-
1
SISTEMA DE TOCHA
(flare)
-
2
ndice
1 - Introduo 3
2 - Sistemas de despressurizao e alvio 4
3 - Sistema de tocha de alta presso 6
4 - Sistema de tocha de baixa presso 6
5 - Combusto 10
6 - Tipos de tocha 13
7 - Componentes de sistemas de tocha 23
8 - Problemas freqentes 29
9 - Procedimentos de monitorao operacional 33
-
3
Introduo
O sistema de tocha, conhecido tambm como sistema de f lare, tem
a funo de descartar, com segurana, o gs no aproveitado nas
plataformas, evitando a formao de nuvem inflamvel que poderia
provocar exploso ou incndio.
O prazo de uma interveno em f lare varia de 10 a 20 dias, util
izando o mtodo convencional de montagem off-shore, o que representa
uma perda de receita signif icativa e a mobilizao de grandes
recursos de logstica e de montagem. A ocorrncia de vrias paradas de
interveno em sistemas de tocha incentivou a elaborao desta apostila
, que tem o objetivo de auxil iar na reduo d as causas operacionais
dos problemas.
-
4
Sistemas de despressurizao e alvio
O gs direcionado ao f lare pode ter origem em um evento normal,
como a parada de um compressor ou em um evento de segurana, como a
abertura d e uma vlvula de alvio de presso de um vaso.
O sistema de tocha geralmente subdividido em duas partes: tocha
de alta presso e tocha de baixa presso. O gs dos equipamentos cuja
presso de operao consiga vencer uma resistncia de at 5 psig nos ori
f cios de sada de gs no queimador coletado por uma rede de dutos
denominada sistema de despressurizao e alvio de baixa presso.
Analogamente, os equipamentos cuja presso de operao seja compatvel
com presso superior a 5 psig nos orifcios de sada de gs no
queimador, so assistidos pelo sistema de despressurizao e alvio de
alta presso.
A instalao das duas redes de coleta vantajosa porque a presso
disponvel no sistema de despressurizao e alvio pode ser convertida
em velocidade de sada de gs no queimador, para aumentar a mistura
de ar do ambiente e melhorar a combusto. Se considerarmos que a
vazo do flare de alta muito maior que a vazo de flare de baixa a
vantagem da segregao fica evidente.
O dimensionamento do sistema de despressurizao e alvio leva em
conta, alm das vazes produzidas por paradas normais de
equipamentos, outras vazes produzidas por situaes de emergncia
como: fogo em reas selecionadas, erro de manobra ou despressurizao
total de planta. No ltimo evento, para no aumentar demasiadamente o
dimetro das linhas e a capacidade da tocha, as linhas de alvio das
BDV (blow down valves ) so equipadas com orifcios de restrio. Os
sistemas de despressurizao e alvio so projetados segundo a norma
API RP-521, de tal forma que nenhuma PSV (pressure safety valve)
tenha sua capacidade de alvio diminuda devido contra presso
existente ou desenvolvida.
O sistema de vent outra rede de dutos que coleta os vapores de
tanques e os descarta na atmosfera sem queima devido seu volume
reduzido. Geralmente a extremidade de sistema de vent est
localizada no meio da estrutura de suporte do sistema de tocha.
As linhas do sistema de vent e dos sistemas de despressurizao e
alvio devem ter caimento para ao vaso do flare. Os pontos baixos,
que possibilitem o acmulo de lquido, devem ser equipados com vlvula
de drenagem.
-
5
Sistema de tocha de alta presso
O sistema constitudo pelo vaso do f lare que tem a funo de
separar as partculas lquidas carreadas pelo gs e por uma tocha
com um ou mais queimadores de gs .
As partculas lquidas podem ser produto da condensao do gs ou do
arraste de petrleo da planta . A queima deste lquido representa ,
alm do no aproveitamento de hidrocarboneto, a produo maior de fumaa
e de radiao trmica. A alta temperatura gerada pelo poder calorfico
do lquido encurta a vida til do queimador . O petrleo arrastado
pode coquear e obstruir os orifcios de sada de gs dos queimadores
.
O sistema de tocha tem a funo de queimar o gs sem produzir fumaa
e com nveis de radiao trmica e rudo baixos. Devido grande diferena
entre as vazes de operao mxima e mnima, di fcil atender todos os
requisitos com um nico queimador. As plataformas mais recentes so
equipadas com tochas de mltiplos queimadores que otimizam a
combusto.
