KR20210059140A

KR20210059140A - 멀티형 플레어 팁 장치

Info

Publication number: KR20210059140A
Application number: KR1020190145967A
Authority: KR
Inventors: 김기대; 류진호; 김경태; 이재웅; 김세희
Original assignee: 김기대
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-25
Also published as: KR102321847B1

Abstract

본 발명은 멀티형 플레어 팁 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐가스 등을 외부로 분출시켜 연소시키기 위한 멀티형 플레어 팁 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치는 중공의 원기둥 형상으로 상부가 막혀있는 팁배럴부; 상기 팁배럴부 하(下)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제1 팁아암부; 상기 팁배럴부 상(上)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제2 팁아암부; 중공의 원기둥 형상으로 상기 제1 팁아암부 또는 상기 제2 팁아암부 상부에 연결되되 내부에 지지대가 구비된 팁노즐아암부; 상기 팁노즐아암부 상부에 삽입되어 상기 지지대에 얹어지는 표면이 유선형으로 초롱불 형상의 팁노즐부; 상기 팁배럴부 일측에 고정되되 상기 팁노즐부를 향해 점화되는 버너부; 상기 팁노즐아암부를 따라 형성된 외곽을 보호하는 윈드실드부; 및 상기 제1 및 제2 팁아암부를 소정 간격 유지되게 고정하는 허브(hub) 형상의 픽싱부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 팁아암부 각각은 상기 팁배럴부 원주방향을 따라 교대로 상기 팁배럴부에서 방사상으로 3개씩 분기되되, 상기 버너부는 3개로 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부를 향해 동시 점화되고 인접해 있는 상기 제2 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부가 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부의 화염에 의해 자연 발화되는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티형 플레어 팁 장치{Multi flare tip apparatus}

본 발명은 멀티형 플레어 팁 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐가스 등을 외부로 분출시켜 연소시키기 위한 멀티형 플레어 팁 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 공업화와 산업화가 가속화함에 따라 천연자원(석유, 천연가스 등)의 사용량이 점차 증가 되고 있으며, 매장량이 한정된 천연자원의 안정적인 생산과 공급이 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

해양 플랜트는 유전 또는 가스 채굴지점에 설치된 이후 약 3년에서 많게는 40년까지 운용되므로 이에 따른 설계상의 고려조건도 상당히 까다로운 편이다. 바람이나 파도 등의 기후적 영향과 해상의 특수한 환경적 상황은 물론 석유제품의 생산으로 화재 및 폭발에 대한 안정성 확보와 관련된 다양하고 높은 난이도 기술이 요구된다.

또한, 최근 1,000m 이상의 심해에서의 석유자원 개발에 대한 수요증가로 인해 기술의 확보 및 개발이 다양하게 진행되고 있으며, 특히 기존의 단일 기능의 단순 목적용에서 시추, 생산, 저장 등이 동시에 가능한 다목적용 해양플랜트를 개발하는 추세이다.

이에 따라 세계적으로 에너지와 자원의 수요증가와 가격급등이 더욱 뚜렷이 진행되고 있는 가운데 해양플랜트의 수요와 가격도 동반 상승하고 있으며 향후에도 지금과 같은 추세가 계속 될 것으로 전망되고 있다.

특히, 중력식(Gravity Based Structure) 및 고정식(Fixed Platform)구조물, 부유식 구조물(Floating Structure), 반잠수식 구조물(Semisubmersible Structure)에 이르기까지 해양시추설비는 꾸준히 지속 될 전망이다.

부유식 원유 생산, 저장, 및 육상 정제시설로 운송하기 위한 하역 기능을 할 수 있도록 고안된 해양플랜트인 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)는 심해에서도 작업이 가능하도록 만든 설비이므로 고정식 구조물 등의 해양 구조물보다는 움직임이 자유롭고 활용성이 높아 심해자원 개발에 발맞춰 FPSO 건조가 증가되고 있다.

