KR101978914B1 - 플레어가스 배출 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조를 단순화시키면서 역화 현상을 방지하는 플레어가스 배출 조절장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은, 플레어 가스가 수직방향으로 상승하도록 상기 플레어 가스를 안내하는 스택부와; 상기 스택부의 상단부의 개구부를 선택적으로 개폐하도록, 상기 개구부에 안착되는 제1 작동위치와 상기 개구부로부터 소정 높이로 부양하는 제2 작동위치 사이에서 상하 이동하는 개폐용 플로터;를 포함하는 플레어가스 배출 조절장치에 관한 것이다.

Description

플레어가스 배출 조절장치{DEVICE FOR ADJUSTING DISCHARGE OF FLARE GAS IN FLARE SYSTEM}

본 발명은 플레어가스 배출 조절장치에 관한 것으로서, 구조를 단순화시키면서 역화 현상을 방지하는 플레어가스 배출 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 플레어가스란 정유공장 등에서 발생되는 폐가스로서, 휘발성 및 가연성을 가지고 있는 가스이다.

이러한 플레어가스는 플레어 스택이라는 플레어가스 배출장치를 통하여 외부로 배출된다.

종래기술에 따른 플레어 스택은, 플레어가스가 배출되는 개방된 배출구와, 상기 플레어가스가 배출됨과 동시에 상기 플레어가스를 연소시키는 점화부 등을 포함한다.

이러한 종래기술에 따른 플레어 스택의 경우, 개방된 배출구를 구비하고 있으므로, 플레어 스택 외부의 대기압이 플레어 스택의 내부 가스 압력보다 큰 경우( 즉, 플레어 스택의 내부 압력이 대기압보다 낮아지는 경우) 점화부에 의해 생성된 화염의 유동이 플레어 스택 내부로 역류하는 역화 현상이 발생하는 문제점이 존재하여 왔다. 이러한 역화 현상은 플레어 스택 내부의 압력을 급작스럽게 증가시켜 플레어 스택 폭발의 위험성을 증가시키는 문제점이 존재하여 왔다.

이러한 역화 현상을 방지하기 위하여, 또 다른 종래기술에 따른 플레어 스택은 플레어 스택 내부에서 상부 방향으로 비활성 가스인 퍼지가스를 분출시키는 퍼지가스 공급장치를 추가로 구비한다. 퍼지가스 공급장치를 통해 퍼지가스를 공급함으로써 플레어 스택 내부의 가스 압력을 항상 외부의 대기압보다 높게 유지할 수 있어 역화현상을 방지하는 것이다.

