KR20220114789A - Flare tip apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플레어 팁 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flare tip device.
해양 플랜트, 예를 들어 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)에는 원유나 가스를 시추 및 정제하는 과정에서 발생하는 폐 가스를 연소시키기 위하여 플레어 시스템이 마련된다. 또한, 플레어 시스템은 비상 상황 시 탑 사이드 모듈에서 배출되는 가스를 연소시켜 사고를 예방할 수도 있다.In offshore plants, for example, Floating Production Storage and Offloading (FPSO), a flare system is provided to burn waste gas generated during drilling and refining of crude oil or gas. In addition, the flare system can prevent an accident by burning the gas discharged from the top side module in an emergency.
일반적으로, 플레어 시스템은 플레어 스택의 상부에 배치되는 플레어 팁을 구비한다.Typically, a flare system has a flare tip disposed on top of a flare stack.
플레어 팁을 통해 대기 중으로 방출되는 가스는 가스점화장치에 의해 점화되어 화염(flare)을 형성하게 된다. 이때, 각종 규제에 의해 완전 연소 조건을 만족시킬 것이 요구되고, 이를 위해 사용되는 대표적인 플레어 팁 중 하나로 코안다 효과를 이용한 플레어 팁이 있다.The gas discharged into the atmosphere through the flare tip is ignited by a gas ignition device to form a flame. At this time, it is required to satisfy the complete combustion condition by various regulations, and there is a flare tip using the Coanda effect as one of the representative flare tips used for this purpose.
코안다 효과(coanda effect)는 곡면에 분사된 기체가 곡면에 부착된 것처럼 곡면을 따라 유동하는 현상을 의미하고, 곡면 상에 주변보다 낮은 압력이 형성되게 한다.The Coanda effect refers to a phenomenon in which gas injected on a curved surface flows along a curved surface as if it is attached to the curved surface, and causes a pressure lower than the surrounding pressure to be formed on the curved surface.
따라서, 코안다 효과를 이용한 플레어 팁은 낮게 형성된 압력으로 인해 끌려온 주변 대기가 가스와 혼합됨으로써 완전 연소 조건을 만족시킬 수 있다.Therefore, the flare tip using the Coanda effect can satisfy the condition of complete combustion by mixing the gas with the ambient atmosphere drawn in due to the low pressure.
한편, 플레어 팁의 단부는 가스가 최대 유량으로 방출될 수 있도록 설계되어야 하며, 이를 위해 플레어 팁의 단부는 단면적이 점차 감소하는 노즐 형상을 가지게 된다. 이때, 노즐 단부에서의 가스 압력이 대기압과 같으면 가스는 음속으로 방출되고 가스 방출 유량은 최대가 된다. 하지만, 플레어 팁 내 가스 압력의 변화로 인해, 노즐 단부에서의 가스 방출 속도가 음속보다 상당히 작은 아음속 조건이 되면 노즐 외부의 가스가 노즐 내로 유입되는 역화 현상이 발생하고, 노즐 단부에서의 가스 방출 속도가 음속보다 상당히 큰 초음속 조건이 되면 매우 높은 충격 소음이 발생하는 문제가 있었다.On the other hand, the end of the flare tip should be designed so that gas can be discharged at a maximum flow rate, and for this purpose, the end of the flare tip has a nozzle shape in which the cross-sectional area is gradually reduced. At this time, when the gas pressure at the nozzle end is equal to the atmospheric pressure, the gas is discharged at the speed of sound and the gas discharge flow rate becomes the maximum. However, due to the change in the gas pressure in the flare tip, when the gas discharge rate at the nozzle end becomes a subsonic condition that is significantly smaller than the sound speed, a backfire phenomenon occurs in which the gas outside the nozzle flows into the nozzle, and the gas discharge rate at the nozzle end There was a problem in that very high impact noise was generated under the condition of supersonic speed, which is significantly greater than the speed of sound.
