Любому из нас знаком вид горящего над
промышленным предприятием факела. Но для
людей, работающих непосредственно в отрасли,
хорошо понятна исключительная важность
газовых факелов для обеспечения безопасности
и безвредности производства.
Промышленное сжигание является нормативным требованием для управления выбросами, выходящими из
факельных труб, а также механизмом безопасности.
Представители нефтегазовой отрасли прекрасно понимают,
какую пользу может принести цифровизация для эффективной операционной деятельности. Особенно заметно это
сейчас на примере оптимизации численности персонала и
его дистанцирования в условиях пандемии Covid-19. Итак,
потенциал для автоматизированного мониторинга факелов
достаточно велик.
Каким же образом на основе цифровых технологий IP-камер эффективно контролировать сжигание газа в факелах,
анализируя пламя с помощью изучения теплового и визуального спектра?
ФАКЕЛ – ВАЖНЕйШИй ЭЛЕМЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ
Переработка углеводородов на промышленном предприятии очень сложна и может привести к выделению большого
количества нежелательных газов, которые нельзя использовать из-за отсутствия коммерческой целесообразности
их дальнейшей переработки. В результате эти опасные газы
необходимо безопасно утилизировать путем сжигания в
факеле, учитывая при этом, что нежелательный газ должен
бесследно исчезнуть в окружающей среде.
Самая важная задача, которая решается с помощью сжигания в факеле – поддержание работы предприятия за счет
снижения давления газа, образующегося на разных этапах
переработки. Система автоматизации завода обеспечивает
срабатывание клапана аварийного сброса давления в случае
его повышения.
Визуальное поведение вспышки факела подтверждает
различные режимы работы станции. Например, если факел
горит с высокой интенсивностью и с высоким тепловым излучением, то, скорее всего, установка работает в аварийном
режиме, при котором срабатывают предохранительные
клапаны для стабилизации давления, что и приводит к соответствующему
виду факела. Персонал завода может предпринять необходимые шаги или,
в экстремальных условиях, остановить производство, чтобы обеспечить
здоровье и безопасность людей.
Учитывая критическую важность для предприятия, факел всегда должен
находиться в рабочем состоянии, и поэтому необходимо получать обратную
связь о состоянии факела в реальном времени, к примеру:
- горение факела происходит в допустимом пределе радиуса стерильной
зоны вокруг факела при нормальной эксплуатации;
- тепловое излучение не превышает допустимый предел в случае нарушений
условий на заводе;
- запальный факел (воспламенитель), состоящий из электродов высокого
напряжения, работает надлежащим образом.
Сами по себе газовые факелы очень динамичны на разных этапах производства, сжигаются различные газы при разном давлении, что приводит к
изменению основных характеристик факела. Некоторые факелы горят при
низком давлении – известные как наземные – и располагаются на высоте
два или три метра над землей; надземные факелы, как следует из названия,
горят намного выше, иногда достигая установки до 100 метров над землей.
Таким образом, необходимость тщательного и детального
контроля за состоянием и поведением факелов имеет решающее значение для общей безопасности нефтегазоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводов.
ТРАДИЦИОННЫй КОНТРОЛЬ ФАКЕЛОВ
Учитывая тот факт, что работа факела проходит в опасных,
непредсказуемых и экстремальных условиях, их необходимо размещать на безопасном расстоянии от основной
промышленной зоны завода. Кроме того, правила охраны
труда и техники безопасности предусматривают специальную зону безопасности вокруг факела, в первую очередь,
исходя из теплового излучения и ограничений стерильной
зоны, обычно радиус такой зоны в два раза превышает
максимальную высоту факела. Редко оборудование,
используемое для мониторинга факела, может быть раз-
мещено близко к нему, поскольку эксплуатация и техническое обслуживание в стерильных зонах всегда является
проблемой из-за высокой температуры, и, следовательно,
оборудование часто располагается гораздо дальше.
Исторически мониторинг факела выполнялся вручную,
операторы использовали видео с аналоговых тепловизионных камер для оценки состояния факела на разных этапах
производства. Такая координация с производственным
процессом жизненно важна, ожидаемое поведение и
характеристики факела различаются в зависимости от
технологической деятельности и использования предохранительных клапанов.
Кроме того, одной из наиболее важных составляющих
факела является запальный огонь, пламя гораздо меньшего
размера (часто всего 30 см в высоту или меньше), которое
должно оставаться горящим все время, даже если газ не
выделяется и не сжигается. Следовательно, критически
необходим мониторинг этого воспламенителя, и камеры
с температурной сигнализацией могли бы обеспечивать
автоматический контроль температуры запального факела
и предупреждать о её падении ниже заданного предела.
