KR100926490B1 - 가연성 가스의 연소를 위한 플레어 구조체, 플레어 장치 및 그 작동 방법 - Google Patents

가연성 가스의 연소를 위한 플레어 구조체, 플레어 장치 및 그 작동 방법 Download PDF

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Abstract

가연성 가스를 연소시키는 플레어 장치가 개시되어 있다. 플레어 팁 유닛은 사이에 고리를 형성하는 내측 부재 및 외측 부재를 구비한다. 상기 고리는 가연성 가스가 통과하는 환형 가스 통로를 형성한다. 기동력, 바람직하게는 증기에 의해 이동되는 공기는 내측 부재를 통과하고, 공기/증기 혼합기는 내측 부재 출구와 외측 부재의 배출구 사이의 예혼합 영역 내에서 혼합된다. 가연성 가스/공기/증기 혼합기는 배출구 위의 대기 중에서 연소를 위해 점화된다. 플레어 장치는 복수 개의 플레어 팁 유닛을 포함할 수 있다.

Description

가연성 가스의 연소를 위한 플레어 구조체, 플레어 장치 및 그 작동 방법{FLARE STRUCTURE, FLARE APPARATUS FOR BURNING A COMBUSTIBLE GAS AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 플레어 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 선 2-2에서 취한 단면도.
도 3은 거의 원통형의 플레넘을 갖는 본 발명의 추가 실시예로서 도 2와 유사한 단면도.
도 4는 가스 공급부로서 가스 라이저를 이용하는 본 발명의 실시예의 단면도.
도 5는 도 4의 선 5-5에서 본 도면.
도 6 및 도 7은 플레어 팁 유닛의 변경예의 도면.
도 8 내지 도 14는 플레어 팁 유닛의 변경예 및 외측 부재의 구성이 상이한 구체예의 도면.
도 15는 단일 플레어 팁 유닛의 실시예의 도면.
도 16 및 도 17은 종래 기술의 플레어 장치의 개략도.
본 발명은 개선된 플레어 장치, 보다 구체적으로 효율적인 증기 보조식 플레 어 장치에 관한 것이다.
가연성 가스의 연소 및 처리를 위한 플레어 장치는 널리 알려져 있다. 플레어 장치는 일반적으로 플레어 스택 상에 장착되어, 생산, 정련, 처리 플랜트 등에 배치됨으로써, 배기, 중지, 업셋 및/또는 비상 사태(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 임의의 이유로 전환되는 가연성 폐기 가스 또는 다른 가연성 가스 스트림을 처리한다. 플레어 장치는 화재 또는 정전 등의 플랜트 비상시에 극히 중요하며, 적절하게 동작하는 플레어 시스템은 전술한 상황 및 그 외의 상황에서 플랜트 중단을 방지하는 데에 중요한 구성요소이다.
일반적으로 가연성 가스는 매연을 발생시키지 않고 연소되는 것이 요망되며, 통상 그러한 매연이 없는 연소 또는 실질적으로 매연이 없는 연소는 강제적이다. 무연 연소를 달성하는 한 가지 방법으로는 추출기(eductor)라고도 불리는 증기 제트 펌프에 연소 공기를 공급하는 것이 있다. 연소 공기는 가연성 가스를 완전히 산화시켜 매연의 발생을 확실하게 방지한다. 따라서, 플레어 장치에서 공기를 이동시키는 기동력으로서 증기를 사용하는 것이 일반적이다. 충분한 양의 연소 공기가 공급되면, 공급된 공기가 가연성 가스와 양호하게 혼합되어, 증기/공기 혼합기와 가연성 가스가 매연 발생없이 연소될 수 있다. 통상적인 플레어 장치에 있어서는, 필요한 연소 공기 중 일부만이 블로워, 증기를 이용한 제트 펌프, 압축 공기 또는 다른 가스 등의 기동력을 이용하여 공급된다. 필요한 연소 공기의 대부분은 화염의 길이 방향 대기로부터 얻어진다.
기지의 증기 보조식 플레어 장치의 한 가지 타입으로는 가연성 가스가 연통 되는 거의 원통형 가스 튜브를 구비하는 것이 있다. 하측 증기는 입구에서 복수 개의 증기 튜브를 통해 연통되어, 압력 강하를 일으키는 증기 튜브의 만곡부를 통과하게 된다. 만곡부에서, 증기 튜브는 외측 실린더와 평행하도록 방향이 전환된다. 중앙 증기는 가스 튜브의 중앙으로 주입되어, 가연성 가스와 증기가 상방으로 외측 튜브를 통과하여 하측 증기 튜브에서 배출된 증기와 혼합된다. 가스 튜브의 상단부 또는 출구에서, 증기 인젝터는 가스 튜브에서 배출되는 혼합기의 주위를 조절하도록 증기를 반경 방향 내측으로 향하게 하고, 증기/공기 및 가스 혼합기는 점화된다. 중앙 증기는 연소가 가스 튜브의 내측에서 발생하지 않는 것을 보장하도록 제공된다. 내부 연소는 통상적으로 정제 속도 등의 낮은 가스 유속에서 나타나며, 정제 가스가 공기보다 분자량이 낮은 경우에 상측 증기에 의해 유발되는 측풍 캐핑(capping) 효과에 의해 악화된다. 정제 속도는 통상 플레어 스택의 폭발을 방지하도록 플레어를 향해 연속적으로 유동하는 최소의 가스 유속이다.
증기 보조식 플레어의 다른 타입으로는 중앙 및 상측 증기 인젝터만을 이용하고, 유사한 방식으로 작용하는 것이 있다. 여기에 설명된 증기 보조식 플레어는 매연이 없는 발화를 달성할 수 있다. 그러나, 그러한 플레어 장치는 과도한 양의 소음을 생기게 할 수 있다. 하측 증기로부터의 소음은 억제될 수 있지만, 상측 증기로부터의 소음은 발화 화염에 근접하기 때문에 억제하는 것이 어렵거나 실행 불가능하다. 하측 증기용 머플러는 비용을 추가시킬 뿐만 아니라 플레어 스택의 풍하중을 증가시켜 플레어 스택의 비용을 증대시킨다. 증기의 운반과 관련된 증기, 배관 및 플레어 스택의 고비용으로 인해, 매연이 없는 연소를 달성하기 위해 증기를 덜 사용하는 것이 요망된다. 따라서, 소음을 줄이고 효율을 증대시켜 증기를 덜 첨가하면서 보다 많은 연료를 연소시킬 수 있도록 가연성 가스를 공기로 매연 없이 연소시키는 방법 및 개선된 플레어 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명에 따른 플레어 장치는 복수 개의 플레어 팁 유닛을 포함한다. 각 플레어 팁 유닛은 제1 및 제2 단부가 있는 외측 부재와, 입구 및 출구를 형성하는 내측 부재를 갖는다. 내측 부재의 적어도 일부는 외측 부재 내에 배치되고, 바람직하게는 동축 또는 동심으로 배치된다. 각 플레어 팁 유닛의 내측 및 외측 부재 사이에는 환형 가스 통로가 형성된다. 외측 부재의 상단부는 배출구를 형성하고 내측 부재의 상단부는 내측 부재 출구를 형성한다. 공기는 내측 부재를 통과하고 내측 부재 출구에서 배출되어 외측 부재 내로 향한다.
