A 플레어 시스템 원치 않거나 과도한 탄화수소 가스를 통제된 방식으로 연소시켜 안전하게 처리하기 위해 주로 석유 및 가스, 석유화학, 정유 산업에서 사용되는 산업 안전 및 연소 장치입니다. 플레어 시스템은 유독성 또는 가연성 가스를 대기 중으로 직접 방출하는 대신 이를 연소 지점(일반적으로 높은 곳이나 지면에 있는 플레어 팁)으로 보내어 점화하고 덜 유해한 연소 부산물로 주로 이산화탄소(CO2)와 수증기로 전환시킵니다.
간단히 말해서, 플레어 시스템은 통제되지 않은 가스 방출에 대한 최후의 방어선입니다. 이는 정상적인 운영 프로세스가 아니라 공장 안전, 규정 준수 및 환경 보호를 보장하는 중요한 비상 및 압력 완화 메커니즘입니다. 전 세계적으로 플레어 시스템은 추정치를 연소시킵니다. 연간 1,400~1,500억 입방미터의 천연가스 , 세계은행의 글로벌 가스 플레어링 감소 파트너십(GGFR)에 따르면.
플레어 시스템은 산업 운영에서 서로 다르지만 상호 연관된 여러 가지 목적을 제공합니다.
잘 설계된 플레어 시스템은 연소효율 98~99.9% 이는 거의 모든 탄화수소가 연소되지 않은 휘발성 유기 화합물(VOC)로 배출되기보다는 파괴된다는 의미입니다.
완전한 산업용 플레어 시스템은 단지 하나의 불타는 토치가 아니라 함께 작동하는 통합 장비 네트워크입니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
플레어 헤더는 시설 전체(압력 릴리프 밸브, 블로우다운 밸브 및 제어 밸브 바이패스)의 여러 소스에서 릴리프 가스를 수집하여 중앙 녹아웃 드럼으로 보낸 다음 플레어 스택으로 보내는 파이프 네트워크입니다. 헤더 크기 조정이 중요합니다. 크기가 작은 배관은 릴리프 밸브가 올바른 설정 압력에서 열리지 못하게 할 수 있는 위험한 배압을 생성합니다.
가스는 플레어 팁에 도달하기 전에 다음을 통과합니다. 녹아웃 드럼 (플레어 녹아웃 용기 또는 액체 밀봉 드럼이라고도 함) 이 용기는 가스 흐름에서 혼입된 액체를 분리합니다. 플레어 팁에 액체가 들어가면 위험한 "플레어 비"(스택에서 떨어지는 액체 방울이 타오르는 현상)가 발생할 수 있으며 팁이 손상되거나 폭발이 발생할 수 있습니다. 녹아웃 드럼은 적절하게 설계된 플레어 시스템에서 타협할 수 없는 안전 기능입니다.
플레어 스택은 플레어 팁을 경사면 위의 안전한 높이로 높이는 구조 요소입니다. 스택 높이는 일반적으로 다음과 같습니다. 30미터에서 150미터 이상 , 시설 규모, 등급 수준에서 요구되는 열 복사 제한 및 현지 규제 요구 사항에 따라 다릅니다. 해양 플랫폼은 플랫폼 구조에서 불꽃을 멀리 보내기 위해 수직 스택 대신 수평으로 확장된 플레어 붐을 사용하는 경우가 많습니다.
플레어 팁은 가스가 점화되어 연소되는 스택 상단의 연소 장치입니다. 최신 플레어 팁은 특정 유속 및 가스 구성에 맞게 설계되었으며 다음과 같은 기능을 포함합니다.
파일럿 버너는 항상 플레어 팁에서 일정하고 작은 화염을 유지하여 오전 3시에 예기치 않게 방출된 가스가 즉시 점화되도록 합니다. 대부분의 최신 시스템에서는 고에너지 스파크 점화 또는 화염 전면 발생기(FFG) 시스템 바람이나 비로 인해 조종사가 꺼진 경우 원격으로 조종사의 불을 다시 켜는 것입니다. 조명이 꺼진 파일럿이 있는 조명탄 시스템은 심각한 안전 위반입니다.
불활성 또는 연료 가스(질소 또는 천연 가스)의 지속적인 흐름이 플레어 헤더에 주입되어 공기가 시스템으로 다시 이동하여 배관 내부에 폭발 가능성이 있는 공기-가스 혼합물이 생성되는 것을 방지합니다. 이 "퍼지 가스" 흐름은 플레어 시스템을 유지하는 데 드는 지속적인 운영 비용 중 하나이며 일반적으로 다음과 같은 속도로 실행됩니다. 0.1~1.0m/s 플레어 팁 출구에서.
