Os pilotos são o coração de um sinalizador. Sem pilotos saudáveis, um sinalizador pode facilmente se tornar um respiradouro. Quando ocorre uma falha na tubulação de combustível do piloto, ela pode afetar significativamente o desempenho do piloto e, consequentemente, o desempenho do flare. Ninguém espera que, ao instalar um flare, a tubulação de combustível piloto falhe, mas isso acontece. Aperto insuficiente de conexões roscadas, flanges sem porcas duplas ou outro mecanismo para evitar afrouxamento, impacto de chama de flares adjacentes, impacto de chama de um flare danificado, suporte de tubulação inadequado e corrosão são causas potenciais de falha na tubulação de combustível piloto. Este artigo discutirá as etapas que podem ser tomadas para mitigar o problema, caso surja, e medidas preventivas para diminuir a probabilidade de sua ocorrência. As seguintes suposições são feitas:
- Um gerador de frente de chama (FFG) está disponível e funcional.
- O gás de ventilação não pode ser encaminhado para outro flare.
- O sinalizador danificado não será desligado para reparo.
(Aviso: a operação sem pilotos pode resultar na ventilação de gases residuais e suas consequências e pode violar os regulamentos locais.)
Cenários de falha no fornecimento de combustível
Cenário 1. A tubulação de combustível rachou, mas a pressão do combustível piloto ainda pode ser mantida. (A chama está presente nas pontas do piloto.)
Nem todas as falhas são iguais. Uma rachadura na tubulação que vaza gás não é tão grave quanto uma quebra completa na tubulação. Dependendo do tamanho da rachadura, ainda pode ser possível manter a pressão do combustível. Manter a pressão do combustível com um tubo rachado pode exigir mais fluxo de combustível, mas os pilotos podem continuar operando normalmente. A preocupação neste cenário é o que acontece com o gás que sai pela rachadura. Se o gás estiver ventilado e apagado, há uma pequena consequência ambiental, mas nenhum prejuízo para a ponta do flare e seus componentes. Espera-se que, com o tempo, a liberação de gás combustível de uma rachadura acabe se inflamando. Com um vazamento inflamado, a localização e a direção da chama resultante tornam-se importantes. Por exemplo, se a chama gerada pelo vazamento colidir com a ponta do alargamento ou outros componentes, como componentes de ignição elétrica, junções de termopares, suportes, piloto, vedação molecular, etc., alguns danos devem ser esperados. Se a chama ou os produtos da combustão estiverem sendo sugados para o venturi de um piloto, isso pode resultar em uma interrupção do pilototage.
Recomenda-se o monitoramento rigoroso dos pilotos e equipamentos nas proximidades do vazamento. Existe a possibilidade de a taxa de vazamento aumentar repentinamente a qualquer momento, o que pode comprometer a operação do piloto. A instalação pode decidir se algumas das mitigações discutidas no cenário 2 devem ser implementadas para reduzir a probabilidade de um apagão. O mecanismo que causou a rachadura em primeiro lugar provavelmente ainda está presente, o que significa que a rachadura só deve piorar com o tempo. Se uma chama descontrolada colidir com componentes de aço carbono, existe o potencial de falha estrutural ou perda de contenção do componente.
Cenário 2. A tubulação de combustível falhou e a pressão de combustível piloto não pode ser mantida. (Pressão piloto abaixo do mínimo necessário para manter a chama nas pontas piloto.)
Perda de pressão de combustível do piloto significa perda de pilotos. Há um alto potencial de chama fora da chama principal. As seguintes etapas podem ser tomadas imediatamente pela instalação para reduzir a probabilidade de perda da chama principal.
- Aumente o fluxo de gás combustível para o flare. Ter uma chama principal forte é a melhor defesa contra a perda da chama principal quando os pilotos não estão disponíveis. A taxa de fluxo deve ser suficiente para produzir uma chama facilmente visível na descarga da ponta do flare.