가연성 가스는 환형 가스 통로를 통과하고 환형 가스 통로에서 배출되어 내측 부재 출구 위의 외측 부재 내로 향하는데, 이 외측 부재 내에서 가연성 가스는 적어도 공기와 혼합된다. 내측 부재 출구와 배출구 사이의 공간은 예혼합 영역이라 부를 수 있는데, 그 이유는 대기 중에서의 연소를 위해 배출구를 통해 배출되기 전에 가스와 적어도 공기가 그 예혼합 영역에서 혼합되기 때문이다.
내측 부재를 통해 공기를 이동시키기 위해 팬 또는 블로어 등의 기계적 장치를 이용할 수 있지만, 바람직하게는 공기용 기동력으로서 증기가 이용된다. 마찬가지로, 증기를 이용하는 방식과 유사하게 압축 공기, 질소, 이산화탄소, 연료 가 스 또는 그 외의 가스를 기동력으로서 이용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 증기와 공기 혼합기가 내측 부재를 통과하여 예혼합 영역으로 향하도록 공기를 내측 부재 내로 흡인하기에 충분한 속도로 증기를 내측 부재의 입구 내로 주입한다. 예혼합 영역의 길이는 환형 가스 통로의 폭보다 큰 것이 바람직하고, 환형 가스 통로의 폭의 적어도 4배인 것이 바람직하다. 예혼합 영역은 가스가 공기 및 증기와 혼합하는 공간을 제공하여, 마찬가지로 주변 제어를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 플레어 장치는 복수 개의 플레어 팁 유닛을 구비하고, 복수 개의 플레어 팁 유닛 각각의 환형 가스 통로는 단일의 가연성 가스 공급부로부터 가스를 수취한다. 단일의 가연성 가스 공급부는 예컨대 각 플레어 팁 유닛이 연결되는 플레넘일 수 있다. 가연성 가스는 플레넘으로부터 각 플레어 팁 유닛의 환형 가스 통로 내로 연통될 수 있어, 가연성 가스 및 공기/증기 혼합기는 각 플레어 팁 유닛의 배출구를 통과하여 대기 중으로 향한다. 복수 개의 플레어 팁 유닛 각각은 플레어 팁 유닛의 내측 부재를 통해 공기용 기동력을 제공하도록 자신과 관련된 증기 인젝터를 갖는 것이 바람직하다. 증기는 단일의 소스로부터 증기 인젝터 각각에 제공되는 것이 바람직하다. 가연성 가스는 플레어 스택에 연결되는 가스 파이프를 통해 플레넘에 연통될 수 있다.
이하, 도면을 참조하면, 플레어 팁(10)이라 부를 수 있는 플레어 장치가 도시되어 있다. 플레어 장치(10)는 당업계에 알려진 바와 같이 가연성 가스를 가연성 가스 소스로부터 플레어 장치(10)로 연통시키는 플레어 스택의 상단에 이용되도록 되어 있다. 가연성 가스는 정련소, 처리 플랜트, 화학 플랜트, 제조 공장, LNG 생산 플랜트 또는 그 외의 소스로부터의 폐기 가스일 수 있다. 가연성 가스는, 예컨대 프로판, 프로필렌, 천연 가스, 수소, 일산화탄소, 에틸렌 또는 그 외의 가스를 포함할 수 있다. 플레어 장치(10)는 단일의 가스 공급부(20)[도 1에서는 플레넘(20)임]로부터 가연성 가스를 수취하는 복수 개의 플레어 팁 유닛, 즉 플레어 구조(15)를 포함한다. 플레어 스택(도시 생략)에 연결 가능한 가스 파이프(25)는 가연성 가스를 가연성 가스 소스로부터 플레넘(20)으로 운반한다.
플레어 장치(10)는 공기를 각 플레어 팁 유닛(15)을 통해 이동시키는 기동력을 제공하기 위한 복수 개의 증기 인젝터(30)를 포함할 수 있다. 따라서, 각 플레어 팁 유닛(15)은 자신과 관련된 증기 인젝터(30)를 가질 수 있다. 증기는 단일의 증기 소스(도시 생략)로부터 각 증기 인젝터(30)로 제공되는 것이 바람직하다. 증기 소스는 증기 인젝터에 연결되고 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 제어될 수 있다. 동작시에, 가연성 가스는 가스 파이프(25)를 통해 플레넘(20) 내로 운반된다. 공기/증기 및 가연성 가스 혼합기는 각 플레어 팁 유닛(15)에서 배출되어 대기에서의 효율적인 연소를 위해 점화된다. 본 발명의 플레어 장치(10)는 증기가 덜 요구된다는 점에서 종래의 플레어 팁보다 효율적이다. 플레어 장치(10)는 또한 다른 증기 보조식 플레어 장치보다 낮은 소음 수준으로 동작한다. 이들 및 그 외의 이점은 이하에서 보다 상세히 설명한다.
이하, 도 2를 참조하면, 각 플레어 팁 유닛(15)은 내측 관형 부재(32)와 외측 관형 부재(34)를 구비한다. 내측 부재(32)는 종방향 중앙축(36)을 갖는 거의 원통형 내측 부재인 것이 바람직하다. 내측 부재(32)는 제1 단부 또는 하단부(38) 와 제2 단부 또는 상단부(40)를 갖는다. 제1 단부(38)에는 입구 벨(42)이 형성될 수 있다. 입구 벨은 증기를 입구(44)로 향하게 한다. 증기 인젝터(30)는 스파이더형 인젝터(spider-type injector)일 수 있고, 스파이더 아암은 증기가 주입되는 구멍을 갖는다. 증기는 입구 벨의 표면 내로 지향되는 것으로, 내측 코안다 노즐과 유사할 수 있다. 내측 부재 입구(44)는 하단부(38)에 형성되고, 상단부(40)는 내측 부재 출구(46)를 형성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 공기, 바람직하게는 증기/공기 혼합기가 내측 부재(32) 및 내측 부재 출구(46)를 통과하여 외측 부재(34) 내로 향한다. 내측 부재(32)는 외표면(48)과, 통과하는 공기, 또는 공기/증기를 위한 통로(52)를 형성하는 내표면(50)를 갖는다. 내측 부재(32)는 이 내측 부재를 통과하는 공기 또는 증기 및 공기의 유동을 방해하지 않도록 입구(44)에서 출구(46)까지 만곡부, 돌출부, 오목부 또는 다른 방해물이 없는 직선형 실린더인 것이 바람직하다.
