سیستم فلر (Flare) در صنعت و طراحی آن – به زبان ساده

فلرینگ چیست؟

«فلرینگ» (flaring)، فرآیندی است که از طریق آن، گاز طبیعی را به صورت کنترل شده‌ای به هنگام استخراج نفت می‌سوزانند. در غیر اینصورت، این گاز به شکل خطرناک و کنترل نشده‌ای آتش می‌گیرد و خواهد سوخت. به طور معمول، سعی بر این است که گاز طبیعی را جمع‌آوری و ذخیره کنند اما زمانی که این امکان وجود نداشته باشد،‌ آن را می‌سوزانند. فلرینگ، خطرات ناشی از آتش‌سوزی تجهیزات را کاهش می‌دهد و از تولید محصولات ناخواسته جلوگیری می‌کند.

چرا گاز فلر را می‌سوزانند؟

معایب فلرینگ

کاهش فلرینگ

همزمان با بروز پدیده گرمایش جهانی، شرکت‌های نفتی نیز روش‌های مختلفی را برای کاهش استفاده از سیستم فلر و فلرینگ توسعه داده‌اند. به طور مثال، گاز طبیعی را مجددا می‌توان برای تزریق به مخزن و تثبیت فشار آن استفاده کرد. علاوه بر این، از آن‌جایی که گاز طبیعی به عنوان یک فرآورده، قابلیت فروش دارد، شرکت‌های نفتی نیز تمایل دارند تا این گاز را به جای سوزاندن، جمع‌آوری کنند و به فروش برسانند.

سیستم فلر در تاسیسات صنعتی

فیلم آموزش پالایشگاه‌ گاز – مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

سیستم فلر در بیشتر تاسیسات صنعتی، شامل یک «جداکننده بخار-مایع» (Vapor-Liquid Separator) در جریان بالادستی سیستم فلر است که وظیفه جداسازی مقادیر زیاد مایعات همراه با گاز آزاد شده را دارد.

جلوگیری از ایجاد دوده در سیستم فلر

به طور معمول، برای جلوگیری از تشکیل دود سیاه حاصل از سوختن، به داخل شعله، بخار آب تزریق می‌شود. زمانی که مقدار بخار زیادی به شعله تزریق شود، شرایطی تحت عنوان «بخارزنی اضافه» (Over Steaming) رخ می‌دهد که در نهایت، کاهش بازده احتراق و افزایش انتشار گازهای سمی را به‌همراه خواهد داشت. برای اینکه سیستم فلر به درستی کار کند، همواره مقادیر کمی از گاز را به کمک آن می‌سوزانند. در نتیجه این کار، سیستم فلر همواره برای جلوگیری از ایجاد شرایط فشار بالا آماده است.

اجزای اصلی سیستم فلر

تصویر زیر، اجزای کلی یک سیستم فلر در تاسیسات صنعتی را نشان می‌دهد که شامل موارد زیر است:

• جداکننده بخار-مایع جهت حذف هرنوع نفت یا آب از گاز آزاد شده
• یک سیستم «آب‌بند» (Seal Drum) برای جلوگیری از برگشت شعله از بخش بالایی سیستم فلر
• سیستم بازیافت گاز جایگزین جهت استفاده به هنگام شروع به کار یا اتمام کار سیستم فلر و همچنین استفاده در موارد مورد نیاز
• سیستم تزریق بخار برای فراهم کردن نیروی تکانه بمنظور اختلاط مناسب هوا و گاز آزاد شده و کاهش دودهای حاصل از سوختن ناقص
• یک «شمعک» (Pilot Flame) به همراه سیستم جرقه‌زن که همواره سیستم را برای سوزاندن شعله، آماده‌به‌کار نگه می‌دارد.
• بخش فوقانی سیستم فلر که شامل ادواتی برای جلوگیری از جریان‌های برگشتی در بالای ستون آن است.

دسته‌بندی فلرها

به طور کلی دو نوع سیستم فلر وجود دارد: «فلرهای مرتفع» (Elevated Flares) و «فلرهای زمینی» (Ground Flares). انتخاب نوع سیستم فلر به عوامل مختلفی بستگی دارد که در زیر آورده شده‌اند:

• فضای در دسترس
• مشخصه‌های گاز فلر اعم از ترکیبات، مقدار و فشار
• مسائل اقتصادی شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی
• و قوانین داخلی و بین‌المللی

سیستم فلر مرتفع

• «فلر با کمک بخار» (Steam Assisted)
• «فلر با کمک هوا» (Air Assisted)
• «فلر بدون کمک» (non-Assisted)
• فلر هیدروژنی

هوا یا بخار، به منظور سوختن بدون دود و کاهش نور شعله حاصل از سوختن مورد استفاده قرار می‌گیرد. از نکات منفی استفاده از تزریق بخار یا هوا، ایجاد نویز (آلودگی صوتی) در محیط است.