- O gás combustível pode ser enviado através de uma ou mais linhas do Gerador Frontal de Chama (FFG) para um piloto ou pilotos. Este gás pode ser inflamado pela chama principal, mas pode não acender se o piloto estiver contra o vento. Os pilotos de flare avançados normalmente incluem um conjunto de misturador que produz uma chama estável e pré-misturada. As chamas produzidas pela tubulação FFG são chamas de difusão que são menos estáveis do que um piloto pré-misturado e são mais propensas a serem extintas pelo vento. As chamas produzidas pelo sistema FFG geralmente não podem ser detectadas pelos termopares piloto, pois a combustão ocorre fora do para-brisa piloto. Se injetar combustível em mais de uma linha FFG, deve-se tomar cuidado para evitar a criação do efeito do tubo "U". O efeito do tubo "U" ocorre quando um sistema de tubulação tem duas descargas que são conectadas em uma elevação mais baixa (ou seja, logo a jusante da câmara de ignição FFG). Um baixo fluxo de gás mais leve que o ar através de um tubo "U" tenderá a fluir para fora apenas de uma saída, enquanto a outra saída tem ar fluindo para a tubulação. Isso pode gerar uma mistura inflamável de combustível/ar que pode voltar ao local onde o combustível/ar se mistura.
- Uma combinação de combustível e ar pode ser enviada através de uma linha FFG. O envio de uma mistura de combustível/ar através da linha FFG pode resultar em uma chama pré-misturada que é mais estável do que uma chama de difusão. Deve-se tomar cuidado para garantir que a velocidade da mistura ar-combustível seja maior que a velocidade turbulenta da chama da mistura. Se a velocidade na linha FFG for muito baixa, a chama pode voltar para a linha FFG, potencialmente se tornando uma detonação. Para uma linha FFG de 1" e combustível de gás natural, John Zink recomenda um mínimo de 50 SCFH de combustível e 475 SCFH de ar, que produz uma velocidade de linha superior a 24 pés/s, que é mais de 15 vezes a velocidade máxima da chama laminar do metano e não deve retroceder.
- Cuidados adicionais devem ser tomados ao enviar material inerte (por exemplo, nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água) para o flare. Certifique-se de enriquecer qualquer material inerte o suficiente para garantir uma chama estável. Se o flare estiver mantendo automaticamente um Valor Calorífico Líquido da Zona de Combustão (NHVcz), o ponto de ajuste mínimo do NHVCZ pode ser aumentado para melhorar a estabilidade da chama principal. Se o instrumento usado para medir o valor de aquecimento do gás de ventilação tiver um tempo de resposta lento, como um cromatógrafo gasoso, o benefício de aumentar o ponto de ajuste do NHVcz aumenta
- Se o flare for assistido por ar ou vapor, deve-se tomar cuidado para evitar o excesso de assistência ao flare. A probabilidade é maior de um flare superassistido ser extinto do que um flare operando no ponto de fumaça insipiente.
- Assim que uma chama principal estável for estabelecida, desligue o gás piloto para evitar a ventilação do gás combustível ou uma chama descontrolada.
Medidas adicionais podem ser tomadas, mas requerem tempo para serem mobilizadas.
- Instale o(s) piloto(s) temporário(s). Alguns fornecedores têm pilotos de gancho temporários que se prendem ao topo da ponta do flare e podem ser instalados em um flare operacional.
- Alugue um flare de John Zink e desvie o gás de ventilação para o aluguel. Uma vez desviado, desligue o sinalizador danificado e repare.
- Instale um detector de chamas IR, como o PilotEye de John Zink. Esse dispositivo fornecerá feedback aos operadores de que uma chama está presente e um alarme se ocorrer uma chama. Existem outras tecnologias de monitoramento óptico de flare que podem fornecer aviso de chama apagada e/ou imagens IR do flare.
Cenário 3. Os pilotos estão fora e a chama principal está apagada.
A perda da chama principal significa que o flare está liberando o gás de ventilação. Siga as etapas a seguir imediatamente para reacender a chama principal.
Certifique-se de que haja um fluxo razoável de gás rico fluindo para o flare. (Gás mais leve que o ar deve ser usado. Se o gás que flui para o flare for mais pesado que o ar, ele pode cair e produzir uma mistura explosiva). Use métodos de ignição piloto para tentar acender a chama principal.
