Czym jest charakterystyczny płomień nad rafinerią czy placem wiertniczym? Do czego służy pochodnia? W jakich sytuacjach jest niezbędna? Czy stosowanie spalania gazu na pochodni jest powszechne w skali globalnej? Jakie skutki dla środowiska niesie ze sobą spalanie gazu ziemnego w pochodni? Flara, pochodnia, świeczka to pojęcia stosowane zamiennie w przypadku stosowania urządzenia do spalania gazu ziemnego wydobywanego wraz z ropą naftową. Wykorzystywane jest w przypadku, gdy eksploatujący nie posiada instalacji do przesyłu gazu lub dalsze zagospodarowanie wydobytego surowca jest ekonomicznie nieopłacalne.
Pochodnia stosowana jest w zakładach przemysłowych, rafineriach naftowych, zakładach chemicznych, przetwórczych gazu ziemnego, gdzie produktem ubocznym jest uwalnianie się gazu ziemnego, którego nie można zagospodarować w inny sposób niż spalanie w powietrzu. Flara stawiana jest też w miejscach wydobycia węglowodorów - zarówno gazu ziemnego jak i ropy naftowej - czy na placach wiertni. Pochodnie, oprócz zakładów związanych z produkcją i przetwarzaniem węglowodorów, stosowane też są w biogazowniach i na składowiskach odpadów, gdzie w wyniku przemian tworz się gaz palny.
Płonąca flara na placu wiertni poszukiwawczej gazu łupkowego - etap testów złożowych po zabiegu szczelinowania hydraulicznego
Spalenie gazu w zakładach przemysłowych związane jest głownie z technologią produkcji i jej bezpieczeństwem. Spalanie gazu w pochodniach stosowane jest z uwagi na bezpieczeństwo dla otoczenia, ponieważ uniemożliwia przeciążenie instalacji gazowej w zakładzie rafineryjnym, zabezpiecza otoczenie przed skutkami niekontrolowanej migracji gazów, czy wybuchem, szczególnie na platformach wiertniczych. Nadmiar gazów palnych wędruje systemem rur do świeczki w momencie zbyt wysokiego ciśnienia gazu w instalacji, braku możliwości wykorzystania go w procesie produkcyjnym lub gdy jest on produktem ubocznym, którego magazynowanie jest nieopłacalne.
Wielkość i jasność płomienia zależy od natężenia przepływu gazu palnego w instancji spalającej. Często do instalacji wprowadzana jest para wodna, która zapobiega powstawaniu czarnego dymu w efekcie spalania gazu. Jednak zbyt duża ilość pary wodnej jest równie niekorzystna, bo powoduje obniżenie efektywności spalania i wyższe emisje gazów do atmosfery. Aby utrzymać wyrównany poziom spalania w instalacji, niewielka ilość gazu spalana jest w sposób ciągły, a płomień staje się jaśniejszy w momencie konieczności zachowania bezpiecznego ciśnienia w instalacji.
Gaz łupkowy spalany na flarze
W zakładach produkcyjnych, które nie są związane z produkcją naftową (np. biogazowniach), nadmiar gazów palnych odprowadzanych do spalania pochodzi z naturalnych procesów gnilnych roślin gromadzonych w zbiornikach lub na pryzmach. W tym przypadku spalanie trwa zwykle krótko, nie jest procesem trwałym, a głównym produktem spalania jest metan.
Świeczka, która stoi w miejscu wykonywania otworów poszukiwawczych, świadczy o obecności w złożu gazu ziemnego. Często też gaz ziemny jest produktem ubocznym, towarzyszącym złożom ropy naftowej. Gaz ziemny, z uwagi na swoją gęstość i ciężar właściwy, występuje w złożu nad ropą naftową oraz wchodzi w związki tworzą mieszaninę ropno – gazową na granicy faz.
Flara na platformie wiertniczej. Źródło: Bloomberg
Budowa pochodni
Pochodnia ma postać wysokiej, pionowej kolumny. Ma dość prostą budowę. Dolna część jest połączona z instalacją przemysłową lub z wylotem otworu. U wylotu pochodni znajduje się zawór umożliwiający dopompowanie m. in. pary wodnej. Znajduje się tu także układ zapłonowy, który kontroluje spalanie i utrzymuje płomień spalania gazu.
Pochodnie dzieli w zależności od sposobu spalania gazu. W otwartych spalanie gazu następuje na wylocie kolumny. Natomiast w pochodniach zamkniętych spalanie gazu zachodzi w dolnej części.
Flara. Żródło: Bloomberg
W spalaniu gazu powstającego przy wydobywaniu ze złóż ropy naftowej, znajdujących się na obszarach morskich, również stosuje się potężne konstrukcje pochodni, specjalnie dostosowane do budowy platformy wiertniczej.
