KR20120007977A

KR20120007977A - 하이브리드 플레어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120007977A
Application number: KR1020110068968A
Authority: KR
Inventors: 지안후이 홍; 제임스 찰스 프랭클린; 데니스 리 노트; 재커리 루이스 코데쉬; 스캇 조셉 폭스
Original assignee: 존 징크 컴파니 엘엘씨
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-01-25
Also published as: AU2011203216A1; EP2407719A2; EP2407718A2; AU2011203216B2; EP2407718A3; JP2012032142A; MX2011007234A; TW201209352A; CA2744133A1; US8629313B2; AR082220A1; US20120015308A1; BRPI1103173A2; CN102374547A; CA2744133C; SG177825A1; EP2407719A3

Abstract

플레어 어셈블리의 작동 방법이 제공된다. 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 기본 스팀은 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 분사된다. 상기 스팀이 필요하지 않다고 결정되면, 대체 가스가 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출된다. 일 실시예에서, 상기 대체 가스는 가열된다. 다른 실시예에서, 상기 스팀이 필요하다고 결정되면, 스팀의 최대 허용 유량이 계산되고, 스팀의 유량은 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하도록 조절된다. 또한, 플레어 어셈블리가 제공된다.

Description

하이브리드 플레어 장치 및 방법{HYBRID FLARE APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 하이브리드 플레어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폐가스 플레어 어셈블리는 분기 요건, 중지, 예기치 않은 문제, 및/또는 비상 사태로 인해 방출되는 가연성 가스 스트림을 처리하기 위한 생산 설비, 정제 공장, 가공처리 플랜트 등(통칭하여 "설비"라 함)에 위치된다. 이러한 플레어 어셈블리는 넓은 범위에 걸쳐 그 조성이 변화하며, [최대 비상 흐름에서 퍼지(purge) 유량으로의] 매우 큰 턴다운비(turndown ratio)로 그리고 정비 없이 장시간 작동하는 폐가스를 수용하기 위해 일반적으로 필요하다.

통상적인 싱글 포인트형 플레어 어셈블리는 지면 위로 몇 피트를 수백 피트로 연장시킬 수 있는 플레어 라이저 및 상기 플레어 라이저에(예를 들면, 플레어 라이저의 상부에 수직한 플레어로) 장착되는 플레어 팁을 포함한다. 일반적으로, 상기 플레어 팁은 벤트 가스를 점화하기 위한 하나 이상의 파일럿을 포함한다. 특정 플레어 팁 디자인 및 가용 가스 압력에 따라, 일부 플레어는 스팀 인젝터나 송풍기와 같은 스모크 억제 장비를 포함한다.

폐가스는 설비의 작동 동안 언제라도 방출될 수 있다. 그 결과, 폐가스의 흐름 동안에 즉시 연소시킬 수 있는 집적 점화 시스템이 중요하다. 집적 점화 시스템은 적어도 하나의 파일럿, 적어도 하나의 파일럿 점화 메커니즘, 및 적어도 하나의 화염 모니터를 포함한다. 일반적으로, 파일럿 가스는 플레어 파일럿에 언제나 공급되어야 한다.

다양한 공정 및/또는 규제적인 사항으로 인하여, 여러 다른 가스가 방출된 폐가스 스트림에 때때로 부가된다. 상기 방출된 폐가스 스트림에 때때로 부가되는 다른 가스의 예로는 퍼지 가스(예를 들면, 천연가스인 질소) 및 농축 연료 가스(예를 들면, 천연가스인 프로판)를 포함한다. 방출된 폐가스만으로 구성되는지 또는 상기 방출된 폐가스에 부가된 다른 가스와 함께 방출된 폐가스로 구성되는지와 관계없이, 상기 플레어 팁의 입구에 도달한 가스 스트림을 "벤트 가스(vent gas)"라 한다. 공기를 포함하지 않지만 상기 파일럿(들)으로부터 배출된 연료 가스 및 상기 플레어 팁에 부가된 스팀을 포함하는, 다른 모든 가스 및 상기 플레어 팁의 하류 가까이 대기에 제공된 증기와 함께 벤트 가스를 "플레어 가스(flare gas)"라 한다.

상기 플레어 어셈블리를 통해 흐르는 긍정적인 가스 흐름을 유지하며 공기 및 가능한 다른 가스가 그 내부에서 후방으로 흐르는 것을 방지하기 위하여, 퍼지 가스는 방출된 폐가스 스트림에 (또는 그 외에, 폐가스 스트림이 그 당시 설비에 의해 방출되지 않는 경우 상기 플레어 어셈블리에) 자주 부가된다. 상기 벤트 가스의 최소의 순 가열 요구 값이 충족되는 것을 보장하기 위하여 농축 연료 가스는 폐가스 스트림에 때때로 부가된다. 플레어와 관련된 미국의 현재 규정(예를 들면, 40 C.F.R.§60.18에서의 규정)은 상기 벤트 가스의 순 가열 값(net heating value)이 표준 입방 피트(scf)당 300 영국 열량 단위(Btu's)보다 적지 않게 되도록 명시하고 있다. 플레어 오너와 미국 환경 보호 기관("EPA") 간의 확정 조정서는 상기 벤트 가스의 순 가열 값이 300 Btu/scf보다 더 커야 한다는 것을 명시할 수 있다. 농축 연료가 사용되는지의 여부뿐만 아니라 사용된 농축 연료의 양은 폐가스 스트림의 조성, 상기 폐가스 스트림의 유량 및 상기 플레어의 작동과 관련된 적용 규정에 따라 좌우될 것이다.

대부분의 가스 플레어는 비교적 무연(smokeless)의 방식으로 작동하는 데 필요하다. 이는 플레임에 형성된 그을음 입자를 충분히 산화시키기 위하여 비교적 짧은 시간에 벤트 가스가 충분한 양의 공기와 확실하게 혼합되게 함으로써 달성된다. 가스 압력이 낮은 경우의 적용에 있어서, 상기 벤트 가스 스트림만의 모멘텀은 무연 작동을 제공하는데 충분하지 않을 수 있다. 이러한 적용에 있어서, 무연 작동을 달성하기 위해 어시스트 매체(assist medium)를 추가할 필요가 있다. 상기 어시스트 매체는 플레어 장치 주위로부터 주변 공기를 흡수하기 위해 필요한 원동력을 제공하는데 사용될 수 있다. 유용한 어시스트 매체의 예로는 스팀 및 공기가 있다. 지역적인 에너지 비용 및 유효성을 포함하는 여러 팩터들이 스모크 억제 매체를 선택하는 데 고려되어야 한다.

저압 가스에 모멘텀을 추가하기 위한 가장 흔한 어시스트 매체는 플레어 팁과 결합된 하나 이상의 노즐 그룹을 통해 통상적으로 분사되는 스팀이다. 모멘텀의 부가 및 공기의 흡수에 부가하여, 스팀도 가스를 희석시키며 연소 공정에 수반된 화학 반응에 관여하고, 이들은 스모크 억제에 도움을 준다. 하나의 간단한 스팀 어시스트 시스템에서, 수개의 스팀 인젝터는 플레어 팁의 출구 근처에 장착된 스팀 매니폴드나 링으로부터 연장된다. 상기 스팀 인젝터는 스팀 제트를 플레어 팁에 인접한 연소 구역으로 분출한다. (원격 제어 또는 자동 제어될 수 있는) 하나 이상의 밸브는 스팀 흐름을 플레어 팁에 대하여 조절한다. 상기 스팀 제트는 주변 대기로부터 공기를 흡입하여 이를 높은 정도의 난류를 갖는 배출된 벤트 가스로 분사시킨다. 이러한 스팀 제트는 플레어 팁에서 나오는 가스를 모으고, 함유하며, 가이드하도록 작용할 수도 있다. 이는 바람이 플레어 팁 주위에서 화염을 아래로 당기게 하는 것을 방지한다. 상기 벤트 가스가 스모크를 보이지 않고 연소하도록 도움을 주는 혼합물을 형성하기 위하여 분사된 스팀, 배기된 공기, 및 벤트 가스는 조합된다. 다른 스팀 어시스트 시스템이 개발되어 왔으며 더 복잡한 플레어 시스템과 관련되어 성공적으로 이용되고 있다.

대부분의 스팀-어시스트 플레어는 제어 밸브에서 플레어 팁까지의 스팀 라인을 따뜻한 상태 및 사용 준비를 유지시켜 상기 스팀 라인에서 응결물을 갖는 문제를 최소화하기 위하여 최소 스팀 흐름을 필요로 한다. 또한, 최소 스팀 흐름은 플레어 팁에 또는 그 근처에서의 다른 스팀 인젝션부 및 매니폴드를 차가운 상태로 유지시켜서 (예를 들어, 낮은 흐름 화염이 스팀 장비에 부착하는 경우에) 열 손상을 방지하는데 도움을 준다.

냉각 상태에서 플레어 어셈블리의 작동은 처리되어야 하는 부가적인 문제를 만든다. 예를 들어, 상기 플레어가 대기 상태일때 스팀 장비를 냉각하기 위해 또는 저용량의 플레어링 이벤트를 보조하기 위해 스팀이 저유량으로 플레어 어셈블리를 통해 배출되는 경우, 냉각 온도는 상기 스팀을 응결시킬 수 있으며 상기 플레어 팁에 또는 그 주위에 얼음을 형성할 수 있다. 또한, 스팀의 공급원으로부터 플레어 어셈블리로 이어지는 스팀 라인에 응결물이 발생할 수 있다. 일부의 경우, 상기 스팀 라인은, 단열재를 사용하는 경우에도 불구하고, 매우 길어서 응결되기 쉽다. 상기 응결물은 플레어 팁에서 살포되어 결국 상기 플레어 팁 및 관련 장비에서 또는 그 주위에서 얼게 될 수 있다. 상기 벤트 가스 배출 개구부에 또는 그 주위에서 얼음의 형성은, 예를 들어 상기 배출 개구부의 막힘 및 다른 심각한 문제를 야기할 수 있다.

상기 플레어 팁으로 보내진 벤트 가스의 유량 및/또는 조성이 달라짐에 따라, 스모크를 억제하는 데 필요한 스팀의 양이 변화된다. 여러 플랜트에서는 제어실의 조작자에 의한 주기적인 관찰에 기초하여 스팀 요건을 상기 플레어를 모니터링하는 카메라로부터 비디오 이미지를 보면서 조절한다. 스모킹 상태는 상기 플레어에 대한 스팀 유량을 증가시킴으로써 수정될 수 있다. 그러나, 상기 벤트 가스 흐름이 진정되기 시작하면, 상기 플레어 화염은 조작자에게 계속해서 "클린 상태(clean)"처럼 보여질 것이어서, 상기 조작자가 스팀 흐름을 감소시키기 전에 어느 정도의 시간이 지나게 될 수 있다. 그 결과, 이러한 스모크 제어 방법은 플레어의 오버-스티밍(over-steaming)을 발생시키는 경향이 있어서, 결국 과도한 노이즈와 불필요한 스팀 소비, 낮은 파괴와 제거 효율, 또는 더 나아가 주요 화염을 완전히 없애는 것을 초래할 수 있다.

너무 많은 스팀은 상기 플레어 어셈블리에 의해 배출된 벤트 가스의 유량에 대한 상기 플레어 어셈블리에 의해 배출된 스팀의 유량비("스팀/벤트 가스 비(steam/vent gas ratio)")가 너무 높게 되도록 할 수 있어서, 결국 연소가 지속될 수 없는 지점에 대한 연소 구역에서 플레어 가스의 순 가열 값을 감소시킬 수 있다. 이는 특히 벤트 가스 유량이 낮은 정도일 때 문제가 될 수 있다. 또한, 상기 플레어 어셈블리가 대기 상태에 있으며, 스택(stack)을 통해 흐르는 퍼지 가스의 최소 흐름만이 있을 때 문제가 될 수 있다. 상기 스팀/벤트 가스 비가 일정 레벨을 초과하며 상기 플레어 가스의 순 가열 값이 너무 낮게 되게 하는 것은 상기 플레어 어셈블리의 작동과 관련된 하나 이상의 규정을 위반할 수 있다.

여러 다양한 팩터들은 주변 상태를 포함하는 플레어의 파괴적 제거 효율(DRE), 벤트 가스 유량과 구성, 벤트 가스 출구 속도, 스팀 유량, 스팀 출구 속도, 스팀에 의해 흡수된 공기의 양, 상기 스팀과 연행된 공기가 벤트 가스와 빠르면서 잘 혼합되는 지의 관계, 및 상기 플레어 팁의 디자인에 영향을 준다. 그 결과, 높은 DRE를 확보하는 간단한 작동 파라미터를 지정하는 것과 오버-스티밍을 방지하는 것이 어렵다.

플레어 벤더(flare vendor)는 스팀 라인을 따뜻한 상태로 유지시키며 상기 스팀 인젝터 어셈블리와 관련 장비를 열 손상으로부터 방지하는 것과 같은 목적을 위하여 최소 대기 스팀 유량을 일반적으로 필요로 한다. 상기 스팀의 유량은 전술한 문제와 같은 위험한 문제 없이 플레어 벤더에 의해 권장된 최소 대기 비율 아래로 감소될 수 없다. 더 나아가, 스팀의 낮은 비율은 무연 작동을 달성하는 데 충분할 수 없고, 이는 가시적인 배출과 관련된 적용 규정을 위반할 수도 있으며 대부분의 적용에 있어서 바람직하지 않다. 낮은 출구 속도로 인해서 턴다운 스팀 비율로 낮은 공기 연행 비율의 스팀을 발생시킴으로 인하여, 스팀이 음속으로 분사되는 경우에 필요한 것보다 플레어의 무연 작동을 달성하는데 높은 스팀/벤트 가스 비를 필요로 한다. 일부 환경 하에서, 적용 규정에 의해 법적으로 정해진 바와 같은 스모킹 및 오버-스티밍은 상기 스팀 유량이 조정되어도 종래의 스팀 어시스트 플레어에서 동시에 방지될 수 없다. (상기 스팀 유량의 감소와는 대조적으로) 상기 퍼지 유량의 증가는 컴플라이언스(compliance)에 도움이 될 수 있지만, 상기 증가된 퍼지 가스의 비용은 매우 높을 수 있다. 상기 증가된 퍼지 가스는 온실 효과에 관련된 가스인 이산화탄소의 배출을 향상시키는데 기여할 수도 있다. 이는 플레어의 작동에 대한 스팀 어시스트 플레어의 오너에 대하여 딜레마를 일으킬 수 있다.