외측 부재(34)는 바람직하게는 내측 부재(32)와 동축이고 종방향 중앙축(36)을 공유한다. 외측 부재(34)는 제1 단부 또는 하단부(54)와 제2 단부 또는 상단부(56)를 갖는다. 상단부(56)에 배출구(58)가 형성된다. 외측 부재(34)는 외표면(60)과 내표면(62)을 갖는다. 환형 가스 통로(64)라 부를 수 있는 환형 통로는 내측 부재(32)와 외측 부재(34)에 의해 그들 사이에 형성된다. 도시된 실시예에 있어서, 가스 입구(66)는 외측 부재(34)의 하단부(54)에 형성되고, 가스 출구(68)는 내측 부재(32)의 상단부(40)에 형성된다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 내측 부재 출구(46)는 배출구(58)보다 낮게 위치되어 소정 공간 떨어져 있다. 출 구(46)와 배출구(58) 사이의 거리는 예혼합 영역(70)으로서 부를 수 있다. 가스 출구(68)를 통해 환형 가스 통로(64)에서 배출된 가연성 가스는 예혼합 영역(70)에 진입하여, 적어도 공기, 도시된 실시예에 있어서는 내측 부재 출구(46)를 통과한 공기 및 증기 혼합기와 혼합된다. 가연성 가스는 예혼합 영역(70)에서 공기/증기 혼합기와 혼합되고, 가스/증기/공기 혼합기는 배출구(58)를 통과하여 대기에서 연소를 위해 점화된다. 따라서, 예혼합 영역의 길이는 내측 실린더 내의 공기/증기 유동이 팽창하여 가연성 가스와 혼합하도록 되어 있다. 예혼합 영역(70)의 길이(72)는 환형 가스 통로(64)의 폭(74)보다 큰 것이 바람직하고, 환형 가스 통로(64)의 폭(74)보다 적어도 4배 큰 것이 보다 바람직하며, 4배 내지 5배 큰 것이 보다 바람직하다. 예혼합 영역(70)을 형성하도록 내측 부재(32) 위에서 연장되는 외측 부재(34)의 부분은 또한 주변 제어부라고도 부를 수 있는데, 그 이유는 연소가 발생하기 전에 공기와 가연성 가스가 혼합되게 하는 것 외에, 상기 외측 부재의 부분은 주위 바람이 연소되지 않은 가연성 가스를 쓸어버리거나 대기에 매연을 유발하는 것을 방지하기 때문이다.
바람직한 실시예에 있어서, 외측 부재(34)는 원통부(78)를 구비하는데, 이 원통부는 외측 부재의 하단부(54)로부터 원통부(78)의 상단부(80)까지 연장된다. 원통부(78)는 제1 원통부(78)라 부를 수 있다. 수렴형 원뿔부(82)라 부를 수 있는 반경 방향 내측을 향하는 원뿔부는 상단부(80)로부터 상방으로 연장되고 상단부(84)를 갖는다. 수렴형 원뿔부(82)는 바람직하게는 가스와 적어도 공기 간의 혼합을 촉진시킨다. 제2 원통부(86)는 수렴형 원뿔부(82)로부터 상방으로 연장된다. 제2 원통부(86)는 가스와 적어도 공기 간의 혼합을 더욱 촉진시키고 보다 균일한 속도 프로파일을 가능하게 한다. 제2 원통부(86)는 상단부(88)를 갖는다. 발산형 원뿔부(90)라 부를 수 있는 반경 방향 외측을 향하는 원뿔부는 상단부(88)로부터 상방으로 연장된다. 발산형 원뿔부(90)는 제2 원통부(86)로부터 반경 방향 외측을 향해 약 45°의 각도로 발산되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 거의 수평의 화염 유지 링인 화염 유지 링(92)은 발산형 원뿔부(90)의 상단부(91)로부터 반경 방향 내측으로 연장된다. 화염 유지 링(92)은 가연성 혼합기가 통과할 수 있고 화염 유지 링(92) 상에 안정적인 화염을 형성하게 하는 복수 개의 개구(99)를 가질 수 있다. 도 1은 8개의 개구(97)를 도시하고 있다. 그러나, 도 1에 도시된 간격보다 밀접한 간격을 갖는 보다 많은 개구가 바람직할 것이다. 화염 유지 링(92)은 바람직하게는 공기/증기 및 가연성 가스 혼합기의 유동을 방해하거나 제한하지 않음으로써, 보조 매체 또는 기동 가스(즉, 증기, 압축 공기, 연료 가스 또는 임의의 다른 가스) 또는 블로어(blower) 공기가 없는 경우에 가연성 가스가 내측 부재 내에서 역방향, 즉 하방으로 유동되지 않게 한다. 배출구(58)를 구비하는 화염 유지 링(92)의 내경은 제2 원통부(86)의 내경과 동일하거나 그보다 약간만 작은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 화염 유지 링(92)의 내경은 배출구(58)의 횡단면적이 환형 가스 출구(68)의 횡단면적보다 작지 않고, 보다 바람직하게는 가스 출구(68)의 횡단면적보다 20% 크게 된다.
도 2의 실시예에 있어서, 플레넘(20)은 단면이 거의 달걀 형태를 형성하고 플레넘 내측(95)을 구획하는 거의 곡선형 상측 플레이트(93)와 곡선형 하측 플레이 트(94)를 포함한다. 외측 부재(34)는 플레넘 내측(95) 내로 연장되어, 하단부(54)와 가스 입구(66)가 그 내부에 배치된다. 외측 부재(34)는 입구 벨(97)을 가질 수 있다. 별법으로서, 외측 부재(34)는 하단부(54)가 곡선형 상측 플레이트(93)에서 종결되어, 가스 입구(66)가 곡선형 상측 플레이트(93)에 형성될 수 있다. 내측 부재(34)는 플레넘(20)을 완전히 통과하여, 제1 단부(38) 및 제2 단부(40)가 각각 플레넘(20)의 외측에 위치된다. 따라서, 단일의 가연성 가스 공급부, 즉 플레넘(20)이 가연성 가스를 복수 개의 플레어 팁 유닛(15)에 제공하고, 보다 구체적으로는 가스 파이프(25)를 통해 플레넘(20)으로 유입하는 가연성 가스 소스(도시 생략)로부터의 가스를 각 플레어 팁 유닛(15)의 환형 가스 통로(64)에 연통시킨다.
가연성 가스는 가스 출구(68)를 통해 환형 가스 통로(64)에서 배출되어 예혼합 영역(70)으로 유입된다. 가연성 가스는 내측 부재(32)를 통해 이동되는 적어도 공기와 혼합된다. 공기는 증기 인젝터(30)에 의해 내측 부재(32) 내로 주입되는 증기와 함께 각 내측 부재(32)를 통해 이동되는 것이 바람직하다. 기술한 바와 같이, 증기는 바람직하게는 단일의 증기 소스로부터 각 인젝터(30)에 제공되고, 공기가 입구(44)를 통한 증기와 함께 내측 부재(32) 내로 흡인되는 속도로 주입된다. 증기 인젝터(30)는 스파이더형 인젝터, 다른 공지된 인젝터 또는 증기 인젝터를 포함할 수 있고, 입구 벨(42)은 내측 코안다 노즐에 유사하게 작용할 수 있다. 공기/증기 혼합기는 내측 부재 출구(46)를 통과하여 예혼합 영역(70)으로 향하고 그 영역에서 가연성 가스와 혼합된다. 가연성 공기/증기 혼합기는 배출구(58)를 통과하고, 이 배출구에서 점화되어 대기 중에서 연소된다.
