Факельные установки: сжигаем газ правильно
Факелы ― один из главных символов нефтегазовой отрасли. Но в последнее время их репутация в глазах общественности оказалась изрядно подмочена. Теперь эти установки ассоциируются с ущербом для окружающей среды и халатным отношением к ресурсам. Неслучайно осенью 2012 года российское правительство приняло постановление о том, что 95% должно быть утилизировано и только 5% можно сжигать на факелах. Однако прогресс все эти годы не стоял на месте. Новые технологии позволяют сделать факельные установки не только эффективными, но и экологичными.
Решения для снижения выбросов
Для человека со стороны может показаться, что сжигать попутный нефтяной газ и другие «отходы» ― несложная задача. А значит, и сам факел ― достаточно простая конструкция, которая к тому же вредит окружающей среде.
Однако если критика факелов и была когда‑то оправданной, то теперь многое изменилось. Сегодня речь идёт уже о высокотехнологичном оборудовании, способном решать свои задачи с минимальным вредом для экологии.
«В последние годы разработаны и внедрены новые технологии и конструкционные элементы, позволяющие улучшить экологические и эксплуатационные характеристики факельных систем. Речь идёт о таких конструкциях, как малодымные и бездымные горелочные устройства, применение технологий рециркуляции тепла, автоматизированных систем управления, использование ветровых экранов и систем стабилизации пламени», ― отметил начальник отдела по газовым технологиям ООО «РНГ-Инжиниринг» Тагир Галимов.
Какие же новые технологии и элементы появились в конструкции факельных установок?
«Во-первых, это установка нагрева рабочего агента. Она предназначена для утилизации тепла отводящихся дымовых газов, образующихся при сгорании ПНГ в термоокислителе (закрытом факеле) с последующим нагревом подтоварной воды, теплофикационной воды, нефтяной эмульсии и других сред тепловой энергией дымовых газов.
Здесь можно выделить ряд преимуществ. Это вовлечение ПНГ в технологический процесс, бездымное сжигание сбросов, низкий уровень шума, отсутствие теплового излучения и видимого пламени», — перечислил технический директор ООО «К5» Дмитрий Журавлёв.
Следующий блок — это нагревательное оборудование (печи, подогреватели, теплообменники), работающее на ПНГ с узлами подготовки попутного нефтяного газа и рекуперацией тепловой энергии дымовых газов. Благодаря этому происходит вовлечение ПНГ в технологический процесс, снижается тепловое излучение и повышается общий КПД установки, объяснил представитель «К5».
«Таким образом, каждый отдельно взятый новый проект факельной установки — это своего рода ноу-хау, так как она проектируется по индивидуальному запросу по определённым техническим параметрам», — прокомментировал практику технический директор ООО «К5» Дмитрий Журавлёв.
Как уже отмечалось, серьёзным толчком к развитию стало ужесточение в России экологических норм. В результате на рынке появилось сразу несколько «зелёных технологий».
«Так, дожигатели (термоокислители) обеспечивают почти стопроцентное сгорание, сокращая выбросы метана и сажи. Благодаря системам улавливания и подготовки, газ вместо сжигания направляется в ГПУ (газоперерабатывающие установки) или используется для энергоснабжения.
Технология Flaresless combustion позволяет исключить открытое пламя, снизив тем самым тепловое и химическое загрязнение. Контролировать все эти процессы помогают датчики CO2, NO2, SO2 и метана. Мониторинг выбросов сегодня ведут в режиме реального времени», — перечислил директор ООО «Технопром» Александр Тельнов.
Современные технологии позволяют бороться и с сажей, которая образуется при неполном сгорании топлива. Решениями проблемы стали улучшенная аэродинамика топочной камеры и использование высокоэффективного оборудования для подачи воздуха. Также применяют системы фильтрации и улавливания вредных веществ. Всё это позволяет существенно сократить выбросы токсичных соединений в атмосферу.