플레어 어셈블리의 주된 목적은 황 화합물, 일산화탄소, 및 불완전 연소된 탄화수소와 같은 잠재적인 해로운 화합물을 파괴 및 제어하는 것이다. 그 결과, 플레어 어셈블리의 작동은 여러 정부 기관에 의해 규제되며 모니터링된다. 적용될 특별 규정은 플레어 어셈블리의 특정 위치에 따라 좌우된다. 예를 들면, 미국에서 플레어 어셈블리의 작동은 EPA에 의해 규제되며 모니터링된다. 미국에서의 플레어 규정은 연방규정집(CFR) 및 EPA와 같은 규정 기관과 기관 사이에 체결된 협정서(예를 들면, 조정서)의 규정을 포함한다. 국가 및 지역의 규정이 적용될 수도 있다.

플레어 어셈블리의 작동에 대한 더 엄격한 규정은 가까운 장래에 EPA에 의해 시행될 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 이러한 새로운 규정은 EPA와 플레어 오너 간에 체결된 조정서의 형태일 수 있거나, 또는 적용가능한 연방규정집의 일부로 이루어질 수 있다. 상기 새로운 규정은, 예를 들면 이용될 수 있는 최대 스팀/벤트 가스 비 (또는 스팀/탄화수소 비), 상기 벤트 가스의 최소 순 가열 값, 및 연소 구역에서 플레어 가스의 최소 순 가열 값을 고려할 수 있을 것이다. 이러한 규정으로 인하여, 종래의 스팀 어시스트 플레어 어셈블리는 무연 작동을 달성하고, 오버-스티밍을 방지하며 전술한 바와 같은 다른 문제들을 처리하는데 더 어려울 수 있다. 스팀의 양을 단순히 줄이는 것은 충분한 해결책일 수 없다.

본 발명에 따르면, 폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하고, 벤트 가스 스트림을 플레어 팁으로 안내하며, 상기 벤트 가스 스트림을 플레어 팁을 통해 대기에서의 연소 구역으로 배출하고, 기본 스팀을 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 상기 연소 구역으로 배출하며, 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키는 플레어 어셈블리의 작동 방법이 제공된다.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 다음의 단계를 포함한다.

a. 대체 가스의 공급원을 제공하는 단계;

b. 기본 스팀의 공급원을 제공하는 단계;

c. 상기 폐가스 스트림을 수용하는 단계;

d. 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 결정하는 단계;

e. 상기 플레어 팁을 통해 연소 구역으로 상기 벤트 가스 스트림을 배출하는 단계;

f. 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 점화하고 연소시키는 단계;

g. 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한지를 결정하는 단계;

h. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅳ), 즉

i. 대체 가스가 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 대체 가스의 흐름을 차단하는 단계;

ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 기본 스팀을 배출하는 단계;

ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 상기 기본 스팀의 유량을 결정하는 단계; 및

ⅳ. 무연 작동을 달성하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계를 수행하는 것인 단계; 및

i. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하지 않다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅲ), 즉

i. 기본 스팀이 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 흐름을 차단하는 단계;

ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출하는 단계; 및

ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 상기 대체 가스를 배출하기 전에 상기 대체 가스를 가열하는 단계를 수행하는 것인 단계.

다른 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 다음의 단계를 포함한다.

a. 대체 가스의 공급원을 제공하는 단계;

b. 기본 스팀의 공급원을 제공하는 단계;

c. 상기 폐가스 스트림을 수용하는 단계;

d. 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 결정하는 단계;

g. 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한지를 결정하고;

h. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅴ), 즉

ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 상기 기본 스팀의 유량을 결정하는 단계;

ⅳ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 결정하는 단계; 및

ⅴ. 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하도록 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계를 수행하는 것인 단계; 및

i. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하지 않다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 및 (ⅱ), 즉

i. 기본 스팀이 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 흐름을 차단하는 단계; 및

ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출하는 단계를 수행하는 것인 단계.

본 발명에 따른 방법의 제1 및 제2 실시예의 여러 단계는 원하는 대로 교체될 수 있다. 예를 들어, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산하여, 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하도록 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계는, 단계 (g)에서 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되는 경우에 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예와 연관해서 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하는 플레어 어셈블리를 제공한다. 상기 플레어 어셈블리는 본 발명의 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 플레어 어셈블리는 벤트 가스 스트림을 안내하기 위한 플레어 라이저, 상기 벤트 가스 스트림을 대기에서의 연소 구역으로 배출하여 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키기 위해 상기 플레어 라이저에 부착되는 플레어 팁, 상기 플레어 팁과 결합된 스팀 인젝터 어셈블리, 스팀 이송 도관, 대체 가스 이송 도관, 상기 플레어 어셈블리에 연결되는 제어 유닛, 및 가열 어셈블리를 포함한다.

상기 스팀 인젝터 어셈블리는 스팀 라이저 및 스팀 인젝션 노즐을 포함한다. 상기 스팀 라이저는 하부 섹션 및 상부 섹션을 갖는다. 상기 스팀 라이저의 하부 섹션은 제1 유체 입구 및 제2 유체 입구를 포함한다. 상기 스팀 인젝션 노즐은 연소 구역으로 기본 스팀을 분사하기 위하여 상기 스팀 라이저의 상부 섹션과 유체 소통식으로 연결된다.

상기 스팀 이송 도관은 그 일단에서 기본 스팀의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제1 입구와 유체 소통식으로 연결된다. 상기 스팀 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름을 제어하기 위하여 스팀 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결된다.

상기 대체 가스 이송 도관은 그 일단에서 대체 가스의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제2 입구와 유체 소통식으로 연결된다. 상기 대체 가스 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어하기 위하여 대체 가스 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결된다.

상기 제어 유닛은 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브를 제어한다. 상기 가열 어셈블리는 스팀 라이저 도관을 통과하는 대체 가스를 가열하기 위하여 상기 대체 가스 이송 도관 및 스팀 라이저 중 어느 하나와 결합된다.

다른 실시예에서, 본 발명에 따른 플레어 어셈블리는 벤트 가스 스트림을 안내하기 위한 플레어 라이저, 상기 벤트 가스 스트림을 대기에서의 연소 구역으로 배출하여 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키기 위해 상기 플레어 라이저에 부착되는 플레어 팁, 상기 플레어 팁과 결합된 스팀 인젝터 어셈블리, 스팀 이송 도관, 대체 가스 이송 도관, 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 감지하기 위하여 상기 플레어 라이저와 결합된 흐름 센서, 및 상기 플레어 어셈블리에 연결되는 제어 유닛을 포함한다.

상기 스팀 이송 도관은 그 일단에서 기본 스팀의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제1 유체 입구와 유체 소통식으로 연결된다. 상기 스팀 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름을 제어하기 위하여 스팀 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결된다.

상기 대체 가스 이송 도관은 그 일단에서 대체 가스의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제2 유체 입구와 유체 소통식으로 연결된다. 상기 대체 가스 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어하기 위하여 대체 가스 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결된다.

본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 제2 실시예의 상기 제어 유닛은 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브를 제어하기 위한 것이다. 상기 제어 유닛은 벤트 가스 스트림의 유량에 반응하고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산하고, 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하도록 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 제1 및 제2 실시예의 여러 구성요소는 원하는 대로 교체될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 제2 실시예의 벤트 가스 스트림 흐름 센서와 제어 유닛은 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 제1 실시예와 연관되어 사용될 수 있다.

본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명에 따라 당업자에게 더 쉽게 분명해질 것이다.

본 발명에 따르면, 무연 작동을 달성하고, 오버-스티밍을 방지하는 향상된 플레어 어셈블리의 작동 방법 및 플레어 어셈블리가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 플레어 장치의 하나의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 플레어 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 플레어 장치를 더욱 예시한 부분적인 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 플레어 장치의 다른 구성을 예시한 부분적인 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 플레어 장치의 스팀 인젝션 어셈블리의 다른 실시예를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 대체 가스 무버로서 가변 주파수 구동부를 갖는 송풍기의 사용을 예시한 도면이다.
도 7은 대체 가스 이송 도관 및 밸브 시스템의 다른 구성을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 플레어 장치의 스팀 이송 도관 및 관련된 스팀 제어 밸브의 다른 구성을 예시한 도면이다.
도 9는 관련된 응결 유닛 및 히터를 갖는 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 대체 가스 무버로서 스팀 이덕터의 사용을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 스팀 이송 도관 및 대체 가스 도관과 관련된 3 방향 밸브의 사용을 예시한 도면이다.
도 11은 아래에 제시된 상세한 설명에서 설명되는 예에 대응하며 API 521 권장 지침에 대한 다양한 탄화수소 가스의 스팀 요건의 상한을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도면 및 본 명세서에 사용된 바와 같은, 아래에 제시된 용어는 다음의 의미를 가질 수 있다.

"설비( facility )"는, 폐가스가 분기 요건, 중지, 예기치 않은 문제, 비상 사태, 또는 다른 이유로 인해 방출되는 생산 설비, 정제 공장, 화학 플랜트, 가공처리 플랜트, 또는 임의의 다른 설비를 의미한다.

"폐가스 ( waste gas )"는 처리를 위해 설비로부터 방출되어 플레어 어셈블리에 의해 수용되는 유기재, 질소, 및 임의의 다른 가스를 의미한다.

"벤트 가스( vent gas )"는 폐가스 스트림이 플레어 어셈블리의 플레어 팁으로 유입되기 전에, 필요한 경우 상기 폐가스 스트림에 부가되는 다른 가스 및 증기와 함께 위에서 정의된 바와 같은 폐가스를 의미한다.

"플레어 가스( flare gas )"는 공기를 포함하지 않지만 플레어 어셈블리의 파일럿(들)으로부터 배출되는 연료 가스 및 플레어 팁에 부가된 스팀을 포함하는, 다른 모든 가스 및 상기 플레어 팁의 하류 가까이 대기에 제공된 증기를 더한 위에서 정의된 바와 같은 벤트 가스를 의미한다.

"기본 스팀( primary steam )"은 상기 플레어 팁에 위치된 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 직접 배출되며 무연 작동을 달성하는 데 사용되는 스팀을 의미한다.

"보조 스팀( supplemental steam )"은 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 배기시키기 위한 기동 유체(motive fluid)로서 사용되는 스팀을 의미한다.

"무연 작동( smokeless operation )"은 적용 규정, 플레어 오너, 및/또는 플레어 조작자에 의해 설정된 가시적 스모크 배출에 대한 제한 내에서의 플레어 어셈블리의 작동을 의미한다. 예를 들면, 미국에서, 플레어로부터 가시적 스모크 배출에 대한 것은 40 C.F.R.§60.18에 규정되어 있다. 일부 나라에서, 가시적 스모크 배출은 규정되어 있지 않지만, 가시적 스모크 배출에 대한 제한은 지역 공동체의 요구에 기초하여 플레어 오너나 조작자에 의해 설정된다. 따라서, 예를 들면 연소 구역으로 분사된 기본 스팀의 인젝션이 본 발명에 따른 방법의 단계 (g)에 따라 무연 작동을 달성하는데 필요한지에 대한 결정은 연소 구역으로 분사된 기본 스팀의 인젝션이 적용 규정, 플레어 오너, 및/또는 플레어 조작자에 의해 설정된 가시적 스모크 배출에 대한 제한 내에서 플레어 어셈블리를 작동시키는데 필요한지를 결정하는 것을 의미한다.

"적용 규정( applicable regulation )"은 플레어 조작자와 규제 당국 간의 조정서의 요건을 포함하는, 규제 당국에 의해 플레어 오너나 조작자("플레어 조작자")에게 주어지는 요건을 의미한다.

"스팀/ 벤트 가스 비( steam / vent gas ratio )"는 벤트 가스의 유량에 대한 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 배출되는 스팀 유량의 비율을 의미한다.

"탄화수소 유량( hydrocarbon flow rate )"은 벤트 가스 스트림의 유량 곱하기 벤트 가스 스트림에서 탄화수소(들)의 퍼센트를 의미한다. 따라서, 예를 들면 상기 벤트 가스 스트림 유량이 시간당 1000 파운드이며 상기 벤트 가스 스트림이 질량 기준으로 80%의 질소와 20%의 프로판으로 구성된 경우, 상기 탄화수소 유량은 시간당 200 파운드이다.

"스팀/탄화수소 비( steam / hydrocarbon ratio )"는 탄화수소 유량에 대한 스팀 인젝터를 통해 배출되는 스트림 유량의 비율을 의미한다.

"순 가열 값( net heating value )"은 낮은 가열 값을 의미한다.

달리 명시되지 않는 한, "팩터나 파라미터에 기초하여 결정된(판단된)"이라는 구문은, 부분적으로 또는 전체적으로 팩터나 파라미터에 기초하여 결정된(판단된)다는 것을 의미한다.

이와 마찬가지로, 달리 명시되지 않는 한, "팩터나 파라미터에 기초하여 계산된(산출된)"이라는 구문은, 부분적으로 또는 전체적으로 팩터나 파라미터에 기초하여 계산된(산출된)다는 것을 의미한다.

"유량 센서( flow rate sensor )"는 오리피스 유량계, 초음파 유량계, 벤튜리 유량계, 볼텍스 유량계, 풍속계 및 피토우 튜브를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 적용 유체의 유량을 결정하는데 사용될 수 있는 임의의 기기를 의미한다.

본 명세서에 언급된 유량은 별도로 명시되지 않는 한, 질량이나 체적 기준으로 측정될 수 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하고, 벤트 가스 스트림을 플레어 팁으로 안내하며, 상기 벤트 가스 스트림을 플레어 팁을 통해 대기에서의 연소 구역으로 배출하고, 기본 스팀을 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 상기 연소 구역으로 배출하며, 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키는 플레어 어셈블리의 작동 방법을 제공한다. 다른 양태에 있어서, 본 발명은 폐가스 스트림을 수용하는 플레어 어셈블리를 제공한다. 본 발명에 따른 플레어 어셈블리는 본 발명의 방법에 따라 작동될 수 있는 플레어 어셈블리의 예시이다.

본 발명의 방법

본 발명의 방법은 다음의 단계를 포함한다.

a. 대체 가스의 공급원을 제공하는 단계;

b. 기본 스팀의 공급원을 제공하는 단계;

c. 상기 폐가스 스트림을 수용하는 단계;

d. 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 결정하는 단계;

h. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 단계 (g)에서 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (iv), 즉

ⅳ. 무연 작동을 달성하기 위하여, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계를 수행하는 것인 단계; 및

상기 대체 가스는 공기이다. 상기 공기는 이덕터가 본 발명의 방법과 관련되어 사용된 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 배기시키기 위하여 기동 유체로 사용되는 보조 스팀 및/또는 임의의 다른 가스(들)과 혼합될 수 있다.

