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Desenvolvimento Tecnológico
Sistema Flare
Sistema de Flare
Flare : palavra de
origem inglesa
que significa chama
instável, na qual
sujeita a variações
bruscas de forma
e intensidade.
2 – Descrição e Tipos de flare
O flare em uma planta industrial é um equipamento pouco divulgado mais de fundamental importância para segurança da planta e o meio ambiente, na qual em seu projeto inicial é levado em consideração uma serie de fatores como sua localização, área disponível , velocidade do vento, nível de ruído posição, radiação térmica entre outros. Assim cada flare tem seu projeto próprio, adaptado às condições a que deverá atender enfocando sempre a relação do custo e beneficio.
1 - Objetivo :
Aplicação em plantas industriais : on-shore , off -shore química, petroquímicas, siderúrgicas, aterro sanitários, estações de tratamento de esgoto entre outras.
O sistema de flare deve ser visto como sistema de segurança final nas unidades industriais, evitando que, devido a situações de anormalidades como pressão no interior das linhas e equipamentos ultrapassem o s valores máximo admissível de operação.
A operação consiste conduzir gás por uma tubulação vertical, na qual na ponta se queima o gás, formando uma chama oscilante de grande intensidade de calor.
O Flare normalmente é formado por três componentes : chaminé , selo e queimador ( stack, seal , tip)O sistema geralmente, contém outros elementos adicionais normalmente um vaso de separação de liquido (knock-out drum)e um vaso de selagem hidráulica (water Seal), se completa com alguns componentes auxiliares como pilotos, ignitores, retentores de chama, instrumentação de controle, proteção incluindo as válvulas de segurança e a rede de alivio de pressão existente nas unidades industriais.
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Podemos exemplificar alguns tipos de flare de acordo com os fabricantes e com a sua aplicação em função dos hidrocarbonetos, mistura dos gases e limitação da área para sua construção como mostra tabela 1:
Tipo de flare
Chama visível aceitável
Hidrocarbonetos leves
Mistura pobre Limitação de área
Steam Assisted Flare *^ *^ *
Air Assisted Flare *^ *^ *
Gas Assisted Flare *^ *
Sonic Flare (^) * * *
Ground (^) * *
Enclosed Flare (^) * * *
Tabela 1 mostra alguns tipos de flare e diferença na aplicação.
2.1- Descritivo básico para alguns tipos de flare :
2.1.2 - Steam Assisted Flare - Vapor assistido flare
Como mostra a figura 1 Steam Assited Flare
as labaredas de vapor assistida são projetados para
eliminar os gases mais pesados de resíduos que têm
uma maior tendência a gerar fumaça. Figura 1 – Steam Assited Flare
A fim de evitar combustão incompleta, o vapor é injetado no
fluxo de resíduos vapor usando anéis periféricos, cujo o centro tem aeradores de vapor,
e ou interior tubos de indução. A injeção de vapor tem dois efeitos principais:
Fluxo de vapor de alta pressão provoca turbulência no fluxo de resíduos o que melhora
a mistura e, portanto, melhora a combustão com eficiência.
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a fumaça, resultando a chama totalmente luminosa. Quanto mais vapor for injetado, a
luminosidade começará a ser reduzida até que se torne difícil visualizar (figura 4). O
vapor é o meio eficiente para que a condição de controle na chama e a geração de
fumaça fique dentro dos limites estabelecidos no custo e beneficio e em função das
normas de aceitação referente ao meio ambiente.
Figura 3 – Mostra e evidencia a característica da fumaça.
Figura 4 – Mostra e compara a queima dos gases em
relação a injeção de vapor.
2.1.3- Performance :
Baixos custos de manutenção , alta capacidade de queima devido a injeção de vapor,
combustão estável devido ao anel de retenção de chama, maior vida útil da ponta devido
ao vapor com efeito de esfriamento, injeção de vapor externo, na qual estabiliza a
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chama e arrasta o ar assegurando uma combustão eficiente com maior capacidade e
sem fumaça, e reduzindo o ruído.
2.2 - Air Assist Flares
Flares Air assistida é composto por dois tirantes concêntricos e um ou mais ventiladores de ar de combustão. O ar é forçado em um anel de ar exterior por um ventilador e o gás passa por um processo de elevação interior. Ao atingir a ponta do flare, essas duas correntes misturam onde o fluxo de ar de alta pressão provoca turbulência no fluxo de resíduos, o que melhora a mistura e melhora a eficiência de combustão. Flares Air assistida descarte de resíduos de gases mais pesados que têm uma maior tendência para queimar e também pode ser empregada em locais onde o vapor pode não estar disponível. Geralmente o efeito obtido pela injeção de ar, na qual pode ser realizado a partir de um anel de injeção de ar é similar a um anel de injeção de vapor, em conjunto paralelo com o gás. Existe designs diferentes no caso especiais para cada aplicação que facilitam a queima, até em função do produto a ser queimado
2.3 - Sonic flare
São usados quando o volume de gás residual a ser queimado são de um nível extremo.