그러나, 또 다른 종래기술에 따른 플레어 스택에 구비되는 퍼지가스 공급장치의 경우 복잡한 구조로 구성되어 플레어 스택의 제조단가를 과도하게 증가시키는 문제점이 존재하며, 퍼지가스 사용량이 커 플레어 스택의 전제 유지 비용을 매우 증가시키는 문제점이 존재하여 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술에 따른 문제점을 해결하는 플레어가스 배출 조절장치를 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 플레어 스택 또는 플레어 시스템에서 역화 현상을 방지할 수 있는 플레어가스 배출 조절장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 플레어 가스가 수직방향으로 상승하도록 상기 플레어 가스를 안내하는 스택부와; 상기 스택부의 상단부의 개구부를 선택적으로 개폐하도록, 상기 개구부에 안착되는 제1 작동위치와 상기 개구부로부터 소정 높이로 부양하는 제2 작동위치 사이에서 상하 이동하는 개폐용 플로터;를 포함하는 플레어가스 배출 조절장치를 제공할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 개폐용 플로터는 자중을 가지고, 상기 개폐용 플로터의 자중은, 상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부의 내부 가스압력이 기설정된 압력 이상일 때 상기 개폐용 플로터가 상기 제2 작동위치로 이동할 수 있고, 상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부의 내부 가스압력이 기설정된 압력 미만일 때 상기 개폐용 플로터가 상기 제1 작동위치를 유지할 수 있도록 하는 상기 개폐용 플로터의 무게인 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 개폐용 플로터는 상기 스택부의 개구부에 안착되는 하부 부분과, 상기 하부 부분에서 상부 방향으로 연장되는 상부 부분을 포함하고, 상기 상부 부분 및 상기 하부 부분 또는 상기 하부 부분은, 상기 상부 부분 및 상기 하부 부분의 일부 구간에서 또는 상기 하부 부분의 일부 구간에서 상기 플레어가스의 연소로 인한 화염이 수평방향으로 퍼지는 것을 방지하는 코안다(coanda) 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 하부 부분은 상기 하부 부분의 일부 구간 또는 전체에서 하부 방향으로 볼록한 포물선 형상을 구비하고, 상기 하부 부분은 상기 스택부를 통하여 상승하는 플레어가스의 가스압력이 가해지는 외측 피가압면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 상부 부분은 내부에 상부 중공 공간을 포함하고, 상기 하부 부분은 내부에 하부 중공 공간을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 하부 부분은 상기 하부 중공 공간의 하부에 하부 중실부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 하부 부분은, 내부에 형성되는 하부 중공 공간과, 상기 스택부를 통하여 상승하는 플레어가스의 가스압력이 가해지는 외측 피가압면과, 상기 외측 피가압면에 관통 형성되어 상기 하부 중공 공간으로 상기 플레어가스가 유입되는 복수 개의 가스유입구를 포함하고, 상기 상부 부분은 내부에 형성되는 상부 중공 공간과, 상기 가스유입구를 통하여 유입된 플레어가스의 가스압력이 가해지는 내부 피가압면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 상부 부분은 상부 방향으로 갈수록 횡단면 직경이 점점 감소하는 원뿔 형상을 구비하고, 상기 하부 부분은 상기 하부 부분의 일부 구간 또는 전체에서 하부 방향으로 볼록한 포물선 형상을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 상부 부분의 상단부는 첨부형상의 첨단부를 이루고, 상기 하부 부분부터 상기 상부 부분의 상기 첨단부에 이르는 측면은 단락으로 인한 와류가 발생하지 않도록 연속적인 면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 플레어가스 배출 조절장치는 말단 지지부를 더 포함하고, 상기 스택부는 상기 스택부의 상단부에 구비되는 제1 플렌지부를 포함하고, 상기 말단 지지부는, 상기 제1 플렌지부에 결합되는 제2 플렌지부와, 상기 개폐용 플로터의 최대 외경보다 작은 직경의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 말단 지지부의 상단 내측면에는, 상기 개폐용 플로터의 하부 부분의 곡면에 대응되는 곡면으로 형성된 상단 안착면이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 개폐용 플로터의 승강이동이 상기 스택부의 길이방향을 따르도록 가이드하는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 가이드부는, 상기 개폐용 플로터의 하부 부분에서 수직 하부 방향으로 연장되는 복수 개의 가이드봉과, 상기 스택부의 내측면에서 상기 복수 개의 가이드봉의 위치에 대응되는 위치에 구비되고, 상기 복수 개의 가이드봉이 관통하는 관통구를 각각 포함하는 복수 개의 가이드 브라켓과, 상기 가이드 브라켓의 하부에서 상가 가이드봉의 자유단 단부에 구비되고, 상기 관통구의 직경보다 큰 외경을 가지는 복수 개의 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 과제의 해결수단에 따르면, 본 발명은 개폐용 플로터의 자중과 스택부의 내부 가스 압력 사이의 역학적 평형을 이용하여 플레어 스택 또는 플레어 시스템에서 역화 현상을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터를 사용함으로써, 복잡하고 고비용의 퍼지가스 공급장치 없이 역화 현상을 방지할 수 있으므로, 플레어 스택 또는 플레어 시스템의 전체 구조를 단순화하면서 제조비용도 절감하면서 역화 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터의 상부 부분 내측면에 가스 압력이 가해지도록 구성됨으로써, 개폐용 플로터의 부양 및 하강과정을 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터의 구조를 하부 부분이 상부 부분보다 높게 또는 길게 형성하거나 또는 하부 부분에 하부 중실부를 구비함으로써, 개폐용 플로터의 전체적인 기하학적 중심 및/또는 무게중심이 하부 부분에 형성되도록 할 수 있어 개폐용 플로터의 부양 및 하강과정에서 개폐용 플로터의 자세를 안정화할 수 있다.

