Введение

Газовая факельная установка, также известная как факельная стежка, факельная шина, наземная факельная установка или факельная яма, является устройством для сжигания газа, используемым на таких объектах, как нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия и установки по переработке природного газа, а также на площадках добычи нефти и газа с нефтяными и газовыми скважинами, морских нефтяных и газовых платформах и полигонах захоронения отходов. На промышленных предприятиях факельные установки в основном используются для сжигания горючих газов, выбрасываемых предохранительными клапанами при аварийном повышении давления оборудования. Во время пуска и останова предприятия или его части они также часто используются для запланированного сжигания газов в течение относительно коротких периодов времени. На площадках добычи нефти и газа газовые факелы используются аналогичным образом для различных целей, таких как пуск, техническое обслуживание, испытания, обеспечение безопасности и в аварийных ситуациях. В практике, известной как попутное сжигание газа, они также могут использоваться для утилизации больших объемов нежелательного попутного нефтяного газа, возможно, на протяжении всего срока эксплуатации нефтяной скважины.

Биогазовые факелы

Важным источником антропогенного метана является обработка и хранение органических отходов, включая сточные воды, животноводческие отходы и полигоны твердых бытовых отходов. Газовые факелы используются в любом процессе, приводящем к образованию и сбору биогаза. Следовательно, газовые факелы являются стандартным компонентом установки для контроля производства биогаза. Они устанавливаются на полигонах, очистных сооружениях и установках анаэробного сбраживания, использующих органические отходы сельскохозяйственного или бытового происхождения для производства метана, применяемого в качестве топлива или для отопления. Газовые факелы в системах сбора биогаза используются, если скорость производства газа недостаточна для использования в каком-либо промышленном процессе. Однако на установках, где скорость производства газа достаточна для непосредственного использования в промышленном процессе, который можно отнести к экономике замкнутого цикла, и который может включать выработку электроэнергии, производство биогаза, соответствующего качеству природного газа, для использования в качестве топлива для транспортных средств или для отопления зданий, сушку топлива, полученного из отходов, или очистку фильтрата, газовые факелы используются в качестве резервной системы во время остановок на техническое обслуживание или при поломках оборудования. В последнем случае производство биогаза обычно нельзя прерывать, и газовый факел используется для поддержания внутреннего давления в биологическом процессе. Существуют два типа газовых факелов, используемых для контроля биогаза: открытые и закрытые. Открытые факелы горят при более низкой температуре, менее 1000 °C, и, как правило, дешевле закрытых факелов, которые горят при более высокой температуре сгорания и обычно соответствуют определенному времени пребывания – 0,3 секунды в дымоходе – для обеспечения полного разложения токсичных элементов, содержащихся в биогазе. Технические требования к факелам обычно предусматривают, что закрытые факелы должны работать при температуре > 1000 °C и < 1200 °C, чтобы обеспечить 98% эффективность разложения и избежать образования NOx.

Влияние на окружающую среду

Природный газ, который не сжигается факелом, выбрасывается в атмосферу в виде метана. По оценкам, потенциал глобального потепления метана в 28–36 раз выше, чем у CO2 в течение столетия, и в 84–87 раз выше в течение двух десятилетий. Следовательно, в той мере, в которой факельное сжигание преобразует метан в CO2 до его выброса в атмосферу, оно снижает объем глобального потепления, который в противном случае произошел бы. Выбросы от факельного сжигания в 2017 году составили 270 Мт (мегатонн) CO2, и считается, что сокращение этих выбросов является важным компонентом в сдерживании глобального потепления. Все большее число правительств и отраслей промышленности берут на себя обязательства по ликвидации или сокращению факельного сжигания. Факельное сжигание может оказывать влияние на дикую природу, привлекая к пламени птиц и насекомых. Примерно 7500 перелетных певчих птиц были привлечены и погибли от факела на терминале сжиженного природного газа в Сент-Джоне, Нью-Брансуик, Канада, 13 сентября 2013 года. Подобные инциденты происходили на факелах на морских нефтегазовых платформах. Известно, что мотыльков привлекает свет. В брошюре, опубликованной Секретариатом Конвенции о биологическом разнообразии, описывающей Глобальную таксономическую инициативу, приводится случай, когда "таксоном, работавший в тропическом лесу, заметил, что газовый факел на нефтеперерабатывающем заводе привлекает и убивает сотни этих [мотыльков-ястребов или бражников]. За месяцы и годы работы нефтеперерабатывающего завода должно было погибнуть огромное количество мотыльков, что позволяет предположить, что опыление растений на большой площади леса было невозможным".

Неблагоприятные последствия для здоровья

Вспышки выделяют несколько различных химических веществ, включая: бензол, твердые частицы, оксиды азота, тяжелые металлы, черный углерод и угарный газ. Некоторые из этих загрязняющих веществ связаны с преждевременными родами и уменьшением веса новорожденных. Согласно одному исследованию 2020 года, у беременных женщин, проживающих вблизи факельных скважин с природным газом и нефтью, отмечается на 50% более высокий уровень преждевременных родов. Вспышки могут также выделять метан и другие летучие органические соединения, а также диоксид серы и другие соединения серы, которые, как известно, обостряют астму и другие респираторные заболевания. Исследование 2021 года показало, что увеличение объема сжигаемого природного газа на 1% приводит к увеличению частоты госпитализаций по причине респираторных заболеваний на 0,73%.