Еще одна проблема ручного мониторинга заключается
в том, что на определенных этапах производства пламя
факела может быть бесцветным, что затрудняет визуальный мониторинг и
даже делает его невозможным.
Таким образом, ручной мониторинг – это достаточно сложная деятельность,
и человеческая ошибка всегда несет потенциальный риск. Кроме того, в
связи с недавним воздействием пандемии Covid-19 на многих объектах
работает меньше персонала, чем раньше, что еще больше увеличивает риски ручного мониторинга. Сжигание в факеле считается последней линией
защиты от попадания в атмосферу опасных углеводородных загрязнений.
Так, например, метан является гораздо более мощным парниковым газом,
чем CO2, если его не сжигать.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫй КОНТРОЛЬ ФАКЕЛОВ С ПОМОщЬЮ
ТЕПЛОВИЗОРОВ И ВИДЕОКАМЕР
Видеокамеры играют центральную роль в мониторинге характеристик
факелов и реагировании на их поведение. Например, камера позволит оператору увидеть, эффективно ли факел сжигает газ. Если виден дым, может
потребоваться повысить температуру факела, добавив кислород или пар в
качестве топлива. Своевременность такой реакции имеет решающее значение – правила разрешают выпуск дыма только в течение очень ограниченного
времени, о происшествии необходимо сообщать и анализировать возникшую
ситуацию. Нарушения потенциально влекут за собой большие штрафы и даже
могут привести к отзыву разрешений и закрытию предприятия.
Инфракрасное тепловидение является идеальным дополнением к задаче
детального мониторинга факелов в любых условиях, являясь ключевой частью автоматизированной системы мониторинга. Тепловизионная камера
расширенного диапазона, особенно термографическая, дает изображение
газового факела с высоким разрешением практически с любого расстояния,
что позволяет разместить камеру в безопасном месте, значительно упрощая
ее обслуживание. Если необходимо, то тепловизионные камеры устанавливаются во взрывозащищенные оболочки соответствующего класса, что исключает вероятность попадания искры из камеры в окружающее пространство и
воспламенения любых углеводородов, присутствующих в воздухе.
Тепловизионные камеры мгновенно измеряют температуру инфракрасного
излучения, газового факела и запального огня, это позволяет проводить
чрезвычайно точный анализ характеристик пламени в реальном времени.
Если пламя бесцветно и невидимо для человеческого глаза, или когда погодные условия, такие как сильный ветер, вызывают быстрое перемещение
или изменение направления факела, тепловизионная камера все равно будет
давать корректное изображение.
Высокоточные показания температуры также позволяют операторам быть
уверенными в том, что газ действительно сжигается: если температура
воспламенения конкретного сжигаемого газа выше, чем температура факела в любой точке, газ будет выброшен в атмосферу без обработки, а это
недопустимо. Все полученные от камеры данные могут быть обработаны и
введены в систему управления технологическим процессом для последующей
точной настройки факела.
Тепловизионные камеры служат основой для автоматизированной системы
мониторинга факелов, и, если они поддерживают открытые стандарты, могут
быть легко интегрированы с системой SCADA. Точное измерение темпера-
туры при согласовании с процессами обработки полученной информации
даст гораздо более раннее предупреждение о любых проблемах, чем это
можно сделать при ручном мониторинге. Если факелы
горят выше, ниже, горячее или холоднее, чем ожидалось,
или если запальный огонь гаснет, автоматические сигналы
тревоги и предупреждения дадут команду для проверки
работы факела и вмешательства оператора.
Установка двойных или биспектральных камер, в которых
используются как тепловые, так и визуальные сенсоры,
дает дополнительные преимущества. Хотя тепловые изображения оптимальны для аналитики и автоматического
мониторинга, видеокамеры высокого разрешения позволяют операторам более точно оценивать поведение факела
при получении предупреждения, а также необходимы при
расследовании инцидентов.
Дополнительным преимуществом автоматического мониторинга факелов с помощью тепловых и визуальных
камер является постоянный сбор и анализ данных. При
агрегировании и использовании в приложениях машинного
обучения эта информация приведет к будущим инновациям
в области операционной эффективности, дополнительной
автоматизации и упреждающего обслуживания.
Нефтегазовый сектор продолжает искать способы
использования цифровых технологий для повышения
эксплуатационной эффективности и безопасности. Хотя
газовые факелы использовались с первых дней добычи и
переработки нефти и газа, их мониторинг – это область,
которую можно улучшить с помощью передовых цифровых
технологий.
| 