또한, 본 발명은 말단 지지부를 더 구비함으로써, 기존의 스택부에 말단 지지부만 추가로 결합하면, 개폐용 플로터를 손쉽게 안착 또는 장착시킬 수 있으므로, 플레어가스 배출 조절장치의 호환성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 분해 사시도이고,
도 3은 제1 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고,
도 4는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고,
도 5는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예의 추가 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 사시도이고,
도 7은 도 6의 개폐용 플로터에 대한 개략적인 저면도이고,
도 8은 제1 작동위치인 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고,
도 9는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치에 적용될 수 있는 특정 형상의 개폐용 플로터를 설명하기 위한 사시도이고,
도 11은 실험에 적용된 4종류의 플로터 형상을 나타낸 도면이고,
도 12 내지 도 13은 도 11의 플로터 형상 별 진동 정도를 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 분해 사시도이고, 도 3은 제1 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고, 도 4는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고, 도 5는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제1 실시예의 추가 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)는, 스택부(100)와, 말단 지지부(200)와, 개폐용 플로터(300)를 포함한다.

상기 스택부(100)는 플레어 가스가 수직방향으로 상승하도록 상기 플레어 가스(의 유동)를 안내하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 스택부(100)는 지면에 수직방향으로 설치되며, 직경이 일정한 중공 원통 기둥 형상 또는 상부로 갈수록 횡단면 직경이 감소하는 테이퍼된(tapered) 중공 원통 기둥 형상을 구비한다.

도면에 도시되진 않았지만, 상기 스택부(100)의 상단부에는 플레어 가스를 연소시키는 점화장치가 적어도 하나 이상 구비된다.

그리고, 상기 스택부(100)의 상단부에는 스택 내부와 외부를 연통시키며 플레어 가스가 배출되는 개구부가 구비된다.

상기 개폐용 플로터(300)는 상기 스택부(100)의 상단부의 개구부를 선택적으로 개폐하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 개폐용 플로터(300)는 상기 개구부에 안착되는 제1 작동위치와 상기 개구부로부터 소정 높이로 부양하는 제2 작동위치 사이에서 상하 이동하도록 구성된다. 여기서, 상기 제2 작동위치에서는 플레어 가스의 상향 가스압력에 의해서 공중에 부유하게 되는 것이다.

상기 개폐용 플로터(300)가 상기와 같은 작동을 하기 위하여, 상기 개폐용 플로터(300)는 일정 크기 이상의 자중을 가진다.

구체적으로, 상기 개폐용 플로터(300)의 자중은, 상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부(100)의 내부 가스압력이 기설정된 압력 이상일 때 상기 개폐용 플로터(300)가 상기 제2 작동위치로 이동할 수 있고, 상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부(100)의 내부 가스압력이 기설정된 압력 미만일 때 상기 개폐용 플로터(300)가 상기 제1 작동위치를 유지할 수 있도록 하는 상기 개폐용 플로터(300)의 무게인 것이다.

예를 들어, 상기 기설정된 압력은 상기 개폐용 플로터(300)의 자중으로 인한 압력과 대기업의 합 보다 크게 설정된다.

상기 개폐용 플로터(300)는 상기 스택부(100)의 개구부에 안착되는 하부 부분(310)과, 상기 하부 부분(310)에서 상부 방향으로 연장되는 상부 부분(320)을 포함한다.