Sistema de tocha de baixa presso
O sistema de baixa presso tambm constitudo por um vaso de flare
e por uma tocha com um ou mais queimadores de gs.
Devido presso baixa do seu sistema de despressurizao e alvio,
esta tocha produz mais fumaa, e sua chama , relativamente, mais
radiante que a chama de alta presso, devido ao maior peso molecular
do gs de baixa presso .
-
6
Vaso de tocha e Manifold de estgio
Tocha
-
7
Combusto
A combusto uma reao entre um combustvel e oxignio que produz :
calor, CO2, vapor de gua e outros produtos como SO2 e NOx. O
oxignio da reao vem do ar.
A fumaa na tocha produto da combusto incompleta de
hidrocarboneto. Uma causa de produo de fumaa a mistura em propores
inadequadas de ar e gs . A mistura de ar regulada pela turbulncia
provocada pela velocidade de sada do gs no queimador. Existe uma
velocidade limite superior que provoca o descolamento da chama e o
apagamento da tocha. Cada gs tem um limite de velocidade que est
relacionado velocidade de propagao da chama neste gs. O rudo
produzido pelo fla re est relacionado velocidade de sada do gs. Os
sistemas de tocha que operam em regime snico, tm o comprimento da
lana definido pelos projetos de radiao trmica e de nvel de
rudo.
Outra causa de produo de fumaa na tocha a queima do lquido
arrastado que requer mais ar que o disponvel e a pulverizao do
lquido.
Parte do calor gerado pela queima de hidrocarboneto incide sobre
a plataforma por radiao . Os produtos de combusto que emitem radiao
so: CO2, H2O e, principalmente, as par tculas de carbono (fuligem )
que do a tonalidade vermelha chama. Uma chama avermelhada mais
radiante que uma azulada.
A radiao trmica incidente na plataforma depende da composio do
gs, que determina o poder calorfico e a frao de calor radiante, e
depende tambm do formato da chama porque quanto maior a imagem da
chama visualizada por um observador , maior a radiao incidente
sobre ele.
Influncia da velocidade do gs na combusto
-
8
Combusto de gs natural
Combusto de propileno
-
9
Radiao trmica do flare em relao a um observador
-
10
Tipos de tocha
As plataformas da UN-BC so equipadas com os seguintes tipos de
tocha:
1 - Pipe flare ou Utility fl are a tocha mais simples, composta
por um tubo aberto . suscetvel a emitir fumaa devido baixa
velocidade de sada de gs , sua chama longa e instvel , com nvel de
radiao elevado. equipada com os seguintes acessrios :
- retentor de chama (f lame retention ring ) - um anel composto
por
vrios defletores instalado no interior da extremidade da tocha
que tem a funo de estabilizar a chama, criando uma zona de baixa
presso, para onde migra uma corrente permanente de gs, assegurando
a ancoragem da chama.
- defletor de vento (windshield) - uma estrutura que tem a
funo
de proteger a extremidade da tocha, afastando a chama que atrada
pela zona de baixa presso na face abrigada do vento.
- selagem de ar (purge reduction seal) um equipamento que
reduz a vazo de gs necessria para evitar a entrada de ar para o
interior da tocha. Existem dois tipos de selagem:
O selo fludico uma reduo do dimetro interno do queimador
que provoca um incremento de velocidade do gs, que arrasta o ar
para fora da tocha.
O selo molecular um equipamento que provoca duas mudanas
de sentido na corrente de gs, criando um bols o de gs que
obstrui a entrada de ar.
Este tipo de tocha est instalado em plataformas antigas como:
PNA-1, PNA-2, PCH-1 e PCH-2. Nas plataformas onde no existe a
separao do sistema de despressurizao e alvio de alta presso do de
baixa presso, o desempenho do equipamento ainda mais prejudicado
devido baixa velocidade de sada de gs.
-
11
Pipe flare
-
12
Defletor de vento
Retentor de chama
-
13
Selo fludico
Selo molecular
-
14
2 - Multiponto ou Mult i f lare A tocha composta de vrios
conjuntos de queimadores denominados estgios. Um sinal de processo,
geralmente presso, interligado ao painel de controle da tocha que
abre as vlvulas dos estgios adequados para uma faixa de vazo de gs.
