Влияние факельной установки на ММГ
Основная сложность по учёту теплового влияния факела на ММГ заключается в том, что вы не можете задать тепловой поток от факела в виде граничных условий второго рода. Дело в том, что с ростом температуры поверхности, растёт величина теплового потока за счёт излучение самой поверхности грунта. При температурах поверхности свыше 200°С, тепловой поток за счёт излучения с поверхности становится основным и вносит наибольший вклад в теплообмен.
Чтобы оценить тепловое воздействие факта факела нужно решить уравнение теплового баланса с учётом излучения факела, а также излучения самой поверхности. Уравнение теплового баланса в этом случае, аналогично тому, что и для учёта радиационной составляющей (ссылка), к которому добавляется дополнительный член — излучение факела 
.
Запишем уравнение теплового баланса поверхности с учётом излучения факела
Здесь 
– поступление солнечной радиации с учетом ее отражения, Вт/м²;
Р – конвективный (турбулентный) поток тепла, Вт/м²;
LE – затраты тепла на испарение, Вт/м²;
B – тепловой поток в грунт, Вт/м².
— излучение поверхности земли, Вт/м².
– встречное излучение атмосферы, Вт/м²;
– тепловой поток (излучение) факела, Вт/м²;
Приведем иллюстрацию составляющих теплового баланса
Решение этого уравнения осуществляется следующим образом. В начале находится все составляющие теплового и радиационного баланса для естественной среды, т.е. без учёта воздействия факела (ссылка).
Затем имея значение приходящей солнечной радиации и излучения атмосферы, решается уравнение теплового баланса с учетом излучения факела. Решение производиться путем подбора температура поверхности таким образом, чтобы уравнение теплового баланса было сведено к нулю. Граничные условия в модели разбиваются на зоны, в пределах которых можно считать тепловой поток от факела однородным. При этом, температуру грунта, в первом приближении, можно принять на глубине сезонно талого слоя. Как правило это температура близка к 0°С в течение года всего календарного года.
Излучение от факела обычно задаются технологами исходя из объёмов сжигаемых продуктов на факеле продуктов, высоты факела и т.п. Тепловое излучение от факела является важной величиной. Исходя из плотности теплового излучения факела также выбирается расстояние до ограждения факела.
Реализация данной методики приведена в файле XLS (ссылка).
Полученная температура поверхности используется в последующем численном моделировании в виде граничных условий I-го рода (т.е. температуры на поверхности).
Особенности технологического режима работы факельных установок
Нужно понимать особенности технологического режима работы проектируемой вами установки. Здесь имеется некоторые недопонимание между технологами и строителями (проектировщиками фундаментов на мерзлоте). Часто, в качестве исходных данных, технологами выдаётся работа установки в режиме максимального сброса газа на факел и работа установки в постоянном режиме.
На факельную установку, предназначенную для периодических или аварийных сбросов, может подаваться затворный (технологический) газ. Подача затворного (технологический) газа необходимо для исключения попадания воздуха в ствол факельной установки и создания взрывоопасной горючей смеси. Поэтому факельная установка, предназначенная для периодических и аварийных сбросов, может работать (гореть) постоянно в минимальном режиме.
Горизонтальные факельные установки проектируется в том случае, если в подаваемой на сжигание смеси газов и паров имеется жидкость (нефть, вода, промстоки и т.п.). Режим работы горизонтальных факельных установок на кустах добывающих скважин может предусматривать работу факела только во время проведения капитальных ремонтов скважин или исследований скважин, т.е. несколько суток за 2-5 лет.
Для расчёта теплового воздействия факела на ММГ, как правило, требуется понимание и уточнение технологического режима работы факельных установки.
Дополнительные замечания
При расчёте факелы необходимо учитывать, что адиабатическая температура горения метана составляет 1600-1700°С . При работе факельной установки воздух для осуществления горения подаётся со значительным избытком, а на сжигание могу также подаваться промстоки содержащие в своём составе большое количество негорючих компонентов. Поэтому температура пламени на практике оказывается значительно ниже 1600°С.
В связи с этим контроль корректности модели может быть осуществлён исходя из получаемых при расчёте температур грунта, а именно температура не должны превышать 1600°С, а на практике быть значительно ниже.
Необходимо также отметить, что программы для моделирования используют постоянные свойства грунтов на протяжении всего расчёта. Если в процессе расчета температура грунта будет превышать 100°С, то влага из грунта испарится и свойства грунта, на практике, будут иными чем до воздействия факела.
Необходимо также отметить, что ряд теплоизоляционных материалов (таких как пеноплекс) теряет устойчивость при высоких температурах и как следствие, теряют свои теплофизические свойства. Это необходимо учитывать при проведении расчётов и контроле получаемых результатов.