바람직하게는, 상기 상부 부분(320)과 상기 하부 부분(310)은, 상기 하부 부분(310)의 높이가 상기 상부 부분(320)의 높이보다 크도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 상기 개폐용 플로터(300)는 전체적으로 기하학적 중심 및/또는 무게중심이 하부 부분(310)에 집중되는 형상을 구비하게 된다. 이는, 제2 작동위치에서는 부유상태이므로, 오뚜기와 마찬가지로 무게중심을 하부에 형성하여 개폐용 플로터(300)가 한쪽으로 기울어지지 못하게 하기 위함이다.

추가 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하부 부분(310)은 상기 하부 중공 공간(312)의 하부에 하부 중실부(313)를 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 개폐용 플로터(300)는 전체적으로 기하학적 중심 및/또는 무게중심이 하부 부분(310)에 더욱 집중되는 형상을 구비할 수 있다.

또한, 상기 상부 부분(320) 및 상기 하부 부분(310)은 코안다(coanda) 구조를 구비하거나, 또는 상기 하부 부분만 코안다(coanda) 구조를 구비할 수도 있다. 이로 인해, 상기 플레어가스의 연소로 인한 화염이 수평방향으로 퍼지는 것을 방지할 수 있다.

상기 하부 부분(310)은 하부 방향으로 일부 구간 또는 전체에서 볼록한 포물선 형상을 구비하고, 상기 하부 부분(310)은 상기 스택부(100)를 통하여 상승하는 플레어가스의 가스압력이 가해지는 외측 피가압면(311)을 구비한다.

또한, 상기 하부 부분(310)은 내부에 하부 중공 공간(312)을 포함한다.

상기 상부 부분(320)은 상부 방향으로 갈수록 횡단면 직경이 점점 감소하는 원뿔 형상을 구비하고, 이러한 상부 부분(320)의 형상은 플레어 가스의 점화로 인한 화염의 유동이 상부 부분(320)의 표면에 가까워지게 하는 효과를 야기할 수 있다.

그리고, 상기 상부 부분(320)은 내부에 상부 중공 공간(323)을 포함한다. 즉, 상기 상부 부분(320)과 상기 하부 부분(310)은 각각 중공 공간을 구비함으로써, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 개폐용 플로터(300)는 전체적으로 내부 수용공간을 포함하는 폐쇄형상을 구비한다. 이로 인해, 개폐용 플로터(300) 제작시 상기 내부 수용공간의 증가 및 감소를 조절함으로써, 플레어 스택의 배출용량에 맞게 개폐용 플로터(300)의 자중을 조절할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스택부(100)의 내부 가스 압력이 개폐용 플로터(300)의 자중 및 대기압의 합 미만인 경우에, 개폐용 플로터(300)는 제1 작동위치를 그대로 유지할 수 밖에 없어 스택부(100)의 개구부를 폐쇄한다. 이렇게 상기 제1 작동위치에서는 개폐용 플로터(300)가 개구부를 폐쇄하기 때문에 내부의 플레어 가스도 외부로 배출되지 못할 뿐만 아니라, 외부의 공기도 내부로 유입되지 못한다. 즉, 개폐용 플로터(300)가 제1 작동위치에 있는 경우, 퍼지 공급장치 없이도 역화 현상이 원천적으로 차단되는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 스택부(100)의 내부 가스 압력이 개폐용 플로터(300)의 자중 및 대기압의 합 이상인 경우에, 개폐용 플로터(300)는 제1 작동위치에서 제2 작동위치로 부양하여 스택부(100)의 개구부 중 일부를 개방한다. 즉, 상기 제2 작동위치에서는 개폐용 플로터(300)가 개구부로부터 소정 높이에 떠 있기 때문에 개폐용 플로터(300)와 개구부 사이에 플레어 가스용 배출구가 형성된다. 이때, 스택부(100)의 개구부가 개방되더라도, 스택부(100)의 내부 가스 압력은 이미 대기압을 현저히 초과한 상태이므로 역화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 스택부(100)의 상부에는 말단 지지부(200)가 추가 결합될 수 있다. 여기서, 상기 말단 지지부(200)는 상기 개폐용 플로터(300)에 최적화된 형상 및 크기를 구비한다.