다른 플레넘 구성을 이용할 수도 있으며, 여기서의 설명은 제한할 의도는 없다. 예컨대, 도 3에 도시된 플레어 장치(10a)는 하측 플레이트(98)와, 상측 플레이트(100) 및 상기 상측 플레이트(98)와 하측 플레이트(100)를 연결하는 측벽(102)을 갖는 거의 원통형 드럼을 구비하는 플레넘(96)을 포함한다. 플레어 팁 유닛의 동일 요소는 도 2의 플레어 팁 유닛과 동일한 번호를 붙이지만, 첨자 "a"를 포함한다. 플레넘(96)은 도 2에 도시된 실시예에 관하여 설명한 바와 같이 가연성 가스가 제공되는 플레넘 내측(104)을 구획한다. 도 3에 도시된 실시예에는, 분자 시일, 즉 관형 시일(106)이 포함된다. 분자 시일(106)은 하측 플레이트(98)에 연결되는 하단부(108)를 갖고 상기 하측 플레이트로부터 상단부(110)까지 상방으로 연장된다. 상단부(110)는 외측 부재(34a)의 하단부(54a)보다 높은 높이에 위치되어 하단부(54a)를 에워쌈으로서, 시일 고리(112)가 분자 시일(106)과 외측 부재(34a) 사이에 형성된다. 따라서, 외측 부재(34a)의 하단부(54a)는 도 3에 도시된 실시예에서 플레넘 내측(104)에 위치된다. 가연성 가스는 플레넘(96) 내와, 분자 시일(106)의 상단부(110) 둘레와, 외측 부재(34a)의 하단부(54a) 둘레를 통과하고 환형 가스 통로(64a) 내로 상방으로 향해야 한다. 분자 시일(106)은 선택적이지만 임의의 내측 연소 가능성 또는 정제 가스 요건을 감소시키도록 이용될 수 있다. 분자 시일(106)은 공기가 플레넘(96) 내로 이동하는 것을 방지하여 플레넘 내에서의 연소를 방지한다. 공기가 가연성 가스보다 무거우면, 공기는 분자 시일(106)의 바닥에 내려앉게 된다. 공기가 가연성 가스보다 가벼우면, 공기는 가연성 가스에 의해 밀려나오게 된다.
도 4는 본 발명의 플레어 장치(10b)를 도시하는데, 가스 공급부는 가스 파이프(25)로부터 가스를 수취하는 라이저(114)를 구비한다. 가스 라이저(114)는 관형 스포크(116)를 통해 가스를 분배하고, 관형 스포크는 본 명세서에 설명된 바와 같이 가연성 가스를 플레어 팁 유닛에 각각 연통시킨다. 도 4의 플레어 팁 유닛은 도 2와 유사하게 번호를 붙이지고 첨자 "b"를 포함한다.
본 발명의 플레어 장치는 종래의 플레어 장치에 비해 여러가지의 이점을 제공하는데, 그 중 한가지 구성이 도 16 및 도 17에 개략적으로 도시되어 있다. 종래의 플레어 팁(116)은 가연성 가스가 연통되는 외측 실린더(118)를 갖는다. 증기는 중앙 증기 인젝터(120)를 통해 외측 실린더(118) 내로 주입된다. 복수 개의 하측 증기 인젝터(122)는 증기를 복수 개의 하측 증기 튜브(124)로 향하게 한다. 가연성 가스는 하측 증기 튜브(124) 사이의 외측 실린더(118) 내에서 이동한다. 상측 증기는 상측 증기 인젝터(126)를 통해 주입된다. 상측 증기는 주변 제어를 유지하고 매연없는 연소를 위해 외측 실린더(118) 위에서 효율적인 공기/증기 및 가연성 가스 혼합기를 제공하는 데에 필요하다.
플레어 팁(116)은 본 발명의 플레어 장치보다 많은 증기를 필요로 하는데, 그 이유는 인젝터(122)로부터의 증기가 본 발명의 내측 부재(32)에 의해 형성된 직선형 경로를 따라가는 것보다 휘어지고 돌아가야 하기 때문이다. 또한, 요구되는 중앙 및 상측 증기 인젝터와 경우에 따라 하측 증기 인젝터로 인해, 종래의 구성에 의해 발생된 소음이 훨씬 커서 하측 증기를 위해 머플러를 필요로 할 수 있다. 상측 증기는 타오르는 화염이 머플러를 손상시킬 수 있기 때문에 억제하기가 어렵거 나 실행 불가능하다. 본 발명의 각 플레어 팁 유닛은 오직 하나의 증기 주입 지점만을 필요로 하여, 하나의 증기 소스만을 필요로 하지만, 통상적으로 종래의 구성에서는 상측, 하측 및 중앙 인젝터를 위해 별개의 증기 소스가 요구된다. 경우에 따라 중앙, 하측 및 상측 증기가 공통의 증기 라인에 연결될 수 있지만, 그렇게 하면 동작 융통성을 저감시켜 문제가 생길 수 있다.
예컨대, 중앙 증기를 하측 또는 상측 증기에 연결하면, 공통의 증기 라인을 공유하는 다른 증기 소스를 턴오프하지 않고서는 중앙 증기 소스를 턴오프할 수 없다. 일부 악조건하에서는, 중앙 증기를 턴오프하고 다른 증기 소스를 유지하는 것이 요망된다. 악조건으로는, 1)빙결 또는 극한 기후, 2)산성 가스, 3)물과 반응하여 폴리머를 형성하는 가스를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 전술한 악조건 중 하나 이상의 조건하에서는, 중앙 증기를 턴오프하면 통상적으로 내측 연소가 플레어 팁을 급속하게 손상시키는 것을 방지하도록 가스 정제 속도를 실질적으로 증가시켜야 한다. 가스 정제 속도가 증가되면 최종 사용자에게 고비용이 되는 경우가 많다. 본 발명은 내측 연소를 방지하기 위해 중앙 증기 또는 높은 정제 속도를 필요로 하지 않는다. 최소량의 기동력(예컨대, 증기 또는 블로어)을 이용하는 경우에, 환형 가스 통로(64) 또는 플레넘(20) 또는 파이프(25) 내에서 내측 연소가 발생하지 않는다는 것을 시험이 보여주었다. 본 발명에서 완벽한 증기 고장의 경우에, 1)압축 공기 또는 질소 등의 다른 기동 가스를 증기 라인으로 지향시키고, 2)실질적으로 정제 속도를 증가시킴으로써(이들 중 어느 한쪽이 자동화될 수 있음), 내측 연소가 방지될 수 있거나, 적어도 제한될 수 있다.
종래의 구성의 다른 단점은 하측 및 상측 증기의 개별 제어를 통합하는 것이 어렵다는 것이다. 상측 증기는 통상적으로 수직 방향으로 내측을 향해 주입된다. 상이한 증기 노즐로부터의 상측 증기는 플레어 팁 위의 중앙에서 충돌하여, 국부적으로 고압 영역을 유발할 수 있다. 이 고압 영역은 가연성 혼합기를 플레어 팁 내로 향하게 하여 내측 연소를 유발할 수 있고, 전체 플레어 팁이 화염 속으로 삼켜지게 할 수 있는 하측 증기 튜브의 하방 이동을 초래할 수 있다. 이것을 일반적으로 상측 증기의 캐핑 효과라고 한다. 하측 증기 속도가 캐핑 효과를 극복하기에 불충분하면, 가연성 혼합기는 하방을 향해 역으로 이동하여 하측 증기 튜브의 입구에서 배출될 수 있어, 플레어 팁이 화염 속으로 삼켜져 급속한 팁 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 상측 증기에 비해 충분한 하측 증기 유동 속도를 유지하는 것이 필요하다. 본 발명은 오직 하나의 단일 증기 소스만을 필요로 하여, 상측 및 하측 증기의 제어를 통합할 필요를 제거한다.