스택 바닥이나 헤더 내부에 설치되며, 물씰과 분자씰 공기 유입에 대한 2차 장벽 역할을 하며 압력 완화 체크 밸브 역할도 합니다. 물 밀봉 드럼은 가스가 거품을 내야 하는 물기둥(일반적으로 깊이 150~300mm)을 유지하여 작동 중 밀봉과 가스 유량에 대한 시각적 표시를 제공합니다.
플레어 시스템은 물리적 구성과 무연 효율적인 연소를 달성하는 데 사용되는 방법에 따라 분류됩니다. 각 유형은 다양한 작동 및 환경 조건에 적합합니다.
| 플레어 유형 | 구성 | 일반적인 응용 | 주요 장점 |
|---|---|---|---|
| 높은 플레어 | 수직 스택, 팁 높이 | 정유소, 석유화학 플랜트 | 열과 소음을 분산시킵니다. 대규모 흐름을 처리합니다. |
| 그라운드 플레어 | 등급별 밀폐형 또는 개방형 버너 | LNG 터미널, 가스 플랜트 | 저잡음, 저휘도, 무연 |
| 해양 플레어 붐 | 플랫폼에서 연장되는 수평 암 | 해양 석유 및 가스 플랫폼 | 화염을 구조물로부터 멀리 유지합니다. |
| 증기 보조 플레어 | 팁에 스팀 주입 | 증기를 이용할 수 있는 시설 | 중가스의 무연 연소 |
| 공기 보조 조명탄 | 베이스의 강제 송풍기 | Steam이 없는 원격 사이트 | 증기 인프라 없이 무연 |
| 촛대 플레어 | 단순한 무보조 수직 파이프 | 저유량 또는 백업 플레어 | 저렴한 비용, 최소한의 유지 관리 |
플레어 시스템의 작동 순서를 이해하면 각 구성 요소가 존재하고 중요한 이유가 명확해집니다.
플레어 시스템은 국제적으로 인정된 표준에 따라 설계되어야 합니다. 플레어 시스템 설계에 관한 가장 권위 있는 두 가지 문서는 다음과 같습니다.
미국에서는 EPA의 40 CFR 파트 60 및 파트 63 규정은 플레어 연소 효율 요구 사항 및 모니터링 의무를 관리합니다. 이러한 규칙에 따라 플레어는 연소 구역에서 순발열량(NHV)을 최소한 270BTU/scf 안정적이고 효율적인 연소를 보장하기 위해 정의된 임계값 미만의 최대 팁 속도.
는 EU 산업 배출 지침(IED 2010/75/EU) 및 관련 BAT(Best Available Techniques) 결론도 마찬가지로 플레어링을 최소화하고 주요 시설에서 지속적인 연소 효율 모니터링을 입증하는 시설을 요구합니다.
플레어 시스템은 통제되지 않은 가스 배출보다 훨씬 안전하지만 환경에 영향을 주지 않습니다. 주요 우려 사항은 다음과 같습니다.
연소가 완료되면 플레어링을 통해 온실가스인 CO2가 생성됩니다. 그러나, 불완전 연소로 인해 메탄(CH₄)이 발생 20년 동안 지구 온난화 지수가 CO2보다 약 84배 더 큽니다. 가정된 연소 효율 98%에서 시간당 1,000kg의 메탄을 배출하는 플레어는 여전히 대략적으로 배출됩니다. 미연소 메탄 20kg/시간 — 규모에 따른 의미 있는 기후 영향.
충분한 공기 또는 증기 지원 없이 중질 탄화수소 가스가 타오르면 검은 연기 — 대기 질 문제와 규제 위반을 모두 나타내는 그을음 입자(PM2.5 및 PM10). 이것이 바로 대부분의 현대 산업 시설에서 무연 플레어 요구 사항이 시행되는 이유입니다. 설계 플레어 비율의 50% .
는 세계은행 "2030년까지 제로 루틴 플레어링" 2015년에 시작된 이 계획은 90개 이상의 정부와 석유 회사로부터 지지를 받았습니다. 이 이니셔티브는 "일상적인 플레어링"(단순히 이를 포집할 기반 시설이 없기 때문에 석유 생산 중 수반 가스가 지속적으로 플레어링되는 현상)을 제거하는 것을 목표로 합니다. 최근 보고에 따르면 전 세계 플레어 볼륨은 대략 연간 1,440억 입방미터 , 전환의 어려움을 강조합니다.