Наконец, нужно понимать, что хотя сжигание метана ― не самое лучшее решение с точки зрения бережного отношения к ресурсам и окружающей среде, но альтернатива в виде утечек газа намного хуже. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата ООН (IPCC), в расчёте на 100 лет парниковая активность метана в 28 раз сильнее, чем у углекислого газа, а в 20‑летней перспективе — в 84 раза.
Конечно, это не отменяет работы по развитию методов полезной утилизации попутного нефтяного газа.
«Для снижения объёмов сжигаемого ПНГ применяются системы утилизации газа, позволяющие направлять его на выработку электроэнергии, производство теплоносителей или повторное использование в технологическом процессе», ― отметил Тагир Галимов.
Также решением проблемы может стать использование оборудования для подготовки топливного газа для технологических нужд и последующей переработки на ГПЗ, добавил Дмитрий Журавлёв. Отметим, что уже сейчас ПНГ активно используется в качестве сырья на предприятиях ПАО «СИБУР».
Автоматика в помощь
Ещё одно направление прогресса — это внедрение автоматики на факельных установках. Цифровые системы управления открывают ряд возможностей.
По словам г-на Журавлёва, системы автоматизации на факельных установках сегодня обеспечивают экологическую безопасность, повышенную надёжность и оптимальную энергоэффективность.
Как отметил представитель «К5», основные функции систем автоматизации включают:
- мониторинг процесса горения (сенсоры в реальном времени измеряют концентрацию вредных веществ, температуру пламени, давление и состав газа);
- автоматическое регулирование подачи газа (системы управления оптимизируют этот процесс с учётом текущих условий, что способствует полному сгоранию и минимизации выбросов);
- анализ данных (программное обеспечение обрабатывает информацию с датчиков, выявляет отклонения, прогнозирует возможные неисправности и оптимизирует работу установки).
«Таким образом, системы автоматизации способствуют соблюдению строгих экологических нормативов, предотвращают аварийные ситуации и утечки, а также предоставляют точные отчёты о функционировании факельных установок», — резюмировал Дмитрий Журавлёв.
С тем, что автоматизация играет ключевую роль в повышении эффективности и безопасности работы факельных установок, согласны и в ООО «Технопром».
«Сегодня производители предлагают целый ряд полезных опций. Среди них контроль параметров сжигания (расхода газа, температуры, состава выбросов), аварийное отключение при превышении допустимых выбросов или утечках, интеграция с системами IoT для удалённого мониторинга и управления через SCADA-системы.
Для оптимизации работы используется автоматический выбор режима горения в зависимости от состава газа, а для прогнозирования нагрузок — AI-алгоритмы, которые помогают минимизировать объёмы сжигания. Таким образом, тренд сейчас смещается в сторону комплексных решений: утилизации, рекуперации энергии и автоматизированных систем с минимальным экологическим ущербом», — перечислил Александр Тельнов.
О том, как системы автоматизации помогают сделать факельные установки более эффективными, рассказал Тагир Галимов. В качестве примера он привёл шкафы управления розжигом (ШУР).
«ШУР представляет собой взрывозащищённый обогреваемый шкаф с органами управления и индикации на панели, устанавливаемый за обваловкой (ограждением). Он соединён с блоками преобразования напряжения питания 230 В в высокое (8 кВ) для запального электрода и термопарами в зависимости от количества дежурных горелок.
- В конструкции факельной установки шкаф управления розжигом выполняет следующие функции:
- автоматический и ручной розжиг дежурной горелки;
- контроль давления, температуры и расхода сбрасываемого газа;
- контроль пламени дежурной горелки ГД;
- подача сигнала типа „сухой контакт” при погасании пламени дежурной горелки и интерфейсного сигнала управления и состояния RS‑485 в операторную;
- автоматическая диагностика неисправностей и выявление аварийных ситуаций;
- управление системой розжига и поддержания пламени и регулирование подачи топливного и сбрасываемого газа в зависимости от текущих условий;
- контроль за наличием пламени и автоматическое повторное», ― перечислил представитель «РНГ-Инжиниринг».
