Sistema de Flare na Indústria de Processos
Introdução
O sistema de flare é um dos principais dispositivos de segurança utilizados em
plantas industriais de óleo e gás, petroquímica, química, refinarias, unidades de
processamento de gás natural, plantas de hidrogênio, fertilizantes e
combustíveis sustentáveis. Sua principal função é promover a queima
controlada de gases inflamáveis liberados durante situações normais de
operação, partidas, paradas, purgas, emergências operacionais ou alívios de
pressão.
Além da função de segurança de processo, o flare também possui relevância
ambiental, operacional e regulatória, pois reduz o risco de explosões,
incêndios, dispersão de gases tóxicos e emissões atmosféricas perigosas.
O correto projeto de um sistema de flare exige integração entre engenharia de
processo, segurança de processo, mecânica, instrumentação, tubulação,
análise dinâmica e conformidade normativa.
Conceito de Flare
O flare consiste em um sistema destinado à coleta, condução e combustão de
correntes gasosas provenientes de dispositivos de alívio ou despressurização.
Essas correntes podem originar-se de:

Válvulas de segurança (PSVs)

Válvulas de alívio térmico

Sistemas de blowdown

Purga de equipamentos

Partidas e paradas de unidades

Eventos de emergência

Operações de manutenção

Sistemas de inertização

Compressores e vasos de pressão
O objetivo principal do flare é converter hidrocarbonetos inflamáveis em
produtos menos perigosos, principalmente dióxido de carbono (CO₂ ) e vapor
d’água.
Objetivos Principais do Sistema de Flare
Segurança Operacional
O flare evita que gases inflamáveis sejam descarregados diretamente para a
atmosfera, reduzindo significativamente o risco de:

Formação de nuvens explosivas

Incêndios industriais

Explosões

Toxicidade atmosférica

Acúmulo de gases em áreas confinadas
Proteção de Equipamentos
Durante eventos de sobrepressão, o flare recebe as correntes aliviadas pelos
dispositivos de proteção, evitando falhas mecânicas catastróficas.
Controle Ambiental
A combustão controlada reduz a emissão de compostos orgânicos voláteis
(VOCs), hidrocarbonetos não queimados e substâncias tóxicas.
Atendimento Normativo
Diversas normas internacionais exigem sistemas adequados de alívio e flare
em plantas industriais.
Componentes Principais de um Sistema de Flare
Rede de Coleta
É o conjunto de tubulações responsável por transportar os gases desde os
equipamentos de processo até a tocha.
Características importantes:

Baixa perda de carga

Controle de contrapressão

Resistência mecânica e térmica

Inclinação adequada para drenagem

Prevenção de bolsões de líquido

Compatibilidade química
A rede normalmente opera próxima da pressão atmosférica, mas pode existir
em sistemas elevados ou pressurizados.
Knock-Out Drum (KOD)
O Knock-Out Drum é um vaso separador instalado antes da tocha, cuja função
é remover líquidos arrastados pela corrente gasosa.
Sua função é extremamente importante porque:

Evita lançamento de líquidos em combustão

Reduz risco de “flare rain”

Evita danos térmicos

Minimiza emissão de fumaça

Protege a ponta da tocha
O dimensionamento do KOD normalmente considera:

Tempo de residência

Velocidade terminal das gotas

Volume de líquidos esperado

Cenários transientes

Slug flow
Podem existir:

KOD horizontal

KOD vertical

Selos líquidos

Separadores multifásicos
Seal Drum
O selo hidráulico impede o retrocesso da chama para a rede de flare.
Funções principais:

Prevenir flashback

Manter pressão mínima

Reduzir entrada de ar

Evitar mistura inflamável na linha
O selo pode ser:

Hidráulico

Seco

Molecular

Mecânico
Tocha (Flare Stack)
A flare stack é a estrutura vertical onde ocorre a combustão.
Seus principais componentes são:

Corpo da tocha

Ponta do flare tip

Sistema de ignição

Pilotos permanentes

Linhas de gás combustível

Instrumentação

Sistema de vapor ou ar assistido
A altura da tocha é determinada considerando:

Radiação térmica

Dispersão atmosférica

Segurança ocupacional

Limites ambientais

Ruído

Formação de fumaça
Flare Tip
O flare tip é a extremidade onde ocorre a queima.
Seu projeto influencia:

Eficiência de combustão

Formação de fumaça

Estabilidade da chama

Ruído

Radiação térmica

Capacidade operacional
Os principais tipos incluem:

Sonic flare

Subsonic flare

Coanda flare

Air-assisted flare

Steam-assisted flare

Pressure-assisted flare
Sistema de Ignição
A ignição normalmente utiliza:

Pilotos contínuos

Ignição elétrica

Chama piloto com gás combustível

Sistemas redundantes

Detectores UV/IR
A presença de chama piloto contínua é fundamental para garantir ignição
imediata durante emergências.
Tipos de Sistemas de Flare
Elevated Flare
É o tipo mais comum.
Características:

Tocha elevada

Grande capacidade

Boa dispersão térmica

Aplicado em refinarias e petroquímicas
Vantagens:

Maior segurança térmica

Melhor dispersão de fumaça

Menor impacto local
Desvantagens:

Estrutura elevada

Maior custo

Impacto visual
Ground Flare
A combustão ocorre próxima ao solo e normalmente confinada.
Características:

Menor impacto visual

Menor ruído

Redução de luminosidade

Maior controle ambiental
Muito utilizado em:

Plantas urbanas

Biogás

Aterros sanitários

GNL
Enclosed Flare
Possui câmara fechada para combustão.
Vantagens:

Baixa emissão luminosa

Menor ruído

Maior eficiência de destruição

Melhor controle ambiental
Fenômenos Importantes em Sistemas de Flare
Radiação Térmica
A combustão gera intensa radiação térmica.
O projeto deve limitar a exposição de:

Pessoas

Equipamentos

Estruturas metálicas

Cabos elétricos

Instrumentos
Valores típicos de projeto:
Condição
Radiação Térmica
Operação contínua 1,58 kW/m²
Exposição eventual 4,73 kW/m²
Emergência limitada 6,31 kW/m²
Formação de Fumaça
A fumaça ocorre devido à combustão incompleta.
Fatores que influenciam:

Relação ar/combustível

Hidrocarbonetos pesados

Baixa mistura turbulenta

Baixa temperatura

Vazão elevada
Métodos de controle:

Assistência a vapor

Assistência por ar

Geometria do flare tip

Melhor mistura
Ruído
Flares de alta vazão podem gerar níveis elevados de ruído, principalmente em
descargas supersônicas.
As principais fontes são:

Expansão gasosa

Turbulência

Combustão

Descarga crítica
Backpressure
A contrapressão do flare influencia diretamente o desempenho das válvulas de
segurança.
Excesso de backpressure pode causar:

Instabilidade operacional

Redução da capacidade da PSV

Flutter

Chattering

Falha de alívio
O cálculo da rede de flare deve considerar:

Cenário simultâneo de alívio

Compressibilidade

Escoamento bifásico

Fluxo crítico

Efeito Mach
Cenários de Projeto
O sistema de flare deve ser dimensionado para os cenários mais críticos da
planta.
Os principais incluem:

Falha de utilidades

Bloqueio de saída

Incêndio externo

Falha de controle

Blowdown de emergência

Expansão térmica

Falha de resfriamento

Perda de energia elétrica

Surto de compressor
A filosofia moderna utiliza integração com estudos:

HAZOP

LOPA

SIL

QRA

Análise dinâmica
Dimensionamento de Sistemas de Flare
Etapas Principais
1. Levantamento dos Cenários
Define-se:

Vazão máxima

Composição

Temperatura

Pressão

Duração do evento
2. Cálculo Hidráulico
Determinação de:

Perda de carga

Regime de escoamento

Número de Mach

Fluxo crítico

Arraste de líquido
3. Dimensionamento do KOD
São avaliados:

Holdup

Separação gravitacional

Slugs líquidos

Tempo de retenção
4. Análise de Radiação
Define-se:

Altura da tocha

Distâncias seguras

Layout industrial
5. Verificação Ambiental
Avaliam-se:

Emissões

Ruído

Luminosidade

Fumaça
Normas Aplicáveis
Os sistemas de flare normalmente seguem normas internacionais rigorosas.
API 520
Trata do dimensionamento e seleção de dispositivos de alívio de pressão.
API 521
Principal referência para:

Sistemas de flare

Blowdown

Alívio de pressão

Depressurização

Segurança de processo
API 537
Específica para flare details.
Abrange:

Flare tips

Pilotos

Sistemas de ignição

Materiais

Performance
ASME
Aplicável a vasos de pressão, tubulações e equipamentos.
NFPA
Relacionada à proteção contra incêndio.
Flare em Plantas Modernas
Com o avanço da transição energética, os sistemas de flare vêm sofrendo
evolução significativa.
As tendências atuais incluem:

Minimização de flare contínuo

Recuperação de gases (FGRU)