Cada vlvula de estgio tem no seu by-pass uma vlvula de alvio de
presso, do tipo pino de cisalhamento. Devido ao ajuste da
velocidade do gs no queimador, captura e mistura ar do ambiente ,
produzindo queima sem fumaa, e devido ao arranjo de queimadores que
modela a chama, tem radiao trmica baixa. Instalado em plataformas
mais recentes como: P-25, P-31, P-35 e P-37.
Flare multiponto
-
15
Configurao de multiflare
-
16
Vazo
Presso
P3
P2
P1
Q1 Q2 Q3
1o Estgio + 2o Estgio
1o Estgio
1o Estgio + 2o Estgio + 3o Estgio
Estagiamento de multiflare
Queimador de multif lare
-
17
3 - Multiponto com tulipa mvel uma tocha cujo estagiamento feito
pela calibrao das molas das tulipas mveis. A rea na base da tulipa
por onde sai o gs varivel de acordo com a vazo, porque a tulipa se
move de acordo com a resultante das foras peso e de empuxo de gs na
mola que a sustenta. O formato da tulipa produz o efeito Coanda na
corrente de gs, que em vez de adquirir uma direo tangencia l,
percola pela sua superfcie, criando uma extenso da zona de
velocidade alta que aumenta a mistura ar do ambiente na corrente de
gs . O sistema necessita presso de operao maior que o multiflare.
Apresenta as seguintes caractersticas: dimenses reduz idas, peso
baixo, rapidez de instalao, montagem opcional com helicptero.
Instalado nas plataformas P-19, P-20 e P-33.
4 Mult iponto com gs de assistncia util izado como queimador de
gs de baixa presso. Tem a configurao de um multiponto acres cido de
uma sada de gs do sistema de alta presso junto a cada um dos
queimadores. O gs de alta presso aumenta a mistura de ar e melhora
a combusto.
Flare multiponto com tulipas mveis e
Flare multiponto com gs de assistncia
-
18
Flare multiponto com tulipa mvel
Efeito Coanda em tulipa de flare
-
19
Flare multiponto com gs de assistncia
-
20
Componentes de sistemas de tocha Piloto - uma chama
permanentemente acesa que assegura a ignio de todo gs direcionado
ao flare. composto por uma linha de gs suprida pelo sistema de gs
combustvel, equipada com um filtro e um ejetor na extremidade
prxima da tocha, que tem a finalidade de adicionar ar ao gs,
formando uma mistura inflamvel. Para plataformas com queima de gs
intermitente e aquelas sujeitas a ventos fortes que apagam o flare,
necessrio ter pilotos confiveis em redundncia.
-
21
Piloto
Detalhe do piloto
-
22
Sistema de acendimento de piloto - um gerador da fonte de calor
que causa a ignio do piloto. O sistema mais simples formado por uma
vela instalada na linha do piloto. Outra configurao, conhecida como
bola de fogo, composta por um painel instalado na base da lana do
flare, que abriga, entre outros, uma linha de gs combustvel
equipada com uma vlvula reguladora de presso, e uma linha de ar
comprimido equipada com uma vlvula reguladora de presso. A funo das
vlvulas reguladoras de presso facil itar a dosagem manual de uma
mistura inflamvel que preenche uma linha de ignio interligada
extremidade da linha do piloto. Uma vela instalada no painel
provoca a ignio da mistura e uma frente de chama se propaga at o
piloto para acend-lo. Como um sistema de flare tem vrios pilotos,
cada um deles tem sua linha de ignio no painel, de onde possvel
direcionar a bola de fogo atravs de um jogo de vlvulas. O sistema
de vela tem vida til menor que a bola de fogo por estar mais
exposto radiao. O sistema de bola de fogo pode ser vida til grande
quando as linhas de ignio so de ao inoxidvel e o lquido condensado
nestas linhas drenado periodicamente.
Sis tema bola de fogo
-
23
Sistema de monitoramento do piloto - um sensor da chama do
piloto. O sistema mais usado o termopar. O termopar um circuito
formado por dois fios condutores feitos de metais diferentes, no
qual circula uma corrente proporcional diferena de temperatura
entre as junes. A junta quente instalada de modo a sentir o calor
sem se expor chama do piloto, o que poderia reduzir sua vida til. O
termopar interligado ao painel de controle que indica a falha do
piloto quando a temperatura cai abaixo de um valor definido.
Existem outros mtodos de monitoramento do piloto como o sensor tico
do infravermelho da chama, o sensor da ionizao dos produtos de
combusto e o sensor acstico da crepitao da chama. Geralmente um
destes mtodos utilizado em conjunto com o termopar, como monitorao
redundante.