سیستم فلر زمینی

در مقایسه با فلرهای مرتفع، فلرهای زمینی به طور کلی دوده، نویز و نور کمتری دارند به شرط آنکه دبی جریانی گاز، از مقدار طراحی شده فراتر نرود. علاوه بر این، بر خلاف سیستم فلر مرتفع،‌ این نوع از فلرها، مواد سوختنی را کمتر پخش می‌کنند چراکه در زمین قرار گرفته‌اند.

طراحی سیستم فلر

سیستم‌های فلر، شرایطی امن را برای از بین بردن ضایعات پالایشگاهی فراهم می‌کنند. بسته به محدودیت‌های منطقه مورد احداث، از سیستم‌ فلر در موارد زیر می‌توان استفاده کرد:

• تخلیه وسیع گاز به هنگام شروع به کار یا اتمام کار
• تخلیه گاز اضافی فرآیندهای پالایشگاه
• کنترل گازهای آزاد شده از شیرهای اطمینان و کاهش فشار سیستم

طراحی سیستم فلر بر اساس نوع تجهیزات متصل شده و پیچیدگی سیستم، متفاوت خواهد بود. یک سیستم فلر به طور معمول ستونی مرتفع دارد که به کمک آن، شرایط را برای سوختن در بالای ستون فراهم و از جریان‌های بازگشتی به سیستم جلوگیری می‌کند.

در زمان طراحی یک سیستم فلر باید در ابتدا به نکات زیر توجه کرد:

• دبی جریان
• «ترکیب گاز» (Gas Composition)
• شرایط گاز شامل دما و فشار در دسترس
• منابع در دسترس (برق، گاز، هوا، بخار)
• شرایط محل
• ملاحظات زیست‌محیطی
• محدودیت‌های قانونی
• هزینه

متغیرهای مورد بررسی در طراحی سیستم فلر

شرایط دبی ماکزیمم،‌ به طور معمول «اندازه نوک فلر» (Flare Tip Size) را تعیین می‌کند. همچنین، از این مورد می‌توان متوجه شد که تحت چه شرایطی از دبی، شعله بدون دوده می‌سوزد و چه ابزارهایی برای عملی شدن این شرایط مورد نیاز است. حتی در شرایط دبی پایین نیز باید ملاحظاتی را در نظر گرفت چراکه دبی پایین می‌تواند آثار جبران‌ناپذیری بر عمر پیش‌بینی شده نوک فلر داشته باشد. در برخی موارد نیز، شرایط پیوسته جریان پایین نیز می‌تواند در تعیین اندازه نوک فلر نقش داشته باشد.

علاوه بر این، میزان فشار در دسترس هم در طراحی فلر مورد توجه قرار می‌گیرد. هرقدر فشار در نوک فلر بیشتر باشد، امکان استفاده از فلرهای کوچک‌تر را فراهم می‌کند و انرژی بیشتری برای مخلوط شدن گاز فلر شده با هوای اطراف و به تبع آن بازده بالاتر احتراق تامین خواهد شد. در نهایت، این امر موجب کاهش تولید دوده می‌شود.

سیستم جرقه‌زنی فلر

سیستم جرقه‌زنی، یکی از بخش‌های مهم هر سیستم فلر را تشکیل می‌دهد. با وجود تلاش‌هایی که برای کاهش استفاده از سیستم فلر انجام شده است، قابل اعتماد بودن جرقه‌زنی سیستم فلر در مواقع ضروری، از موارد بسیار مهم به شمار می‌آید. در ادامه به بررسی سیستم‌های معمول جرقه‌زنی فلر می‌پردازیم.

سیستم جبهه‌ساز شعله

«جبهه‌ساز شعله» (Flame Front Generator) که در برخی موارد آن را با نام «گوی آتش» (Fire ball) نیز می‌شناسند، به اینصورت عمل می‌کند که به کمک این سیستم، هوای فشرده شده و گاز، توسط شیرهای کنترل، اندازه‌گیری می‌شوند و به داخل «محفظه اختلاط» (Mixing Chamber) وارد می‌شوند. در جریان پایین‌دستی محفظه اختلاط، یک جرقه‌زن (شمعک) قرار دارد. یک خط شعله مخصوص، به نازل پیلوت متصل و با ایجاد جرقه در محفظه احتراق، جبهه شعله ایجاد می‌شود. جبهه ایجاد شده در مسیر خط شعله حرکت می‌کند و با رسیدن به پلیوت، آن را روشن می‌کند. از مزایای استفاده از این نوع سیستم جرقه‌زن این است که با توجه به اینکه کنترل‌های جریان و دستگاه جرقه‌زنی، هر دو در یک سطح قرار دارند، حتی زمانی که سیستم فلر در حال کار باشد نیز می‌توان آن را تعمیر کرد.

