Le mélange de flux à haute et basse pression ou de compositions de gaz riches et pauvres impose des compromis de conception pouvant entraîner des pointes de torche surdimensionnées, une combustion instable et des coûts d’utilité plus élevés. Dans certains cas, ces compromis entraînent la libération de gaz non brûlé, de fumée involontaire, voire de flammes visibles, ce qui met en péril la conformité réglementaire et la sécurité du personnel.

Cet article explore les fondamentaux de la conception des flares, les risques liés à la consolidation des en-têtes, et comment une analyse du coût total de possession (TCO) peut guider des décisions plus intelligentes sur les systèmes de flare.

Fondements de conception des flambées

Les éruptions doivent être robustes, fiables et capables de gérer de larges variations des propriétés des gaz résiduels. Trois exigences principales pilotent la conception de la torche :

    • Capacité hydraulique La torche doit avoir une capacité suffisante pour soulager les débits de la centrale sans sur-pression sur les équipements en amont.
    • Si les sources basse et haute pression partagent un collecteur, la contre-pression maximale doit être fixée par la source la plus faible nominale, ce qui peut forcer des conceptions surdimensionnées.
  2. Combustion
    • stable Les gaz résiduels doivent brûler sur toute leur plage de fonctionnement.
    • Les gaz pauvres (<~800 Btu/scf) nécessitent des zones de sortie plus grandes ou un enrichissement pour rester dans les limites d’inflammabilité.
    • Les gaz riches bénéficient de vitesses plus élevées mais peuvent alors nécessiter un support (air, vapeur ou gaz combustible) pour rester sans fumée.
  3. Les normes réglementaires
    • telles que 40 CFR 63.670 et 60.18 fixent des limites sur la vitesse de sortie de la torche, le NHVcz (valeur thermique nette dans la zone de combustion), la flamme visible, la fumée, le bruit et les radiations.
    • Le non-respect peut entraîner des amendes, des violations des émissions, des plaintes communautaires ou des risques pour la sécurité.

Lorsque les sources sont combinées, la dimension de la torche doit accueillir le flux de gaz à la plus faible pression et le plus pauvre. Cela entraîne souvent des pointes de fusée surdimensionnées, des besoins d’enrichissement plus élevés et une utilisation accrue des supports d’assistance.

Risques de combiner des sources dissemblables

Inefficacités

    opérationnelles
  • Les pointes de fusée surdimensionnées nécessitent plus de supports d’assistance et sont plus sujettes à la combustion interne, ce qui réduit la durée de vie de l’équipement.
  • Un mauvais entretien entraîne du gaspillage des services publics, car le flux d’assistance des médias ne peut pas être réduit efficacement à faible taux de flare.
  • Les pointes de fusée plus grandes nécessitent des structures plus solides pour résister aux charges mortes et au vent.

Risques

de transition Les transitions entre les événements de torche sont particulièrement problématiques lors des éruptions au sol en étapes :

  • Événement de pauvre après richesse : Si le capteur contient un gaz riche et qu’un soulagement pauvre commence, les brûleurs pauvres reçoivent d’abord un gaz riche, provoquant de longues flammes et de la fumée jusqu’à l’arrivée du gaz pauvre.
  • Événement rich-post-pauvre : Si le gaz riche suit le soulagement pauvre, le collecteur alimente initialement le gaz pauvre aux brûleurs riches. Les gaz pauvres ne peuvent pas s’enflammer, ce qui entraîne une ventilation non allumée jusqu’à ce que la composition se stabilise.
  • Reliefs simultanés : Des débits faibles peuvent provoquer des flammes longues et des fumées, tandis que des débits plus élevés peuvent évacuer le gaz pauvre à travers des pointes à haute pression jusqu’à obtenir suffisamment de mélanges de gaz riches pour l’allumage.

Ces scénarios risquent de ne pas respecter l’environnement, d’émissions visibles et d’exposition du personnel, particulièrement dangereuses lors des éruptions au sol où la ventilation se produit au niveau du sol.