Sensor de Infravermelho
-
24
Sensor de som
-
25
Painel de controle e alarme um painel que contm os cartes de
controle de estgio, as luzes indicativas da situao de cada piloto,
as vlvulas reguladoras de presso de gs combustvel para o piloto e
para o sistema de acendimento do piloto, a vlvula reguladora de
presso de ar comprimido para o sistema de acendimento do piloto, e
as vlvulas manuais de dosagem da bola de fogo.
Painel de controle e alarme
-
26
Problemas freqentes
Os principais problemas operacionais so:
1 - Arraste de lquido O problema est relacionado com o
descontrole de nvel ou da injeo
de antiespumante em separador. Como o nvel muito alto no vaso de
flare fecha os poos, a operao tentada a administrar a situao
queimando o leo arrastado enquanto busca debelar a causa do
problema. Esta prtica ameaa a segurana e o meio ambiente, havendo
registros de fogo na superfcie do mar e de corrente de fogo pela
lana, e ainda, danifica os queimadores devido ao tamponamento de
seus orifcios, provocado pelo coqueamento do petrleo arrastado. A
que ima de lquido tambm deforma queimadores e estrutura secundria
devido alta temperatura gerada pelo seu poder calorfico. Outra
prtica verter o lquido do vaso do flare no seu skid. Este
procedimento ameaa a segurana, porque cria um acmulo de mate rial
inflamvel em espao aberto.
Queima de petrleo
-
27
Distribuidor (header) deformado aps queima de petrleo
-
28
2 Estagiamento de tochas multiponto
O problema operacional mais importante relacionado ao
estagiamento de multiflare a ocorrncia de um surto de presso, por
exemplo, na parada de um compressor de gs , que no respondida pelo
controle de estgio com a rapidez necessria e a conseqente abertura
de uma vlvula de pino de cisalhamento.
Caso a operao no perceba este evento, teremos um nmero excessivo
de queimadores de gs em servio, aps a partida do compressor. Nesta
situao, a chama se aproxima dos queimadores, provocando sua de
gradao precoce devido alta temperatura.
Outros problemas que provocaram intervenes em sistemas de
tocha
como: descumprimento de plano de manuteno , uso de material
inadequado e erro de projeto, t iveram as causas diagnosticadas e a
repetio bloqueada pelas melhorias de prticas de manuteno, de
procedimentos de fiscalizao e de especificao tcnica.
Queima com estgios abertos
-
29
Painel de controle
Vlvula de estgio
-
30
Procedimentos de monitorao operacional
O SINPEP da UNBC contempla os procedimentos de monitorao
operacional de sistemas de tocha abaixo:
PE-27-01851-A Procedimentos para monitorao operacional de
sistemas de tocha do tipo KMI PE-27-01852-A Procedimentos para
monitorao operacional de
sistemas de tocha do tipo pipeflare PE-27-01853-A Procedimentos
para monitorao operacional de
sistemas de tocha do tipo multif lare
-
31
Procedimentos para monitorao operacional de sistemas d e tocha
do tipo Multif lare
1 Objetivo Estabelecer procedimentos para o acompanhamento de
parmetros operacionais de sistemas de tocha do t ipo Mult i f lare.
2 Documentos complementares - Relatrio do GT Flare 3 Definies
Multiflare tocha constituda por vrios conjuntos de queimadores
denominados estgios , que so acionados de acordo com a vazo de
gs .
Tip extremidade da tocha, que contem a abertura por onde sai
o
gs. LSH level switch high - chave de nvel alto, ligado ao um
sinal de
alarme desta situao no sistema de superviso operacional da
plataforma.
CFTV circuito fechado de televiso. FFG fire front generator -
sistema de acendimento de piloto
composto por um painel que abriga uma linha de gs combustvel
equipada com uma vlvula reguladora de presso, e uma linha de ar
comprimido equipada com uma vlvula reguladora de presso. A funo das
vlvulas reguladoras de presso dosar uma mistura inflamvel que
preenche uma linha de ignio interligada extremidade da linha do
piloto. Uma vela provoca a ignio da mistura e uma frente de chama
se propaga at um piloto para acend-lo.