FPSO는 현재 유전에서 원유 또는 천연가스를 생산하기 위해 사용되고 있으며, 일 예로 LNG FPSO는 근래 들어 유전의 고갈 및 청정연료에 대한 수요의 증가로 인해 그 개발이 활발히 이루어지고 있다. 심해저 유전 개발에 있어서 Oil FPSO나 LNG FPSO는 해상에 부유한 상태에서 원유나 천연가스를 정제, 저장 및 운반할 수 있는 부유식 해상 정유 공장이라고 할 수 있다.

FPSO 탑사이드에는 시추한 원유를 정유하는 과정에서 발생 되는 폐가스 및 비상 상황에서 가스를 태워 FPSO에서 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있는 플레어(Flare) 시스템이 마련된다.

또한, 플레어 시스템은 플레어 가스가 연소 되어 화염이 존재하는 곳으로, 도 1에 도시된 바와 같이 플레어 스택(flare stack)의 최상부에 설치되는 설비인 플레어 팁(flare tip)을 포함한다.

플레어 팁(flare tip)은 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(sonic tip)으로 구분될 수 있다.

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

그러나 잉여 가스의 분사 속도가 음속을 넘어서기 때문에, 음속을 넘어서는 가스 분사 기류와 플레어 팁 근처의 대기(음속에 미치지 못하는 기류) 간에 급격한 속도 차이가 발생하게 되고, 이러한 급격한 속도차이로 인해 가스가 정체되어 불완전 연소가 발생하는 문제점이 있다.

특히 이러한 플레어 팁은 고온의 연소 반응이 필수적으로 수반되므로, 화염에 의한 복사열이 발생하게 되며, 다양한 형태의 팁노즐부를 형성하고 있으나, 효율적인 구조로 정형화되어 있지 못하고 상황에 따라 달라지는 문제점이 있다.

또한, 플레어 가스의 정체를 해소하면서 다량의 가스를 동시에 연소할 수 있는 구성이 절실히 요구된다.

한국 특허등록번호 제10-1825601호, 발명의 명칭 "플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치" (등록일자 2018.01.30.)

본 발명은 상기한 문제점 및 필요성을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐가스 등을 외부로 분출시켜 연소시킬 수 있는 멀티형 플레어 팁 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치는 중공의 원기둥 형상으로 상부가 막혀있는 팁배럴부; 상기 팁배럴부 하(下)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제1 팁아암부; 상기 팁배럴부 상(上)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제2 팁아암부; 중공의 원기둥 형상으로 상기 제1 팁아암부 또는 상기 제2 팁아암부 상부에 연결되되 내부에 지지대가 구비된 팁노즐아암부; 상기 팁노즐아암부 상부에 삽입되어 상기 지지대에 얹어지는 표면이 유선형으로 초롱불 형상의 팁노즐부; 상기 팁배럴부 일측에 고정되되 상기 팁노즐부를 향해 점화되는 버너부; 상기 팁노즐아암부를 따라 형성된 외곽을 보호하는 윈드실드부; 및 상기 제1 및 제2 팁아암부를 소정 간격 유지되게 고정하는 허브(hub) 형상의 픽싱부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 팁아암부 각각은 상기 팁배럴부 원주방향을 따라 교대로 상기 팁배럴부에서 방사상으로 3개씩 분기되되, 상기 버너부는 3개로 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부를 향해 동시 점화되고 인접해 있는 상기 제2 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부가 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부의 화염에 의해 자연 발화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 버너부는 팁노즐부 수량과 동일할 필요가 없이, 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부를 향해 점화시키고 인접해 있는 제2 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부가 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부의 화염에 의해 자연 발화되는 이점이 있다.

또한, 윈드실드부는 외부로부터 오는 강한 바람이나 충격을 차단하여 팁노즐아암부를 보호하면서 플레어가스의 흐름이 원활하게 하고 강한 복사열이 주위로 퍼지는 것을 억제하는 이점이 있다.