는 most effective way to reduce flaring is not to improve the flare itself, but to avoid sending gas to the flare in the first place. 플레어 가스 회수(FGR) 시스템 녹아웃 드럼에 도달하기 전에 플레어 헤더에서 저압 가스를 포착하여 연료 가스로 사용하기 위해 다시 압축하거나 공정에 다시 도입합니다. 잘 설계된 FGR 시스템은 다음과 같은 방법으로 일상적인 플레어링을 줄일 수 있습니다. 70~90% .
일반적인 FGR 시스템 구성 요소는 다음과 같습니다.
대규모 정유소의 경우 FGR의 경제적 사례는 강력합니다. 하루 100만 표준입방피트(MMSCFD) 그렇지 않으면 연소될 가스의 연간 절감액이 100만 달러 $3~4/MMBtu의 천연가스 가격으로 배출과 규제 책임을 동시에 줄입니다.
최신 플레어 시스템은 수동적 인프라가 아니며 계측 및 제어 시스템을 통해 적극적으로 모니터링됩니다. 주요 모니터링 요소는 다음과 같습니다.
아래 EPA 서브파트 Ja (석유 정제소의 경우) 시설은 연속 매개변수 모니터링 시스템(CPMS)을 설치하고 각 운영 기간 동안 플레어 연소 효율 표준이 유지되었음을 입증하는 분기별 준수 보고서를 제출해야 합니다.
잘 설계된 플레어 시스템이라도 작동 문제가 발생할 수 있습니다. 가장 일반적인 고장 모드를 이해하면 운영자와 엔지니어가 이를 예측하고 예방하는 데 도움이 됩니다.
| 문제 | 근본 원인 | 결과 | 완화 |
|---|---|---|---|
| 파일럿 화염 진화 | 강한 바람, 비 또는 낮은 파일럿 가스 압력 | 꺼진 플레어링 - 원시 가스 방출 | 자동 점화 시스템, 바람막이 유리 |
| 플레어 팁 번백 | 낮은 가스 흐름, 불꽃이 팁으로 유입됨 | 팁 손상 또는 파손 | 적절한 퍼지 가스 흐름, 팁 디자인 |
| 액체 이월 | 녹아웃 드럼 크기가 작거나 고장났습니다. | 불타는 액체 비, 팁 손상 | 올바른 KO 드럼 크기, 레벨 제어 |
| 과도한 흡연 | 불충분한 증기/공기 보조 | 규제 위반, PM 배출 | 보조 흐름 증가, 팁 유지 관리 |
| 헤더 과압 | 아래sized piping or blocked path | 배압으로 인해 PRV 개방 방지 | API 521 수리학적 분석, 검사 |
플레어 시스템은 석유 및 가스 산업과 가장 밀접하게 연관되어 있지만 가연성 가스나 위험한 가스가 생산되는 광범위한 산업 부문에서 사용됩니다.
는 industrial world is under growing pressure to minimize flaring through both technological innovation and regulatory tightening. Key trends shaping the future of flare systems include:
향상된 내부 혼합 형상을 갖춘 차세대 플레어 팁은 다음을 달성할 수 있습니다. 증기 보조 없이 설계 용량의 최대 90% 흐름에서 무연 연소 , 운영 비용 및 보조 배출을 줄입니다. John Zink Hamworthy 및 Zeeco와 같은 제조업체는 연소 효율이 크게 향상되고 소음 프로필이 감소된 특허받은 팁 디자인을 제공합니다.
NOAA와 NASA가 운영하는 VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) 위성 센서는 이제 대략적인 감지 임계값으로 전 세계적으로 플레어 이벤트를 감지하고 정량화합니다. 복사 전력 1MW . 이 기능은 규제 기관과 투자자가 시설 수준의 플레어링 데이터를 독립적으로 검증하여 자체 보고된 수치 이상으로 책임성을 높일 수 있음을 의미합니다.
Permian Basin(텍사스), Vaca Muerta(아르헨티나) 및 북해를 포함한 여러 석유 생산 지역에서는 점차적으로 더 엄격한 플레어 제한을 도입하거나 새로운 프로젝트에 대한 일상적인 플레어링을 전면적으로 금지했습니다. 이러한 요구 사항을 충족하지 못하는 회사는 생산 축소, 재정적 처벌 또는 운영 라이센스 상실에 직면하게 되어 지속적인 연소에 비해 가스 포집 인프라에 투자할 강력한 경제적 인센티브를 창출합니다.