HP high pressure - presso alta ECOS - Estao Central de Operao e
Superviso 4 Aplicao
-
32
Nas plataformas equipadas com sistemas de tocha de alta presso
do tipo Multiflare. 5 Parmetros operacionais e periodicidade de
monitorao Os itens de monitorao esto listados no fluxo de processo
anexado abaixo: Anexo 1 - Fluxo de Processo de Multiflare.xls 6
Planilha de acompanhamento operacional A evidncia do acompanhamento
operacional dever ser o preenchimento dirio da planilha abaixo:
Anexo2 - Planilha Multiflare.doc 7 Fluxo de informao O resumo da
situao do sistema de tocha, registrada nas planilhas de
acompanhamento operacional, ressaltando os desvios dever ser
informado no Boletim Dirio de Produo (BDP) da plataforma, e servir
como atestado do cumprimento dirio da rotina de acompanhamento.
-
33
FLUXO DE PROCESSO PARA MULTIFLARE
O QUE POR QUE QUEM ONDE QUANDO COMO fumaa evidncia de
queima de lquido
arrastado ou velocidade de
gs baixa (estgios em
excesso)
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (CFTV)
duas vezes por dia
anlise visual
cor de chama evidncia de queima de
lquido arrastado
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (CFTV)
duas vezes por dia
anlise visual
distncia entre chama e
tip
associado vazo de gs
(regular a vazo gs de
purga)
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (CFTV)
duas vezes por dia
anlise visual
nvoa ou gotejamento de petrleo
evidncia de arraste de
lquido
operador de produo
na rea operacional
duas vezes por dia
anlise visual
presso no vaso do flare
evidncia de vazo de gs baixa (regular
a vazo de gs de purga)
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (ECOS)
duas vezes por dia
manmetro ou tela da ECOS
piloto aceso assegurar queima de
gs
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (CFTV)
duas vezes por dia
anlise visual
vazo de gs de purga
evitar o retorno de chama ou regular a distncia
entre chama e tip
operador de produo
na rea operacional
duas vezes por dia
medidor de vazo ou
verificao de alinhamento
de gs
frequncia de operao da bomba do
vaso de flare
evidncia de arraste de
lquido
operador de produo
na sala de controle (ECOS)
permanente, com a
consolidao dos dados duas vezes
por dia
monitorao na ECOS
-
34
frequncia do
alarme de nvel alto do vaso de flare
evidncia de arraste de
lquido
operador de produo
na sala de controle (ECOS)
permanente, com a
consolidao dos dados duas vezes
por dia
monitorao na ECOS
estado da chave de
nvel muito alto do vaso do flare (no
inibir)
evitar a queima de
lquido
operador de produo
na sala de controle (ECOS)
uma vez por dia
monitorao na ECOS
estagiamento assegurar a operao correta do sistema de
tocha
operador de produo
na rea operacional
ou na sala de controle (ECOS)
duas vezes por dia
identificar os estgios em operao e verificar a curva de
operao da tocha (grfico
presso x vazo)
vlvulas de pino de
flambagem
assegurar a operao correta do sistema de
tocha
operador de produo
na rea operacional
uma vez por dia
verificar o estado dos
pinos de flambagem(re-
parar os desvios
imediatamente)
drenagem da linha de
acendimento de piloto (FFG)
assegurar a operao do sistema de
acendimento de piloto
operador de produo
no painel de piloto do flare
uma vez por semana
acionamento da vlvula de drenagem do sistema FFG
treinamento de
acendimento de piloto (FFG)
praticar os procedimentos
de acendimento
de flare
supervisor de operao e operador de
produo
no painel de piloto do flare
a cada embarque da
equipe
seguir os procedimentos
de acendimento
teste funcional de vlvula de
estgio
assegurar o servio do
equipamento e
planejamento de
manuteno
supervisor de operao,
tcnicos de manuteno e
de instrumentao
na rea operacional
uma vez por semestre
abrir e fechar a vlvula
-
35
teste funcional de vlvula de
pino de flambagem
assegurar o servio do
equipamento e
planejamento de
manuteno
supervisor de operao,
tcnicos de manuteno e
de instrumentao
na rea operacional
uma vez por semestre
abrir e fechar a vlvula
situao do plano de inspeo
assegurar a preservao
do sistema de tocha
supervisor de operao
consultar a equipe de
inspeo de equipamentos
uma vez por semestre
reunio
situao do plano de
manuteno
assegurar a preservao
do sistema de tocha
supervisor de operao
consultar a equipe de
manuteno
uma vez por semestre
reunio