Решения для импортозамещения
Поиски эффективных и экологичных решений идут по всему миру. Однако российские производители должны параллельно решать ещё одну важную задачу. Речь идёт об импортозамещении. Не секрет, что до введения санкционных ограничений факельные установки зачастую закупали за рубежом, особенно для сложных производственных объектов нефтехимии и нефтепереработки. Причём речь идёт не только о новых проектах. Уже установленная импортная техника постепенно изнашивается.
«В настоящий момент наиболее частая проблема — это выход из строя факельных оголовков, из-за чего у предприятий возникает необходимость в их замене. Основной причиной их неисправности является деформация тела оголовка, которая возникает из-за сильных ветровых нагрузок. В результате мы имеем зону повышенного давления с наветренной стороны и зону низкого давления на подветренной стороне факела.
Здесь и возникает завихрение потока пламени на корпус оголовка. Воздействие высоких температур и приводит к деформированию. Всё это создаёт риски для безопасной эксплуатации оборудования», ― объяснил Тагир Галимов.
В качестве успешного кейса эксперт назвал замену факельного оголовка импортного производства на Астраханском газоконденсатном месторождении (ООО «Газпром добыча Астрахань»).
«Главной задачей было повышение конструкционной прочности, надёжности и продолжительности работы. Добиться этого удалось за счёт исключения термического влияния пламени и его срыва при боковом ветре», ― рассказал г-н Галимов.
Резюмируем: несмотря на развитие различных способов утилизации попутного нефтяного газа (нефтегазохимии, генерации, закачки в пласт для повышения нефтеотдачи и др.), полностью отказаться от его сжигания в факелах в ближайшем будущем точно не получится. А значит, нужны новые решения для повышения эффективности и снижения вреда для окружающей среды. Хорошая новость в том, что некоторые такие высокотехнологичные решения уже существуют. И их доля на рынке факельных установок будет только расти.
Слово экспертам
Дмитрий Журавлёв, технический директор ООО «К5»
«Спрос на нагревательное и факельное оборудование определяется рядом глобальных и локальных факторов. Во-первых, это сезонность: наибольший спрос наблюдается в период с сентября по март. Во-вторых, необходимо замещать оборудование по истечении срока эксплуатации и выходе из строя. В-третьих, компании занимаются техническим перевооружением.
За последние годы выросла потребность в энергоэффективных решениях. Речь идёт об интеллектуальных системах управления, автоматизации процессов, которые направлены на снижение эксплуатационных расходов, повышение надёжности и безопасности. Наконец, нужно учитывать рост объёмов добычи и ужесточение экологических стандартов».
Александр Тельнов, директор ООО «Технопром»
«Современные факельные установки включают ряд инновационных решений для повышения эффективности утилизации ПНГ. В первую очередь речь идёт о горелках с низким уровнем выбросов. Они обеспечивают более полное сжигание газа, снижая содержание несгоревших углеводородов, сажи и CO2. Уменьшить объёмы вредных выбросов можно и благодаря плазменным и каталитическим технологиям.
Рекуперация позволяет использовать тепло от сжигания для генерации электроэнергии или технологических нужд. Системы закрытого типа минимизируют шум и световое загрязнение. Наконец, стоит отметить модульные и мобильные установки, которые позволяют оперативно развёртывать факелы на месторождениях».
Тагир Галимов, начальник отдела по газовым технологиям ООО «РНГ-Инжиниринг»
«Спрос на факельные установки в последние годы демонстрирует сложную динамику. На него влияют такие факторы, как изменение регуляторной среды, развитие технологий и глобальные тренды в энергетическом секторе. Конечно, потребности в таком оборудовании больше в регионах с высокими темпами разработки месторождений. Но нужно подчеркнуть, что спрос растёт в первую очередь на инновационные технологии, которые учитывают индивидуальные особенности и технические характеристики конкретного объекта. Например, речь идёт о бездымных решениях».
Текст: Андрей Халбашкеев