이를 위하여, 상기 스택부(100)는 상기 스택부(100)의 상단부에 구비되는 제1 플렌지부(111)를 포함한다.

그리고, 상기 말단 지지부(200)는, 상기 제1 플렌지부(111)에 결합되는 제2 플렌지부(210)와, 상기 개폐용 플로터(300)의 최대 외경보다 작은 직경의 개구부와, 상단 안착면(230)을 포함한다.

상기 제1 플렌지부(111)와 상기 제2 플렌지부(210)는 볼트 및 너트 등의 체결수단으로 결합된다.

상기 말단 지지부(200)의 개구부(220)는 상기 개폐용 플로터(300)의 최대 외경(즉, 상부 부분(320)의 하단부이자 하부 부분(310)의 상단부의 직경)보다 작은 직경을 가진다. 이로 인해, 상기 말단 지지부(200)의 개구부(220)에는 상기 개폐용 플로터(300)의 하부 부분(310) 중 일부가 안착된다.

상기 말단 지지부(200)의 상단 내측면에는 상단 안착면(230)이 구비된다. 상기 상단 안착면(230)은 상기 개폐용 플로터(300)의 하부 부분(310)의 곡면에 대응되는 곡면으로 형성되어, 개폐용 플로터(300)가 제1 작동위치인 경우 개구부를 확실하게 차단할 수 있고, 제2 작동위치인 경우 플레어 가스의 유동을 안내하는 역할을 한다.

바람직하게는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플레어가스 배출 조절장치(1000)는 가이드부(400)를 포함하고, 상기 가이드부(400)는 상기 개폐용 플로터(300)의 승강이동이 상기 스택부(100)의 길이방향을 따르도록 가이드하게 구성된다. 즉, 상기 가이드부(400)로 인해, 외부의 바람이 강한 날씨에서 작동하는 경우에도, 개폐용 플로터(300)가 수평 방향 중 일방향으로 치우치지 않고 스택부(100)의 길이방향을 따라 상하로 이동할 수 있으며, 이로 인해 개폐용 플로터(300)의 승강이동 안정성을 보장할 수 있다.

구체적으로, 상기 가이드부(400)는, 복수 개의 가이드봉(410)과, 상기 복수 개의 가이드봉(410)의 수량 및 위치에 대응되게 구비되는 복수 개의 가이드 브라켓(420)과, 상기 복수 개의 가이드봉(410) 각각의 자유단 단부에 구비되는 복수 개의 스토퍼(430)를 포함한다.

상기 가이드봉(410)은 상기 개폐용 플로터(300)의 하부 부분에서 수직 하부 방향으로 연장되도록 구성된다. 상기 가이드봉(410)은 예를 들어 원기둥 형상, 원통 형상, 사각 기둥 형상 중 하나로 형성될 수 있다.

상기 가이드 브라켓(420)은, 상기 스택부(100)의 내측면 또는 상기 말단 지지부(200)의 내측면에서 상기 가이드봉(410)의 위치에 대응되는 위치에 구비된다. 상기 가이드 브라켓(420)은 상기 가이드봉(410)이 관통하는 관통구(421)를 각각 포함하고, 상기 관통구(421)는 상기 가이드봉(410)의 외경보다 크도록 형성된다.

상기 스토퍼(stopper)(430)는 상기 가이드 브라켓(420)의 하부에서 상가 가이드봉(410)의 자유단 단부에 구비된다. 그리고, 상기 스토퍼(430)는 상기 관통구(421)의 직경보다 큰 외경을 가지도록 형성된다.

상기 스토퍼(430)로 인해, 스택부(100) 내부의 가스압력이 과도하게 증가하는 경우라도, 개폐용 플로터(300)의 부유 높이를 제한할 수 있으므로, 상기 개폐용 플로터(300)가 스택부(100)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 7은 도 6의 개폐용 플로터(300)에 대한 개략적인 저면도이고, 도 8은 제1 작동위치인 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이고, 도 9는 제2 작동위치인 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도 및 부분 확대도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)는 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 플레어가스 배출 조절장치(1000)의 구성요소 및 기술적 특징을 거의 그대로 포함하므로, 중복되는 내용에 대해서는 가급적 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 개폐용 플로터(300)는 상부 부분(320)과 하부 부분(310)을 포함한다.