도 1 및 도 2의 플레어 장치는 플레넘(20)과 6개의 플레어 팁 유닛(15)을 구비한다. 도 4의 라이저 실시예는 4개의 플레어 팁 유닛을 갖는다. 보다 많거나 적은 플레어 팁 유닛이 본 발명의 플레어 장치에 이용될 수 있으며, 필요에 따라 단일의 플레어 팁 유닛이 플레어 장치로서 이용될 수도 있다. 예컨대, 도 15는 단일의 플레어 팁 유닛(130)을 도시하고 있다. 플레어 팁 유닛(130)은 각 플레어 팁 유닛(15)과 유사하고, 이에 따라 환형 가스 통로(136)를 형성하는 내측 부재(132)와 외측 부재(134)를 포함한다. 외측 부재(134)는 배출구(138)를 형성한다. 내측 부재(132)는 전술한 내측 부재(32)와 거의 동일하고, 바람직하게는 증기 인젝 터(140)로부터 증기를 수취하거나, 필요에 따라 팬 또는 다른 공지된 구조로부터 공기를 간단하게 수취하여 공기를 내측 부재(132)를 통해 이동시킬 수 있다. 내측 부재(132)는 선택적으로 입구 벨을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다. 바람직한 실시예에서, 증기는 공기를 혼입하여 내측 부재(132)의 상단부의 출구(142)를 통해 그리고 예혼합 영역(144) 내로 상방으로 이동시키기에 충분한 속도로 주입된다. 외측 부재(134)는 폐쇄된 하단부(145)를 갖고, 가연성 가스 입구 또는 유입구(146)는 외측 부재(134)의 측부를 통해 형성된다. 그렇지 않으면, 외측 부재(134)는 전술한 외측 부재(34)와 거의 동일하다. 가연성 가스는 당업계에 공지된 플레어 스택으로부터 제공된다. 단일의 플레어 팁 유닛(130)의 작동은 플레어 팁 유닛915)에 대해서 설명한 바와 같은데, 예혼합 영역(144)에서 혼합된 증기/공기 및 가연성 연료 혼합기는 배출구(138)에서 배출되어, 바람직하게는 매연없는 방식으로 대기 중에서 연소된다.
본 명세서에서 설명된 플레어 장치의 플레어 팁 유닛의 외측 부재는 다수의 상이한 구성을 가질 수 있다. 모범적인 몇몇 구성의 상부가 도 8 내지 도 14에 도시되어 있다. 도 8은 거의 원통부(154)로부터 상방으로 연장되는 수렴형 원뿔부(152)를 갖는 외측 부재(150)를 도시하고 있다. 원뿔각(155)은 0°내지 75°이고, 바람직하게는 대략 17°이다. 수렴형 원뿔부(152)에 의해 형성되는 배출구(156)는 바람직하게는 실질적으로 환형 가스 출구인 환형 연료 통로의 초크 지점(158)의 영역보다 작지 않은 영역을 갖고, 보다 바람직하게는 20% 큰 영역을 갖는다. 필요에 따라, 플레어 팁 유닛의 내측 부재의 상단부는 도 9 및 도 10에 도 시된 바와 같이 수렴형 원뿔부(160) 또는 발산형 원뿔부(162)에 끼워질 수 있다.
도 11의 플레어 팁 유닛의 외측 부재는 플레어 팁 유닛의 외측 부재의 원통부(167)로부터 상방으로 연장되는 제1 및 제2의 수렴형 원뿔부(164, 166)를 구비하고, 제1 수렴형 원뿔부(164)의 원뿔각(168)은 제2 수렴 원뿔부(166)의 원뿔각(170)보다 작다. 도 12에 있어서, 외측 부재의 대략 원통부(171)는 각각 제1 및 제2 수렴형 원뿔부(172, 174)를 구비할 수 있고, 제1 원뿔각(176)은 제2 원뿔각(178)보다 크다. 쌍곡선 형상부(180)가 도 13에 도시된 플레어 팁 유닛의 외측 부재의 원통부(182)로부터 상방으로 연장된다. 플레어 팁 유닛의 가장 간단한 구조가 도 14에 도시되어 있으며, 이 구조는 단순히 직선 원통형의 내부 및 외측 부재(184, 186)를 구비한다. 도 8 내지 도 14에 도시된 각각의 플레어 팁 유닛이 본 명세서에서 설명한 플레어 팁 유닛(15)과 유사하게 작동하는 것을 이해해야 한다. 도 8 내지 도 14는 단순히 고려할 수 있는 다른 구조를 예시하기 위하여 부가된 것이다. 모든 경우에, 내측 부재는 그 입구로부터 출구까지 직선형 실린더인 것이 바람직하며, 선택 사항인 입구 벨이 증기를 지향시킨다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이, 플레어 팁 유닛의 바람직한 실시예는 플레어 팁 유닛(15)을 포함하며, 이 플레어 팁 유닛은 외측 부재(34)와 내측 부재(32)를 구비하며, 내측 부재(32)는 그 입구(44)로부터 출구(46)까지 실질적으로 직선 형태이다. 필요에 따라, 내측 부재가 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 만곡부를 갖는 플레어 팁 유닛을 사용할 수 있다. 이들 도면에는, 플레어 팁 유닛(200, 200a)이 각각 도시되어 있다. 플레어 팁 유닛(200a)은 플레어 팁 유 닛(200)과 유사하므로, 공통 부분에 대해서는 동일한 도면 부호에 첨자 "a"를 병기한다. 플레어 팁 유닛(200a)은 추가의 증기 주입 위치를 부가한 것이므로, 플레어 팁 유닛(200)에 대해서 주로 설명한다.
플레어 팁 유닛(200)은 내측 부재(202)와 외측 부재(204)를 구비한다. 내측 부재(202)는 통로(203)를 구획하고, 공기, 바람직하게는 증기 인젝터(206)로부터의 증기에 의해 이동되는 공기를 수취한다. 증기와 공기는 내측 부재(202)의 입구(208)로 유입된다. 증기와 공기는 내측 부재(202)의 출구(210)를 통과한다. 내측 부재(202)는 외측 부재(204)의 측면을 통과하고, 입구부(212)로부터 대략 수직부(214)에 이르기까지 내부에 만곡부(211)를 구비한다. 가스는 외측 부재(204)에 연통하고, 외측 부재(204)와 내측 부재(202)의 수직부(214) 사이에 구획된 환형의 가스 통로(216)를 통해 상방으로 흐른다. 수직부(214)와 외측 부재(204)는 동축이며, 종방향 중앙 축선(215)을 공유한다. 외측 부재(214)의 배출구(220)와 출구(210) 사이에는 예혼합 영역(218)이 형성된다. 플레어 팁 유닛(200a)은, 내측 부재(202)에 연통하는 복수의 개구(223)를 갖는 도넛형 플리넘(222)으로부터 내측 부재로 증기가 주입되는 것을 제외하고는 플레어 팁 유닛(200)과 동일하다.