Em operação : temos o nível de ruído é mais alto, maior comprimento de chama, alta
pressão, maior parte da radiação. Sua aplicação deve ser considerada apenas quando
não há preocupação com o ruído, radiação ou comprimento de chama.
Este tipo de flare ‘Sonic flare” utiliza uma elevada pressão de vapor de gases residuais,
dispersos através de multi-ponto ou multi-encenado dicas, ponto de queimar capacidade
extremamente grande de gás smokelessly. Este tipo de flare utiliza a pressão e
velocidade do fluxo de resíduos, até velocidades sônicas, para criar mistura turbulenta e
induzir quantidades volumosas de ar para uma combustão mais completa, também
emitem níveis reduzidos de radiação e pode ser colocado em baixo, menos visível, as
elevações. Esta avançada tecnologia de queima é excelente para aplicações com gases
de alta pressão e alta capacidade de resíduos requisitos sem fumaça (figura 5).
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na qual colocam-se duas lanças, sendo utilizada uma ou outra conforme o sentido em que estiver ventando.
Figura 7- Mostra aplicação off- shore lança inclinada e na ponta o queimador.
4 - Instrumentação e Controle
Geralmente a aplicação da instrumentação e controle se dá de forma em que algumas malhas de controle criticas são com segurança redundante, isto é , envolve alguns instrumentos especiais integrados nos equipamentos. Na figura 8 apresenta um fluxograma básico com alguns elementos de medição para controle.
Figura 8 – Fluxograma básico do controle para queima do flare
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O controle da planta é essencial em função da relação custo e beneficio da queima do gás em relação a extração do petróleo / gás, na qual é necessária por razões de segurança ou operacionais, portanto não existe produção na extração de petróleo sem a queima de gás. A instrumentação envolvida deve ser projetada de acordo com o tipo de flare seguida de procedimentos específicos.
4.1 -A instrumentação envolvida :
4.1. 1- Instrumentação de campo
Pode-se ressaltar como por exemplo que no vaso de selagem temos instrumentos instalados como : chaves de nível alto (LSH)e baixo(LSL) para alarmes (LAH), controladores nível (LC), controladores de vazão (FC), controladores de temperatura(TC), elementos de medição de temperatura(TE), elementos medição de vazão –placa de orifício (FE),medidores especiais de vazão, válvulas de controle, sensores de chama, válvulas solenóides.
4.1.2- Instrumentação da sala de controle
Controladores lógicos programáveis (PLCs) com redundância especifica para segurança da planta, sistema supervisório, algumas aplicações com sistema digital de controle distribuído(SDCD)e sistema de segurança e alarme.
4.1.3- Telemetria / sinais / segurança
A telemetria envolvida varia em função da aplicação por exemplo, sinal pneumático (3 a15 psi) aplicação nas válvulas de controle, sinal de corrente (4 a 20 mA)aplicação transmissores, controladores, CLP entre outros instrumentos, sinal digital protocolo de comunicação especifico para aplicação industrial e sinal em fibra óptica.
Outro ponto fundamental é a utilização do uso de barreiras de segurança intrínseca em função da telemétrica do sinal elétrico.
4.1.4- Analise
Com referência ao meio ambiente não podemos esquecer dos instrumentos que fazem parte das medições de analise dos gases, água e outros derivados que são os analisador de gás, medidores de pH, na qual podem ser montados em pontos estratégicos no processo.
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FT - transmissor de vazão, podendo ser de varias tecnologia diferentes geralmente a medição é realizada por pressão diferencial
Medição de vapor para queima :
FE- elemento deprimogenio – Placa de orifico
FT - transmissor de vazão, podendo ser de varias tecnologia diferentes geralmente a medição é realizada por pressão diferencial
FV – válvula de vazão com posicionador eletro pneumático geralmente a válvula tem característica de vazão igual porcentagem.
Controlador : Recebe sinal das duas variáveis principal e secundaria
FRC – controlador registrador de vazão, na qual atua na variável principal geralmente seu algoritmo de controle (P+I ). Detalhe importante é que este instrumento também recebe sinal da variável secundaria com algoritmo de controle (P+I+D). Geralmente sua operação é dada através de blocos ou estruturas que são configuradas. Por exemplo para este caso, a saída corrigida da medição de vazão de gás é o set -point remoto, na qual fará a comparação com a variação da medição de vazão de vapor (variável manipulada). O sinal corrigido atuará modulando o elemento final de controle (FV).
A figura 10 – Mostra o diagrama em blocos para o controle em cascata variável principal e variável secundaria referenciando o modelo matemático sendo as funções de transferências de cada parte do processo ( GP2, GP3 ), representando as resistências e capacitâncias, isto é, tubulações, vasos entre outros. Podemos ressaltar a apresentação dos controladores (PID principal e PID secundário),(GV ganho do elemento final de controle), o bloco Transfer Fcn3 faz a realimentação mantendo a malha equilibrada.
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Figura 10 - Mostra o diagrama em blocos com as funções de transferências para o controle em cascata
Continua !!!