상기 공기의 공급원 [그러므로, 본 발명의 방법에서 단계 (a)에 제공된 대체 가스의 공급원]은 주변의 대기일 수 있다. 예를 들어, 상기 공기는 플레어 어셈블리의 주변 대기로부터 끌어당겨서 대체 가스 무버에 의해 스팀 인젝터 어셈블리로 이동된다. 예를 들면, 상기 대체 가스 무버는 공기 팬, 송풍기, 압축기, 또는 이덕터일 수 있다.

상기 플레어 어셈블리의 주변 대기로부터 공기를 끌어당겨서 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 이동시키기 위하여 이덕터가 대체 가스 무버로 사용된 경우, 스팀이 기동 유체로 사용될 수 있다. 본 명세서에서 보조 스팀으로 정의된 이러한 스팀은 기본 스팀을 제공하는 동일한 공급원으로부터 얻을 수 있다. 보조 스팀이 사용된 경우, 상기 보조 스팀의 일부는 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 배기된 공기와 혼합될 수 있고, 이에 의하여 대체 가스의 일부가 된다. 필요한 경우, 상기 보조 스팀은 후술할 바와 같이 대체 가스로부터 제거될 수 있다.

본 발명의 방법에서 단계 (b)에 따라 제공된 기본 스팀의 공급원은, 예를 들면 보일러일 수 있다. 상기 보일러에 의해 발생된 압력은 상기 기본 스팀을 스팀 인젝터 어셈블리로 강제로 보내게 한다.

상기 폐가스는 플레어 어셈블리에 의해 수용된다. 예를 들면, 상기 폐가스는 설비로부터 폐가스 도관 및 플레어 어셈블리의 플레어 라이저로 안내된다.

본 발명의 방법에서 단계 (d)에 따른 벤트 가스 스트림의 유량은, 예를 들어 필요한 경우에 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림에 부가되는 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관에서의 하류이지만 상기 플레어 팁의 상류 지점에서 (후술할) 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관의 그 내부 지점(즉, 상기 벤트 가스 스트림이 플레어 팁으로 들어가기 전의 플레어 어셈블리 지점)에 배치되는 흐름 센서에 의해 결정될 수 있다. 대안으로, 상기 흐름 센서는 (농축 가스와 같은) 임의의 가스가 폐가스에 부가되기 전에 폐가스의 유량을 측정하기 위한 지점에 위치될 수 있다. 이때, 상기 벤트 가스 스트림의 유량은 (필요한 경우) 공지된 농축 가스의 유량을 폐가스의 측정된 유량에 부가시킴으로써 결정될 수 있다.

단계 (g)에 따라 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한지를 결정하는 것은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 대체 가스가 그때 연소 구역으로 분사되는 경우, 플레어 조작자는 플레어 어셈블리에 의해 발생되는 화염을 (눈으로 직접 또는 화염을 캡처하는 비디오 카메라를 이용하여 간접적으로) 모니터링할 수 있어서, 가시적인 스모크가 내부에 존재하는지 여부를 알 수 있다. (예를 들어, 대체 가스가 최대 유량에 도달된 후에도) 플레어 조작자가 가시적 스모크를 검출한 경우, 그 외에 무연 작동을 달성하기 위하여 기본 스팀을 연소 구역을 분사하는 것이 필요하다고 결정한 경우, 조작자는 본 발명의 방법에서 단계 (h)(하위 단계를 포함함)를 실행시킬 수 있다. 플레어 조작자가 대체 가스 유량을 증가시켜서 플레어 화염으로부터의 가시적인 스모크가 제거될 수 있어서 가시적인 스모크가 없다고 결정한 경우, 그 외에 무연 작동을 달성하기 위하여 기본 스팀을 연소 구역을 분사하는 것이 필요 없다고 결정한 경우, 조작자는 본 발명의 방법에서 단계 (i)(하위 단계를 포함함)에 따라 연소 구역으로 대체 가스를 계속 분사시킬 수 있다.

다른 예로서, 기본 스팀이 그때 연소 구역으로 분사되는 경우, 플레어 조작자는 플레어 어셈블리에 의해 발생되는 화염을 (눈으로 직접 또는 화염을 캡처하는 비디오 카메라를 이용하여 간접적으로) 모니터링할 수 있어서, 가시적인 스모크가 내부에 존재하는지 여부를 알 수 있다. (예를 들어, 기본 스팀 유량이 최소 유량으로 감소한 후에도) 플레어 조작자가 가시적 스모크가 없다고 결정한 경우, 그 외에 무연 작동을 달성하기 위하여 기본 스팀을 연소 구역을 분사하는 것이 필요 없다고 결정한 경우, 조작자는 본 발명의 방법에서 단계 (i)(하위 단계를 포함함)를 실행시킬 수 있다. 플레어 조작자가 무연 작동을 달성하기 위하여 기본 스팀을 연소 구역으로 분사하는 것이 필요하다고 결정한 경우, 조작자는 본 발명의 방법에서 단계 (h)(하위 단계를 포함함)에 따라 연소 구역으로 대체 가스를 계속 분사시킬 수 있다.

플레어 조작자는 설비에 의해 방출되는 폐가스의 질을 관찰에 의해서만 판단하여 무연 작동을 달성하기 위해 연소 구역으로 분사되는 기본 스팀의 인젝션이 필요 없다고 결정할 수 있다. 천연 가스, 황화수소, 수소 및 일산화탄소와 같은 폐가스는 가시적 스모크를 발생시키지 않는 경향이 있다.

단계 (g)에 따라 무연 작동을 달성하기 위하여 연소 구역으로 기본 스팀을 분사하는 것이 필요한지에 대한 결정은 몇 가지 방법으로 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 벤트 가스 스트림 유량, 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량, 상기 벤트 가스 스트림에서 비활성 가스의 퍼센트, 및 주어진 벤트 가스 스트림에 대하여 무연 작동을 달성하는데 필요한 기본 스팀의 추산된 유량과 같은 하나 이상의 파라미터에 기초하여 단계 (g)에 따라 컴퓨터가 결정할 수 있다. 또한, 이러한 파라미터는 가시적인 스모크가 주어진 벤트 가스 스트림에 대해 대체 가스의 최대 비율로 존재하는지를 추산하는데 사용될 수 있으며, 그렇다면 어느 정도로 존재하는지를 추산할 수 있다. 이러한 파라미터 또는 파라미터의 조합은 플레어 벤더에 의해 때때로 발전되어 제공되지만, 일부의 경우 플레어 오너 및 조작자는 그 자신의 기준이나 알고리즘을 발전시켜 실행시킬 수 있다.

단계 (g)에 따라 무연 작동을 달성하기 위하여 연소 구역으로 기본 스팀을 분사하는 것이 필요하다고 결정하는 경우, 본 발명의 방법에서 단계 (h)가 실행된다. 이와 같은 결정이 이루어질 때 대체 가스는 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출될 수 있다. 그렇다면, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 대체 가스의 흐름은 먼저 단계 (h)의 단계 (i)에 따라 차단된다. 상기 기본 스팀이 스팀 인젝터 어셈블리로 배출되는 압력은 상기 대체 가스가 스팀 인젝터 어셈블리로 배출되는 압력보다 대략 높을 수 있다. 그 결과, 상기 플레어 어셈블리로 흐르는 기본 스팀의 흐름이 개시될 때 대체 가스 흐름이 개방되는 것을 상기 밸브가 허용하는 경우, 상기 스팀은 (그 자신이 폐스팀이 되어) 대체 가스 무버로 역류할 수 있으며, 이에 따라 상기 대체 가스 무버나 다른 장비의 손상을 잠재적으로 일으킬 수 있다.

이때, 기본 스팀은 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 단계 (h)의 단계 (ⅱ)에 따라 배출되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출된 기본 스팀의 유량은 단계 (h)의 단계 (ⅲ)에 따라 결정된다. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 배출된 기본 스팀의 유량은, 예를 들어 스팀 이송 도관, 바람직하게는 접근이 용이한 지상이나 그 근처에 배치되는 기본 스팀 유량 센서에 의해 결정될 수 있다.

또한, 단계 (h)의 단계 (ⅳ)에 따라 무연 작동을 달성하기 위하여 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계는 플레어 조작자에 의해 수동으로 또는 (예를 들면, 컴퓨터에 의해) 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 무연 작동이 달성될 때까지 조작자는 상기 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 유량을 증분시킬 수 있다. 스팀의 비용으로 인해 그리고 오버-스티밍을 방지하기 위하여, 무연 작동을 달성하는데 필요한 유량보다 상당히 큰 기본 스팀의 유량을 사용하는 것을 방지하기 위하여 조작자는 노력해야 한다.

단계 (g)에 따라 연소 구역으로 분사되는 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는 데 필요 없다고 결정된 경우, 기본 스팀의 흐름이 차단된 때에 기본 스팀이 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출된다. 전술한 바와 같이, 상기 밸브가 대체 가스 흐름이 개방하도록 허용하는 동안에 기본 스팀의 흐름을 실행시키는 것은 공기 무버나 다른 장비의 손상을 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 스팀이 배출되는 압력과 공기가 배출되는 압력 간의 차이로 인하여, 기본 스팀 밸브가 개방된 경우에 공기를 플레어 어셈블리로 이동시킬 수 없다. 기본 스팀의 흐름이 차단되면, 대체 가스는 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출된다.

오버-스티밍의 영향으로 인하여, 가능한 언제든지 대체 가스 흐름 모드에서 플레어 어셈블리를 작동시키는 것이 바람직하다. 여러 적용에 있어서, 기본 스팀은 무연 작동을 방지하는데 필수적인 것은 아니다. 이러한 적용에서, 대체 가스는 무연 작동을 방지하기 위한 유효한 어시스트 매체로서 역할을 한다. 대체 가스의 최소 흐름은 플레어 팁에 또는 그 근처에서의 다른 스팀 인젝션 부품 및 매니폴드를 차가운 상태로 유지시켜서 (예를 들어, 낮은 흐름 화염이 스팀 장비에 부착하는 경우에) 열 손상을 방지하는데 도움을 준다. 기본 스팀 대신에 대체 가스의 사용은, 특히 상기 벤트 가스 유량이 낮은 경우에 요구되거나 바람직한 플레어 가스 순 가열 값, 스팀/벤트 가스 비, 및 스팀/탄화수소 비가 유지되도록 보장하는데 도움을 준다.

적용에 따라, 본 발명의 방법은 하나 이상의 부가적인 단계를 포함할 수도 있다.

먼저, 단계 (i)의 단계 (ⅱ)에 따라 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 상기 대체 가스를 배출하기 전에, 상기 대체 가스는 가열될 수 있다. 이러한 단계는 본 발명의 방법이 플레어 어셈블리를 냉각 상태에서 작동시키는 경우에 특히 유용하다. 예를 들어, 상기 플레어 어셈블리가 대기 상태에 있거나 또는 저용량 플레어링 경우에 반응하여 작동되는 경우, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 배출되는 스팀은 플레어 팁에 또는 그 주위에 응결하여 얼음을 형성할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 방법에서 단계 (g)에 따라 무연 작동을 달성하기 위하여 상기 연소 구역으로 스팀을 분사시킬 필요가 없다는 것이 결정되어서, 단계 (i)(하위 단계 포함함)가 수행된다. 기본 스팀 대신에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출시킴으로써, 냉각 상태와 관련된 문제가 회피될 수 있다.

상기 대체 가스를 예열하면 "수격(water hammer)"으로 알려진 문제를 방지 또는 약화시킬 수 있고, 차가운 스팀 라이저의 스팀으로부터의 응결물이 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 빨리 영향을 미치는 상태가 벤딩이나 장애물로 인해 급작스럽게 줄어들 수 있다. 수격 상태는 스팀 라이저, 스팀 인젝터 어셈블리, 및 관련 장비를 손상시킬 수 있다. 또한, 상기 대체 가스를 예열하면 스팀 라이저의 부식을 일으킬 수 있는 대체 가스에서 수분의 응결 문제를 방지할 수 있다. 예열된 대체 가스의 최소 흐름은 제어 밸브로부터 플레어 팁으로 이어진 스팀 라인을 따뜻한 상태로 유지시키며 상기 스팀 라인에서 응결물을 최소화할 수 있게 사용 준비를 유지시킨다.

상기 대체 가스는 여러 방식으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 대체 가스는 스팀-이용 열 교환기, 전기 히터, 또는 가스 연소 가열 어셈블리에 의해 가열될 수 있다. 스팀-이용 열 교환기가 사용된 경우, 상기 스팀은 본 발명의 방법에서 사용되는 기본 스팀과 같은 공급원에서 비롯될 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 플레어 어셈블리의 작동에 대하여 더 정밀한 제어를 제공할 수 있는 부가적인 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계는, 예를 들어 상기 스팀이 효과적인 방식으로 작동되게 하는 것을 보장하는 데 도움을 주며 적용 규정이 충족되게 하는 것을 보장하는데 도움을 주기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 방법 중 단계 (g)에서 무연 작동을 달성하는데 상기 연소 구역으로 분사되는 스팀의 인젝션이 필요하다고 결정되는 경우, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량은 계산될 수 있다. 그리고 나서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 유량은 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하기 위하여 단계 (h)의 단계 (ⅳ)에 따라 조절된다.

상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량은 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정 및 플레어 벤더, 플레어 오너, 및/또는 플레어 조작자에 의해 수립되는 알고리즘을 포함하는 다양한 기준에 기초하여 계산될 수 있다. 플레어 벤더, 오너, 및 조작자에 의해 수립되는 알고리즘은 플레어 어셈블리가 단지 적용 규정과 부합하는 것을 보장하기 위해 필요한 것보다 통상적으로 더 엄격하다. 예를 들어, 적용 규정은 플레어 작동에 대한 경계나 한계를 수립할 수 있지만, 스팀의 비율이 무연 작동을 달성하는 데 충분하기만 하면, 스팀 어시스트 플레어의 가장 경제적이며 효과적인 작동은 규정에 의해 허용된 최대보다 스팀을 적게 사용할 수 있다.

이용된 구체적인 알고리즘(들)에 따라, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량은 아래의 사항을 하나 이상 포함하는 다양한 파라미터에 기초하여 계산될 수 있고, 아래의 각 사항은 본 발명의 방법에 따라 결정된다.