단일의 가연성 가스 공급부를 갖는 복수의 플레어 팁 유닛으로서 사용되든지 단일의 플레어 팁 유닛으로서 사용되든지, 플레어 장치는 매연 없는 연소를 달성하는 데 필요한 증기의 양을 감소시킨다. 예컨대, 도 14에 도시된 것과 유사한 2개의 직선 실린더를 구비하는 단일의 플레어 팁 유닛에 있어서는, 시간당 3,200 파운드의 증기 소모량으로 시간당 13,000 파운드의 프로필렌을 매연 없이 연소하였다. 내측 부재는 8인치 직경의 관형 부재이고, 외측 부재는 12인치 직경의 관형 부재이다. 도 16 및 도 17에 도시된 것과 유사하지만 단지 중앙 및 상부 증기 인젝터만을 사용하는 유사한 사이즈의 종래 기술의 장치는 시간당 16,000 파운드의 프로필렌을 매연 없이 연소하기 위하여 시간당 6,000 파운드의 증기를 필요로 한다. 따라서, 증기 소모량이 34% 감소한다. 본 명세서에 설명하는 바와 같은 단일 유닛의 수학적 치수를 2배 확대하여 내측 부재의 직경을 16인치로 하고, 외측 부재의 직경을 24인치로 하는 때에, 예혼합 영역은 도 15의 예혼합 영역으로 변형된다. 시간당 39,000 파운드의 프로필렌을 매연 없이 연소하는 데에는 시간당 13,000 파운드의 증기가 필요하였다. 도 16 및 도 17에 도시된 것과 유사한 대략 동일 사이즈의 플레어 장치의 경우에는, 시간당 34,500 파운드의 프로필렌을 매연 없이 연소하는 데에는 시간당 16,000 파운드의 증기가 필요하며, 이로써 프로필렌에 대하여 28%의 증기가 감소하는 것이다. 복수의 플레어 팁 유닛이 플리넘에 의해 연결되어 있는 때에, 개선 효율은 단일의 플레어 팁 유닛에 대한 개선 효율과 유사하며, 많은 경우에는 그보다 높을 수 있는데, 그 이유는 복수의 플레어 팁 유닛(15) 사이의 공간으로 인하여 대기로부터의 공기가 각 플레어 팁 유닛의 개별 화염에 혼입될 수 있기 때문이다. 각각의 개별 플레어 팁 유닛은 그 위에 화염을 갖고, 일부 지점에서는 모든 화염이 합쳐져 중공의 내부를 갖는 대략 원통형의 화염을 형성한다. 공기가 중공 내부로부터 합쳐진 화염 내로 혼입될 수 있다. 궁극적으로, 화염의 높이가 증가함에 따라, 단일의 화염이 존재할 수 있다. 대기로부터 화염 내로 추가의 공기가 혼입되기 때문에, 본 발명은 매연 없는 성능과 관련하여, 플레어 팁을 나갈 때 단일 화염을 갖게 되고 따라서 본 발명보다 적은 공기가 대기로부터 혼입되는 종래 기술의 구조보다 더 효율적이다.
따라서, 본 발명은 발명 고유의 이점뿐만 아니라 전술한 목적을 달성하고, 목표 및 이점을 얻기 위하여 적합하게 되는 것을 알 것이다. 본 발명을 개시하기 위하여 본 발명의 특정의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 당업자는 해당 부분의 구성 및 배치와 단계의 실행에 대하여 많은 수정을 가할 수 있으며, 이러한 수정은 첨부의 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 것이다.
본 발명에 따르면, 소음을 줄이고 효율을 증대시켜 증기를 덜 첨가하면서 보다 많은 연료를 연소시킬 수 있도록 가연성 가스를 공기로 매연 없이 연소시키는 방법 및 개선된 플레어 장치를 제공할 수 있다.

Claims (46)

  1. 삭제
  2. 가연성 가스를 연소시키는 플레어 구조체로서,
    제1 단부와, 배출구를 형성하는 제2 단부가 있는 외측 부재와,
    입구 및 출구가 있는 내측 부재와,
    공기를 내측 부재 내로 흡인하여 공기를 내측 부재를 통해 이동시키기에 충분한 속도로 증기를 내측 부재 입구로 주입하는 증기 인젝터를 구비하고,
    상기 내측 부재의 일부분 또는 전체가 외측 부재 내에 동심으로 배치되어 그 사이에 환형 가스 통로를 형성하며, 내측 부재의 출구는 외측 부재의 배출구 아래에 위치되고, 외측 부재 내에 배치된 내측 부재의 부분은 직선형 실린더이며, 공기는 내측 부재의 출구를 통과하여 내측 부재 출구 위에서 외측 부재의 환형 가스 통로로부터의 가연성 가스와 혼합되고, 가연성 가스와 공기의 혼합기는 연소를 위해 배출구를 통해 외측 부재에서 배출되며,
    공기/증기 혼합기는 내측 부재 출구에서 외측 부재로 배출되고, 공기/증기 혼합기는 외측 부재 내의 가연성 가스와 혼합되며, 가연성 가스와 공기/증기 혼합기는 연소를 위해 배출구를 통과하는 것인 플레어 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외측 부재의 제1 단부는 가연성 가스를 환형 가스 통로 내에 연통시키는 가스 입구를 형성하는 것인 플레어 구조체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 외측 부재는 가스 입구에서 배출구까지 직선형 실린더를 구비하는 것인 플레어 구조체.
  5. 가연성 가스를 연소시키는 플레어 구조체로서,
    제1 단부와, 배출구를 형성하는 제2 단부가 있는 외측 부재와,
    입구 및 출구가 있는 내측 부재
    를 구비하고, 상기 내측 부재의 일부분 또는 전체가 외측 부재 내에 동심으로 배치되어 그 사이에 환형 가스 통로를 형성하며, 내측 부재의 출구는 외측 부재의 배출구 아래에 위치되고, 외측 부재 내에 배치된 내측 부재의 부분은 직선형 실린더이며, 공기는 내측 부재의 출구를 통과하여 내측 부재 출구 위에서 외측 부재의 환형 가스 통로로부터의 가연성 가스와 혼합되고, 가연성 가스와 공기의 혼합기는 연소를 위해 배출구를 통해 외측 부재에서 배출되며,
    상기 외측 부재는 제1 단부 및 제2 단부가 있는 제1 원통부와, 상기 제1 원통부의 제2 단부로부터 상방으로 연장되는 수렴형 원뿔부를 구비하고, 상기 제1 원통부의 제1 단부는 외측 부재의 제1 단부를 포함하는 것인 플레어 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수렴형 원뿔부의 일부분 또는 전체가 내측 부재의 출구 위에서 연장되는 것인 플레어 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 외측 부재는 수렴형 원뿔부로부터 연장되는 제2 원통부를 더 구비하는 것인 플레어 구조체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 원통부로부터 상방으로 연장되는 발산형 원뿔부와, 상기 발산형 원뿔부의 상단부로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 수평형 링을 더 구비하며, 이 수평형 링이 배출구를 형성하는 것인 플레어 구조체.