또한, 픽싱부는 제1 및 제2 팁아암부의 상부 수직 부분을 잡아주어 외부 충격이나 바람에 의해서 형상이 틀어지거나 벌어지는 것을 방지하는 동시에 연소시 고열에 의해 자체 형상이 변형되는 것을 방지하는 이점이 있다.

또한, 제1 팁아암부 및 제2 팁아암부는 팁배럴부 원주방향을 따라 60° 간격으로 인접하게 팁노즐부를 배치하므로 화염이 집중되어 불완전 연소를 해소하고 상호 시너지 효과로 더욱 강력하게 연소시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 팁노즐부는 초롱불 형상으로 팁노즐아암부의 끝단에서 분출되는 플레어 가스가 분출시 대기 중의 어느 한 지점에 집중되지 않고 대기 중으로 넓게 확산될 수 있어 소음 및 불완전 연소를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 플레어가스(flare gas)를 연소시키는 모습을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 사시 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치의 일부를 도시한 사시도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 P 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 Q 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 7은 도 4의 A-A' 방향을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 분해도면이다.

먼저, 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시 예의 구성 요소가 해당 실시 예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시 예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시 예가 통합된 하나의 실시 예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 도면의 도시에 있어서 요소들 간의 크기 비율이 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 간의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면상에 나타나는 표현의 차이는 해당 분야의 종사자들이 용이하게 이해 가능한 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

본 발명은 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택(flare stack) 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐가스 등과 같은 플레어가스(flare gas)를 대기로 방출시켜 연소시키기 위한 장치로, 음속이상의 분사 속도에 따른 플레어 팁(flare tip) 주변에 급격한 속도차이로 인해 플레어가스가 정체 또는 불완전 연소 등의 문제점을 해소하고 원활하게 분산되면서 인접하게 배치하여 다량의 가스를 동시에 연소하기 위하여 창출된 멀티형 플레어 팁 장치이다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 사시 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치의 일부를 도시한 사시 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 단면도이다.

또한, 도 5는 도 4의 P 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 6은 도 4의 Q 부분을 확대 도시한 도면이며, 도 7은 도 4의 A-A' 방향을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치를 도시한 분해도면이다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치(100)는 중공의 원기둥 형상으로 상부가 막혀있는 팁배럴부(110); 상기 팁배럴부(110) 하(下)측면에서 분기되는 엘보우(elbow) 형상의 제1 팁아암부(120); 상기 팁배럴부(110) 상(上)측면에서 분기되는 엘보우(elbow) 형상의 제2 팁아암부(130); 중공의 원기둥 형상으로 상기 제1 팁아암부(120) 또는 상기 제2 팁아암부(130) 상부에 연결되되 내부에 지지대(141)가 구비된 팁노즐아암부(140); 상기 팁노즐아암부(140) 상부에 삽입되어 상기 지지대(141)에 얹어지는 표면이 유선형으로 초롱불 형상의 팁노즐부(150); 상기 팁배럴부(110) 일측에 고정되되 상기 팁노즐부(150)를 향해 점화되는 버너부(160); 상기 팁노즐아암부(140)를 따라 형성된 외곽을 보호하는 윈드실드부(170); 및 상기 제1 및 제2 팁아암부(120, 130)를 소정 간격 유지되게 고정하는 허브(hub) 형상의 픽싱부(180)를 포함한다.

또한, 상기 제1 및 제2 팁아암부(120, 130) 각각은 상기 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 교대로 상기 팁배럴부(110)에서 방사상으로 3개씩 분기되되, 상기 버너부(160)는 3개로 상기 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)를 향해 동시 점화되고 인접해 있는 상기 제2 팁아암부(130) 상에 설치된 팁노즐부(150)가 상기 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)의 화염에 의해 자연 발화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130) 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 플레어 가스의 역류를 억제하는 에어락실부(190);를 더 포함한다.

또한, 상기 팁노즐아암부(140)는 상기 제1 팁아암부(120) 또는 상기 제2 팁아암부(130)와 플랜지(flange) 타입으로 탈착된다.