그리고, 상기 상부 부분(320)은 상부 방향으로 갈수록 횡단면 직경이 점점 감소하는 원뿔 형상을 구비하고, 상기 하부 부분(310)은 하부 방향으로 볼록한 포물선 형상을 구비한다.

구체적으로, 상기 개폐용 플로터(300)의 하부 부분(310)은, 내부에 형성되는 하부 중공 공간(312)과, 상기 스택부(100)를 통하여 상승하는 플레어가스의 가스압력이 가해지는 외측 피가압면(311)과, 상기 외측 피가압면(311)에 관통 형성되어 상기 하부 중공 공간(312)으로 상기 플레어가스가 유입되는 복수 개의 가스유입구(330)를 포함한다.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 가스유입구(330)는 상기 하부 부분(310)의 중심 주변에 반경 방향으로 소정 각도 이격되게 구비될 수 있다.

상기 상부 부분(320)은 내부에 형성되는 상부 중공 공간(323)과, 상기 가스유입구(330)를 통하여 유입된 플레어가스의 가스압력이 가해지는 내부 피가압면(321)을 포함한다. 상기 내부 피가압면(321)은 삼각형 형상을 가지게 된다.

본 실시예에 따르면, 상기 개폐용 플로터(300)는 하부 부분(310)의 외부 피가압면 뿐만 아니라 상부 부분(320)의 내부 피가압면(321)에 동시에 가스 압력이 가해져 부유하게 되므로, 개폐용 플로터(300)의 부유 또는 부양시 안정적인 자세로 부유할 수 있다.

도 10 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 플레어 가스 배출 조절장치(100)에 적용될 수 있는 특정 형상의 개폐용 플로터(300)를 설명하기 위한 도면들이다.

도 10에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플레어 가스 배출 조절장치(100)가 도시되어 있고, 개폐용 플로터(300)의 하부에 위치하는 스택부(100) 등의 형상, 구조는 앞서 설명한 실시예에서와 크게 차이가 없다.

다만, 도 10에 도시된 개폐용 플로터(300)의 경우, 측면부에 불연속적인 면이 없이 상단부에 형성된 첨단부까지 연속적인 면만으로 형성되어 있다는 점에서 앞서 예시한 개폐용 플로터(300)와는 차이가 있는데, 스택부(100)의 상부에 위치하는 코안다 구조물에 불연속적인 면이 형성되는 종래의 튤립형 코안다 구조물의 형태 등을 본 발명의 플레어 가스 배출 조절장치(100)로 적용하려는 경우, 해당 불연속 면에서 와류 현상이 발생함으로써, 스택부(100) 상부 가장자리와 직접 접촉하는 개폐용 플로터(300)가 좌우 또는 상하 방향의 진동 현상(이른바 채터링 현상)이 심화되어, 심한 소음이 발생함은 물론 기계적 수명에도 좋지 않은 영향을 미칠 수 있음을 실험을 통해 확인하였기 때문이다.

이와 관련된 실험 내용을 도 11 내지 도 13을 통하여 설명한다.

도 11에는, 본 실험에 적용된 4가지 종류의 개폐용 플로터(300)가 도시된다. 기존 종래 기술에서 코안다 기류를 형성하기 위해 적용되어 오던 튤립형의 코안다 구조물 형태와 유사한 구조를, 본 발명에 따른 개폐용 플로터(300)의 형태로 적용해 본 것이 a) 튤립형 형태이며, 그 밖에 연속적인 측면만을 가진 제3 실시예의 이론 근거에 따른 다양한 변형예들이 b) 딸기형, c) 달걀형, d) 물방울형 등으로 적용하여 보았다.

