Если в вашем городе есть нефтеперерабатывающий завод, вы могли видеть, как горит его факел. Факелы с каждым годом включаются реже, да и открытое пламя постепенно уходит в прошлое: все чаще факелы делают закрытыми. Что в них сжигают и зачем? Безопасно ли это? Выясним вместе со специалистом ведущего вуза нефтяников.
На факельной установке (факеле) нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) сжигается небольшой остаток избыточных горючих газов, который невозможно использовать в производстве. Если их не сжигать, они могут попасть в атмосферу.
В вашем доме есть примеры похожих систем. В ванне и раковине два сливных отверстия: одно внизу, другое вверху, под самым краем. Верхний слив нужен, чтобы вода не потекла по полу, если ванна или раковина наполнится до краев.
Как работает НПЗ и что сжигает факел
Нефть — это сложная многокомпонентная смесь углеводородов и неорганических веществ. Задача переработки — «разделить» эту смесь на отдельные компоненты: бензин, керосин, дизельное топливо и другие полезные продукты.
На современных предприятиях почти каждая капля нефти идет в дело: остатки предыдущего этапа производства переходят на следующий. Первый из них — перегонка: нефть поэтапно нагревают. У каждого компонента своя температура кипения, поэтому они испаряются по очереди: каждый нефтепродукт проходит агрегатное состояние пара (газа). Сначала от нефти отделяются газы: пропан, бутан, пропилен. Затем наступает черед паров бензина, потом керосина и дизельного топлива.
После первого этапа производства остаток нефти перегоняют еще раз, но уже в вакууме. При низком давлении температура кипения веществ снижается, так что отделяются компоненты, которые не испарялись при атмосферном давлении. Затем следует крекинг: нефть нагревают без доступа кислорода, чтобы в цепочке химических реакций получить больше топлива и других продуктов, которые при высокой температуре опять-таки представляют собой газы. Ничтожная их часть изредка добирается до факельной установки.
Для чего на НПЗ горит факел
На верхушке факела постоянно есть крошечное пламя — это работа дежурной горелки. Если в факельную установку будет подана горючая смесь, горелка подожжет ее и не даст попасть в атмосферу.
Сжигание газов в факеле НПЗ в основном требуется по двум причинам: при изменении параметров производства и плановом ремонте установок.
Параметры производства меняются, например, когда нужно увеличить долю выпуска того или иного продукта за счет уменьшения производства другого. Из-за этого в трубах может меняться давление и состав газов, излишек которых приходится сжигать. Однако на современных НПЗ весь объем образующихся газов стараются задействовать в производстве — например, как топливо для нагрева нефти. Поэтому сегодня факельные установки при изменении параметров производства применяются все реже и реже.
Когда какую-то установку готовят к плановому ремонту, после остановки в трубах остаются газы. Те самые, которые образуются при переработке нефти после перегонки, крекинга и других процессов. Бо́льшая часть этих газов опять же сжимается компрессорами и превращается в топливо. Но какие-то остатки сжигаются в факеле, чтобы не попасть в атмосферу.
Инженеры обязаны предусмотреть и аварийные ситуации, хоть они и крайне маловероятны на современных предприятиях. Если что-то пойдет не так, факельная установка сработает как предохранитель: не даст газам попасть в воздух.
Устройство факельных установок
Есть два основных типа факельных установок: открытые и закрытые. Открытая — это по сути высокая труба, на вершине которой и происходит горение.
Владимир Капустин
заведующий кафедрой технологии переработки нефти Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина
Открытая факельная установка, как правило, подразумевает прямой проход газа через факельный ствол, установленный вертикально и имеющий высоту не менее четырех метров.
Четыре метра — это минимальная высота открытой факельной установки. На большом предприятии она может достигать и ста метров — как можно дальше от людей, чтобы никто не вдохнул продукты сгорания. Они растворяются в воздухе высоко над землей и в приземный слой, которым мы дышим, попадают в ничтожных концентрациях.
Многие предприятия переходят на закрытые факельные установки, в которых нет открытого пламени. Газы сжигаются в закрытой камере сгорания высотой около 40 метров.
В закрытых факельных установках достигают более полного сжигания газов, низкого уровня шума, отсутствия дыма и видимого пламени. Тепло, выделяемое закрытым факелом, идет в работу — отправляется на нужды завода. Есть два типа устройств, утилизирующих тепло от закрытой факельной установки: котел для получения водяного пара и теплообменник, нагревающий поток холодных отходов.
«Закрытые факельные установки очень дорогие, поэтому их встраивают на действующие НПЗ постепенно. Сегодня на современных заводах установки обоих типов дополняют друг друга», — поясняет Владимир Капустин.
Факельная установка и окружающая среда
После сгорания в открытой факельной установке образуются в основном азот, кислород и углекислый газ. Нельзя сказать, что вредных веществ нет вообще, но их содержание строго контролируется и не превышает установленных норм. Параметры горения и в открытом, и в закрытом факеле подобраны так, чтобы не допустить появления сажи и опасных веществ: альдегидов и кислот. Они образуются при более низкой температуре горения и дефиците кислорода.
Современный нефтеперерабатывающий завод оснащен автоматизированными системами контроля состояния воздуха и безопасности. Факельные установки не исключение. Встроенные в них датчики постоянно измеряют параметры воздействия на окружающую среду, например состав сжигаемых газов. Также за работой факела постоянно следят видеокамеры.
Вокруг завода — санитарно-защитная зона. На ее границах постоянно контролируется состав воздуха. На современных НПЗ концентрация вредных веществ ничтожно мала: она не только не превышает предельно допустимых значений по санитарным нормам, но даже не фиксируется чувствительными приборами.
Кроме того, за соблюдением норм следят федеральное ведомство Росприроднадзор и региональные контролирующие организации.
