KR101825601B1 - 플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몸체부; 상기 몸체부에 가스를 유입시키기 위한 유입구; 및 상기 몸체부로부터 가스를 유출시키기 위한 유출구를 포함하고, 상기 유출구의 단부에는, 하부에서 상부로 갈수록 단면적이 감소하는 소음 저감 부재가 구비되는 플래어 팁을 제공할 수 있다.

Description

플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치 {FLARE TIP AND FLARE APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해저에 매장된 원유 또는 가스를 채굴하기 위하여, 원유 또는 가스가 매장된 유전에 유정이 설치되고, 유정이 설치된 해역의 해상에는, 원유 또는 가스를 채굴하기 위하여, 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO), 부유식 액화천연가스설비(FLNG) 등의 해상구조물(offshore structure)이 설치된다.

해상 구조물에서는, 시추한 연료를 정유하는 과정에서 폐가스, BOG (Boil Off Gas) 등의 잉여 가스가 발생되게 된다. 이러한 잉여 가스를 재액화시켜 저장할 수도 있으나, 재액화 장비의 설치비용과 장비 가동에 사용되는 에너지 등을 감안할 때 잉여 가스를 연소시켜버리는 것이 경제적인 경우가 있으므로, 대다수의 해상 구조물은 잉여 가스의 연소를 위하여 플래어 장치를 포함한다.

플래어 장치는, 해상 구조물의 각 장비에서 발생하는 잉여 가스를 수집하는 역할을 하는 해더 라인, 기액 분리기, 역화(back fire) 방지를 위한 시일(seal) 및 안정적인 연소를 위한 플래어 팁(flare tip)을 포함한다.

플래어 팁은, 가스의 분사 압력에 따라 HP 팁(high pressure tip)과 LP 팁(low pressure tip)으로 구분될 수 있고, 노즐 출구에서의 가스의 분사 속도에 따라 아음속 팁(subsonic tip)과 음속 팁(subsonic tip)으로 구분될 수 있다.

음속 팁은 음속보다 높은 속도(마하 1 이상의 초음속)로 가스를 분사시킬 수 있는데, 이러한 분사 속도를 통하여 연소 효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.

그러나, 가스 분사 속도가 음속을 넘어서기 때문에, 음속을 넘어서는 가스 분사 기류와 플래어 팁 근처의 대기(음속에 미치지 못하는 기류) 간에 급격한 속도 차이가 발생하게 되고, 이러한 급격한 속도차이로 인해 매우 큰 소음이 발생하게 된다. 이러한 소음은 작업자가 작업을 안전하게 수행하는 것을 방해하므로 제한되어야 한다.

본 발명의 실시예들은 상술한 문제를 해결하고자 발명된 것으로서, 기류간의 속도의 차이가 완화되고, 가스 분사시의 소음이 저감된 플래어 팁을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체부; 상기 몸체부 내에 가스를 유입시키기 위한 유입구; 및 상기 몸체부로부터 가스를 유출시키기 위한 유출구를 포함하고, 상기 유출구의 단부에는, 하부에서 상부로 갈수록 단면적이 감소하는 소음 저감 부재가 복수 개로 구비되는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 소음 저감 부재는 동일한 길이를 가지는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 소음 저감 부재는 다른 길이를 가지며, 일정한 패턴으로 배열되는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 소음 저감 부재는, 제1 길이를 가지는 소음 저감 부재와, 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가지는 소음 저감 부재가 교대로 배열되는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 상기 소음 저감 부재는 삼각형의 플레이트 형상을 가지는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 상기 소음 저감 부재는, 상기 플래어 팁의 중심 방향으로 휘어져 있는 플래어 팁이 제공될 수 있다.

또한, 플래어 팁을 포함하는 플래어 장치로서, 상기 플래어 팁을 상부에 포함하는 플래어 타워; 상기 플래어 팁에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급 장치; 및 상기 가스 공급 장치와 상기 플래어 팁을 연결하는 가스 공급관을 포함하는 플래어 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 플래어 팁에서 가스가 분사될 때 발생되는 소음을 보다 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 비교적 간단한 구성을 통하여 소음을 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래그 팁이 구비된 플래그 장치가 해상 구조물에 설치된 모습을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래어 팁의 사시도이다.
도 3은 도 2의 플래어 팁에서 발생하는 와류를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3의 플래어 팁을 A-A에서 바라본 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플래어 팁의 측면도이다.
도 6은 도 5의 플래어 팁을 B-B에서 바라본 것이다.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래그 팁이 구비된 플래그 장치가 해상 구조물에 설치된 모습을 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 해상 구조물(1) 상에 구비된 플래어 장치(2)는 해더 라인(10), 기액 분리기(20), 플래어 타워(30)를 포함할 수 있다.