1. 상기 벤트 가스 스트림의 유량.

2. 허용될 최대 스팀/벤트 가스 비. 상기 최대 허용 스팀/벤트 가스 비는 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정될 수 있다.

3. 허용될 최대 스팀/탄화수소 비. 상기 최대 스팀/탄화수소 비를 결정하기 위하여, 먼저 탄화수소 유량이 결정되어야 한다. 상기 최대 허용 스팀/탄화수소 비는 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정될 수 있다.

4. 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값. 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값은 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정될 수 있다.

5. 상기 벤트 가스 스트림의 분자량. 상기 벤트 가스 스트림의 분자량은, 예를 들어 필요한 경우에 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림에 부가되는 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관에서의 하류이지만 상기 플레어 팁의 상류 지점에서 (후술할) 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관의 그 내부 지점(즉, 상기 벤트 가스 스트림이 플레어 팁으로 들어가기 전의 플레어 어셈블리 지점)에 배치되는 분자량 센서에 의해 결정될 수 있다.

6. 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값. 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값은, 예를 들어 필요한 경우에 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림에 부가되는 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관에서의 하류이지만 상기 플레어 팁의 상류 지점에서 (후술할) 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관의 그 내부 지점(즉, 상기 벤트 가스 스트림이 플레어 팁으로 들어가기 전의 플레어 어셈블리 지점)에 배치되는 순 가열 값 센서에 의해 결정될 수 있다.

7. 상기 벤트 가스 스트림의 조성. 예를 들면, 가스 크로마토그래피 기기["GC Device(Gas Chromatographic device)"]로부터의 분화 데이터(speciation data)는 높은 파괴적 제거 효율(DRE)을 달성하기 위하여 무연 작동 및 최대 허용 스팀 유량을 달성하는 데 필요한 스팀의 양을 추산하는데 사용될 수 있다.

8. 관련된 열 전도성 및 워브 인덱스(Wobbe Index)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 상기 벤트 가스 스트림의 다른 실시간 속성.

모멘텀 및 흡수 공기의 부가에 더하여, 상기 기본 스팀도 벤트 가스를 희석시키며 연소 공정에 수반된 화학 반응에 관여하고, 이들은 스모크 억제에 도움을 준다. 상기 플레어 팁으로 보내진 벤트 가스의 유량 및/또는 조성이 달라지기 때문에, 스모크 억제를 위해 필요한 스팀의 양은 변화된다. 본 발명의 방법에 의해 제공된 제어의 부가도는 정확한 양의 스팀을 연소 구역에 실시간으로 부여하는 것을 용이하게 한다. 스팀/벤트 가스 비, 스팀/탄화수소 비, 벤트 가스 순 가열 값, 및 플레어 가스 순 가열 값과 같은 작동 파라미터는 정확히 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 농축 연료 가스를 부가하는 단계를 포함할 수 있어서 상기 벤트 가스의 요구 최소 순 가열 값 및 요구되며 바람직한 다른 작동 파라미터가 충족되는 것을 보장하는데 도움을 준다. 예를 들어, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값 및 최소 허용 순 가열 값은 각각 결정될 수 있다. 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값은 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값이 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값보다 작은 경우, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값을 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값보다 적어도 높은 정도로 증가시키기 위하여 농축 연료 가스가 상기 벤트 가스 스트림에 충분한 양으로 부가된다. 사용될 수 있는 농축 연료 가스의 예로 천연 가스 및 프로판이 있다.

상기 플레어 어셈블리를 통해 흐르는 긍정적인 가스 흐름을 유지하며 공기 및 가능한 다른 가스가 그 내부에서 후방으로 흐르는 것을 방지하기 위하여, 퍼지 가스는 폐가스 스트림에 (또는 그 외에, 폐가스 스트림이 그 당시 설비에 의해 방출되지 않는 경우 상기 플레어 어셈블리에) 부가될 수 있다. 사용될 수 있는 퍼지 가스의 예로 질소, 천연 가스, 및 프로판을 포함한다. 플레어의 위치에 따라, 적용 규정은 퍼지 가스가 가연성 가스일 것을 요구할 수 있다.

폐가스 스트림에 부가된 임의의 농축 연료 가스, 퍼지 가스나 다른 가스 및 증기는 벤트 가스의 고려될 부분이기 때문에, 이들은 벤트 가스 스트림의 유량이 보내지기 전에 그리고 상기 벤트 가스 스트림의 분자량 및 순 가열 값이 결정되기 전에 부가된다. 대안으로, 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 다른 속성은 농축 연료 가스, 퍼지 가스 및/또는 다른 가스 및 증기가 폐가스 스트림에 부가되기 전에 간접적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤트 가스 스트림의 유량은 당업자에게 알려진 바와 같이 폐가스의 유량과 다른 스트림 및 다른 가변적인 것들의 각각에 기초하여 계산될 수 있다.

상기 대체 가스가 단계 (i)에 따라 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우, 본 발명의 방법은 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 대체 가스의 흐름을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 대체 가스의 흐름은 대체 가스에서의 공기가 종래에 공지된 바와 같이 적은 폭발성 한계에 대응하는 양을 초과하지 않도록 조절될 수 있다.

본 발명의 플레어 어셈블리

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 플레어 어셈블리가 도시되어 있으며 통상 도면 부호 10으로 지정되어 있다. 상기 플레어 어셈블리(10)는 가변 유량으로 폐가스 스트림(12)을 수용한다.

상기 플레어 어셈블리(10)는 토대부(14), 벤트 가스 스트림(18)을 안내하기 위한 플레어 라이저(16), 상기 벤트 가스 스트림을 대기(24)에서의 연소 구역(22)으로 배출하며 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키기 위해 상기 플레어 라이저에 부착된 플레어 팁(20), 상기 플레어 팁과 결합된 스팀 인젝터 어셈블리(28), 스팀 이송 도관(30), 대체 가스 이송 도관(32), 및 제어 유닛(34)을 포함한다. 폐가스 이송 도관(36)은 설비로부터 플레어 라이저(16)로 방출된 폐가스 스트림(12)을 이동시킨다. 파일럿 어셈블리(38)는 플레어 라이저(16) 및 플레어 팁(20)에 부착된다.

상기 플레어 라이저는 토대부(14)에 부착된 하단(16a) 및 상단(16b)을 포함한다. 상기 플레어 팁(20)은 플레어 라이저의 상단(16b)에 부착된 하단(20a) 및 상부 출구단(20b)을 포함한다.

상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)는 스팀 매니폴드(41)와 유체 소통식으로 연결된 스팀 라이저(40)를 포함한다. 복수의 스팀 인젝터 노즐(42)은 기본 스팀을 연소 구역(22)으로 분사하기 위하여 스팀 매니폴드(41)와 유체 소통식으로 연결된다.

상기 스팀 인젝터 노즐(42)은 주변 대기로부터 공기를 흡입하여 이를 높은 정도의 난류를 갖는 배출된 벤트 가스로 분사시키기 위하여 상기 플레어 팁(20)에 인접한 연소 구역으로 스팀의 제트를 분출한다. 상기 스팀 인젝터 노즐(42)로부터의 스팀 제트는 상기 플레어 팁에서 나오는 가스를 모으고, 함유하며, 가이드하도록 작용할 수도 있다. 이는 바람이 플레어 팁 주위에서 화염을 아래로 당기게 하는 것을 방지한다. 상기 벤트 가스가 스모크를 보이지 않고 연소하도록 도움을 주는 혼합물을 형성하기 위하여 상기 분사된 스팀, 흡입된 공기, 및 벤트 가스는 조합된다.

상기 스팀 라이저(40)는 하부 섹션(46) 및 상부 섹션(48)을 갖는다. 상기 스팀 라이저(40)의 하부 섹션(46)은 제1 유체 입구(50) 및 제2 유체 입구(52)를 포함한다. 각각의 스팀 인젝터 노즐(42)은 스팀 라이저(40)의 상부 섹션(48)와 유체 소통식으로 연결된다. 구체적으로, 도시된 바와 같이, 상기 스팀 인젝터 노즐(42)은 스팀 라이저(40)와 유체 소통식으로 연결된 스팀 매니폴드(41)와 유체 소통식으로 연결된다.

상기 스팀 이송 도관(30)은 그 일단(56)이 스팀(60)의 공급원에 그 타단(62)은 스팀 라이저(40)의 제1 유체 입구(50)와 유체 소통식으로 연결된다. 응결 트랩(condensation trap)(63) 및 응결수 배출 파이프(64)는 스팀(60) 공급원으로부터 이어진 스팀 라인에 축적될 수 있는 임의의 응결물을 분리하기 위하여 상기 스팀 이송 도관(30)에 배치된다. 또한, 상기 스팀 이송 도관(30)은 스팀 라이저(40)를 통해 흐르는 기본 스팀 스트림(70)의 흐름을 제어[조절 및/또는 접속-차단(turn on-off)]하도록 작동하는 스팀 제어 밸브(65)[및 관련 작동 제어부(66)]와 유체 소통식으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스팀 제어 밸브(65)[및 관련 작동 제어부(66)]는 스팀 이송 도관(30)에 배치되며 상기 스팀 라이저(40)의 제1 유체 입구(50)로 상기 스팀 이송 도관을 통해 흐르는 스팀의 흐름을 제어(조절 및/또는 접속-차단)한다. 또한, 수동식 스팀 제어 밸브(67a, 67b)는 상기 스팀 이송 도관을 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름이 수동적으로 차단되게 하기 위하여 (예를 들면, 상기 스팀 제어 밸브(65)가 대체되도록) 상기 스팀 이송 도관(30)에 배치된다. 일부의 스팀이 스팀 제어 밸브(65, 67b)를 바이패스하도록 바이패스 도관(68)이 제공된다. 상기 바이패스 도관(68)은 그 내부에 배치되는 바이패스 차단 밸브(69)를 포함하여 상기 바이패스 도관을 통해 흐르는 스팀의 흐름이 필요한 경우에 차단되게 한다.

상기 대체 가스 이송 도관(32)은 그 일단(74)에서 대체 가스(76)의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 그 타단(78)에서 스팀 라이저(40)의 하부 섹션(46)의 제2 유체 입구(52)와 유체 소통식으로 연결된다. 또한, 상기 대체 가스 이송 도관(32)은 스팀 라이저(40)를 통해 흐르는 대체 가스 스트림(84)의 흐름을 제어(조절 및/또는 접속-차단)하도록 작동하는 대체 가스 제어 밸브(79)[및 관련 작동 제어부(80)]와 유체 소통식으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 대체 가스 제어 밸브(79)[및 관련 작동 제어부(80)]는 대체 가스 이송 도관(32)에 배치되며 상기 스팀 라이저(40)의 하부 섹션(46)의 제2 유체 입구(52)로 상기 대체 가스 이송 도관을 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어(조절 및/또는 접속-차단)한다. 또한, 수동식 대체 가스 제어 밸브(81)는 상기 대체 가스 이송 도관을 통해 흐르는 대체 가스의 흐름이 차단되게 하기 위하여 [예를 들면, 상기 대체 가스 제어 밸브(79)가 대체되도록] 상기 대체 가스 이송 도관(32)에 배치된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스팀 제어 밸브(65)[및 관련 작동 제어부(66)] 및 상기 대체 가스 제어 밸브(79)[및 관련 작동 제어부(80)]는 서로 독립적이며 상기 스팀 이송 도관(30) 및 대체 가스 이송 도관(32)에 각각 배치된다. 도 10과 관련하여 후술하는 바와 같이, 상기 스팀 제어 밸브(65)[및 관련 작동 제어부(66)] 및 상기 대체 가스 제어 밸브(79)[및 관련 작동 제어부(80)]의 온-오프 기능은 3 방향 밸브로서 함께 조합될 수 있으며 상기 스팀 라이저에 배치된다. 상기 3 방향 밸브(200)는 효과적으로 스팀 제어 밸브(65), 상기 대체 가스 제어 밸브(79), 및 적어도 하나의 관련 작동 제어부를 포함한다.

상기 제어 유닛(34)은 상기 스팀 제어 밸브(65)[및 관련 작동 제어부(66)] 및 상기 대체 가스 제어 밸브(79)[및 관련 작동 제어부(80)]를 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어 유닛(34)은 연통 라인(86)을 거쳐 스팀 제어 밸브(65)의 작동 제어부(66)와 연통한다. 상기 제어 유닛(34)은 연통 라인(87)을 거쳐 대체 가스 제어 밸브(79)의 작동 제어부(80)와 연통한다. 상기 스팀 제어 밸브(65)와 대체 가스 제어 밸브(79)는 원격으로 제어된다. 예를 들면, 후술할 바와 같이, 본 발명의 플레어 어셈블리는 정밀한 제어 장비와 기능성을 포함할 수 있다. 이러한 시스템에서, 상기 스팀 제어 밸브(65)는 너무 많은 스팀을 시스템으로 제공하지 않고 무연 작동을 달성하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 배출되는 기본 스팀의 양을 제어하도록 자동 조절된다. 유사하게, 상기 대체 가스 제어 밸브(79)는 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 배출되는 대체 가스의 양을 제어하도록 자동 조절된다. [밸브(65, 67a, 67b)를 포함하는] 상기 스팀 제어 밸브 시스템 및 [밸브(79, 81)를 포함하는] 상기 대체 가스 밸브 시스템은, 기본 스팀의 흐름이 온인 경우에 대체 가스의 흐름이 오프가 되도록, 그리고 반대의 경우도 마찬가지가 되도록, 서로에 대하여 반대로 작동한다.

상기 제어 유닛(34)은 특히 문제가 되는 본 발명의 플레어 어셈블리를 제어하기 위하여 하나 이상의 계산기, 컴퓨터 (및 관련 하드웨어 및 소프트웨어), 및/또는 다른 필요한 장치로 구성되거나 또는 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 유닛(34)은 프로그래머블 로직 컨트롤("PLC")의 형태, 또는 휴먼 머신 인터페이스("HMI") 스크립터에 내장된 또는 전용 제어기 유닛에 내장된 로직을 갖는 기기일 수 있다.