그럼, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치(100)의 구성 및 작용을 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 제안하는 멀티형 플레어 팁 장치(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 팁배럴부(110), 제1 팁아암부(120), 제2 팁아암부(130), 팁노즐아암부(140), 팁노즐부(150), 버너부(160), 윈드실드부(170), 및 픽싱부(180)를 포함하고, 에어락실부(190)를 더 포함할 수 있다.

팁배럴부(110)는 도 2 내지 도 4, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상부가 막혀있는 중공의 원기둥 형상으로, 잉여가스나 폐가스 등과 같은 플레어가스를 대기 중 또는 외부로 분출하는 통로이다.

또한, 팁배럴부(110)는 플레어가스를 공급하는 하부공급관(F)의 상부에 연결되어 하부공급관(F)에서 공급받은 플레어가스를 외부로 분출하기 위한 경로에 구비된다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치(100)는 손상이나 고장 시 교체가 가능하도록, 팁배럴부(110) 하부가 플랜지(flange) 타입으로 하부공급관(F)과 볼트/너트 체결로 구성할 수 있다.

제1 팁아암부(120)는 도 2 내지 도 4, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 팁배럴부(110) 하(下)측면에서 45°로 분기되어 수직으로 꺾이는 중공의 엘보우(elbow) 형상의 파이프로, 플레어가스를 공급하는 하부공급관(F)의 상부에 설치된 팁배럴부(110)에서 분기되어 팁배럴부(110) 내에 있는 플레어가스가 외부로 배출되는 경로가 된다.

즉, 제1 팁아암부(120)는 45°로 분기되는 엘보우 형상으로 팁배럴부(110) 중앙 아래에서 측면으로 나무가지처럼 분기되는 데, 분기되어 소정 높이에서 수직하게 위로 꺾여 잉여가스나 폐가스 등과 같은 플레어 가스를 대기 중으로 배출하기 용이한 구성을 가지게 된다.

이때, 제1 팁아암부(120)는 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 120°씩 팁배럴부(110)에서 방사상으로 3개가 분기된다.

제2 팁아암부(130)는 도 2 내지 도 4, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 팁배럴부(110) 상(上)측면에서 45°로 분기되어 수직으로 꺾이는 중공의 엘보우(elbow) 형상의 파이프로, 플레어가스를 공급하는 하부공급관(F)의 상부에 설치된 팁배럴부(110)에서 분기되어 팁배럴부(110) 내에 있는 플레어가스가 외부로 배출되는 경로가 된다.

즉, 제2 팁아암부(130)는 45°로 분기되는 엘보우 형상으로 팁배럴부(110) 중앙 위에서 측면으로 나무가지처럼 분기되는 데, 분기되어 소정 높이에서 수직하게 위로 꺾여 잉여가스나 폐가스 등과 같은 플레어 가스를 대기 중으로 배출하기 용이한 구성을 가지게 된다.

이때, 제2 팁아암부(130)는 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 120°씩 팁배럴부(110)에서 방사상으로 3개가 분기된다.

이와 같이, 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130) 각각은 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 교대로 상기 팁배럴부(110)에서 방사상으로 3개씩 일정하게 분기된다.

이는 잉여가스나 폐가스 등과 같은 플레어 가스를 대기 중으로 배출하여 연소시킬 때, 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 60° 간격으로 인접하게 배출구(또는 분출구)를 배치하므로 하나가 연소되는 것보다 다수가 인접하게 연소되어 불완전 연소를 해소하고 상호 시너지 효과로 더욱 강력하게 연소시킬 수 있게 된다.

또한, 제1 및 제2 팁아암부(120, 130) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 60°의 등간격으로 3개씩이다.

팁노즐아암부(140)는 도 2 내지 도 5, 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130) 중 어느 하나의 상부에 연결되는 중공의 원기둥 형상으로, 내부에 지지대(141)가 구비된다.

또한, 팁노즐아암부(140)는 잉여가스나 폐가스 등과 같은 플레어 가스가 제1 팁아암부(120) 또는 제2 팁아암부(130) 중 어느 하나를 통과하여 대기 중 또는 외부로 분출하는 통로이다.