Monitoramento digital

Controle avançado de emissões

Redução de carbono

Integração ESG
Flare Gas Recovery Unit (FGRU)
As unidades de recuperação de gás de flare recuperam gases que seriam
queimados.
O sistema normalmente inclui:

Compressores

Selos

Separadores

Controle de pressão

Reciclo ao processo
Benefícios:

Redução de emissões

Economia energética

Menor consumo de combustível

Redução de CO₂
Aplicações Industriais
Refinarias
Utilizam grandes sistemas integrados de flare devido à elevada quantidade de
hidrocarbonetos processados.
Petroquímica
Necessitam elevado controle devido à presença de substâncias tóxicas e
inflamáveis.
LNG e Gás Natural
Flare é essencial para controle de boil-off gas e emergência.
Hidrogênio
A combustão de hidrogênio apresenta:

Alta velocidade de chama

Chama pouco visível

Elevada difusividade
Exigindo projetos específicos.
Biogás
Muito utilizado em:

Digestores

ETEs

Aterros sanitários

Produção de biometano
Desafios Operacionais
Os principais desafios incluem:

Formação de fumaça

Ruído excessivo

Corrosão

Flashback

Instabilidade de chama

Vibração

Arraste de líquido

Congelamento

Formação de hidratos
Aspectos Ambientais
O flare possui impacto ambiental relevante.
Os principais poluentes incluem:

CO₂

NOx

CO

VOCs

Black carbon

Hidrocarbonetos não queimados
A eficiência típica de destruição pode ultrapassar 98% quando corretamente
projetado.
Instrumentação e Controle
Os sistemas modernos utilizam:

Detectores de chama

Medidores de vazão

Monitoramento de emissões

Câmeras térmicas

Sistemas SIS

PLCs

DCS

Alarmes de perda de piloto
Segurança de Processo
O flare é um dos últimos níveis de proteção de uma planta industrial.
Sua indisponibilidade pode resultar em:

Sobrepressão de equipamentos

Explosões

Vazamentos tóxicos

Incêndios de grande porte
Por isso, sua confiabilidade deve ser extremamente elevada.
Integração com Blowdown
O flare trabalha integrado ao sistema de blowdown.
Durante emergências:
1. Equipamentos são despressurizados
2. Gases são enviados ao flare
3. O flare realiza combustão segura
4. Reduz-se inventário inflamável da planta
O tempo de blowdown deve considerar:

Resistência mecânica ao fogo

Fragilização térmica

Curvas API

Capacidade hidráulica
Materiais de Construção
Os materiais dependem da composição do gás e temperatura.
Materiais comuns:

ASTM A106

ASTM A312

Inox 304/316

Ligas resistentes ao H₂ S

Refratários

Inconel em flare tips
Simulação de Sistemas de Flare
Ferramentas frequentemente utilizadas:

Aspen HYSYS Dynamics

Aspen Flare System Analyzer

Flaresim

PipeNet

OLGA

AFT Arrow
Esses softwares permitem:

Simulação dinâmica

Análise transiente

Backpressure

Mach number

Radiação térmica

Blowdown
Conclusão
O sistema de flare é um dos elementos mais críticos de segurança em
instalações industriais de processo. Seu correto dimensionamento envolve
fenômenos complexos de transferência de calor, mecânica dos fluidos,
combustão, segurança de processo e controle ambiental.
Mais do que um simples sistema de queima, o flare representa a última barreira
de proteção contra eventos catastróficos envolvendo sobrepressão, incêndio e
liberação de substâncias perigosas.
Com a evolução das exigências ambientais e da transição energética, os
sistemas modernos caminham para soluções mais eficientes, com recuperação
de gases, redução de emissões e monitoramento avançado.
O desenvolvimento adequado de um sistema de flare exige integração
multidisciplinar e profundo conhecimento técnico, sendo um dos temas mais
relevantes da engenharia de processos contemporânea.
Referências Bibliográficas
1. API Standard 521 – Pressure-Relieving and Depressuring Systems.
2. API Standard 520 – Sizing, Selection, and Installation of PressureRelieving Devices.
3. API Standard 537 – Flare Details for General Refinery and
Petrochemical Service.
4. Lees, F. P. – Loss Prevention in the Process Industries.
5. CCPS – Guidelines for Pressure Relief and Effluent Handling Systems.
6. GPSA Engineering Data Book.
7. ASME Boiler and Pressure Vessel Code.
8. NFPA Standards.
9. Crowl & Louvar – Chemical Process Safety.
10. Sinnott & Towler – Chemical Engineering Design.