Mezclar corrientes de alta y baja presión o composiciones de gases ricos y pobres obliga a compromisos de diseño que pueden provocar puntas de flama sobredimensionadas, combustión inestable y mayores costes de servicios. En algunos casos, los compromisos resultan en la expulsión de gases no quemados, humo no intencionado o incluso llamas visibles, problemas que ponen en peligro el cumplimiento normativo y la seguridad del personal.

Este artículo explora los fundamentos del diseño de llamaradas, los riesgos de la consolidación de cabeceras y cómo un análisis del coste total de propiedad (TCO) puede guiar decisiones más inteligentes sobre sistemas de amancheadas.

Fundamentos del diseño de la llama

Las llamaradas deben ser robustas, fiables y capaces de manejar grandes variaciones en las propiedades de los gases residuales. Tres requisitos principales impulsan el diseño de la antorcha:

  1. Capacidad hidráulica
    • La antorchadura debe tener suficiente capacidad para aliviar los flujos de la planta sin sobrepresurizar el equipo aguas arriba.
    • Si las fuentes de baja y alta presión comparten un colector, la contrapresión máxima debe ser fijada por la fuente de menor clasificación, lo que podría forzar diseños sobredimensionados.
  2. Combustión estable
    • Los gases residuales deben quemarse en todo su rango de funcionamiento.
    • Los gases pobres (<~800 Btu/scf) requieren áreas de salida mayores o enriquecimiento para mantenerse dentro de los límites de inflamabilidad.
    • Los gases ricos se benefician de velocidades más altas, pero pueden requerir que los medios auxiliares (aire, vapor o gas combustible) permanezcan sin humo.
  3. Normas de cumplimiento
    • regulatorio como 40 CFR 63.670 y 60.18 establecen límites sobre la velocidad de salida de la llamarada, NHVcz (valor neto térmico en la zona de combustión), llama visible, humo, ruido y radiación.
    • El incumplimiento puede conllevar multas, infracciones por emisiones, quejas de la comunidad o riesgos para la seguridad.

Cuando se combinan las fuentes a diferencia de las fuentes, el dimensionamiento de la llamarada debe acomodar el flujo de gas de menor presión y el más pobre. Esto suele resultar en puntas de afloramiento sobredimensionadas, mayores necesidades de enriquecimiento y un mayor uso de medios de ayuda.

Riesgos de combinar fuentes disímiles

Ineficiencias operativas

  • Las
      puntas de la llamarada sobredimensionadas requieren más medios de apoyo y son más propensas a quemaduras internas, lo que reduce la vida útil del equipo.
    • Una baja rotación conduce a un desperdicio de servicios, ya que el flujo de medios asistido no puede reducirse eficazmente a bajas tasas de incendio.
    • Las puntas de acampancha más grandes requieren estructuras más resistentes para soportar cargas muertas y viento.

    Peligros

    de transición Las transiciones entre eventos de flare son especialmente problemáticas en las llamaradas en tierra escalonadas:

    • Evento de desventaja después de rico: Si el colector contiene gas rico y comienza un alivio pobre, los quemadores pobres reciben primero gas rico, causando llamas largas y humo hasta que llega el gas pobre.
    • Evento rico después del magreproducción: Si el gas rico sigue al alivio pobre, el colector inicialmente alimenta gas pobre a los quemadores ricos. El gas pobre no puede encenderse, lo que provoca una ventilación sin luz hasta que la composición se estabiliza.
    • Alivios simultáneos: Los bajos caudales pueden causar llamas largas y humo, mientras que caudales más altos pueden liberar gas pobre a través de puntas de alta presión hasta que haya suficientes mezclas de gas rico para la ignición.

    Estos escenarios pueden implicar incumplimiento medioambiental, emisiones visibles y exposición del personal especialmente peligrosa en incendios en tierras donde la ventilación se produce a nivel de tierra.

    Coste total de propiedad: Economía de la separación

    Aunque la consolidación reduce la tubería inicial, un análisis TCO puede mostrar que la separación da resultados:

    Caso de llamaradas elevadas

    • Ejemplo: Un sistema de llamarada elevada separada eliminó por completo la asistencia de vapor.
    • Gas natural (piloto/purga): $3.04/MMBtu.
    • Vapor: 9,39 $/1.000 lbs.
    • Tuberías de vapor aisladas: 30$/ft (4"), $60/ft (8").
    • Tubería de cabecera de gran diámetro: $4/lb.
    • Resultado: CAPEX inicial más alto, pero ahorros continuos de servicios públicos compensan los costes. Venganza en ~5 años.

    Alargadas en tierra multipunto (MPGFs)

    • Caja típica de MPGF: $10–15MM.
    • Se añadió un cabecero de 24" (3.000 pies): ~500.000 $ (~3,5–5% del coste total).
    • No hay ahorros continuos en la empresa, pero la separación impide el enriquecimiento de gas pobre hasta 800 Btu/scf, lo que puede superar la capacidad de la infraestructura de gas combustible de planta.
    • Beneficio: Operaciones más seguras y mantenimiento más sencillo, especialmente en casos de descomposición o baja presión.

    Directrices prácticas de agrupamiento

    John Zink recomienda aplicar las siguientes barreras de diseño:

    • Agrupar fuentes con valores caloríficos y presiones similares.
    • Ricos y pobres en puntas de baja presión solo pueden combinarse si el flujo pobre (más el enriquecimiento) es<15% del mayor caudal de caudal rico rico.
    • No te acostumbres a los MPGF.
    • No agrupes fuentes de alta y baja presión si es posible alivio simultáneo.

    Lista rápida de referencia

    • ¿Las fuentes tienen presiones similares y NHV?
    • ¿Combinar requerirá puntas sobredimensionadas o mayores tasas de enriquecimiento?
    • ¿Podrían los eventos de transición causar desahogo o fumar?
    • ¿Pueden las compañías eléctricas de la central gestionar la demanda adicional de vapor y enriquecimiento?
    • ¿El diseño cumple con 40 CFR 63.670?

    Glosario

    • NHVcz(Valor Térmico Neto en la Zona de Combustión): Valor calorífico mínimo requerido para una combustión estable según la normativa estadounidense.
    • Medios de asistencia: Vapor, aire o gas combustible usados para mejorar la capacidad de combustión sin humo.
    • Internal Burning: Estabilización por llama dentro de la punta de una llama, lo que reduce la vida útil y aumenta el consumo de utilidad.

    Conclusión

    La consolidación de encabezados Flare puede ahorrar dinero al principio, pero a menudo genera riesgos y costes mayores a largo plazo. Las puntas sobredimensionadas, la combustión inestable y los riesgos de transición pueden comprometer el cumplimiento y la seguridad, al tiempo que aumentan el consumo de servicios públicos.

    Evaluando las fuentes de ayuda con antelación y separando los flujos disímiles, los operadores pueden:

    • Mejorar los márgenes de seguridad.
    • Menor demanda de servicios públicos.
    • Simplifica el mantenimiento.
    • Cumplir con las normativas medioambientales.

    En sistemas de antorcha elevada, la separación puede amortiguar el ahorro de servicios en un plazo razonable . Para los MPGF, el coste adicional del colector es un modesto extra para un sistema más seguro y fiable.

    En John Zink, ayudamos a los clientes a diseñar sistemas de bengalas que equilibran seguridad, eficiencia, cumplimiento y coste total de propiedad.

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