본 발명의 실시 예는 가스 방출 속도를 음속으로 유지시켜줄 수 있는 플레어 팁 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a flare tip device capable of maintaining a gas release rate at the speed of sound.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플레어 스택의 상부에 배치되어 가스 이송관에 연결되는 플레어 팁 장치에 있어서, 상기 가스 이송관에 연결되는 스택관부; 상기 스택관부의 상단 출구 상에 배치되고, 상기 스택관부의 상단 출구와 마주보는 하부 영역의 직경은 상기 스택관부의 상단 출구로부터의 높이에 따라 증가하는 노즐팁부; 상기 스택관부의 상부에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되는 연장배관부; 및 상기 연장배관부를 상하 방향으로 이동시키는 상하이송부를 포함하는 플레어 팁 장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a flare tip device disposed on the upper portion of the flare stack and connected to a gas transfer pipe, comprising: a stack pipe part connected to the gas transfer pipe; a nozzle tip disposed on the top outlet of the stack pipe part, the diameter of the lower region facing the top outlet of the stack pipe part increasing according to a height from the top outlet of the stack pipe part; an extension pipe part coupled to an upper part of the stack pipe part to be movable in the vertical direction; And it may be provided with a flare tip device comprising a vertical transfer unit for moving the extension pipe in the vertical direction.
상기 스택관부의 외주면에는 상기 연장배관부의 내주면에 형성된 암나사에 치합하는 수나사가 형성되고, 상기 상하이송부는 상기 연장배관부의 외주면에 형성된 제1 기어에 치합하는 제2 기어, 및 상기 제2 기어를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.A male screw meshing with a female screw formed on an inner circumferential surface of the extended pipe part is formed on the outer circumferential surface of the stack pipe part, and the vertical transmission unit rotates a second gear meshing with a first gear formed on the outer circumferential surface of the extended pipe part, and the second gear It may include a motor that makes
상기 노즐팁부와 상기 연장배관부 사이에는 고리 형상의 가스 방출 통로가 형성되고, 상기 가스 방출 통로의 상단 출구 면적은 상기 연장배관부가 상향 이동함에 따라 감소하되 상기 연장배관부가 하향 이동함에 따라 증가할 수 있다.A ring-shaped gas discharge passage is formed between the nozzle tip and the extended pipe portion, and the upper outlet area of the gas discharge passage decreases as the extended pipe unit moves upward, but increases as the extended pipe unit moves downward. have.
상기 스택관부로 유입되는 가스의 압력을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정되는 가스 압력을 기초로 상기 상하이송부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.a sensor unit measuring the pressure of the gas flowing into the stack pipe unit; and a control unit for controlling the vertical transfer unit based on the gas pressure measured by the sensor unit.
상기 제어부는 상기 센서부에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 커지면 상기 연장배관부가 하향 이동하도록 상기 상하이송부를 제어할 수 있다.When the gas pressure measured by the sensor unit is greater than a preset range, the control unit may control the vertical transfer unit to move the extended pipe unit downward.
상기 제어부는 상기 센서부에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 작아지면 상기 연장배관부가 상향 이동하도록 상기 상하이송부를 제어할 수 있다.The controller may control the vertical transfer unit to move the extended pipe unit upward when the gas pressure measured by the sensor unit is less than a preset range.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상하이송부에 의해 연장배관부를 상하 방향으로 이동시켜 연장배관부와 노즐팁부 사이에 형성되는 가스 출구의 면적을 조절함으로써 스택관부 내의 압력 변화에도 불구하고 가스 방출 속도를 음속으로 유지시켜줄 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gas discharge speed is reduced despite the pressure change in the stack pipe by moving the extended pipe in the vertical direction by the vertical sending unit to adjust the area of the gas outlet formed between the extended pipe and the nozzle tip. can be maintained as
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플레어 팁 장치의 단면도이고,
도 2는 제어부의 블록도이고,
도 3 및 도 4는 도 1의 설치 예를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5 및 도 6은 도 1의 작동 예이다.1 is a cross-sectional view of a flare tip device according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of a control unit;
3 and 4 are diagrams schematically illustrating the installation example of FIG. 1,
5 and 6 are examples of operation of FIG. 1 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는, 명백히 다른 의미로 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 단지 특정 실시 예를 설명하기 위한 것으로 볼 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 있는 것은 아니다.Terms used in the embodiments of the present invention, unless clearly defined in other meanings, may be interpreted as meanings that can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, and only specific It will be seen that the embodiments are described, and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 특별한 기재가 없는 한 복수형도 포함하는 것으로 볼 것이다.In the present specification, the singular will be considered to include the plural unless otherwise specified.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 기재된 경우, 해당 부분은 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.In addition, when a part is described as "including" a certain element, it means that the part may further include other elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플레어 팁 장치의 단면도이고, 도 2는 제어부의 블록도이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 설치 예를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a flare tip device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control unit, and FIGS. 3 and 4 are schematic views for explaining an example of installation of FIG. 1 .