  9. 복수 개의 가연성 가스를 연소시키는 플레어 구조체와,
    가연성 가스를 수취하기 위한 플레넘
    을 구비하고, 상기 플레어 구조체는
    제1 단부와, 배출구를 형성하는 제2 단부가 있는 외측 부재와,
    입구 및 출구가 있는 내측 부재와,
    공기를 내측 부재 내로 흡인하여 공기를 내측 부재를 통해 이동시키기에 충분한 속도로 증기를 내측 부재 입구로 주입하는 증기 인젝터
    를 구비하며, 상기 내측 부재의 일부분 또는 전체가 외측 부재 내에 동심으로 배치되어 그 사이에 환형 가스 통로를 형성하고, 내측 부재의 출구는 외측 부재의 배출구 아래에 위치되며, 외측 부재 내에 배치된 내측 부재의 부분은 직선형 실린더이고, 공기는 내측 부재의 출구를 통과하여 내측 부재 출구 위에서 외측 부재의 환형 가스 통로로부터의 가연성 가스와 혼합되며, 가연성 가스와 공기의 혼합기는 연소를 위해 배출구를 통해 외측 부재에서 배출되고, 공기/증기 혼합기는 내측 부재 출구에서 외측 부재로 배출되며, 공기/증기 혼합기는 외측 부재 내의 가연성 가스와 혼합되고, 가연성 가스와 공기/증기 혼합기는 연소를 위해 배출구를 통과하며,
    상기 가연성 가스는 플레넘으로부터 각 플레어 구조체의 환형 가스 통로에 연통되는 것인 플레어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 각 플레어 유닛의 외측 부재의 입구를 에워싸는 분자 시일을 더 구비하는 것인 플레어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분자 시일은 제1 단부에서 플레넘에 연결되고 그 제1 단부로부터 제2 단부까지 상방으로 연장되며, 상기 분자 시일 및 복수 개의 플레어 구조체 각각의 외측 부재는 가연성 가스가 환형 가스 통로에 진입하기 전에 통과해야 하는 시일 고리를 형성하는 것인 플레어 장치.
  12. 가연성 가스를 연소하기 위한 플레어 장치로서,
    제1 단부 및 제2 단부가 있는 단일의 외측 부재와, 입구 및 출구가 있는 단일의 내측 부재를 구비하고, 상기 내측 부재의 일부분 또는 전체가 상기 외측 부재 내에 배치되어 환형 가스 통로를 형성하는 복수 개의 플레어 팁 유닛과;
    가연성 가스를 상기 플레어 팁 유닛 각각의 환형 가스 통로에 연통시키는 가연성 가스 공급부
    를 구비하고, 상기 환형 가스 통로에서 배출된 가연성 가스는 각 내측 부재의 출구를 통과한 공기와 외측 부재 내에서 혼합되며, 공기와 가연성 가스의 혼합기는 외측 부재의 제2 단부에 형성된 배출구를 통과하는 것인 플레어 장치.
  13. 제12항에 있어서, 각 외측 부재의 제1 단부는 환형 가스 통로용 가스 입구를 형성하는 것인 플레어 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 가연성 가스 공급부는 가연성 가스 소스에 연결된 플레넘을 구비하고, 각 플레어 팁 유닛은 가스 소스로부터 플레넘에 의해 수취된 가연성 가스가 플레넘으로부터 각 환형 가스 통로 내로 연통되도록 플레넘에 연결되는 것인 플레어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 플레넘은 플레넘 내측을 구획하고, 가연성 가스는 가연성 가스 소스로부터 플레넘 내측으로 연통되며, 각 외측 부재의 제1 단부는 플레넘 내측 내에 배치되어 플레넘 내측으로부터 플레넘 외측으로 연장되고, 내측 부재는 플레넘을 완전하게 통과하여, 내측 부재의 입구와 각 플레어 팁 유닛의 출구가 플레넘 외측에 위치하는 것인 플레어 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 플레넘은,
    평탄한 상측 플레이트와,
    상기 상측 플레이트에 연결되어 이 상측 플레이트로부터 하방으로 연장되는 원통형 측벽과,
    상기 원통형 측벽에 연결된 평탄한 하측 플레이트
    를 구비하고, 상기 하측 플레이트에는 가연성 가스를 수취하기 위한 개구가 있으며, 상측 및 하측 플레이트와 측벽은 플레넘 내측을 구획하는 것인 플레어 장치.
  17. 제16항에 있어서, 복수 개의 관형 시일을 더 구비하고, 각 관형 시일은 하측 플레이트로부터 상방으로 연장되어 각 플레어 팁 유닛의 외측 부재의 하단부를 에워싸는 것인 플레어 장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 플레넘은 플레넘 내측을 구획하도록 곡선형 하측 플레이트에 연결된 곡선형 상측 플레이트를 구비하는 것인 플레어 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 곡선형 상측 플레이트 및 곡선형 하측 플레이트는 측벽에 의해 연결되는 것인 플레어 장치.
  20. 제12항에 있어서, 상기 가연성 가스 공급부는,
    가연성 가스 소스로부터 가연성 가스를 수취하기 위한 가스 라이저와,
    상기 가스 라이저로부터 연장되는 복수 개의 스포크
    를 구비하고, 각 스포크는 가스를 가스 라이저로부터 복수 개의 플레어 팁 유닛 중 하나에 연통시키는 것인 플레어 장치.
  21. 제12항에 있어서, 증기를 각 내측 부재 내에 주입하기 위한 증기 인젝터를 더 구비하고, 상기 증기는 공기를 내측 부재 내로 흡인시켜 공기/증기 혼합기가 내측 부재 출구를 통과하여 외측 부재에서 가연성 가스와 혼합되게 하며, 증기/공기 및 가연성 가스 혼합기는 각 플레어 팁 유닛의 배출구를 통과하는 것인 플레어 장치.
  22. 제12항에 있어서, 상기 각 외측 부재는,
    원통부와,
    제1 원통부로부터 상방으로 연장되는 수렴형 원뿔부와,
    상기 수렴형 원뿔부로부터 상방으로 연장되는 제2 원통부
    를 구비하는 것인 플레어 장치.
  23. 제22항에 있어서, 각 외측 부재는,
    상기 제2 원통부로부터 상방으로 연장되는 발산 영역과,
    상기 발산 영역으로부터 내측으로 연장되어 배출구를 형성하는 화염 유지 링을 더 구비하는 것인 플레어 장치.
  24. 제12항에 있어서, 공기를 내측 부재 내에 흡인시켜 공기가 내측 부재를 통과하기에 충분한 속도로 증기를 각 플레어 팁 유닛의 내측 부재 내로 주입하도록 각 내측 부재에 관련된 증기 인젝터를 더 구비하는 것인 플레어 장치.
  25. 제24항에 있어서, 각 플레어 팁 유닛은 내측 부재 출구와 배출구 사이에 예혼합 영역을 형성하며, 내측 부재 출구에서 배출된 증기/공기 혼합기는 가스/증기/공기 혼합기가 배출구를 통과하기 전에 환형 가스 통로에서 배출된 가연성 가스와 예혼합 영역에서 혼합되는 것인 플레어 장치.
