Misturar fluxos de alta e baixa pressão ou composições de gás rico e pobre força a compromissos de projeto que podem levar a pontas de queima superdimensionadas, combustão instável e custos de utilidade mais altos. Em alguns casos, os compromissos resultam na liberação de gases não queimados, fumaça não intencional ou até mesmo chamas visíveis, que colocam em risco a conformidade regulatória e a segurança do pessoal.

Este artigo explora os fundamentos do projeto de flares, os riscos da consolidação de cabeçalhos e como uma análise do custo total de propriedade (TCO) pode orientar decisões mais inteligentes sobre sistemas de flare.

Fundamentos do Projeto de Flare

Os Flares devem ser robustos, confiáveis e capazes de lidar com grandes variações nas propriedades dos gases residuais. Três requisitos principais impulsionam o projeto da queimada:

  1. Capacidade Hidráulica
    • A queimada deve ter capacidade suficiente para aliviar os fluxos da planta sem sobrepressurizar equipamentos a montante.
    • Se fontes de baixa e alta pressão compartilharem um coletor, a contrapressão máxima deve ser definida pela fonte com menor classificação, potencialmente forçando projetos superdimensionados.
  2. Combustão
    • Estável Os gases residuais devem queimar em toda a sua faixa de operação.
    • Gases magros (<~800 Btu/scf) exigem áreas de saída maiores ou enriquecimento para permanecer dentro dos limites de inflamabilidade.
    • Gases ricos se beneficiam de velocidades mais altas, mas podem então exigir que meios auxiliares (ar, vapor ou gás combustível) permaneçam sem fumaça.
  3. Normas de conformidade
    • regulatória como 40 CFR 63.670 e 60.18 estabelecem limites para velocidade de saída do flare, NHVcz (valor térmico líquido na zona de combustão), chama visível, fumaça, ruído e radiação.
    • A não conformidade pode levar a multas, violações de emissões, reclamações comunitárias ou riscos à segurança.

Quando diferentes das fontes, são combinadas, o dimensionamento da queimada deve acomodar o fluxo de gás de menor pressão e o fluxo de gás mais pobre. Isso frequentemente resulta em pontas de flare superdimensionadas, maiores exigências de enriquecimento e maior uso de mídia auxiliar.

Riscos de Combinar Fontes Diferentes

Ineficiências Operacionais

  • Pontas
      de flare superdimensionadas exigem mais meios de apoio e são mais propensas a queimas internas, o que reduz a vida útil do equipamento.
    • Baixa rotatividade leva ao desperdício de utilidades, já que o fluxo de mídia auxiliar não pode ser reduzido de forma eficaz em baixas taxas de flare.
    • Pontas de flare maiores exigem estruturas mais fortes para suportar cargas mortas e vento.

    Perigos de Transição

    Transições entre eventos de flare são especialmente problemáticas em flares-do-solo em etapas:

    • Evento de inclinação após rico: Se o coletor contém gás rico e um alívio pobre começa, os queimadores pobres recebem gás rico primeiro, causando chamas longas e fumaça até que o gás magro chegue.
    • Evento rico após o pobre período: Se o gás rico segue o alívio pobre, o coletor inicialmente alimenta gás pobre para queimadores ricos. Gás pobre não pode se inflamar, levando à ventilação não iluminada até que a composição se estabilize.
    • Alívios simultâneos: Baixas taxas de fluxo podem causar chamas longas e fumaça, enquanto fluxos mais altos podem liberar gás magro através de pontas de alta pressão até que haja misturas de gás rico suficientes para ignição.

    Esses cenários correm risco de não conformidade ambiental, emissões visíveis e exposição ao pessoal, especialmente perigosos em flares, onde a ventilação ocorre no nível do solo.

    Custo Total de Propriedade: Economia da Separação

    Embora a consolidação reduza a tubulação inicial, uma análise de TCO pode mostrar que a separação retorna:

    Caso de Flare elevado

    • Exemplo: Um sistema de flare elevado separado eliminou completamente a assistência a vapor.
    • Gás natural (piloto/purga): $3,04/MMBtu.
    • Vapor: $9,39/1.000 lbs.
    • Tubulação de vapor isolada: $30/ft (4"), $60/ft (8").
    • Tubulação de grande diâmetro para o cabeçote: $4/lb.
    • Resultado: CAPEX inicial mais alto, mas economia contínua de utilidades compensa custos. Vingança em ~5 anos.

    Alargamentos de Terra Multiponto (MPGFs)

    • Caixa típica de MPGF: $10–15MM.
    • Adicionou um cabecteio de 24" (3.000 pés): ~$500.000 (~3,5–5% do custo total).
    • Não há economias contínuas de utilidade, mas a separação impede o enriquecimento de gás pobre até 800 Btu/scf, o que pode exceder a capacidade da infraestrutura de gás combustível da usina.
    • Benefício: Operações mais seguras e manutenção mais simples, especialmente para quedas de embarcações ou casos de baixa pressão.

    Diretrizes Práticas de Agrupamento

    John Zink recomenda a aplicação dos seguintes guarda-corpos de projeto:

    • Agrupar fontes com valores térmicos e pressões semelhantes.
    • Ricos e pobres em pontas de baixa pressão podem ser combinados apenas se o fluxo pobre (mais o enriquecimento) for<15% do maior volume de fluxo de fluxo rico.
    • Não seja rico e pobre em MPGFs.
    • Não agrupe fontes de alta e baixa pressão se forem possíveis alívios simultâneos.

    Lista Rápida de Verificação

    • de Referências As fontes têm pressões semelhantes e NHV?
    • A combinação vai exigir pontas sobredimensionadas ou taxas de enriquecimento mais altas?
    • Eventos de transição podem causar desabafo ou fumo?
    • As concessionárias da usina conseguem lidar com a demanda adicional de vapor/enriquecimento?
    • O design cumpre 40 CFR 63.670?

    Glossário

    • NHVcz(Valor Térmico Líquido na Zona de Combustão): Valor térmico mínimo necessário para combustão estável conforme regulamentações dos EUA.
    • Mídia de Assistência: Gás a vapor, ar ou combustível usado para melhorar a capacidade de queima sem fumaça.
    • Internal Burning: Estabilizado por chama dentro da ponta de um flare, levando a uma vida útil reduzida e maior consumo de utilidade.

    Conclusão

    A consolidação de cabeçalhos Flare pode economizar dinheiro inicialmente, mas frequentemente cria riscos e custos maiores de longo prazo. Pontas superdimensionadas, combustão instável e riscos de transição podem comprometer a conformidade e a segurança, além de aumentar o consumo de utilidades.

    Ao avaliar as fontes de alívio precocemente e separar os fluxos diferentes, os operadores podem:

    • Melhorar as margens de segurança.
    • Menor demanda de utilidades.
    • Simplifique a manutenção.
    • Cumpra as normas ambientais.

    Em sistemas de queima elevada, a separação pode compensar em economia de utilidades em um prazo razoável . Para os MPGFs, o custo adicional do coletor é um modesto valor extra para um sistema mais seguro e confiável.

    Na John Zink, ajudamos clientes a projetar sistemas de flare que equilibram segurança, eficiência, conformidade e custo total de posse.

    Pronto para avaliar o design do seu coletor de flare? Entre em contato com John Zink para agendar uma avaliação de risco do sistema e TCO.