도 12는 도 11의 각 형태들에 대해 동일 이격 거리를 두고 동일 조건의 압력을 가하여 각 개폐용 플로터(300)를 부양시켰을 경우 발생하는 진동 현상 중, 상하 방향에 대한 진동 정도를 비교한 그래프들인데, a)는 4가지 개폐용 플로터(300) 전체를 비교한 그래프이다.

옆에서 보았을 경우 상부가 납작하게 잘려나간 형태의 튤립형의 경우, 육안으로 보기에도 다른 연속 측면을 가진 개폐용 플로터(300)들에 비해 심하게 진동하고 있는 것을 확인할 수 있었고, 진동으로 인한 소음과 기계적 손상의 우려가 심할 것임을 예상할 수 있다.

또한, 도 13은 도 11의 각 형태들에 대해 동일 이격 거리를 두고 동일 조건의 압력을 가하여 각 개폐용 플로터(300)를 부양시켰을 경우 발생하는 진동 현상 중, 좌우 방향에 대한 진동 정도를 비교한 그래프들인데, 역시 a)는 4가지 개폐용 플로터(300) 전체를 비교한 그래프이다.

앞선 결과에서와 마찬가지로 튤립형의 경우, 연속 측면을 가진 다른 개폐용 플로터(300)들과는 현격한 차이를 가지고 심하게 진동하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 실험을 통해, 개폐용 플로터(300)의 측면에는 유체의 와류 등을 최소화할 수 있도록 불연속적인 면이 없는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

또한, 보다 자세히 보면, 도 12나 도 13을 통해, 딸기형, 달걀형, 물방울형 중에서도, 달걀형이 0.01정도의 단위, 물방울형이 0.001 정도의 단위에서 보이는 진동의 패턴 형상이 딸기형에서는 0.0005 단위까지 세분화할 경우에 나타나는 점으로 미루어, 진동 방지와 관련하여서는 딸기형이 가장 좋은 형태임을 확인할 수 있었다.

이는, 딸기형의 경우 토출된 가스가 측면의 코안다면을 타고 올라가는 과정에서 이후에는 거의 직선에 가까운 단순한 경로를 제공함으로써, 다른 달걀형, 물방울형에 비해서도 유체의 흐름을 가장 안정적으로 안내하고 코안다 측면을 가장 효과적으로 적용하는 구조이기 때문인 것으로 예측된다.

전술한 바에 따르면, 본 발명은 개폐용 플로터의 자중과 스택부의 내부 가스 압력 사이의 역학적 평형을 이용하여 플레어 스택 또는 플레어 시스템에서 역화 현상을 효율적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터를 사용함으로써, 복잡하고 고비용의 퍼지가스 공급장치 없이 역화 현상을 방지할 수 있으므로, 플레어 스택 또는 플레어 시스템의 전체 구조를 단순화하면서 제조비용도 절감하면서 역화 현상을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터의 상부 부분 내측면에 가스 압력이 가해지도록 구성됨으로써, 개폐용 플로터의 부양 및 하강과정을 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 개폐용 플로터의 구조를 하부 부분이 상부 부분보다 높게 또는 길게 형성하거나 또는 하부 부분에 하부 중실부를 구비함으로써, 개폐용 플로터의 전체적인 기하학적 중심 및/또는 무게중심이 하부 부분에 형성되도록 할 수 있어 개폐용 플로터의 부양 및 하강과정에서 개폐용 플로터의 자세를 안정화할 수 있다.