  26. 제25항에 있어서, 각 플레어 팁 유닛의 내측 부재 위에서 연장되는 외측 부재의 부분은 주변 제어부를 구비하는 것인 플레어 장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 증기 인젝터는 단일의 증기 소스로부터 증기를 수취하는 것인 플레어 장치.
  28. 가연성 가스를 연소하기 위한 증기 보조식 플레어 구조체로서,
    제1 단부와, 배출구를 형성하는 제2 단부가 있는 단일의 외측 관형 부재와,
    상기 외측 관형 부재 내에 동축으로 배치되며 내측 부재 입구 및 내측 부재 출구를 갖고 공기/증기 혼합기 통로를 형성하는 단일의 내측 관형 부재와,
    상기 외측 관형 부재와 내측 관형 부재에 의해 그들 사이에 형성되는 환형 가스 통로와,
    증기를 단일의 내측 관형 부재 내로 주입하기 위한 증기 인젝터
    를 구비하고, 증기/공기 혼합기는 내측 부재 출구를 통과하여 외측 부재의 예혼합 영역으로 향하며, 환형 가스 통로 내로 연통된 가스는 환형 가스 통로에서 배출되어 예혼합 영역 내로 향하여 증기/공기 혼합기와 혼합됨으로써, 가연성 가스 및 증기/공기 혼합기가 배출구를 통해 배출되는 것인 증기 보조식 플레어 구조체.
  29. 플레넘에 연결된 복수 개의 가연성 가스를 연소하기 위한 증기 보조식 플레어 구조체를 구비하고, 상기 증기 보조식 플레어 구조체는
    제1 단부와, 배출구를 형성하는 제2 단부가 있는 단일의 외측 관형 부재와,
    상기 외측 관형 부재 내에 동축으로 배치되며 내측 부재 입구 및 내측 부재 출구를 갖고 공기/증기 혼합기 통로를 형성하는 단일의 내측 관형 부재와,
    상기 외측 관형 부재와 내측 관형 부재에 의해 그들 사이에 형성되는 환형 가스 통로와,
    증기를 단일의 내측 관형 부재 내로 주입하기 위한 증기 인젝터
    를 구비하며, 증기/공기 혼합기는 내측 부재 출구를 통과하여 외측 부재의 예혼합 영역으로 향하고, 환형 가스 통로 내로 연통된 가스는 환형 가스 통로에서 배출되어 예혼합 영역 내로 향하여 증기/공기 혼합기와 혼합됨으로써, 가연성 가스 및 증기/공기 혼합기가 배출구를 통해 배출되며,
    상기 플레넘은 가연성 가스 소스로부터 가연성 가스를 수취하여 복수 개의 플레어 구조체 각각의 환형 가스 통로 내로 연통시키는 것인 플레어 장치.
  30. 제29항에 있어서, 단일의 증기 소스가 복수 개의 플레어 장치의 복수 개의 증기 인젝터 각각에 증기를 제공하는 것인 플레어 장치.
  31. 제29항에 있어서, 각 외측 부재의 제1 단부는 복수 개의 플레어 장치 각각의 환형 가스 통로에 대한 가스 입구를 형성하는 것인 플레어 장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 내측 부재는 입구로부터 출구까지 직선형 실린더인 것인 플레어 장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 내측 부재 출구로부터 배출구까지의 거리는 환형 가스 통로의 폭보다 큰 것인 플레어 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 내측 부재 출구로부터 배출구까지의 거리는 환형 가스 통로의 폭의 4배 이상인 것인 플레어 장치.
  35. 제29항에 있어서, 상기 외측 부재는,
    환형 가스 통로의 길이의 일부분 또는 전체를 따라 연장되는 제1 원통부와,
    상기 제1 원통부로부터 상방으로 연장되는 수렴형 원뿔부를 구비하는 것인 플레어 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 수렴형 원뿔부로부터 상방으로 연장되는 제2 원통부와,
    상기 제2 원통부로부터 상방으로 연장되는 발산형 원뿔부와,
    상기 발산형 원뿔부의 상단부에 연결된 화염 유지 링을 더 구비하는 것인 플레어 장치.
  37. 제28항에 있어서, 상기 외측 관형 부재는 제1 원통부와, 이 제1 원통부로부터 상방으로 연장되는 수렴형 원뿔부를 구비하고, 상기 수렴형 원뿔부의 일부분 또는 전체가 예혼합 영역을 형성하는 것인 증기 보조식 플레어 구조체.
  38. 제37항에 있어서, 상기 예혼합 영역은, 수렴형 원뿔의 일부분 또는 전체와, 상기 수렴형 원뿔부로부터 상방으로 연장되는 제2 원통부와, 이 제2 원통부로부터 상방으로 연장되는 발산형 원뿔부와, 이 발산형 원뿔부의 상단부로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 화염 유지 링에 의해 형성되는 것인 증기 보조식 플레어 구조체.
  39. 제28항에 있어서, 가연성 가스를 환형 가스 통로에 연통시키는 가스 입구가 외측 관형 부재의 측부에 형성되는 것인 증기 보조식 플레어 구조체.
  40. 가연성 가스의 연소 방법으로서,
    (a) 가연성 가스를 동축의 내측 관형 부재와 외측 관형 부재 사이의 고리 내로 연통시키는 단계와,
    (b) 공기를 내측 부재 및 이 내측 부재의 출구를 통해 외측 부재의 예혼합 영역 내로 이동시키는 공기 이동 단계와,
    (c) 가연성 가스를 상기 고리를 통과하여 예혼합 영역으로 향하게 하는 단계와,
    (d) 공기와 가연성 가스를 외측 부재의 배출구를 통해 배출하는 단계와,
    (e) 공기와 가연성 가스를 점화하는 단계
    를 포함하는 가연성 가스의 연소 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 공기 이동 단계는 공기를 내측 부재 내로 혼입시켜 내측 부재 출구를 통해 이동시키기에 충분한 속도로 증기를 내측 부재 내로 주입하는 단계를 포함하는 것인 가연성 가스의 연소 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 내측 부재로부터의 증기/공기 혼합기를 예혼합 영역에서 가연성 가스와 혼합시켜 증기, 공기 및 가스의 가연성 혼합기를 형성하는 단계와, 배출구를 통과하는 가연성 혼합기를 점화하는 단계를 포함하는 것인 가연성 가스의 연소 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 내측 부재 및 외측 부재는 플레어 팁 유닛을 구비하는 것이고, 복수 개의 플레어 팁 유닛에 대해 단계 (a), (b), (c) 및 (d)를 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 가연성 가스의 연소 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 단계 (a)는 가연성 가스를 단일의 가스 공급부로부터 각 플레어 팁 유닛의 고리에 연통시키는 단계를 포함하는 것인 가연성 가스의 연소 방법.
  45. 제43항에 있어서, 단일의 증기 소스로부터 각 플레어 팁 유닛용 증기 인젝터에 증기를 제공하는 단계를 포함하는 것인 가연성 가스의 연소 방법.
  46. 제41항에 있어서, 상기 예혼합 영역의 길이는 환형 가스 통로의 폭의 4배 이상인 것인 가연성 가스의 연소 방법.
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