다만, 팁노즐아암부(140)는 후술하는 팁노즐부(150)와 연동하여 사이 간격이 조절되어 가스 유량 및 가스 속도가 제어된다.

또한, 팁노즐아암부(140)는 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 팁아암부(120) 또는 제2 팁아암부(130)와 플랜지(flange) 타입으로 체결하여 탈착되기 때문에, 조립이 용이하면서 손상된 특정 부품만 교체할 수 있으므로, 보수유지 비용이 절감된다.

즉, 연소시 팁노즐아암부(140)이나 팁노즐아암부(140) 위에 있는 부품들이 손상되었을 때, 상대적으로 손상이 적은 제1 팁아암부(120) 또는 제2 팁아암부(130)를 함께 교체하지 않고 팁노즐아암부(140)를 탈부착하여 교체 가능하게 한다.

팁노즐부(150)는 도 2 내지 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 표면이 유선형으로 초롱불 형상을 가지고 팁노즐아암부(140) 상부에 소정 깊이 삽입되며 팁노즐아암부(140)의 지지대(141)에 얹어진다.

또한, 팁노즐부(150)는 팁노즐아암부(140)의 끝단에서 분출되는 잉여가스 또는 폐가스와 같은 플레어 가스가 분출시 대기의 어느 한 지점에 집중되지 않고 대기 중으로 넓게 확산되어 공기와 적절하게 혼합되도록 함으로써 소음을 줄이고 완전 연소가 일어날 수 있도록 한다.

또한, 팁노즐부(150)는 플레어 가스가 팁노즐부(150)의 표면을 따라 흐르며 대기 중으로 확산 및 분산되도록 플레어가스와 접촉하는 팁노즐부(150)의 표면은 곡면부로 형성되고 팁노즐아암부(140)과 소정 간격으로 이격되게 설치 조정될 수 있다.

따라서, 팁노즐아암부(140) 및 팁노즐부(150) 사이에서 분출되는 플레어 가스는 이격 배치된 팁노즐아암부(140) 내로 유입되어 팁노즐아암부(140) 및 팁노즐부(150) 사이의 팁노즐부(150) 하단부와 접촉하게 되며, 이후 팁노즐부(150)의 표면을 따라 상 방향으로 흐르게 된다.

특히, 팁노즐부(150)는 표면이 유선형의 초롱불 형상으로, 팁노즐아암부(140) 및 팁노즐부(150) 사이에서 분출되는 플레어 가스가 팁노즐부(150)의 표면을 따라 빠른 속도로 넓게 퍼져 대기와의 혼합도를 향상시킴으로써 빠른 연소가 가능하고 불완전 연소를 제거한다.

참고로, 팁노즐아암부(140) 및 팁노즐부(150) 사이에서 분출되는 플레어 가스는 코안다 효과(Coanda Effect; 유체가 곡면을 따라 흐르는 효과)에 의해 팁노즐부(150)의 표면을 따라 흐르다가 플레어 가스의 유동이 모멘텀(Momentum)을 잃어버리는 박리점(초롱불 형상의 상단부)에 도달하면 더 이상 팁노즐부(150)의 표면을 따라 흐르지 못하고 팁노즐부(150)로부터 떨어져 외측으로 퍼지려는 특성을 갖게 되고 대기 중의 공기와 와류가 발생되어 원활한 혼합이 가능하다.

또한, 팁노즐부(150)는 상단에 파지(把持) 가능한 고리부(151)가 더 구비된다. 이는 중량이 있는 팁노즐부(150)를 고리부(151)에 걸어 원활하게 이동시키기 위한 것이다.

또한, 팁노즐부(150)는 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 지지대(141)에 팁노즐부(150)를 고정할 수 있는 나사산이 형성된 바(bar) 형상의 간격조절부재(153)를 더 구비할 수 있다.