또한, 본 발명은 말단 지지부를 더 구비함으로써, 기존의 스택부에 말단 지지부만 추가로 결합하면, 개폐용 플로터를 손쉽게 안착 또는 장착시킬 수 있으므로, 플레어가스 배출 조절장치의 호환성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1000 : 플레어가스 배출 조절장치
100 : 스택부
200 : 말단 지지부
300 : 개폐용 플로터
400 : 가이드부

Claims (13)

1. 플레어 가스가 수직방향으로 상승하도록 상기 플레어 가스를 안내하는 스택부와;
   상기 스택부의 상단부의 개구부를 선택적으로 개폐하도록, 상기 개구부에 안착되는 제1 작동위치와 상기 개구부로부터 소정 높이로 부양하는 제2 작동위치 사이에서 상하 이동하는 개폐용 플로터;를 포함하는 플레어가스 배출 조절장치로서,
   상기 개폐용 플로터는 상기 스택부의 개구부에 안착되는 하부 부분과, 상기 하부 부분에서 상부 방향으로 연장되는 상부 부분을 포함하고,
   상기 상부 부분 및 상기 하부 부분 또는 상기 하부 부분은, 상기 상부 부분 및 상기 하부 부분의 일부 구간에서 또는 상기 하부 부분의 일부 구간에서 상기 플레어가스의 연소로 인한 화염이 수평방향으로 퍼지는 것을 방지하는 코안다(coanda) 구조를 구비함과 동시에,
   상기 하부 부분은, 내부에 형성되는 하부 중공 공간과, 상기 스택부를 통하여 상승하는 플레어가스의 가스압력이 가해지는 외측 피가압면과, 상기 외측 피가압면에 관통 형성되어 상기 하부 중공 공간으로 상기 플레어가스가 유입되는 복수 개의 가스유입구를 포함하고,
   상기 상부 부분은 내부에 형성되는 상부 중공 공간과, 상기 가스유입구를 통하여 유입된 플레어가스의 가스압력이 가해지는 내부 피가압면을 포함하되,
   상기 상부 부분의 상기 상부 중공 공간은 상부 방향으로 갈수록 횡단면 직경이 점점 감소하는 원뿔 형상을 구비하고,
   상기 하부 부분은 상기 하부 부분의 일부 구간 또는 전체에서 하부 방향으로 볼록한 포물선 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 개폐용 플로터는 자중을 가지고,
   상기 개폐용 플로터의 자중은,
   상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부의 내부 가스압력이 기설정된 압력 이상일 때 상기 개폐용 플로터가 상기 제2 작동위치로 이동할 수 있고
   상기 제1 작동위치에서의 상기 스택부의 내부 가스압력이 기설정된 압력 미만일 때 상기 개폐용 플로터가 상기 제1 작동위치를 유지할 수 있도록 하는 상기 개폐용 플로터의 무게인 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 하부 부분은 상기 하부 중공 공간의 하부에 하부 중실부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 상부 부분의 상단부는 첨부형상의 첨단부를 이루고, 상기 하부 부분부터 상기 상부 부분의 상기 첨단부에 이르는 측면은 단락으로 인한 와류가 발생하지 않도록 연속적인 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
10. 제1항, 제2항, 제6항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레어가스 배출 조절장치는 말단 지지부를 더 포함하고,
    상기 스택부는 상기 스택부의 상단부에 구비되는 제1 플렌지부를 포함하고,
    상기 말단 지지부는, 상기 제1 플렌지부에 결합되는 제2 플렌지부와, 상기 개폐용 플로터의 최대 외경보다 작은 직경의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 말단 지지부의 상단 내측면에는, 상기 개폐용 플로터의 하부 부분의 곡면에 대응되는 곡면으로 형성된 상단 안착면이 구비되는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
12. 제1항, 제2항, 제6항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개폐용 플로터의 승강이동이 상기 스택부의 길이방향을 따르도록 가이드하는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 개폐용 플로터의 하부 부분에서 수직 하부 방향으로 연장되는 복수 개의 가이드봉과,
    상기 스택부의 내측면에서 상기 복수 개의 가이드봉의 위치에 대응되는 위치에 구비되고, 상기 복수 개의 가이드봉이 관통하는 관통구를 각각 포함하는 복수 개의 가이드 브라켓과,
    상기 가이드 브라켓의 하부에서 상가 가이드봉의 자유단 단부에 구비되고, 상기 관통구의 직경보다 큰 외경을 가지는 복수 개의 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레어가스 배출 조절장치.
    

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