorcha y dar lugar a una lluvia ardiente.

Una nota sobre los drenajes : el funcionamiento adecuado del drenaje es fundamental para un funcionamiento seguro de la antorcha, especialmente en condiciones de congelación. Los desagües deben revisarse periódicamente para garantizar un funcionamiento fluido. Si el flujo de un drenaje disminuye significativamente de su caudal normal, investigue, ya que esto podría indicar una obstrucción en la línea de drenaje o en el equipo que alimenta la línea de drenaje.

Vapor de agua contenido en el gas de antorcha: una de las principales preocupaciones con el agua congelada es la posibilidad de bloquear parcial o totalmente la chimenea / elevador de antorcha. Las fuentes potenciales de vapor de agua incluyen el gas húmedo de la planta, el agua que queda en el fondo de un tambor de extracción (se evapora en el gas de antorcha) y un tambor de sellado lleno de agua. Esta preocupación se aplica a cualquier tipo de llamarada elevada. Ha habido al menos un ejemplo de una pila asistida por aire en Canadá que tenía la pila de antorcha de 24" taponada y sellada con hielo de agua evaporada.

Una posible mitigación para esto sería instalar una boquilla cerca de la parte superior de la pila (debajo de la punta). La tubería de la pila suministraría metanol a la boquilla. Una boquilla rociadora dirigiría el alcohol a las paredes de la pila. El propósito sería rociar metanol en las superficies internas de la pila durante condiciones de clima frío de forma periódica. El metanol derretirá el hielo y ayudará a evitar la acumulación de hielo en las paredes de la pila. Tenga en cuenta que el uso de una boquilla de vapor central (si existe una) puede lograr lo mismo: bloquear el vapor, llenar la línea con metanol, hacer fluir el metanol en la punta / pila, drenar la línea y volver a poner el vapor en servicio.

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El clima frío trae desafíos únicos, pero con la experiencia y las soluciones adecuadas, puede mantener sus operaciones funcionando de manera segura y eficiente. John Zink ofrece décadas de experiencia en combustión y control de emisiones, proporcionando la tecnología y el apoyo necesarios para mitigar los riesgos del clima frío. Desde soluciones personalizadas hasta servicio continuo, estamos aquí para ayudarlo a navegar por las condiciones más difíciles.

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