즉, 간격조절부재(153)는 나사산이 형성된 원기둥 형상의 바(bar)와 상기 나사산에 체결되는 너트(nut)로 체결되는 체결부재로, 팁노즐부(150) 상부에서 나사산이 형성된 바(bar)를 삽입하고 팁노즐아암부(140) 하부에서 너트를 삽입하여 상기 바(bar)의 나사산과 체결하여 팁노즐아암부(140) 및 팁노즐부(150) 사이를 견고히 연결하면서 팁노즐아암부(140) 내주연과 팁노즐부(150) 외주면 간의 사이 간격을 조절하여 분출되는 플레어 가스의 유량 및 속도를 제어할 수 있게 한다.

버너부(160)는 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 연료와 공기를 적당량 배합하여 분출구에 점화시키는 점화장치로, 팁배럴부(110) 일측에 고정되되 팁노즐부(150) 일측을 향해 설치된다.

특히, 버너부(160)는 팁노즐부(150) 수량과 동일할 필요가 없이 인접한 팁노즐부(150)가 자연 발화가 가능하게 근접하게 설치하되, 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)를 향해 동시 점화되고 인접해 있는 제2 팁아암부(130) 상에 설치된 팁노즐부(150)가 상기 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)의 화염에 의해 자연 발화되게 한다.

즉, 팁노즐부(150)는 총 6개로 구성되되 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)가 3개이고 제2 팁아암부(130) 상에 설치된 팁노즐부(150)가 3개이며, 버너부(160)는 3개로 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)를 향해 설치된다.

윈드실드부(170)는 도 2, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 바람막이 장치로, 외부로부터 오는 강한 바람이나 충격을 차단하여 팁노즐아암부(140)를 보호하면서 플레어가스의 흐름이 원활하게 하고 강한 복사열이 주위로 퍼지는 것을 억제한다.

또한, 윈드실드부(170)는 팁노즐아암부(140)를 따라 형성된 외곽을 보호하는 데. 팁노즐아암부(140) 일측과 제1 및 제2 팁아암부(120, 130) 일측에 연결되어 위/아래로 고정된다.

픽싱부(180)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 팁아암부(120, 130)를 소정 간격 유지되게 고정하는 허브(hub) 형상의 고정부재이다.

즉, 픽싱부(180)는 타이어 휠과 같이 중심에서 방사상으로 뻗어진 허브(hub) 형상의 고정부재로, 제1 및 제2 팁아암부(120, 130)의 상부 수직 부분을 잡아주어 외부 충격이나 바람에 의해서 형상이 틀어지거나 벌어지는 것을 방지하는 동시에 연소시 고열에 의해 자체 형상이 변형되는 것도 방지한다.

에어락실부(190)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130)의 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 플레어가스의 역류를 억제한다.

즉, 에어락실부(190)가 깔때기 형상과 같이 분출구가 좁아지는 구성으로 인하여, 만약 에어락실부(190)를 통과한 플레어가스가 가스 분출 압력이 낮아져 역류 방향으로 흐르고자 할지라도, 도 5에 도시된 바와 같이 에어락실부(190)에 걸려 역류가 억제되고 동시에 제1 팁아암부(120) 또는 제2 팁아암부(130)에서 올라오는 가스와 부딪혀 역류를 방지한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치(100)는 플레어 가스(flare gas)가 팁배럴부(110)에서 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130) 중 하나를 통과하여 팁노즐아암부(140)를 지나 팁노즐부(150)의 유선형의 초롱불 형상의 표면을 따라 대기중으로 분출되고, 버너부(160)로 팁노즐부(150) 일측을 점화시켜 연소시키며, 윈드실드부(170)로 외부로부터 바람 및 복사열 등 화염이 측 방향으로 퍼지는 것을 막아주고, 픽싱부(180)가 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130)을 고정하여 변형을 방지할 수 있다.