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플레어 팁 장치(10)는 플레어 스택(20)의 상부에 배치될 수 있고, 스택관부(100), 노즐팁부(200), 연장배관부(300) 및 상하이송부(400)를 포함할 수 있으며, 센서부(500) 및 제어부(600)를 더 포함할 수도 있다.1 to 4 , the
플레어 스택(20)은 해양 플랜트의 상갑판 상에 설치될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The
플레어 팁 장치(10)는 제1 가스 이송관(21a)에 연결되어 소각 대상 가스를 공급받을 수 있고, 제1 가스 이송관(21a)에는 제1 기액분리기(23a)가 설치될 수 있다. 제1 기액분리기(23a)는 가스에서 액상 입자를 제거하는 KO 드럼(knock out drum)일 수 있다.The
일 예로, 플레어 팁 장치(10)는 비상 상황 시 고압 플레어링(high pressure flaring)만을 수행하는 고압 플레어 팁(HP flare tip)일 수 있다.As an example, the
이 경우, 플레어 스택(20)에는 제1 가스 이송관(21a)보다 낮은 압력의 가스를 이송하는 제2 가스 이송관(21b)이 추가 설치될 수 있고, 제2 가스 이송관(21b)은 플레어 스택(20)의 상부에 배치되는 저압 플레어 팁(미도시)과 제2 기액분리기(23b)를 연결할 수 있다.In this case, the
다른 예로, 플레어 팁 장치(10)는 평상 시에도 플레어링, 즉 저압 플레어링(low pressure flaring)을 수행하는 저압 플레어 팁(LP flare tip)일 수도 있다.As another example, the
이 경우, 플레어 스택(20)에는 제1 가스 이송관(21a)보다 높은 압력의 가스를 이송하는 제2 가스 이송관(21b)이 추가 설치될 수 있고, 제2 가스 이송관(21b)은 플레어 스택(20)의 상부에 배치되는 고압 플레어 팁(미도시)과 제2 기액분리기(23b)를 연결할 수 있다.In this case, a second
스택관부(100)는 제1 가스 이송관(21a)에 연결되어 소각 대상 가스를 공급받을 수 있다.The
스택관부(100)는 제1 가스 이송관(21a)에 연결되는 주배관(25)에서 분기되는 복수의 분기배관(27)의 상단에 각각 연결될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 가스 이송관(21a)의 상단에 직접 연결될 수도 있다.The
스택관부(100)는 분기배관(27)의 상단에서 상향 연장되는 파이프 형상일 수 있다.The
노즐팁부(200)는 스택관부(100)의 상단 출구 상에 배치되어 코안다 효과를 유도할 수 있다.The
노즐팁부(200)는 수평 단면의 직경(D)이 스택관부(100)의 상단 출구로부터의 높이(H)가 증가함에 따라 증가하는 하부 영역(210), 및 하부 영역(210)의 상부에 형성되어 수평 단면의 직경(D)이 스택관부(100)의 상단 출구로부터의 높이(H)에 따라 감소하는 상부 영역(220)을 포함할 수 있다. 이때, 하부 영역(210)은 스택관부(100)의 상단 출구와 상하 방향으로 마주보게 배치될 수 있고, 하부 영역(210)의 외측면은 볼록한 곡률을 가질 수 있다.The
노즐팁부(200)는 예를 들어 브래킷(미도시) 등을 통해 스택관부(100)에 고정될 수 있다.The
연장배관부(300)는 스택관부(100)의 상부에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합될 수 있다.The
예를 들어, 스택관부(100)의 외주면에는 수나사(110)가 형성될 수 있고, 연장배관부(300)의 내주면에는 수나사(110)에 치합하는 암나사(310)가 형성될 수 있다. 따라서, 연장배관부(300)가 후술하는 것처럼 회전하면 스택관부(100)를 기준으로 상하 방향으로 이동할 수 있다.For example, a
또한, 노즐팁부(200)와 연장배관부(300) 사이에는 고리 형상의 가스 방출 통로(P)가 형성될 수 있고, 가스 방출 통로(P)의 상단 출구 면적은 연장배관부(300)가 상향 이동함에 따라 감소하지만 연장배관부(300)가 하향 이동함에 따라 증가할 수 있다.In addition, a ring-shaped gas discharge passage (P) may be formed between the
연장배관부(300)는 스택관부(100)와 동축으로 배치되는 파이프 형상일 수 있다.The