جرقه‌زنی الکترونیکی

سیستم «جرقه‌زنی الکترونیکی» (Electronic Ignition) پیلوت فلر،‌ از سیستم‌هایی است که استفاده از آن به سبب عملکرد خودکار، روزبه‌روز گسترده‌تر می‌شود. دو نوع اصلی از این سیستم‌ها وجود دارند: سیستم انرژی بالا (HE) و فشار قوی (HT). این نوع از سیستم‌ها با ایجاد انرژی مورد نیاز، عمل جرقه‌زنی را انجام می‌دهند. البته شعله پیلوت را نیز به کمک استفاده از ترموکوپل‌ها رصد می‌کنند.

سیستم گلوله پرتابی

این سیستم که در نروژ و برای استفاده از سکوهای دریایی ابداع شده، از یک کابین، گلوله‌های جرقه‌زنی، لوله هادی و یک محفظه برای جمع‌آوری گلوله تشکیل شده است. دستگاه پرتاب از هوای فشرده برای انتقال گلوله از طریق لوله هادی و انتقال آن به نوک فلر استفاده می‌کند. زمانی که گلوله از لوله هادی خارج شود، یک چاشنی آزاد خواهد شد و گلوله به هنگام انفجار،‌ مجموعه‌ای از جرقه‌ها را بر نوک فلر و پیلوت پخش می‌کند که جرقه‌زدن گاز را به همراه دارد. پوکه گلوله در داخل محفظه باقی می‌ماند. رصد شعله نیز به کمک ترموکوپل‌های متصل به پیلوت قابل انجام است.

ارتفاع فلر در پالایشگاه

به طور معمول،‌ ارتفاع فلر در پالایشگاه را به کمک دو روش اندازه‌گیری می‌کنند: روش $$API521$$ که به «روش ساده»‌ (Simple Method) معروف است و «روش ارتقا یافته برزوستوسکی» (Modified Brzustowski Method). تعیین ارتفاع فلر تابعی از شدت تشعشع گرما در سطح زمین یا محل تعیین شده و مکان مرکز شعله است. متغیرهای دیگری همچون سرعت باد، دبی جریان گاز،‌ ترکیب گاز و سرعت خروج نیز بر محل مرکز شعله تاثیرگذار هستند.

معرفی دوره ویدیویی آموزش فلر (Flare) و طراحی آن

• مقدمه
• اجزاء، انواع و سیستم‌های فلر
• بررسی خوراک و محصولات فلر
• طراحی فلر
• شبکه فلر و طراحی آن

در فصل اول، فلر و وظایف اصلی آن در صنعت مورد بررسی قرار می‌گیرند. همچنین، در خصوص مزایا و مشکلات فلر و قوانین جهانی در خصوص فلرینگ، بحث می‌شود. در فصل دوم، بعد از شناخت اولیه فلر، انواع و سیستم‌های فلر مورد بررسی قرار می‌گیرند. در این فصل، فلر از نقطه‌نظرات مختلف همچون موقعیت مکانی، ارتفاع، نوع سازه، جهت و .. بررسی می‌شود.

فصل سوم به بررسی خوراک و محصولات فلر می‌پردازد. لازم به ذکر است که در این فصل، بررسی انتشار دود به طور بصری هم مورد بررسی قرار می‌گیرد به گونه‌ای که دانشجو، بدون انجام محاسبات پیچیده و فقط با چشم می‌تواند انتشار دود را بررسی کند.

فصل چهارم به طور کامل به طراحی فلر اختصاص دارد. در این فصل، ابتدا پارامترهای موثر بر طراحی آموزش داده می‌شوند و بعد از آن، طراحی سیستم فلر مورد بررسی قرار می‌گیرد. قطر دهانه فلر، ارتفاع فلر، گاز تخلیه،‌ گاز و بخار مورد نیاز، ظرف آب‌بند مایع و ظرف جداکننده و ... از جمله مباحثی هستند که در این فصل ارائه شده است. در فصل پنجم و پایانی،‌ شبکه فلر و طراحی آن مورد بحث قرار می‌گیرد. محاسبات بالادستی و پایین‌دستی، استانداردهای محاسبات شبکه فلر و مراحل طراحی خط لوله در شبکه فلر، همگی در این فصل آموزش داده می شوند. در آخر نیز نرم‌افزارهای مرتبط با بحث سیستم فلر، بررسی و معرفی می‌شوند.

• مجموعه آموزش‌های مهندسی شیمی
• مجموعه آموزش‌های نرم‌افزارهای مهندسی شیمی
• آموزش فرایند گاز ۱
• گاز ایده‌ آل — به زبان ساده
• کروماتوگرافی چیست؟ — به زبان ساده

^^