또한, 에어락실부(190)로 플레어 가스의 역류를 방지하여 안전을 도모할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 멀티형 플레어 팁 장치(100)는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 버너부(160)는 팁노즐부(150) 수량과 동일할 필요가 없이, 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)를 향해 점화시키고 인접해 있는 제2 팁아암부(130) 상에 설치된 팁노즐부(150)가 상기 제1 팁아암부(120) 상에 설치된 팁노즐부(150)의 화염에 의해 자연 발화되는 이점이 있다.

또한, 윈드실드부(170)는 외부로부터 오는 강한 바람이나 충격을 차단하여 팁노즐아암부(140)를 보호하면서 플레어가스의 흐름이 원활하게 하고 강한 복사열이 주위로 퍼지는 것을 억제하는 이점이 있다.

또한, 픽싱부(180)는 제1 및 제2 팁아암부(120, 130)의 상부 수직 부분을 잡아주어 외부 충격이나 바람에 의해서 형상이 틀어지거나 벌어지는 것을 방지하는 동시에 연소시 고열에 의해 자체 형상이 변형되는 것을 방지하는 이점이 있다.

또한, 제1 팁아암부(120) 및 제2 팁아암부(130)는 팁배럴부(110) 원주방향을 따라 60° 간격으로 인접하게 팁노즐부(150)를 배치하므로 화염이 집중되어 불완전 연소를 해소하고 상호 시너지 효과로 더욱 강력하게 연소시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 팁노즐부(150)는 초롱불 형상으로 팁노즐아암부(140)의 끝단에서 분출되는 플레어 가스가 분출시 대기 중의 어느 한 지점에 집중되지 않고 대기 중으로 넓게 확산될 수 있어 소음 및 불완전 연소를 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 에어락실부(190)는 깔때기 형상과 같이 출구가 좁아지는 구성으로 인하여, 만약 에어락실부(190)를 통과한 가스가 가스 분출 압력이 낮아져 역류 방향으로 흐르고자 할지라도, 에어락실부(190)의 턱에 걸려 역류가 억제되고 동시에 제1 팁아암부(120) 또는 제2 팁아암부(130)에서 올라오는 가스와 부딪혀 역류를 방지하는 이점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 멀티형 플레어 팁 장치
110 : 팁배럴부
120 : 제1 팁아암부
130 : 제2 팁아암부
140 : 팁노즐아암부
150 : 팁노즐부
160 : 버너부
170 : 윈드실드부
180 : 픽싱부
190 : 에어락실부

Claims

중공의 원기둥 형상으로 상부가 막혀있는 팁배럴부;
상기 팁배럴부 하(下)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제1 팁아암부;
상기 팁배럴부 상(上)측면에서 분기되는 엘보우 형상의 제2 팁아암부;
중공의 원기둥 형상으로 상기 제1 팁아암부 또는 상기 제2 팁아암부 상부에 연결되되 내부에 지지대가 구비된 팁노즐아암부;
상기 팁노즐아암부 상부에 삽입되어 상기 지지대에 얹어지는 표면이 유선형으로 초롱불 형상의 팁노즐부;
상기 팁배럴부 일측에 고정되되 상기 팁노즐부를 향해 점화되는 버너부;
상기 팁노즐아암부를 따라 형성된 외곽을 보호하는 윈드실드부; 및
상기 제1 및 제2 팁아암부를 소정 간격 유지되게 고정하는 허브(hub) 형상의 픽싱부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 팁아암부 각각은 상기 팁배럴부 원주방향을 따라 교대로 상기 팁배럴부에서 방사상으로 3개씩 분기되되, 상기 버너부는 3개로 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부를 향해 동시 점화되고 인접해 있는 상기 제2 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부가 상기 제1 팁아암부 상에 설치된 팁노즐부의 화염에 의해 자연 발화되는 것을 특징으로 하는 멀티형 플레어 팁 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 팁아암부 및 제2 팁아암부 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 플레어 가스의 역류를 억제하는 에어락실부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 플레어 팁 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 팁노즐아암부는 상기 제1 팁아암부 또는 상기 제2 팁아암부와 플랜지(flange) 타입으로 탈착되는 것을 특징으로 하는 멀티형 플레어 팁 장치.