상하이송부(400)는 연장배관부(300)를 스택관부(100)에 대하여 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.The
예를 들어, 연장배관부(300)의 외주면에는 제1 기어(320)가 원주 방향으로 연장되도록 형성될 수 있고, 상하이송부(400)는 제1 기어(320)에 치합하는 제2 기어(410), 및 제2 기어(410)를 회전시키는 모터(420)를 포함할 수 있다. 모터(420)는 스택관부(100)에 고정될 수 있다.For example, the
센서부(500)는 스택관부(100)로 유입되는 가스의 압력을 측정할 수 있고, 예를 들어 주배관(25)에 설치될 수 있다.The
제어부(600)는 센서부(500)에서 측정되는 가스 압력을 기초로 가스 방출 통로(P)를 통해 방출되는 가스의 방출 속도가 음속 조건, 예를 들어 역화 현상이나 충격 소음이 발생하지 않는 속도 범위 내로 유지될 수 있도록 상하이송부(400)를 제어할 수 있다.The
도 5 및 도 6은 도 1의 작동 예이다.5 and 6 are operational examples of FIG. 1 .
도 5를 참조하면, 제어부(600)는 센서부(500)에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 커지면 연장배관부(300)가 하향 이동하도록 상하이송부(400)를 제어할 수 있다. 여기서, 가스 압력의 범위는 가스 방출 통로(P)를 통해 방출되는 가스의 방출 속도가 음속 조건을 만족하는 범위가 되도록 실제 실험 등을 통해 설정될 수 있다.Referring to FIG. 5 , when the gas pressure measured by the
따라서, 가스 방출 통로(P)의 상단 출구 면적(A)이 증가할 수 있고, 그로 인해 가스 방출 속도가 높은 충격 소음을 발생시키는 초음속 조건이 되지 않게 조절될 수 있다.Accordingly, the upper exit area A of the gas discharge passage P can be increased, and thereby the gas discharge rate can be adjusted so as not to become a supersonic condition that generates high impact noise.
도 6을 참조하면, 제어부(600)는 센서부(500)에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 작아지면 연장배관부(300)가 상향 이동하도록 상하이송부(400)를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 6 , when the gas pressure measured by the
따라서, 가스 방출 통로(P)의 상단 출구 면적(A)이 감소할 수 있고, 그로 인해 가스 방출 속도가 역화 현상을 발생시키는 아음속 조건이 되지 않게 조절될 수 있다.Accordingly, the upper outlet area A of the gas discharge passage P can be reduced, and thereby the gas discharge rate can be adjusted so as not to become a subsonic condition causing a backfire phenomenon.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 실시 예를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, the preferred embodiment of the present invention has been mainly described, but this is merely an example and does not limit the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can variously modify and change the embodiments by adding, changing, deleting or adding components within the scope that does not depart from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be possible, and this will also be said to be included within the scope of the present invention.