- Envie bolas de fogo através do FFG. Idealmente, envie as bolas de fogo através dos pilotos que estão a favor do vento ou do vento lateral a partir da ponta do sinalizador. Uma bola de fogo através de um piloto contra o vento pode não acender a chama principal (depende da velocidade do vento e da taxa de fluxo de gás combustível para o flare). Certifique-se de que haja tempo suficiente para que a mistura combustível/ar encha completamente a linha FFG antes de acender.
- Se os pilotos estiverem equipados com ignição John Zink InstaFire® (alta tensão), gire todas as chaves InstaFire® Man/Off/Auto de Auto para Auto para Off e depois de volta para Auto. Isso redefine o temporizador de ignição, fazendo com que o InstaFire® gere uma faísca de alta tensão dentro do para-brisa de cada piloto. Se uma mistura combustível / ar estiver presente no mesmo local que a faísca, a chama principal provavelmente acenderá. (Esta ação pode ser executada enquanto aguarda o preenchimento de uma linha FFG.)
- Se uma espingarda com cartuchos incendiários ou uma pistola sinalizadora estiver disponível, qualquer uma delas pode ser usada para acender a chama principal. Quanto maior o volume de gás combustível que flui para o flare, maior a probabilidade de ignição. Deve-se tomar cuidado para planejar a localização do atirador para evitar ferimentos se houver uma ignição forte. Todas as precauções de segurança apropriadas devem ser tomadas ao usar dispositivos incendiários dentro de uma instalação operacional.
- No passado, o uso de uma flecha flamejante foi usado para acender um sinalizador. Se essa abordagem for usada, deve-se tomar cuidado para planejar a localização do atirador para evitar ferimentos se houver uma ignição forte. Planeje também o retorno da flecha à Terra para evitar ferimentos ou danos. Todas as precauções de segurança apropriadas devem ser tomadas ao usar dispositivos incendiários dentro de uma instalação operacional.
- Assim que uma chama principal estável for estabelecida, desligue o gás piloto para evitar a ventilação do gás combustível ou uma chama descontrolada.
Como melhorar a confiabilidade
O seguinte pode melhorar a confiabilidade do piloto.
- Use pessoal experiente e competente para a instalação do flare.
- Instale uma linha de gás piloto individual para cada piloto sem um coletor de gás piloto. A falha da tubulação em um único piloto não afetará a operação dos outros pilotos. As linhas individuais também permitem o isolamento de uma linha danificada para evitar a ventilação de gás combustível ou uma chama descontrolada. Um tubo de 1/2" (12 mm) é suficiente para fornecer gás a um único piloto, mas tamanhos maiores podem ser usados para aumentar a rigidez ou aumentar a resistência da tubulação.
- Faça linhas de gás piloto de aço inoxidável em vez de aço carbono. Para locais offshore ou costeiros, recomenda-se o 316 SS. Para a maioria dos outros locais, recomenda-se o uso de 304 SS. Se o local estiver ciente de um ambiente corrosivo ao redor da pilha de flare que tornaria 316 SS ou 304 SS uma má escolha, use aço adequado para o local. O aço inoxidável não corrói tão rapidamente quanto o aço carbono e é mais forte que o aço carbono em temperaturas elevadas. O aço inoxidável também produz menos incrustações internas do que o aço carbono, resultando em uma menor probabilidade de entupimento do piloto devido a detritos internos.
- Use conexões de solda de soquete o máximo possível para a tubulação de combustível piloto. Quanto menos flanges e conexões roscadas, menor a probabilidade de formação de um vazamento.
- Certifique-se de que todas as conexões (flanges, uniões, conexões roscadas, etc.) estejam devidamente apertadas para que não se soltem com o tempo devido à vibração. Recomenda-se dobrar todas as conexões flangeadas. Conexões/apertos inadequados são um dos erros de instalação mais comuns que o pessoal da John Zink testemunha.
- Garanta o suporte adequado da tubulação de combustível e FFG. Pendurar longos pedaços de tubo de combustível no piloto resultou em misturadores quebrados que fazem com que o piloto não funcione.