상기 파일럿 어셈블리(38)는 파일럿 연료 가스 이송 라인(92)을 포함하고, 상기 파일럿 연료 가스 이송 라인(92)은 그 일단(93)이 파일럿 연료 가스(미도시)의 공급원에 그 타단(94)은 파일럿 버너(95)에 연결된다. 상기 파일럿 연료 가스 이송 라인(92)에 파일럿 연료 가스 흐름 센서(94)가 배치된다. 연통 라인(96a)은 흐름 센서(96)에서 제어 유닛(34)으로 이어진다. 상기 파일럿 연료 가스의 유량은, 예를 들면 (더 후술될 바와 같이) 플레어 가스의 순 가열 값(NHVFG; Net Heating Value of Flare Gas)을 계산하기 위하여 상기 파일럿 버너(95)에 공급된 파일럿 연료의 열 함유량을 확인하는데 사용될 수 있다. 파일럿 점화기 라인(97)은 그 일단(98)이 점화 공급원(미도시)에 그 타단(99)은 파일럿 버너(95)에 부착된다. 상기 파일럿 버너(95)는 플레어 팁(20)의 출구단(20b)에 인접한 연소 구역(22)에 위치된다.

기본 스팀의 공급원은 보일러(100)이다. 상기 보일러(100)는 기본 스팀 스트림을 상기 스팀 이송 도관(30)을 통해 스팀 라이저(40)로, 상기 스팀 라이저(40)를 통해 스팀 매니폴드(41)로, 그리고 상기 스팀 인젝터 노즐(42)을 통해 연소 구역(22)으로 강제로 보내기 위하여 충분한 고압으로 상기 기본 스팀 스트림을 배출한다.

상기 대체 가스는 공기이다. 상기 공기는 이덕터(eductor)가 사용된 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 배기시키기 위한 기동 유체로 사용되는 보조 스팀 및/또는 임의의 다른 가스(들)과 혼합될 수 있다.

상기 공기의 공급원[따라서, 상기 대체 가스(76)의 공급원]은 플레어 어셈블리(10) 주변의 대기이다. 상기 공기는 대체 가스 무버(alternative gas mover)(104)에 의해 상기 대체 가스 이송 도관(32)을 통해 스팀 라이저(40)로, 상기 스팀 라이저(40)를 통해 스팀 매니폴드(41)로, 그리고 상기 인젝터 노즐(42)을 통해 연소 구역(22)으로 강제로 보내진다. 예를 들면, 상기 대체 가스 무버(104)는 가변 주파수 구동부(VFD)를 갖는 팬이나 송풍기, 압축기, 이덕터, 또는 코로나-방전 정전 공기 무버일 수 있다.

상기 대체 가스 무버(104)가 이덕터인 경우, 스팀은 기동 유체로 사용될 수 있다. 본 명세서에서 보조 스팀으로 나타낸, 상기 이덕터와 관련하여 기동 유체로 사용된 스팀은 기본 스팀을 제공하는 동일한 공급원에서 비롯될 수 있으며, 상기 스팀 공급원(60)은 보일러(100)이다.

적용에 따라, 본 발명의 플레어 어셈블리는 하나 이상의 부가적인 구성요소를 포함할 수도 있다.

본 발명의 플레어 어셈블리(10)는 스팀 라이저를 통과하는 대체 가스 스트림(84)을 가열하기 위하여 상기 대체 가스 이송 도관(32)과 스팀 라이저(40) 중 하나에 부착된 가열 어셈블리(112)를 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가열 어셈블리(112)는 대체 가스 이송 도관(32)에 부착된다. 본 발명의 방법과 관련하여 전술한 바와 같이, 상기 가열 어셈블리(112)는 플레어 어셈블리(10)가 냉각 상태에서 작동되는 경우에 특히 유용하다. 기본 스팀 대신에 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출하면, 냉각 상태와 관련된 문제가 방지될 수 있다. 상기 대체 가스 스트림(84)을 예열하면 스팀 라이저(40), 스팀 인젝터 어셈블리(28), 및 관련 장비와 연관되는 수격(water hammer) 상태의 문제를 방지할 수 있으며 상기 대체 가스에서 수분의 응결 문제를 회피할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 가열 어셈블리(112)는 스팀 이용 쉘형 튜브 열 교환기이다. (스팀(60)의 공급원, 즉 보일러(100)일 수 있는) 스팀의 공급원으로부터 가열 어셈블리(112)로 그 내부의 입구(114)를 통해 스팀이 공급되고, 상기 스팀은 열 교환기에서 그 내부의 출구(116)를 통해 유출된다. 상기 응결물 및 이용된 스팀은 스팀의 공급원으로 재활용될 수 있으며, 이는 스팀의 공급원으로부터 획득되거나 적용 규정에 따라 처리된다. 대안으로, 상기 가열 어셈블리(112)는 전기 히터 또는 가스 연소 히터일 수 있다.

본 발명의 플레어 장치(10)는 플레어 장치가 높은 정도의 제어로 작동되게 하는 부가적인 구성요소 및 장비를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(34)은 높은 정도의 제어를 용이하게 하기 위하여 부가적인 장비 및 기능성을 포함하도록 확장될 수 있다. 상기 플레어 장치(10)의 부가적인 장비 및 기능성에 의해 상기 플레어 장치는 더 엄격하고 발전된 적용 규정에 대응할 수 있다.

흐름 센서(130)는 벤트 가스 스트림(18)의 유량을 감지하기 위하여 플레어 러이저(16)와 연관된다. 구체적으로, 상기 흐름 센서(130)는 농축 연료 가스 및 퍼지 가스와 같은 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림(12)에 부가되는 폐가스 이송 도관에서의 하류 지점에서 폐가스 이송 도관(36)의 그 내부 지점에 배치된다. 예를 들면, 상기 흐름 센서(130)는 GE 파나메트릭 플레어 가스 계기 GF868 모델일 수 있다.

상기 제어 유닛(34)은 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 연소 구역(22)으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제어 유닛(34)은 벤트 가스 스트림(18)의 유량에 반응한다. 연통 라인(134)은 제어 유닛(34)으로부터 흐름 센서(130)로 이어진다. 상기 제어 유닛은 [상기 제어 유닛(34)에서 제어 밸브(65)의 작동 제어부(66)로 이어진 연통 라인(86)을 거쳐] 스팀 이송 도관(30)에서 스팀 제어 밸브(65)를 제어함으로써 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 흐르는 기본 스팀의 유량을 조절한다.

상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 배출된 기본 스팀 스트림(70)의 유량을 감지하기 위한 흐름 센서(142)는 스팀 라이저(40)와 연관된다. 상기 흐름 센서서(142)는 스팀 제어 밸브(65, 67a, 67b)의 하류에서 스팀 이송 도관(30)의 그 내부 지점에 위치되며 연통 라인(144)을 거쳐 상기 제어 유닛(34)과 연통한다. 예를 들어, 벤트 가스 유량 신호 및 기본 스팀 유량 신호는 흐름 센서(130) 및 흐름 센서(142)에 의해 [연통 라인(134, 144)을 거쳐] 상기 제어 유닛(34)으로 연속해서 보내지고, 상기 제어 유닛은 스팀/벤트 가스 비 및 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 연속적으로 계산하고 이에 따라 기본 스팀의 유량을 조절한다. 예를 들어, 상기 흐름 센서(142)는 (오리피스 플레이트, 차압 센서와 송신기, 및 유체 온도 센서와 송신기를 포함하는) 오리피스 유량계일 수 있다. 다른 예로, 상기 흐름 센서(142)는 가압 탭 게이지(pressure tap and gauge)일 수 있다. 상기 기본 스팀 스트림 유량은 (스팀 라이저(40)의 길이와 직경 및 스팀 인젝터 노즐의 총 출구 면적을 포함하는) 스팀 이송 도관 시스템과 인젝터 어셈블리의 유압 구성 및 압력에 기초하여 추산될 수 있다.

상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 배출된 대체 가스 스트림(84)의 유량을 감지하기 위한 흐름 센서(146)는 스팀 라이저(40)와 연관된다. 상기 흐름 센서서(146)는 대체 가스 제어 밸브(79, 81)의 하류 또는 상류에서 대체 가스 이송 도관(32)의 그 내부 지점에 위치되며 연통 라인(147)을 거쳐 상기 제어 유닛(34)과 연통한다. 예를 들어, 상기 흐름 센서(146)는 오리피스 유량계, 피토우 튜브 흐름 센서, 풍속계, 또는 터빈 계기일 수 있다. 다른 예로, 상기 흐름 센서(146)는 가압 탭 게이지일 수 있다. 상기 대체 가스 스트림 유량은 [스팀 라이저(40)의 길이와 직경 및 스팀 인젝터 노즐의 총 출구 면적을 포함하는] 스팀 이송 덕트 시스템과 인젝터 어셈블리의 유압 구성 및 압력에 기초하여 추산될 수 있다.

상기 벤트 가스 스트림(18)의 분자량을 결정하기 위한 분자량 감지 기기(150)는 플레어 라이저(16)와 연관된다. 구체적으로, 상기 기기(150)는 농축 연료 가스 및 퍼지 가스와 같은 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림(12)에 부가되는 폐가스 이송 도관에서의 하류 지점에서 폐가스 이송 도관(36)의 그 내부 지점에 배치된다. 상기 제어 유닛(34)은 벤트 가스 스트림(18)의 분자량에 반응한다. 연통 라인(152)은 제어 유닛(34)으로부터 분자량 감지 기기(150)로 이어진다.

상기 벤트 가스 스트림(18)의 순 가열 값을 결정하기 위한 순 가열 값 감지 기기(154)는 플레어 라이저(16)와 연관된다. 구체적으로, 상기 순 가열 값 감지 기기(154)는 농축 연료 가스 및 퍼지 가스와 같은 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림(12)에 부가되는 폐가스 이송 도관에서의 하류 지점에서 폐가스 이송 도관(36)의 그 내부 지점에 배치된다. 상기 제어 유닛(34)은 벤트 가스 스트림(18)의 순 가열 값에 반응한다. 연통 라인(155)은 제어 유닛(34)으로부터 기기(154)로 이어진다.

상기 제어 유닛(34)은, 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정 및 플레어 벤더, 플레어 오너 및/또는 플레어 조작자에 의해 수립되는 알고리즘을 포함하는 다양한 기준에 기초하여, 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 연소 구역(22)으로 흐르는 기본 스팀 스트림(70)의 최대 허용 유량을 계산한다.

플레어 벤더, 오너 및 조작자에 의해 수립된 알고리즘은 비(非)컴플라이언스의 결과로 인해 플레어 어셈블리가 적용 규정과 부합하도록 보장하는 데 필요한 것보다 더 엄격하다. 예를 들어, 규정이 플레어 작동에 대한 상한을 수립할 수 있지만, 스팀의 유량이 무연 작동을 달성하는데 충분하다면 스팀 어시스트 플레어의 가장 경제적이며 효과적인 작동은 규정에 의해 허용되는 최대보다 더 적은 스팀을 사용할 수 있다.

이용된 구체적인 알고리즘(들)에 따라, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량은 아래의 사항을 하나 이상 포함하는 다양한 파라미터에 기초하여 제어 유닛에 의해 계산될 수 있고, 아래의 각 사항은 본 발명의 방법에 따라 결정된다.

1. 상기 벤트 가스 스트림(18)의 유량.

5. 상기 벤트 가스 스트림(18)의 분자량. 상기 벤트 가스 스트림의 분자량은, 예를 들어 필요한 경우에 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림에 부가되는 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관에서의 하류이지만 상기 플레어 팁의 상류 지점에서 (후술할) 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관의 그 내부 지점(즉, 상기 벤트 가스 스트림이 플레어 팁으로 들어가기 전의 플레어 어셈블리 지점)에 배치되는 분자량 센서에 의해 결정될 수 있다.

6. 상기 벤트 가스 스트림(18)의 순 가열 값. 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값은, 예를 들어 필요한 경우에 다른 가스 또는 증기가 폐가스 스트림에 부가되는 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관에서의 하류이지만 상기 플레어 팁의 상류 지점에서 (후술할) 플레어 라이저나 폐가스 이송 도관의 그 내부 지점(즉, 상기 벤트 가스 스트림이 플레어 팁으로 들어가기 전의 플레어 어셈블리 지점)에 배치되는 순 가열 값 센서에 의해 결정될 수 있다.

7. 상기 벤트 가스 스트림의 조성. 예를 들면, 가스 크로마토그래피 기기("GC Device")로부터의 분화 데이터(speciation data)는 높은 파괴적 제거 효율(DRE)을 달성하기 위하여 무연 작동 및 최대 허용 스팀 유량을 달성하는데 필요한 스팀의 양을 추산하는데 사용될 수 있다.

8. 관련된 열 전도성 및 웨버 지수(Wobbe Index)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 상기 벤트 가스 스트림의 다른 실시간 속성.

농축 연료 가스/퍼지 가스 이송 도관(158)은 농축 연료 가스 및/또는 퍼지 가스를 폐가스 스트림(12)에 부가하기 위하여 플레어 라이저(16)와 연관된다. 구체적으로, 상기 농축 연료 가스/퍼지 가스 이송 도관(158)은 흐름 센서(130), 분자량 감지 기기(150), 및 순 가열 값 감지 기기(154)의 하류에서 폐가스 이송 도관(36)의 그 내부 지점에 배치된다. 연료 가스 밸브(160) (및 관련 작동 제어부(161))는 농축 연료 가스/퍼지 가스 이송 도관(158)에 배치된다. 상기 연료 가스 밸브(160)는 제어 유닛(34)으로부터 연료 가스 제어 밸브용 작동 제어부(161)로 이어진 연통 라인(162)을 거쳐 상기 제어 유닛(34)에 의해 제어된다.