해더 라인(10)은 해상 구조물에서 발생하는 폐가스, BOG 등의 가스를 수집한다. 가스에는 물, 기름 등이 포함되어 있을 수 있으므로, 기액 분리기(20)는 수집된 가스 중 물, 기름 등의 액체 성분이 분리, 배출한다. 또한, 기액 분리기(20)는 가스에 포함된 불순물을 침전시키고, 퍼지가스 등을 이용하여 이를 제거할 수 있다. 기액 분리기(20)를 거친 가스는 펌프와 같은 가스 공급 장치에 의해 플래어 타워(30)로 이송된다.

플래어 타워(30)는 상단에 구비되는 플래어 팁(31); 플래어 팁(31)에 연료를 공급하는 가스공급관(32); 및 점화를 위한 가스점화장치를 포함할 수 있다. 가스는 플래어 타워(30)의 가스공급관(32)를 통하여, 플래어 타워(30)의 상단에 구비된 플래어 팁(31)으로 이송되고, 플래어 팁(31)으로부터 분사되면서 연소된다.

이하, 플래어 팁(31)의 구체적인 구성에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래어 팁의 사시도이고, 도 3은 도 2의 플래어 팁에서 발생하는 와류를 나타내는 측면도이며, 도 4는 도 3의 플래어 팁을 A-A에서 바라본 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 플래어 팁(31)은 몸체부(100), 유입구(200) 및 유출구(300)를 포함한다. 몸체부(100)는 파이프 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 몸체부(100)는 상부와 하부의 반경이 상대적으로 작고, 중앙부의 반경이 큰 형상을 가질 수 있다. 유입구(200)는 플래어 팁에 가스를 공급하기 위하여, 몸체부(100)의 일측에 구비되며, 일예로 몸체부(100)의 하측에 구비될 수 있다. 유출구(300)는 몸체부(100)의 타측에 구비되며, 일예로 몸체부(100)의 유입구가 구비된 일측의 반대측에 구비될 수 있다. 이러한 유출구(300)의 단부에는 소음 저감 부재(400)가 구비된다.

소음 저감 부재(400)는 유출구(300)의 단부로부터, 가스가 분사되는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 소음 저감 부재(400)에서, 유출구(300) 측을 하부라고 하고, 그 반대측을 상부라고 할 때, 소음 저감 부재(400)의 단면적은 하부에서 상부로 갈수록 감소한다. 예를 들어, 소음 저감 부재(400)는 측면에서 보았을 때 삼각형, 사다리꼴 등의 형상을 가지는 플레이트일 수 있다. 또한, 소음 저감 부재(400)의 단면적은 연속적으로 감소되지 않고 계단형으로, 즉, 불연속적으로 감소될 수도 있다. 또한, 소음 저감 부재(400)는 유출구(300)의 위쪽 단부를 따라 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수 개의 소음 저감 부재(400)는 서로 인접하여 배치되거나, 그 사이에 간격을 가지도록 배치될 수 있다.

또한, 소음 저감 부재(400)는 안쪽 방향(중심 방향)을 향하여 기울어지도록 구비될 수 있다. 기울어진 소음 저감 부재(400)는, 플래어 티부(31) 외부의 압력보다 높은 플래어 팁(31)의 내부 압력으로 인하여, 가스 분사 기류가 안쪽에서 바깥쪽으로 과도하게 밀리는 것을 방지한다. 따라서, 소음 저감 부재(400)가 안쪽으로 기울어진 플래어 팁(31)은, 소음 저감 부재(400)가 중심축(도 2 의 Z축)과 나란한 방향으로 연장되는 플래어 팁에 비하여, 더 넓은 폭의 혼합구간(500)을 가질 수 있다. 특히, 이로써, 급격한 속도구배로 인해 발생하는 소음이 보다 효과적으로 완화될 수 있다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 플래어 팁의 작용 및 효과에 대하여 설명한다. 플래어 장치(2)가 작동하여 가스가 연소될 때, 플래어 팁(31)의 유출구(300)로부터 가스가 연소되면서 분사된다. 이때, 가스의 분사 속도는 마하 1 이상의 초음속이다.

가스 분사시, 소음 저감 부재(400)를 따라 와류(vortex)가 발생하게 되고, 이러한 와류에 의해, 분사된 가스와 플래어 팁(31) 근처의 대기가 혼합되는 혼합구간(500)이 증가된다. 예를 들어, 소정 높이 단면(A-A에 따른 단면)에서 보았을 때, 혼합구간(500)은 소음 저감 부재(400)를 따라 소정의 두께(d)를 가지는 기류층의 형태로 나타날 수 있으며, 이러한 혼합구간(500)의 두께(d)는 소음 저감 부재(400)를 따라 일정한 패턴을 가질 수 있다 (도 5).

혼합구간(500)의 안쪽에는 가스가 초음속으로 분사되고, 혼합구간(500)의 바깥쪽에서는 음속보다 낮은 속도로 흐르거나 정지 상태의 대기가 존재하므로, 혼합구간(500)에서는 가스 분사 기류와 플래어팁 근처의 대기 간의 속도구배가 발생한다. 이러한 속도구배는 혼합구간(500)의 증가로 인해 보다 완만해지게 된다. 즉, 소음 저감 부재(400)는 혼합구간(500)의 폭을 증가시키고, 이를 통하여 기류 간의 속도구배를 보다 완만하게 한다. 이로써, 급격한 속도구배로 인해 발생하는 소음을 보다 완화시킬 수 있다.한편, 이상의 실시예에 따른 도면에서는 복수 개의 소음 저감 부재(400)가 동일한 길이를 가지는 것으로 나타내었으나, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수 개의 소음 저감 부재(400)는 다른 길이로 제공될 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플래어 팁의 측면도이고, 도 6은 도 5의 B-B에서 바라본 것이다.