Spalanie gazu na świecie
Około 150 mld m3 gazu ziemnego jest spalane na całym świecie każdego roku w postaci flary. Jest to równoważne z 25% zużyciem gazu w Stanach Zjednoczonych, czy 30% zużyciem gazu w Unii Europejskiej (UE) (źródło: web.Wordbank.org 2011). Z uwagi na duże ilości gazu spalanego w ten sposób dąży się do ograniczenia takiej procedury i zwiększenie uwagi na kwestie związane z ochroną środowiska oraz powstania regulacji związanych ze stosowaną praktyką.
W 2011 roku ilość gazu, jaka została spalona w pochodni, była warta 29,8 mld USD (w wartości nominalnej 5.62 $ za 1000 m3). Pod koniec 2011 roku w sumie 10 państw na świecie spalało niezagospodarowany gaz na świeczce w ilości 72% całego wydobycia, a 20 państw w ilości 86%.
Natomiast dane satelitarne pokazują, że od 2005 r. do 2010 r., płomień gazu spalanego w skali globalnej, zmniejszył się o około 20%. Najbardziej znaczące obniżki ilości wskazano w Rosji (aż o 40%) i Nigerii (o 29%).
Zdjecie satelitarne – widok świateł płonących pochodni na złożu Bakken oraz oświetlenia miast USA (stan na grudzień 2013r.). Źródło:nasa.gov
Z kolei, zgodnie z danymi Banku Światowego gwałtownie rośnie ilość gazu spalanego w pochodniach w USA. Ma to związek z poszukiwaniem i eksploatacją złóż gazu ziemnego z formacji łupkowych (źródło: web.Wordbank.org 2013).
Państwa o największym procencie spalania gazu niezagospodarowanego to Rosja, Nigeria, Iran, Irak, USA. Firmy eksploatujące ropę naftową w USA często nie oddzielają gazu od ropy z uwagi na niską cenę ropy naftowej i gazu ziemnego powodującą nieopłacalność budowy nowych instalacji, rurociągów, systemów rozdzielania węglowodorów.
Zdjęcie satelitarne - widok na flary gazowe w rejonie Półwyspu Arabskiego, wrzesień 2013 r. Źródło:nasa.gov
Spalanie gazu a środowisko
Spalanie gazu ziemnego może wpłynąć na stan środowiska, a w szczególności na jakość powietrza atmosferycznego. Podczas spalania emitowany jest dwutlenek węgla, a także metan, organiczne związki lotne i związki siarki. Szacuje się, że emisja dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania gazu ziemnego w pochodniach wynosi 1,2 % emisji całego dwutlenku węgla na świecie (powoduje emisję około 350 mln ton CO2 rocznie). W rezultacie potrzebne są dokładniejsze regulacje dotyczące takiego sposobu spalania gazu.
W skali danego ekosystemu płonąca pochodnia stanowi niebezpieczeństwo dla światłolubnych gatunków owadów oraz ptaków. Przykładem wpływu na środowisko może być sytuacja, która miała miejsce w Kanadzie we wrześniu 2013 roku. Wtedy to około 7500 migrujących ptaków śpiewających zgineło podczas kontaktu z pochodnią.
W skali globalnej spalanie gazu ziemnego w postaci świeczki z uwagi na zmiany klimatyczne powinno zostać ograniczone. W krajach rozwiniętych procedura spalania niezagospodarowanego gazu jest znacznie rzadziej stosowana niż w krajach rozwijających się. Niewątpliwie, poza czynnikami środowiskowymi, niewykorzystywany gaz ziemny powoduje też straty finansowe dla państwa. Poza brakiem zysku pieniężnego, uszczuplane są też zasoby geologiczne surowica energetycznego.
5.01.2015 r.
autor: Agnieszka Szczypiorska
Źródła:
- www.offshore-mag.com/articles/print/volume-71/issue-10/production-operat...
- web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/NEWS/0,,contentMDK:21032487~menuPK:34480~pagePK:64257043~piPK:437376~theSitePK:4607,00.html
- EPA/452/B-02-001, Section 3.0: VOC Controls, Section 3.2: VOC Destruction Controls, Chapter 1: Flares. (A U.S. Environmental Protection Agency report, dated September 2000.)
- 7,500 songbirds killed at Canaport gas plant in Saint John (online CBC News, September 17, 2013)
- The Global Taxonomy Iniative - The Response to a Problem (scroll down to the section entitled "Pollinating moths")
- web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/TOPICS/EXTOGMC/EXTGGFR/0,,contentMDK:22137498~pagePK:64168445~piPK:64168309~theSitePK:578069,00.html
- www.clampco.it/explosion-proof-lights/explosion-proof-lighting-for-flare... - przykładowe wytyczne oznakowania pochodni
- web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/NEWS/0,,contentMDK:21032487~menuPK:34480~pagePK:64257043~piPK:437376~theSitePK:4607,00.html
- web.wordbank.org
- www.eia.gov/totalenergy/data/annual/showtext.cfm?t=ptb0607