상기 스팀 라이저(40)는, 스팀 라이저를 따뜻한 상태로 유지하며, 상기 기본 스팀 스트림(70)이나 대체 가스 스트림(84)의 온도를 유지하고, 응결물을 방지하는 데 도움을 주는 단열재층(166)으로 단열된다. 상기 단열재층(166)은 스팀 라이저(40)를 감싼다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가열 요소인 히트 트레이스(heat trace)(168)는 스팀 라이저에 열을 제공하기 위하여 상기 스팀 라이저(40)에 부착되기도 한다. 예를 들면, 상기 가열 요소(168)는 스팀이 순환되는 스팀 라이저(40)에 감싸지는 작은 튜브일 수 있다. 상기 스팀은 원하는 경우에 스팀 공급원(60)으로부터 제공될 수 있다. 다른 예로, 상기 가열 요소(168)는 스팀 라이저(40)를 감싸며 상기 스팀 라이저(40)에 저항 가열을 제공하기 위하여 전력 공급원(미도시)에 연결되는 전기 와이어일 수 있다. 상기 단열재층(166)은 가열 요소(168)의 상부에 위치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 플레어 어셈블리와 관련되어 사용될 수 있는 스팀 인젝터 어셈블리(28)의 다른 구성을 나타낸 도면이다. 이러한 구성에서, 두개의 스팀 라이저(40a, 40b)는 기본 스팀 또는 대체 가스를 상이한 두개의 스팀 매니폴드(41a, 41b) 및 두 세트의 스팀 인젝터 노즐(42a, 42b)로 공급하는데 사용된다. 상기 스팀 인젝터 노즐(42a) 세트는 플레어 팁(20) 내부에 배치되고, 상기 스팀 인젝터 노즐(42b) 세트는 플레어 팁 외측에 배치된다. 스팀 이송 도관(30)과 관련 스팀 제어 밸브(미도시) 및 대체 가스 이송 도관(32)과 관련 대체 가스 제어 밸브(79)는 각 스팀 라이저(40a, 40b)와 연관된다. 이는 본 발명의 플레어 어셈블리가 어떻게 구성될 수 있으며 본 발명의 방법이 상이한 구성의 플레어 어셈블리와 관련하여 어떻게 사용될 수 있는지를 나타내는 다른 예이다.

도 6은 본 발명에 따른 플레어 어셈블리(10)의 대체 가스 무버(104)로서 가변 주파수 구동(172)을 갖는 송풍기(170)의 사용을 나타낸 도면이다. 상기 송풍기(170)는 플레어 어셈블리 주변의 대기로부터 공기를 끌어당겨서 이를 대체 가스 이송 도관(32)을 통해 스팀 라이저(40)로, 그리고 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 연소 구역(20)으로 강제 송풍시킨다.

도 7은 대체 가스 이송 도관(32)에 배치되는 제2 자동식 대체 가스 제어 밸브(174)[및 관련 작동 제어부(175)]의 사용을 예시한 도면이다. 상기 대체 가스 제어 밸브(174)는 대체 가스 이송 도관을 통해 스팀 라이저(40)의 제2 유체 입구(52)로 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 대체 가스 제어 밸브(79)와 관련되어 작동한다. 상기 제어 유닛(34)은 연통 라인(176)을 통해 [관련 작동 제어부(175)를 거쳐] 대체 가스 제어 밸브(174)를 제어한다. 상기 대체 가스 제어 밸브(174)도 원격으로 제어된다. 부가적인 제어를 위하여 상기 대체 가스 이송 도관(32)에서 두 개의 대체 가스 제어 밸브를 갖도록 제공한다. 예를 들면, 상기 대체 가스 제어 밸브(79)는 대체 가스 이송 도관(32)을 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 조절하는데 사용될 수 있고, 상기 제2 대체 가스 제어 밸브(174)는 대체 가스 이송 도관(32)을 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 접속 및 차단시키는데 사용될 수 있다.

도 8은 스팀 이송 도관(30)에 배치되는 제2 자동식 스팀 제어 밸브(178)[및 관련 작동 제어부(179)]의 사용을 나타낸 도면이다. 상기 스팀 제어 밸브(178)는 스팀 이송 도관(30)을 통해 스팀 라이저(40)의 제2 유체 입구(52)로 흐르는 스팀의 흐름을 제어하기 위하여 상기 스팀 제어 밸브(65)와 관련되어 작동한다. 상기 제어 유닛(34)은 연통 라인(180)을 통해 [관련 작동 제어부(179)를 거쳐] 스팀 제어 밸브(178)를 제어한다. 상기 스팀 제어 밸브(178)도 원격으로 제어된다. 부가적인 제어를 위하여 상기 스팀 이송 도관(30)에서 두 개의 스팀 제어 밸브를 갖도록 제공한다. 예를 들면, 상기 스팀 제어 밸브(65)는 스팀 이송 도관(30)을 통해 흐르는 스팀의 흐름을 조절하는데 사용될 수 있고, 상기 스팀 제어 밸브(178)는 스팀 이송 도관(30)을 통해 흐르는 스팀의 흐름을 접속 및 차단시키는데 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 플레어 어셈블리(10)의 대체 가스 무버(104)로서 이덕터(184)의 사용을 나타낸 도면이다. 상기 이덕터(184)는 플레어 어셈블리 주변의 대기로부터 공기를 끌어당겨서 이를 대체 가스 이송 도관(32)을 통해 스팀 라이저(40)로, 그리고 상기 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 강제 보내기 위하여 기동 유체로서 [스팀 공급원(60), 즉 보일러(100)로부터의 스팀일 수 있는] 보조 스팀을 사용한다. 상기 보조 스팀은 스팀 배출 노즐(186)을 통해 대체 가스 이송 도관(32)의 벤튜리 입구(188)로 배출된다. 응결 유닛(192)은 대체 가스 이송 도관(32)으로 들어가는 보조 스팀으로부터의 수분이 응결하여 상기 대체 가스 스트림(84)으로 분리되도록 하는데 사용된다. 상기 응결물은 중력에 의해 대체 가스 이송 도관 및 벤튜리 입구(188)를 통해 배수된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 응결 유닛(192)은 튜브형 쉘 열 교환기 형태이다. 냉기나 냉수는 입구(196)로 유입되어 응결 유닛(192)을 통해 순환된 후에 출구(198)를 통해 유출된다. 상기 가열 어셈블리(112)는, 전술한 바와 같이 상기 대체 가스 스트림이 스팀 라이저(40)로 들어가기 전에 상기 대체 가스 스트림(84)을 가열하는데 사용된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스팀 이송 도관(30) 및 대체 가스 이송 도관(32)은 3 방향 제어 밸브(200)[및 관련 작동 제어부(202)]와 유체 소통식으로 연결된다. 구체적으로, 상기 3 방향 제어 벨브(200)는 스팀 라이저(40)에 배치되며, 상기 스팀 제어 밸브(65)[또는 제2 스팀 제어 밸브(174)가 사용된 경우에 스팀 제어 밸브(178)] 및 대체 가스 제어 밸브(79)[또는 제2 대체 가스 제어 밸브가 사용된 경우에 대체 가스 제어 밸브(174)]의 온-오프 기능 대신에 사용될 수 있다. 상기 3 방향 제어 밸브(200)는 스팀 인젝터 어셈블리(28)를 통해 대기(24)에서의 연소 구역(22)으로 흐르는 기본 스팀의 흐름 또는 대체 가스의 흐름이 이루어지게 한다. 상기 스팀 이송 도관(30)에서의 스팀 제어 밸브(65)[및 작동 제어부(66)] 및 상기 대체 가스 이송 도관에서의 대체 가스 제어 밸브(79)[및 작동 제어부(80)]는 스팀 라이저(40)로 흐르는 스팀 및 대체 가스의 흐름을 각각 조절하는데 여전히 사용될 수 있다.

상기 제어 유닛(34)은 연통 라인(204)을 거쳐 3 방향 제어 밸브(200) (및 관련 작동 제어부(202))를 제어한다. 상기 3 방향 제어 밸브(200)는 원격으로 제어되며, 상기 스팀 라이저(40)를 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름이 온인 경우에 상기 스팀 라이저를 통해 흐르는 대체 가스의 흐름이 오프가 되도록, 그리고 반대의 경우도 마찬가지가 되도록 작동한다.

따라서, 본 발명의 방법 및 플레어 어셈블리에는, 기본 스팀 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한 경우에 기본 스팀 인젝션을 위해 정밀한 제어가 제공된다. 이러한 정밀한 제어는 본 발명의 플레어 어셈블리가 무연 작동을 달성하며, 오버-스티밍(over-steaming)을 방지하고, 그리고 허용가능한 스팀/벤트 가스 비, 최소 플레어 가스 순 가열 값 및 다른 파라미터를 규정하는 새로운 엄격한 플레어 규정을 만족시키는 방식으로 자동적이며 연속적으로 작동되게 한다. 상기 플레어가 대기 모드에 있는 경우 또는 저용량 플레어링 경우 동안에, 기본 스팀이 무연 작동을 달성하는데 필요한 경우의 기본 스팀 대신에 대체 가스 (예를 들어, 공기 또는 보조 스팀과 혼합된 공기)를 사용하는 것은 수많은 이점을 제공한다. 여러 적용에 있어서, 상기 대체 가스는 무연 작동을 달성하며, 상기 스팀 인젝션 어셈블리의 부품을 냉각시키고, 플레어 어셈블리가 작동되지 않는 많은 시간 동안에 (예를 들어, 냉각 상태에서) 상기 스팀 라이저 파이프를 따뜻한 상태로 유지시키는데 사용될 수 있다. 상기 대체 가스를 예열하는 것은 본 발명의 플레어 어셈블리가 냉각 상태에서 사용되는 것을 가능하게 하고, 상기 플레어가 대체 가스 모드에서 기본 스팀 모드로 전환되는 경우에 과도한 응결물이 생성되는 것을 방지하기 위하여 상기 스팀 라이저와 관련 장비를 따뜻하게 하며, 다른 이점을 달성할 수 있다.

미국에서, 근래 들어 EPA는 오버-스티밍을 방지하기 위한 노력을 행하고 있다. 예를 들어, EPA는 오하이오에 있는 어느 설비의 현재 및 이전 오너와 함께 조정서에 최근에 가입했다("이네스 조정서(Ineos Consent Decree)"). 상기 이네스 조정서는 18(a)절의 다음의 준수 요건을 명시하고 있다: "플레어 쉘에 부가된 스팀은, 1-hr 블럭 평균으로 플레어의 팁에서 연소되기 전에 결정된, 플레어로 보내진 스팀/lb 벤트 가스의 스팀 대 벤트 가스 비가 3.6 대 1(3.6:1)을 초과하지 않는다". 따라서, 이는 오늘날 EPA 규정에 의해 허용된 최대 스팀/벤트 가스 비에 해당할 수 있다.

상기 이네스 조정서의 18(b)절은 "벤트 가스 쉘의 순 가열 값은 ...에 제공된 1-hr 블럭 평균으로 적어도 385 Btu/scf를 만족한다"고 명시하고 있고, 이네스 조정서의 19절은 200 Btu/scf의 NHVFG(Net heating value of Flare Gas; 플레어 가스의 순 가열 값)를 명시하고 있다. 24(d)절은 NHVFG가 공기에 대한 법률 시행의 감독자에 의해 결정되도록 명시하고 있다.

상기 스팀/벤트 가스 비를 계산하기 위하여, 본 발명에 따른 플레어 어셈블리의 제어 유닛(34)은 벤트 가스 유량 및 기본 스팀 유량에 기초한 입력 신호를 적어도 수용할 필요가 있다. 도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면 상기 벤트 가스 유량은 흐름 센서(130)에 의해 측정되고, 상기 기본 스팀 유량은 스팀 흐름 센서(142)에 의해 측정된다. 상기 스팀/벤트 가스 비가 EPA 규정에 의해 허용된 최대 값보다 적도록 상기 스팀 유량은 제어 유닛(34)에 의해 조절된다.

기본적인 형태에서, 상기 제어 유닛(34)은 벤트 가스 유량만에 기초하여 기본 스팀을 위해 필요한 것을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 벤트 가스 질량 유량이 일정 문턱값과 같거나 또는 큰 경우에, 기본 스팀이 요구되고, 그 외에 기본 스팀이 요구되지 않고 상기 대체 가스가 어시스트 매체로서 대신 사용되는 추정에 기초하여 상기 시스템은 작동할 수 있다. 이러한 최소의 디자인에서, 제어 유닛(34)용 제어 알고리즘은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

1) 예를 들어, 상기 스팀/벤트 가스 비에 대한 정상 값을 설정한다.

S = 1.2

2) 공식에 따라 상기 벤트 가스의 무연 작동을 달성하는데 필요한 기본 스팀 유량을 추산한다.

[ 식1]

여기서,

는 벤트 가스 질량 유량이고,

는 요구된 스팀 유량이고;

S는 이전 단계로부터의 스팀/벤트 가스 비(벤트 가스 lb당 스팀 lbs)이고;

C는 무연 작동을 위해 추산된 요구에 의해 결정되는 통상 2.0으로 설정되는 안전 계수이다.

3) 이전 단계에서 계산된 상기 스팀 유량이 일정 문턱값과 같거나 또는 큰 경우, 기본 스팀이 요구되고; 그 외에 상기 대체 가스가 어시스트 매체로서 사용된다. 결국, 상기 기본 스팀 유량이 간단하게 상수 곱하기 벤트 가스 유량이므로, 이 단계는 상기 벤트 가스 유량의 문턱값이라는 면에서 작성될 수 있다.

4) 기본 스팀이 요구되는 경우, 상기 스팀 제어 밸브(65)는 단계 2)로부터 원하는 기본 스팀 유량을 달성하기 위해 조정되지만, 다음의 식으로부터 계산된 최대 허용을 초과하지는 않는다.

[식 1m]

여기서,

는 최대 허용 스팀 유량이고, C_max는 가장 최신의 EPA규정에 따라 결정된 현재 3.0으로 설정된 팩터이다.

S*C = 1.2*3 = 3.6에 대한 최대 값이 이너스 조정서에 의해 설정되었다는 것을 유의해야 한다. 다시 말해서, 최대 스팀/벤트 가스 비는 3.6이다. 상기 이너스 조정서에 의해 요구된 200 Btu/scf의 플레어 가스의 최소 순 가열 값(NHVFG)은 식 1m에 의해 쉽게 만족될 수 있다. 예를 들어, 천연 가스는 약 930 Btu/scf의 NHV를 갖는다. 파일럿 가스가 생략되는 경우라도, 천연 가스가 벤트 가스인 경우의 NHVFG는 930/(1+3.6) = 202 Btu/scf이다. 파일럿 가스가 고려되는 경우, 상기 NHVFG는 더 높고, 이에 따라 이너스 조정서에 의해 요구된 200 Btu/scf를 초과한다.

5) 대체 가스가 어시스트 매체로서 사용되는 경우, 상기 대체 가스의 흐름은 무연 작동을 달성하기 위해 충분한 공기를 제공하지만, 플레어의 오버-에어레이션(over-aeration)이 발생되지 않도록 너무 많은 공기를 제공하지는 않기 위하여 상기 대체 가스 제어 밸브(79)에 의해 조절된다.

6) 상기 시스템은 전술한 전체의 단계를 통해 계속 루핑된다.