Coût total de possession : Économie de la séparation

Bien que la consolidation réduise la canalisation en achat, une analyse TCO peut montrer que la séparation rapporte :

Cas de torche surélevée

  • Exemple : Un système de torse surélevé séparé a complètement éliminé l’assistance à la vapeur.
  • Gaz naturel (pilote/purge) : 3,04 $/MMBtu.
  • Vapeur : 9,39 $/1 000 lbs.
  • Tuyauterie à vapeur isolée : 30 $/ft (4 »), 60 $/ft (8 »).
  • Tuyauterie de l’enlecteur à gros calibre : 4 $/lb.
  • Résultat : CAPEX initial plus élevé, mais des économies continues compensant les coûts. Revanche dans ~5 ans.

Évasements au sol multipoints (MPGFs)

  • Boîte MPGF typique : 10–15 MM.
  • Ajout d’un en-tête de 24" (3 000 ft) : ~500 000 $ (~3,5–5 % du coût total).
  • Pas d’économies continues sur les services publics, mais la séparation empêche l’enrichissement du gaz pauvre à 800 Btu/scf, ce qui peut dépasser la capacité de l’infrastructure du gaz combustible de l’usine.
  • Avantage : opérations plus sûres et maintenance plus simple, en particulier pour les déversements de navires ou les cas de basse pression.

Directives pratiques de regroupement

John Zink recommande d’appliquer les garde-fous de conception suivants :

  • Regrouper des sources avec des valeurs et pressions chauffantes similaires.
  • Le raffinement riche et le pauvre dans les déversements basse pression ne peuvent être combinés que si le cours d’eau pauvre (plus l’enrichissement) correspond <à 15 % du débit le plus important du cours d’eau riche.
  • Ne regroupez pas les riches et les MPGF maigres.
  • Ne regroupez pas les sources à haute et basse pression si des soulagements simultanés sont possibles.

Liste rapide de référence

  • Les sources ont-elles des pressions similaires à celles de NHV ?
  • La combinaison nécessitera-t-elle des pointes surdimensionnées ou des taux d’enrichissement plus élevés ?
  • Les événements de transition pourraient-ils provoquer un défoulement ou le tabagisme ?
  • Les services publics de la centrale peuvent-ils gérer une demande accrue de vapeur/enrichissement ?
  • Le design est-il conforme au 40 CFR 63.670 ?

Glossaire

  • NHVcz(Valeur calorifique nette dans la zone de combustion) : Valeur calorifique minimale requise pour une combustion stable selon la réglementation américaine.
  • Média d’assistance : Vapeur, air ou gaz combustible utilisés pour améliorer la capacité de combustion sans fumée.
  • Internal Burning : Une flamme stabilisée à l’intérieur d’une pointe de fusée, ce qui réduit la durée de vie et augmente la consommation d’utilité.

Conclusion

La consolidation des en-têtes Flare peut permettre d’économiser de l’argent à l’avance, mais elle engendre souvent des risques et des coûts à long terme plus importants. Des pointes surdimensionnées, une combustion instable et des risques de transition peuvent compromettre la conformité et la sécurité tout en augmentant la consommation de services publics.

En évaluant précocement les sources de secours et en séparant les flux différents, les opérateurs peuvent :

  • Améliorer les marges de sécurité.
  • Demande de services publics plus faible.
  • Simplifiez la maintenance.
  • Respecter les réglementations environnementales.

Dans les systèmes de torche surélevée, la séparation peut rapporter des économies d’électricité dans un délai raisonnable . Pour les MPGF, le coût supplémentaire du collecteur est un prix modeste pour un système plus sûr et plus fiable.

Chez John Zink, nous aidons les clients à concevoir des systèmes de flare qui équilibrent sécurité, efficacité, conformité et coût total de possession.

Prêt à évaluer le design de votre en-tête de fusée ? Contactez John Zink pour planifier une évaluation des risques système et du TCO.