- Certifique-se de que a tubulação de combustível piloto possa acomodar a expansão térmica da pilha, da tubulação de combustível piloto ou de ambos. Uma configuração de tubo inflexível que não pode acomodar a expansão térmica sobrecarregará os componentes. Na melhor das hipóteses, a tubulação pode se deformar sem quebrar. Na pior das hipóteses, a tubulação pode rachar/quebrar ou o misturador piloto pode falhar. Um dos erros de instalação mais comuns é uma tolerância insuficiente para expansão térmica. Isso pode ocorrer quando o empreiteiro de instalação força a tubulação de gás combustível e deixa a tubulação em um estado de tensão.
- Durante a instalação, purgue toda a tubulação de combustível para remover quaisquer detritos que tenham entrado na tubulação. Se for usada água para lavar a tubulação, deve-se tomar cuidado para garantir que toda a água seja removida antes de fechar o sistema. Qualquer água restante pode congelar e tampar os orifícios piloto durante o tempo frio.
- Se o local apresentar condições de congelamento, toda a água deve ser removida do gás combustível. Por exemplo, alguns locais muito frios borbulham gás combustível piloto através de metanol líquido. Isso remove a água do gás combustível piloto e evita o congelamento no orifício piloto.
- Instale um filtro Y de tamanho adequado antes do orifício piloto (padrão John Zink). Este filtro é uma última linha de defesa contra o bloqueio do orifício por detritos.
- Instale reguladores e filtros paralelos com válvulas de bloqueio manual em nível que permitam a manutenção desses dispositivos sem interromper o fluxo de combustível para os pilotos. Os filtros devem estar a montante dos reguladores para proteger o orifício do regulador.
- Não instale válvulas de bloqueio automatizadas na tubulação piloto de gás combustível. Falha elétrica, falha de ar comprimido ou falha lógica podem desligar o combustível para os pilotos de flare durante um período crítico na instalação.
- Tenha uma fonte de combustível alternativa se o suprimento principal de gás combustível não for confiável. O propano tem sido usado como combustível de backup e/ou inicialização para muitas instalações. Um piloto John Zink projetado para operar com gás natural pode operar com propano a uma pressão de combustível mais baixa. Isso simplifica o controle do combustível de reserva, exigindo apenas reguladores adicionais com um ponto de ajuste mais baixo.
- É uma prática recomendada que os operadores treinem rotineiramente na operação do FFG, se houver um. Os pilotos de flare são altamente confiáveis e anos podem passar sem a necessidade de acender os pilotos usando o FFG. Um operador não familiarizado com a operação do FFG tem maior probabilidade de cometer erros ao operar o FFG no modo manual durante uma situação estressante.
- Instale um ou mais pilotos retráteis. Um piloto retrátil permite o reparo/substituição do piloto, termopares, mangueira de suprimento de combustível e fiação enquanto um flare está em serviço.
- Componentes condensáveis no gás combustível podem fazer com que o orifício piloto obstrua ou a vazão de combustível para o piloto flutue. Projete a tubulação de gás piloto para evitar pontos baixos, de modo que qualquer condensado livre seja drenado para um volume de coleta de condensado projetado.
- O rastreamento térmico da linha de gás piloto pode ser necessário para evitar uma grande porcentagem de condensação de combustível, o que pode acontecer se um combustível pesado, como o propano, for usado em um ambiente frio.
- Os misturadores piloto podem ficar entupidos com gelo (geada) quando a temperatura ambiente está próxima de zero e a atmosfera está úmida. A proximidade de uma pluma de vapor da torre de resfriamento também pode criar condições que permitem a formação de geada. Se a geada for uma possibilidade, o piloto deve ser equipado com aquecedores anti-geada para manter os misturadores livres de gelo.
Conclusões
Pilotos saudáveis são essenciais para uma boa operação de flare. Se ocorrer uma falha, existem medidas que podem ser tomadas para reduzir a probabilidade de extinção. A operação de flare com pilotos comprometidos aumentou o risco e requer monitoramento e controle rigorosos. Um desligamento não planejado de uma instalação é caro e pode custar milhões de dólares. O design cuidadoso e as boas práticas de instalação podem reduzir a probabilidade de falha do piloto. Como diz o velho ditado, um grama de prevenção vale um quilo de cura.