단계 3)에서 스팀의 문턱값은 계획된 실험이나 현장 테스트에 의해 결정된다. 실제, 단계 3)에서 스팀의 문턱값은 상기 대체 가스 무버에 의해 전달될 수 있는 최대 어시스트 대체 가스 유량이 무연 작동을 더 이상 달성할 수 없을 때까지 상기 벤트 가스 유량을 증가시킴으로써 결정될 수 있다. 이때, 상기 대체 가스 흐름은 차단될 수 있고, 상기 기본 스팀 흐름은 접속될 수 있다. 그리고 나서, 상기 기본 스팀의 유량은 무연 작동을 달성하기에 충분한 유량보다 약간 더 많을 때까지 감소될 수 있다. 이는 최대 대체 가스 유량에 대응하는 최소 흐름이다. 큰 압축기와 같은 강력한 대체 가스 무버는 문턱값이 비교적 커지도록 할 것이고, 기본 스팀은 자주 필요하지 않을 수 있다. 반면에, 작은 송풍기는 문턱값이 비교적 작게 되도록 할 것이고, 기본 스팀은 더 자주 필요할 것이다.

전술한 최소 디자인은 벤트 가스 스트림이 비활성 가스인 수소를 함유하지 않고 탄화수소 화합물만으로 이루어지는 경우에 적절할 수 있다. 이 경우, 최소 순 가열 값에 대한 EPA 규정의 위반은 상기 순 가열 값을 측정이나 계산하지 않고 최대 스팀/벤트 가스 비를 이용하여 방지될 수 있다. EPA 규정이 발전되기 때문에, 이러한 최소 디자인은 부합을 위해 부적절할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(34)의 최소 디자인은 벤트 가스의 분자량 및 스모크를 생성하는 벤트 가스의 경향과 같은 벤트 가스의 가스 속성의 차이를 무시한다.

더 정밀한 제어를 위하여, 상기 기본 스팀 요건은 벤트 가스의 분자량에 기초하여 더 개량될 수 있다. API 권장 지침 521(4판)(1997년 3월 발표)의 45페이지의 표 10으로부터의 데이터, 및 본 연구의 도 11에 나타내고 참조로 표 1에 작성된 것을 참조하면, 스팀 요건과 가스의 분자량 간의 일반적인 동향을 알 수 있을 것이다. 범위가 API 521에 정해질 때마다, 상한은 무연 작동이 달성되는 것을 보장하기 위해 사용된다. 예를 들어, 0.25-0.30의 스팀 요건이 API 521에 정해져 있고, 0.30이 표 1에서 사용된다. 일반적으로, 가스의 분자량이 높아질수록, 가스의 주어진 유량에 대한 무연 작동을 위해서는 더 많은 스팀이 필요하다. 소정의 벤트 가스에대한 스팀 요건은 가스의 타입(파라핀, 올레핀, 디올레핀, 아세틸렌, 아로마 등)을 포함하는 벤트 가스의 분자량, 벤트 가스 출구 속도, 스팀 출구 속도, 플레어 팁 디자인, 및 비활성 가스인 수소가 벤트 가스 스트림에 존재하는지의 여부에 더하여 팩터들에 따라 좌우되므로, 상기와 같은 개선은 그 자신의 한계를 갖는다. 그러나, 1) 상기 벤트 가스가 탄화수소 화합물만으로 이루어지고, 2) 상기 벤트 가스스트림에 비활성 가스가 없고, 3) 상기 벤트 가스가 85 체적%보다 적은 수소를 함유하는 경우, 분자량에 기초하는 이러한 개선은 스팀 소모를 감소시키는데 유용하다. 상기 벤트 가스와 플레어 가스의 최소 순 가열 값은 알고리즘이 수반되는 경우에 쉽게 충족될 수 있다. 수소 제한은 스팀 및 공기 어시스트 플레어에 대한 40 C.F.R.§60.18에 의해 요구된 바와 같은 벤트 가스의 순 가열 값(NHV)을 위한 300 Btu/scf의 최소 값 아래인 수소의 낮은 가열 값인 290 Btu/scf의 결과이다. 2%의 메탄 또는 다른 탄화수소 화합물을 98%의 수소와 혼합한 혼합물은 상기 벤트 가스의 순 가열 값을 적용 요건을 충족시키기 위한 300 Btu/scf 문턱값을 초과하도록 하는 데 충분하다. 15%의 메탄 또는 다른 탄화수소 화합물을 85%의 수소와 혼합한 혼합물은 상기 벤트 가스의 순 가열 값을 이너스 조정서에 의해 요구된 바와 같은 385 Btu/scf 이상으로 하는데 충분하다. 15%의 메탄과 85%의 수소를 혼합한 혼합물은 약 4의 분자량을 갖는다.

상기 벤트 가스의 분자량을 이용하여 스팀 요건을 추산하기 위하여 상관 관계가 본 연구에 제안된다. 이러한 상관 관계는 도 11에 입체 곡선으로 나타나 있다. 이러한 곡선은 분석적으로 식 2a에서와 같이 다항식으로 표현되었다. 분자량이 106을 넘으면, 식 2b에서와 같이 상기 곡선이 직선으로 추정된다. 도 11에서, 상기 입체 곡선은 106과 같거나 이보다 적은 분자량을 갖고, 표 1에서 매체 스모킹 성향을 갖는 가스를 나타낸 지점과 통한다.

이러한 향상된 디자인에서, 상기 제어 유닛(34)은 다음의 알고리즘에 기초하여 기본 스팀에 대한 요구를 결정할 수 있다.

1) 식 2a 및 2b를 이용하여 상기 벤트 가스 스트림의 분자량(MW)에 기초한 기본 스팀 스트림을 추산한다.

[식 2a]

[식 2b]

2) 식 3을 이용하여 상기 벤트 가스의 무연 작동을 달성하는데 필요한 기본 스팀 유량을 추산한다.

[식 3]

여기서,

는 벤트 가스 질량 유량이고,

는 요구된 스팀 유량이고;

S는 이전 단계로부터의 스팀 대 벤트 가스 비(벤트 가스 lb당 스팀 lbs)이고;

3) 단계 2)에서 요구된 기본 스팀 유량이 일정 문턱값과 같거나 또는 큰 경우, 기본 스팀이 요구되고; 그 외에 대체 가스가 어시스트 매체로서 사용된다.

[식 3m]

여기서,

는 최대 허용 스팀 유량이고, C_max는 가장 최신의 EPA규정에 따라 결정된 팩터이다. 이너스 조정서에서의 상기 스팀/벤트 가스 비 제한에 따라, SC_max는 3.6 이하여야만 하고, 상기 플레어 가스의 순 가열 값이 이너스 조정서에 개요된 절차 및 공식에 따라 계산된 경우에 C_max에 대한 제한이 더 적용될 수 있다.

5) 대체 가스가 어시스트 매체로서 사용되는 경우, 상기 대체 가스의 흐름은 무연 작동을 달성하기 위해 충분한 공기를 제공하지만, 플레어의 오버-에어레이션이 발생되지 않도록 너무 많은 공기를 제공하지는 않기 위하여 상기 대체 가스 제어 밸브(79)에 의해 조절된다.

상기 흐름 센서(130) 및 스팀 흐름 센서(142)로부터 상기 벤트 가스 유량 및 기본 스팀 유량에 더하여, 상기 제어 유닛(34)도 분자량 기기 센서(150)로부터 분자량 신호를 수신한다. 대안적인 실시예에서, 상기 벤트 가스 유량 및 벤트 가스의 분자량은 이러한 파라미터를 측정하는, GE 파나메트릭 플레어 가스 계기 GF868 모델과 같은, 통합형 센서에 의해 측정된다.

명칭	화학식	분자량(MW)	스팀/벤트 가스비	상관 관계에 대하여 제안된 스팀/벤트 가스 비 상한
에탄	C₂H₆	30	0.15	0.466
프로판	C₃H₈	44	0.3	0.627
부탄	C₄H₁₀	58	0.35	0.759
펜탄	C₅H₁₂	72	0.45	0.863
에틸렌	C₂H₄	28	0.5	0.441
프로필렌	C₃H₆	42	0.6	0.605
부틸렌	C₄H₈	56	0.7	0.742
메탄^*	CH₄	16	0.12	0.277
아세틸렌	C₂H₂	26	0.6	0.415
프로파디엔	C₃H₄	40	0.8	0.584
부타디엔	C₄H₆	54	1	0.724
펜타디엔	C₅H₈	68	1.2	0.837
벤젠	C₆H₆	78	0.9	0.900
톨루엔	C₇H₈	92	0.95	0.964
크실렌	C₈H₁₀	106	1	1.000

API 521 스팀 요건(가스 파운드당 스팀 파운드)

* 메탄은 저작자에 의해 부가된다. 상기 스팀 요건에 대한 제안된 상관 관계는 26 아래의 분자량을 갖는 가스에 대해 선형적으로 추정된다.

도 11은 상기 벤트 가스 스트림의 분자량의 기능으로서 API 521에 대한 기본 스팀 요건 데이터의 상한 및 입체선으로 나타낸 제안된 상관 관계를 나타낸 도면이다.

상기 벤트 가스가 비활성 가스 및 수소를 함유할 수 있는 일반화된 시나리오에 대한 제어 로직 알고리즘을 다음과 같다. 최소 순 가열 값에 대하여 40 C.F.R.§60.18에서와 같은 규정 및 최근의 EPA 규정과 부합하기 위하여, 상기 제어 유닛(34)은 벤트 가스 유량, 벤트 가스 분자량, 및 벤트 가스 순 가열 값을 고려할 수 있다. 이러한 일반화된 형태에서, 상기 제어 유닛(34)은 다음의 입력 신호를 모두 수신한다: 센서(130)로부터의 벤트 가스 유량, 센서(142)로부터의 기본 스팀 유량, 센서(150)로부터의 벤트 가스의 분자량, 및 센서(154)로부터의 벤트 가스의 순 가열 값.

이와 같이 더 향상된 디자인에서, 상기 제어 유닛(34)은 다음의 알고리즘에 기초하여 기본 스팀에 대한 요구를 결정할 수 있다.

1) 상기 센서(154)로부터의 벤트 가스의 순 가열 값을 (예를 들면, 40 C.F.R.§60.18 및 이너스 조정서를 포함하는) EPA 규정에 의해 요구된 벤트 가스의 최소 순 가열 값과 비교한다. 상기 벤트 가스의 측정된 순 가열 값이 허용 규정보다 낮다면, 상기 연료 가스 제어 밸브(160)는 (아직 개방되지 않은 경우) 개방되며 상기 벤트 가스의 측정된 순 가열 값이 EPA 모든 규정과 부합하도록 농축 연료 가스 인젝션 비율을 조정하도록 조절된다.

2) 식 4a 및 4b를 이용하여 상기 벤트 가스 스트림의 분자량(MW)에 기초한 기본 스팀 요건을 추산한다.

[식 4a]

[식 4b]

3) 무연 작동을 달성하는데 필요한 기본 스팀 유량을 추산한다.

[식 5]

여기서,

는 요구된 기본 스팀 유량이고,

는 벤트 가스 질량 유량이고;

S는 이전 단계로부터 추산된 스팀/벤트 가스 비이고;

F가 상기 벤트 가스의 NHV에 대한 보정 계수이고, 이는 0과 1 사이에 있다.

[식 6]

여기서, NHVVG_ref는 상기 벤트 가스의 분자량과 같은 분자량을 갖는 전형적인 탄화수소인 기준 가스의 순 가열 값이다. 상기 기준 가스의 순 가열 값은 다음의 식을 이용하여 추산될 수 있다.

NHVVG _ref = 48MW + 151 (Btu/scf) [식 7]

NHVVG는 플레어될 벤트 가스의 순 가열 값이고, NHVFG_min는 적용 규정 또는 플레어 벤더 및/또는 플레어 조작자에 의해 적용된 양호한 기술 지침과 같은 다른 요건에 의해 요구된 바와 같은 플레어 가스의 최소 순 가열 값이다. 오늘날, NHVFG_min = 200 Btu/scf이지만, 이너스 조정서 24(d)절을 고려할 때 곧 바뀔 수 있다.

보정 계수(F)는 플레어 가스의 NHV가 최소 요구보다 항상 크도록 보장하기 위한 것이다. 식 6에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 NHVVG가 NHVFG에 접근하는 경우, 상기 보정 계수는 제로(0)에 접근한다.

4) 요구된 기본 스팀 유량이 일정 문턱값과 같거나 또는 큰 경우, 기본 스팀이 요구되고; 그 외에 대체 가스가 어시스트 매체로서 사용된다. 이러한 문턱값은 계획된 실험이나 현장 테스트에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 문턱값은 대체 가스 무버에 의해 전달될 수 있는 최대 어시스트 대체 가스가 무연 작동을 더 이상 달성할 수 없을 때까지 상기 벤트 가스 유량을 증가시킴으로써 결정될 수 있다. 이러한 일이 발생하면, 상기 대체 가스 흐름은 차단되고, 기본 스팀 흐름이 접속된다. 그리고 나서, 상기 기본 스팀 유량은 무연 작동을 달성하기에 충분한 유량보다 약간 더 많거나 충분할 때까지 감소된다.

5) 기본 스팀이 요구되는 경우, 상기 밸브(65)는 단계 2)로부터 원하는 기본 스팀 유량을 달성하기 위해 조정되지만, 다음의 식으로부터 계산된 최대 허용을 초과하지는 않는다.

[식 5m]

여기서,

는 최대 허용 스팀 유량이고, C_max는 가장 최신의 EPA규정에 따라 결정된 팩터이다. 예를 들면, 이너스 조정서에서의 상기 스팀/벤트 가스 비 제한에 따라,

는 3.6 이하여야만 하고, 상기 NHVFG가 이너스 조정서에 개요된 절차 및 공식에 따라 계산된 경우에 C_max에 대한 제한이 더 적용될 수 있다.

6) 상기 시스템은 이전 단계 모두를 통해 계속 루핑된다.

일부 이유로 인하여, (너무 엄격한 규정으로 인해) 전술한 제어 알고리즘이 만족되지 않는 경우, 상기 제어 알고리즘은 인체의 눈에 의한 플레어 화염의 시각적 검사 및 안전 계수(C)의 수동 조절에 기초한 입력, 가스 크로마토그래픽(GC) 데이터의 입력을 포함하나 이에 한정되지 않는 다른 미세 조정 메커니즘을 포함할 수 있다.

상기 NHVFG의 계산에서, 상기 파일럿 가스의 열 함유량이 제어 유닛(34)으로 공급될 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 스팀은 벤트 가스 흐름이 높은 경우에만 사용되고, 파일럿 가스 흐름은 이에 비해 매우 작다. 그러므로, 파일럿 가스로부터의 열 함유량은 단순화를 위하여 생략될 수 있다.