본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때, 소음 저감 부재(400)가 다른 길이로 제공된다는 점에서 차이가 있는바, 이러한 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 소음 저감 부재(400)는 가스가 유출구(300)의 위쪽 단부를 따라 복수 개로 제공되며, 유출구(300)의 단부로부터 가스가 분사되는 방향으로 연장될 수 있다. 소음 저감 부재(400)는 제1 길이(a)를 가지는 제1 소음 저감 부재(410) 및 제2 길이(b)를 가지는 제2 소음 저감 부재(420)을 포함할 수 있으며, 이러한 제1 소음 저감 부재(410) 및 제2 소음 저감 부재(420)는 일정한 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 한 개의 제1 소음 저감 부재(410) 및 한 개의 제2 소음 저감 부재(420)가 교대로 배열될 수 있으며, 한 개의 제1 소음 저감 부재(410) 및 두 개의 제2 소음 저감 부재(420)가 교대로 배열되는 것도 가능하다.

한 개의 제1 소음 저감 부재(410) 및 한 개의 제2 소음 저감 부재(420)가 교대로 배열됨으로써 발생되는 혼합구간(500)이 발생하는 경우, 혼합구간(500)은 제1 소음 저감 부재(410)에 의해 발생하는 제1 혼합구간(510)과 제2 소음 저감 부재(420)에 의해 발생하는 제2 혼합구간(520)을 포함한다. 제1 혼합구간(510)은 제1 소음 저감 부재(410)의 표면으로부터 발생하는 와류로 인하여 생성된다. 또한, 제2 혼합구간(520)은 제2 소음 저감 부재(420)의 표면으로부터 발생하는 와류로 인하여 생성되고, 제2 소음 저감 부재(420)의 표면으로부터 발생하는 와류는 유출구 단부로부터 a 만큼 떨어진 지점까지 이어진다(도 5).

혼합구간(500)은, 소정 높이 단면(B-B에 따른 단면)에서 보았을 때 제2 혼합구간(520)이 발생되는 부분(즉, 제2 소음 저감 부재(420)가 구비된 부분)에서 두꺼워진다. 다시 말해, 혼합구간(500)은, 소정 높이 단면(B-B에 따른 단면)에서 보았을 때 소음 저감 부재(400)를 따라 웨이브 형으로 두께가 변하는 패턴을 가지고, 혼합구간(500)중 두꺼운 부분은 제2 소음 저감 부재(420)에 의해 발생한다. 혼합구간(500)중 두꺼운 부분에서는 가스 분사 기류와 플래어팁 근처의 대기 간의 속도구배가 더욱 완만해지므로, 소음이 보다 감소될 수 있다.

한편, 이상 본 발명의 실시예에 따른 플래어 팁을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

1: 해상 구조물 2: 플래어 장치
30: 플래어 타워 31: 플래어 팁
100: 몸체부 200: 유입구
300: 유출구 400: 소음 저감 부재
410: 제1 소음 저감 부재 420: 제2 소음 저감 부재
500: 혼합 구간

Claims (6)

1. 몸체부;
   상기 몸체부 내에 가스를 유입시키기 위한 유입구; 및
   상기 몸체부로부터 가스를 유출시키기 위해 상기 몸체부의 상부에 구비되는 유출구를 포함하고,
   상기 유출구의 단부에는, 하부에서 상부로 갈수록 단면적이 감소하는 소음 저감 부재가 복수 개로 구비되고,
   상기 소음 저감 부재는,
   상기 유출구로부터 유출되는 가스의 기류가 상기 몸체부의 중심으로부터 상기 몸체부의 바깥쪽으로 밀리는 것을 방지하도록, 상기 몸체부의 중심을 향하여 기울어지고,
   상기 소음 저감 부재는 상기 유출구에서 분사된 가스와 상기 유출구 주위의 대기가 혼합되는 혼합구간을 형성하고,
   상기 소음 저감 부재는,
   제1 길이를 가지는 제1 소음 저감 부재, 및 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가지는 제2 소음 저감 부재를 포함하고,
   상기 제1 소음 저감 부재 및 상기 제2 소음 저감 부재는 교대로 배열되고,
   상기 혼합구간은,
   상기 제1 소음 저감 부재에 의해 형성되는 제1 혼합구간; 및
   상기 제2 소음 저감 부재에 의해 형성되고 상기 제1 혼합구간보다 두껍게 형성되는 제2 혼합구간을 포함하는, 플래어 팁.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 소음 저감 부재는 삼각형의 플레이트 형상을 가지는 플래어 팁.
6. 삭제

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