10: 플레어 팁 장치
20: 플레어 스택
21a: 제1 가스이송관
21b: 제2 가스이송관
23a: 제1 기액분리기
23b: 제2 기액분리기
25: 주배관
27: 분기배관
100: 스택관부
110: 수나사
200: 노즐팁부
210: 하부 영역
220: 상부 영역
300: 연장배관부
310: 암나사
320: 제1 기어
400: 상하이송부
410: 제2 기어
420: 모터
500: 센서부
600: 제어부10: flare tip device 20: flare stack
21a: first
23a: first gas-
25: main piping 27: branch piping
100: stack pipe 110: male thread
200: nozzle tip portion 210: lower region
220: upper area 300: extension pipe part
310: female thread 320: first gear
400: upper and lower transmission 410: second gear
420: motor 500: sensor unit
600: control unit
Claims (5)
상기 가스 이송관에 연결되는 스택관부;
상기 스택관부의 상단 출구 상에 배치되고, 상기 스택관부의 상단 출구와 마주보는 하부 영역의 직경은 상기 스택관부의 상단 출구로부터의 높이에 따라 증가하는 노즐팁부;
상기 스택관부의 상부에 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되는 연장배관부; 및
상기 연장배관부를 상하 방향으로 이동시키는 상하이송부를 포함하는 플레어 팁 장치.In the flare tip device disposed on the upper portion of the flare stack and connected to the gas delivery pipe,
a stack pipe part connected to the gas transport pipe;
a nozzle tip disposed on the top outlet of the stack pipe part, the diameter of the lower region facing the top outlet of the stack pipe part increasing according to a height from the top outlet of the stack pipe part;
an extension pipe part coupled to an upper part of the stack pipe part to be movable in the vertical direction; and
A flare tip device including a vertical transfer unit for moving the extension pipe in the vertical direction.
상기 스택관부의 외주면에는 상기 연장배관부의 내주면에 형성된 암나사에 치합하는 수나사가 형성되고,
상기 상하이송부는 상기 연장배관부의 외주면에 형성된 제1 기어에 치합하는 제2 기어, 및 상기 제2 기어를 회전시키는 모터를 포함하는 플레어 팁 장치.According to claim 1,
A male screw is formed on the outer circumferential surface of the stack pipe portion to mesh with the female screw formed on the inner circumferential surface of the extension pipe portion,
A flare tip device comprising a second gear meshing with the first gear formed on the outer circumferential surface of the extension pipe portion, and a motor rotating the second gear, the vertical transmission unit.
상기 노즐팁부와 상기 연장배관부 사이에는 고리 형상의 가스 방출 통로가 형성되고,
상기 가스 방출 통로의 상단 출구 면적은 상기 연장배관부가 상향 이동함에 따라 감소하되 상기 연장배관부가 하향 이동함에 따라 증가하는 플레어 팁 장치.According to claim 1,
A ring-shaped gas discharge passage is formed between the nozzle tip portion and the extension pipe portion,
The upper outlet area of the gas discharging passage is a flare tip device that decreases as the extended pipe portion moves upward, but increases as the extended pipe unit moves downward.
상기 스택관부로 유입되는 가스의 압력을 측정하는 센서부; 및
상기 센서부에서 측정되는 가스 압력을 기초로 상기 상하이송부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 플레어 팁 장치.4. The method of claim 3,
a sensor unit measuring the pressure of the gas flowing into the stack pipe unit; and
Flare tip device further comprising a control unit for controlling the vertical transfer unit based on the gas pressure measured by the sensor unit.
상기 제어부는,
상기 센서부에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 커지면 상기 연장배관부가 하향 이동하도록 상기 상하이송부를 제어하고,
상기 센서부에서 측정되는 가스 압력이 기 설정된 범위보다 작아지면 상기 연장배관부가 상향 이동하도록 상기 상하이송부를 제어하는 플레어 팁 장치.5. The method of claim 4,
The control unit is
When the gas pressure measured by the sensor unit becomes greater than a preset range, the vertical transfer unit is controlled so that the extended pipe unit moves downward,
When the gas pressure measured by the sensor unit becomes smaller than a preset range, the flare tip device controls the vertical transfer unit so that the extended pipe unit moves upward.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020210018231A KR20220114789A (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Flare tip apparatus |
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KR101978914B1 (en) | 2016-04-12 | 2019-05-15 | 필즈엔지니어링 주식회사 | Device for adjusting discharge of flare gas in flare system |
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Patent Citations (1)
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