따라서, 본 발명은 목적을 수행하도록 잘 조정되며, 설명된 목적 및 이점뿐만 아니라 본 발명에 있어서 고유한 목적 및 이점도 달성할 수 있다.

10 : 플레어 어셈블리
14 : 토대부
16 : 플레어 라이저
18 : 벤트 가스 스트림
20 : 플레어 팁
22 : 연소 구역
30 : 스팀 이송 도관
32 : 대체 가스 이송 도관
34 : 제어 유닛
65 : 스팀 제어 밸브
79 : 대체 가스 제어 밸브

Claims

폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하고, 벤트 가스 스트림을 플레어 팁으로 안내하며, 상기 벤트 가스 스트림을 플레어 팁을 통해 대기에서의 연소 구역으로 배출하고, 기본 스팀을 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 상기 연소 구역으로 배출하며, 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키는 플레어 어셈블리의 작동 방법으로서,
a. 대체 가스의 공급원을 제공하는 단계;
b. 기본 스팀의 공급원을 제공하는 단계;
c. 상기 폐가스 스트림을 수용하는 단계;
d. 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 결정하는 단계;
e. 상기 플레어 팁을 통해 연소 구역으로 상기 벤트 가스 스트림을 배출하는 단계;
f. 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 점화하고 연소시키는 단계;
g. 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한지를 결정하는 단계;
h. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로 분사된 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅳ), 즉
i. 대체 가스가 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 대체 가스의 흐름을 차단하는 단계;
ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 기본 스팀을 배출하는 단계;
ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 상기 기본 스팀의 유량을 결정하는 단계; 및
ⅳ. 무연 작동을 달성하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계를 수행하는 것인 단계; 및
i. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하지 않다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅲ), 즉
i. 기본 스팀이 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 흐름을 차단하는 단계;
ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출하는 단계; 및
ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 상기 대체 가스를 배출하기 전에 상기 대체 가스를 가열하는 단계를 수행하는 것인 단계
를 포함하는 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 플레어 어셈블리의 작동 방법은 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량은 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하기 위하여 단계 (h)의 단계 (ⅳ)에 따라 조절되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제2항에 있어서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은, 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 허용될 최대 스팀/벤트 가스 비가 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 상기 최대 스팀/벤트 가스 비에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 탄화수소 유량이 결정되고, 허용될 최대 스팀/탄화수소 비가 결정되며, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 탄화수소 유량 및 상기 최대 스팀/탄화수소 비에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 단계 (g)에서 결정되면, 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림 유량 및 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림 유량 및 상기 분자량에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림 유량 및 상기 벤트 가스의 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량이 결정되고, 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값이 결정되며, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림 유량 및 상기 벤트 가스 스트림의 분자량과 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제3항에 있어서, 상기 플레어 어셈블리의 작동 방법은 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값을 결정하는 단계와, 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값이 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값보다 작은 경우에, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값을, 적어도 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값만큼 높은 수준으로 증가시키기에 충분한 양으로 농축 연료 가스를 상기 벤트 가스 스트림에 추가하는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제1항에 있어서, 상기 대체 가스는 공기, 보조 스팀과 혼합된 공기, 및 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 배기시키는 기동 유체로서 사용되는, 보조 스팀과 다른 가스와 혼합되는 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하고, 벤트 가스 스트림을 플레어 팁으로 안내하며, 상기 벤트 가스 스트림을 플레어 팁을 통해 대기에서의 연소 구역으로 배출하고, 기본 스팀을 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 상기 연소 구역으로 배출하며, 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키는 플레어 어셈블리의 작동 방법으로서,
a. 대체 가스의 공급원을 제공하는 단계;
b. 기본 스팀의 공급원을 제공하는 단계;
c. 상기 폐가스 스트림을 수용하는 단계;
d. 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 결정하는 단계;
e. 상기 플레어 팁을 통해 연소 구역으로 상기 벤트 가스 스트림을 배출하는 단계;
f. 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 점화하고 연소시키는 단계;
g. 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요한지를 결정하는 단계;
h. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 내지 (ⅴ), 즉
i. 대체 가스가 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 대체 가스의 흐름을 차단하는 단계;
ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 기본 스팀을 배출하는 단계;
ⅲ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 상기 기본 스팀의 유량을 결정하는 단계;
ⅳ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 결정하는 단계; 및
ⅴ. 무연 작동을 달성하며 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하도록 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절하는 단계를 수행하는 것인 단계; 및
i. 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로 분사된 기본 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하지 않다고 결정되면, 다음의 단계 (i) 및 (ⅱ), 즉
i. 기본 스팀이 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 경우에 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 흐름을 차단하는 단계; 및
ⅱ. 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 대체 가스를 배출하는 단계를 수행하는 것인 단계
를 포함하는 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 허용될 최대 스팀/벤트 가스 비가 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 상기 최대 스팀/벤트 가스 비에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제14항에 있어서, 상기 최대 스팀/벤트 가스 비는 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로 분사된 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 탄화수소 유량이 결정되고, 허용될 최대 스팀/탄화수소 비가 결정되며, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 탄화수소 유량 및 상기 최대 스팀/탄화수소 비에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제16항에 있어서, 상기 최대 스팀/탄화수소 비는 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 원하는 효과를 달성하는데 필요하다고 단계 (g)에서 결정되면, 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제18항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량이 결정되고, 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값이 결정되며, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량 및 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제19항에 있어서, 상기 플레어 가스의 최소 허용 순 가열 값은 상기 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정에 기초하여 결정되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 원하는 효과를 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 분자량이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 상기 분자량에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (g)에서, 상기 연소 구역으로의 스팀의 인젝션이 무연 작동을 달성하는데 필요하다고 결정되면, 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값이 결정되고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 스팀의 최대 허용 유량은 상기 벤트 가스 스트림의 유량 및 상기 벤트 가스 스트림의 순 가열 값에 기초하여 계산되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 플레어 어셈블리의 작동 방법은 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값을 결정하는 단계와, 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값이 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값보다 작은 경우에, 상기 벤트 가스 스트림의 실제 순 가열 값을, 적어도 상기 벤트 가스 스트림의 최소 허용 순 가열 값만큼 높은 레벨로 증가시키기에 충분한 양으로 농축 연료 가스를 상기 벤트 가스 스트림에 추가하는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
제12항에 있어서, 상기 대체 가스는 공기, 보조 스팀과 혼합된 공기, 및 상기 스팀 인젝터 어셈블리로 공기를 배기시키기 위하여 기동 유체로서 사용되는, 보조 스팀과 다른 가스와 혼합되는 공기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 플레어 어셈블리의 작동 방법.
폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하는 플레어 어셈블리로서,
벤트 가스 스트림을 안내하기 위한 플레어 라이저(riser);
상기 벤트 가스 스트림을 대기에서의 연소 구역으로 배출하고 이 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키기 위해 상기 플레어 라이저에 부착되는 플레어 팁;
상기 플레어 팁과 결합된 스팀 인젝터 어셈블리로서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리는 제1 유체 입구와 제2 유체 입구를 갖는 하부 섹션 및 상부 섹션을 구비한 스팀 라이저, 및 상기 연소 구역으로 기본 스팀을 분사하기 위하여 상기 스팀 라이저의 상부 섹션과 유체 소통식으로 연결되는 스팀 인젝션 노즐을 포함하는 것인 스팀 인젝터 어셈블리;
일단에서 기본 스팀의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제1 유체 입구와 유체 소통식으로 연결되는 스팀 이송 도관으로서, 이 스팀 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름을 제어하기 위하여 스팀 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결되는 것인 스팀 이송 도관;
일단에서 대체 가스의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제2 유체 입구와 유체 소통식으로 연결되는 대체 가스 이송 도관으로서, 이 대체 가스 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어하기 위하여 대체 가스 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결되는 것인 대체 가스 이송 도관;
상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브를 제어하기 위하여 상기 플레어 어셈블리에 연결되는 제어 유닛; 및
상기 스팀 라이저를 통과하는 대체 가스를 가열하기 위하여 상기 대체 가스 이송 도관 및 스팀 라이저 중 어느 하나에 부착되는 가열 어셈블리
를 포함하는 플레어 어셈블리.
제25항에 있어서, 상기 벤트 가스 스트림의 유량을 감지하기 위하여 상기 플레어 라이저와 결합된 흐름 센서를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제26항에 있어서, 상기 제어 유닛은 벤트 가스 스트림의 유량에 반응하는 것인 플레어 어셈블리.
제25항에 있어서, 상기 제어 유닛은 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있고, 상기 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제28항에 있어서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 기본 스팀의 유량을 감지하기 위하여 상기 스팀 라이저와 관련된 흐름 센서를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제28항에 있어서, 상기 제어 유닛은 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정 및 상기 벤트 가스 스트림의 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제30항에 있어서, 상기 제어 유닛은 허용될 최대 스팀/벤트 가스 비 및 상기 벤트 가스 스트림 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제28항에 있어서, 상기 플레어 라이저와 결합된 벤트 가스 스트림의 분자량을 결정하기 위한 기기를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제32항에 있어서, 상기 제어 유닛은 벤트 가스 스트림의 분자량 및 상기 벤트 가스 스트림 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제25항에 있어서, 상기 대체 가스 공급원으로부터 상기 대체 가스 이송 도관을 통해 상기 스팀 라이저로 상기 대체 가스가 흐르게 하기 위하여 상기 대체 가스 이송 도관에 연결되는 대체 가스 무버(mover)를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제34항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 공기 팬인 것인 플레어 어셈블리.
제35항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 가변 주파수 구동부를 갖는 공기 팬인 것인 플레어 어셈블리.
제34항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 이덕터(eductor)인 것인 플레어 어셈블리.
제37항에 있어서, 상기 이덕터는 기동 유체로서 스팀을 사용하는 것인 플레어 어셈블리.
제38항에 있어서, 상기 대체 가스 이송 도관에 의해 이송된 대체 가스로부터 수분을 제거하기 위하여 상기 대체 이송 도관과 결합된 응결 유닛을 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제25항에 있어서, 상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브는 서로 독립적이며 상기 스팀 이송 도관 및 대체 가스 이송 도관에 각각 배치되는 것인플레어 어셈블리.
제25항에 있어서, 상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브는 상기 스팀 라이저에 배치되는 3 방향 밸브와 함께 조합되는 것인 플레어 어셈블리.
폐가스 스트림을 가변 유량으로 수용하는 플레어 어셈블리로서,
벤트 가스 스트림을 안내하기 위한 플레어 라이저;
상기 벤트 가스 스트림을 대기에서의 연소 구역으로 배출하고, 상기 연소 구역에서 플레어 가스를 연소시키기 위해 상기 플레어 라이저에 부착되는 플레어 팁;
상기 플레어 팁과 결합된 스팀 인젝터 어셈블리로서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리는 제1 유체 입구와 제2 유체 입구를 갖는 하부 섹션 및 상부 섹션을 구비한 스팀 라이저, 및 상기 연소 구역으로 기본 스팀을 분사하기 위하여 상기 스팀 라이저의 상부 섹션과 유체 소통식으로 스팀 인젝션 노즐을 포함하는 것인 스팀 인젝터 어셈블리;
일단에서 기본 스팀의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제1 유체 입구와 유체 소통식으로 연결되는 스팀 이송 도관으로서, 이 스팀 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 기본 스팀의 흐름을 제어하기 위하여 스팀 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결되는 것인 스팀 이송 도관;
일단에서 대체 가스의 공급원과 유체 소통식으로 연결되고, 타단에서 상기 스팀 라이저의 제2 유체 입구와 유체 소통식으로 연결되는 대체 가스 이송 도관으로서, 이 대체 가스 이송 도관은 스팀 라이저를 통해 흐르는 대체 가스의 흐름을 제어하기 위하여 대체 가스 제어 밸브와 유체 소통식으로 연결되는 것인 대체 가스 이송 도관;
상기 벤트 가스 스트림의 유량을 감지하기 위하여 상기 플레어 라이저와 결합된 흐름 센서; 및
상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브를 제어하기 위하여 상기 플레어 어셈블리에 연결되는 제어 유닛으로서, 상기 제어 유닛은 벤트 가스 스트림의 유량에 반응하고, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산하고, 스팀의 최대 허용 유량을 초과하는 스팀의 유량을 방지하기 위하여 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 흐르는 상기 기본 스팀의 유량을 조절할 수 있는 것인 제어 유닛
을 포함하는 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 스팀 인젝터 어셈블리를 통해 연소 구역으로 배출되는 기본 스팀의 유량을 감지하기 위하여 상기 스팀 라이저와 결합된 흐름 센서를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 제어 유닛은 플레어 어셈블리가 설치되는 위치에서 상기 플레어 어셈블리의 작동에 대한 적용 규정 및 상기 벤트 가스 스트림의 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제44항에 있어서, 상기 제어 유닛은 허용될 최대 스팀/벤트 가스 비 및 상기 벤트 가스 스트림의 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 플레어 라이저와 결합된, 벤트 가스 스트림의 분자량을 결정하기 위한 기기를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제46항에 있어서, 상기 제어 유닛은 벤트 가스 스트림의 분자량 및 상기 벤트 가스 스트림의 유량에 기초하여 기본 스팀의 최대 허용 유량을 계산할 수 있는 것인 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 대체 가스 공급원으로부터 상기 대체 가스 이송 도관을 통해 상기 스팀 라이저로 상기 대체 가스가 흐르게 하기 위하여 상기 대체 가스 이송 도관에 연결되는 대체 가스 무버를 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제48항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 공기 팬인 것인 플레어 어셈블리.
제48항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 가변 주파수 구동부를 갖는 공기 팬인 것인 플레어 어셈블리.
제48항에 있어서, 상기 대체 가스 무버는 기동 유체로서 스팀을 사용하는 이덕터인 것인 플레어 어셈블리.
제51항에 있어서, 상기 대체 가스 이송 도관에 의해 이송된 대체 가스로부터 수분을 제거하기 위하여 상기 대체 이송 도관과 결합된 응결 유닛을 더 포함하는 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브는 서로 독립적이며, 상기 스팀 이송 도관 및 대체 가스 이송 도관에 각각 배치되는 것인 플레어 어셈블리.
제42항에 있어서, 상기 스팀 제어 밸브 및 대체 가스 제어 밸브는 상기 스팀 라이저에 배치되는 3 방향 밸브와 함께 조합되는 것인 플레어 어셈블리.