パイロットはフレアの心臓部です。健康なパイロットがいなければ、フレアは簡単にベントになる可能性があります。パイロット燃料配管に故障が発生すると、パイロット性能、ひいてはフレア性能に大きな影響を与える可能性があります。パイロット燃料配管のフレアを取り付けるときに故障するとは誰も予想していませんが、故障することはあります。パイロット燃料配管の故障の原因としては、ネジ接続部の締め付けが不十分、ダブルナットなどの緩み防止機構がないフランジ、隣接するフレアからの火炎衝突、損傷したフレアによる火炎衝突、配管支持の不備、腐食などが考えられます。このホワイトペーパーでは、問題が発生した場合に問題を軽減するために実行できる手順と、問題が発生する可能性を減らすための予防策について説明します。次の仮定がなされます:
- フレームフロントジェネレーター(FFG)が利用可能で機能しています。
- ベント ガスを別のフレアにルーティングすることはできません。
- 損傷したフレアは修理のためにシャットダウンされません。
(警告:パイロットなしで操作すると、廃ガスの排出とその結果が発生し、地域の規制に違反する可能性があります。
燃料供給障害シナリオ
シナリオ 1.燃料配管にひびが入りましたが、パイロットの燃料圧力は維持できます。(パイロットの先端には炎が存在します。
すべての失敗が同じというわけではありません。ガスが漏れる配管の亀裂は、パイプの完全な破損ほど深刻ではありません。亀裂の大きさによっては、燃圧を維持できる場合があります。 パイプにひびが入っても燃料圧を維持するには、より多くの燃料流量が必要になる場合がありますが、パイロットは正常に動作し続けることができます。このシナリオで懸念されるのは、亀裂から排出されるガスがどうなるかです。ガスが通気していて点灯していない場合、環境への影響は軽微ですが、フレアチップとそのコンポーネントに害はありません。時間の経過とともに、亀裂から排出される燃料ガスが最終的に発火すると予想されます。発火漏れでは、結果として生じる炎の位置と方向が重要になります。たとえば、漏れによって発生する炎がフレアチップや、電気点火部品、熱電対接合部、ブラケット、パイロット、分子シールなどの他の部品に衝突した場合、ある程度の損傷が予想されます。 炎や燃焼生成物がパイロットのベンチュリに吸い込まれると、パイロットが停止する可能性があります。
漏れの近くにあるパイロットと機器を注意深く監視することをお勧めします。漏れ率がいつでも突然増加し、パイロットの操作に支障をきたす可能性があります。施設は、フレームアウトの可能性を減らすために、シナリオ 2 で説明されている緩和策の一部を実装する必要があるかどうかを決定できます。そもそも亀裂を引き起こしたメカニズムはまだ存在している可能性が高く、亀裂は時間の経過とともに悪化することが予想されます。制御されていない炎が炭素鋼コンポーネントに衝突すると、構造上の欠陥やコンポーネントの封じ込めの喪失が発生する可能性があります。
シナリオ 2. 燃料配管が故障し、パイロットの燃料圧力を維持できません。(パイロット先端の炎を維持するために必要な最小パイロット圧力を下回る。
パイロットの燃料圧力の損失は、パイロットの損失を意味します。主炎から炎が出る可能性が高いです。主火炎が失われる可能性を減らすために、施設は直ちに次の手順を実行できます。
- フレアへの燃料ガスの流れを増やします。強力な主火炎を持つことは、パイロットが不在のときに主火炎の喪失に対する最善の防御策です。流量は、フレア先端の放電時に目に見える炎を生成するのに十分でなければなりません。
- 燃料ガスは、1つまたは複数のフレームフロントジェネレーター(FFG)ラインを介してパイロットに送ることができます。このガスは主炎によって点火できますが、パイロットが風上にいる場合は点火しない場合があります。高度なフレアパイロットには通常、安定した予混合炎を生成するミキサーアセンブリが含まれています。 FFG配管から発生する炎は拡散炎であり、プレミックスパイロットよりも安定性が低く、風によって消火される可能性が高くなります。 FFGシステムによって生成される炎は、燃焼がパイロットフロントガラスの外側で発生するため、パイロット熱電対では検出できないことがよくあります。複数のFFGラインに燃料を噴射する場合は、「U」チューブ効果が発生しないように注意する必要があります。 「U」チューブ効果は、配管システムに低い高度 (つまり、FFG 点火チャンバーのすぐ下流) に接続された 2 つの排出がある場合に発生します。 「U」字管を通る空気より軽いガスの流量が少ないと、一方の出口のみが流れ出し、もう一方の出口には配管に空気が流れ込む傾向があります。 これにより、可燃性の燃料と空気の混合物が発生し、燃料と空気が混合する場所にフラッシュバックする可能性があります。
- 燃料と空気の組み合わせは、FFGラインを介して送ることができます。燃料と空気の混合物をFFGラインに送ると、拡散炎よりも安定した予混合炎が得られます。燃料と空気の混合気の速度が混合気の乱流火炎速度よりも大きくなるように注意する必要があります。FFG ラインの速度が低すぎると、炎が FFG ラインにフラッシュバックし、爆発する可能性があります。1インチFFGラインと天然ガス燃料の場合、ジョン・ジンクは、最低50 SCFHの燃料と475 SCFHの空気を推奨しており、これはメタン最大層流火炎速度の15倍以上である24フィート/秒を超えるライン速度を生成し、フラッシュバックしてはならない。
- 不活性物質(窒素、二酸化炭素、水蒸気など)をフレアに送る場合は、特別な注意が必要です。安定した炎を確保するために、不活性材料を十分に濃縮してください。フレアが燃焼ゾーン正味発熱量(NHVcz)を自動的に維持している場合、NHVCZの最小設定値を上げて、主火炎の安定性を向上させることができます。ガスクロマトグラフなど、ベントガスの発熱量を測定するために使用される機器の応答時間が遅い場合、NHVcz設定値を上げることの利点が増加します
- アが空気アシストまたは蒸気アシストである場合は、フレアを過剰にアシストしないように注意する必要があります。過剰に支援されたフレアが消火される確率は、無関心な煙点で作動するフレアよりも高くなります。
- 安定した主炎が確立されたら、燃料ガスの排出や制御不能な炎を避けるためにパイロットガスを遮断します。
追加の措置を講じることはできますが、動員するには時間がかかります。
- 一時的なパイロットをインストールします。一部のベンダーは、フレア先端の上部に引っ掛ける一時的なフックパイロットを備えており、動作中のフレアに取り付けることができます。
- ジョン・ジンクからフレアを借りて、ベントガスをレンタルに転用します。迂回したら、損傷したフレアをシャットダウンして修理します。
- John Zink の PilotEye などの IR 火炎検知器を取り付けます。このような装置は、炎が存在することをオペレーターにフィードバックし、炎が発生した場合はアラームを発します。他の光学フレア監視技術は、フレアの炎のアウトおよび/またはIR画像を通知することができます。
シナリオ 3. パイロットは外に出ており、主炎は消えています。
主炎が失われるということは、フレアがベントガスを排出していることを意味します。すぐに次の手順を実行して、メインフレームを再点火します。
フレアに流れる豊富なガスの適度な流れがあることを確認してください。(空気より軽いガスをご使用ください。フレアに流れるガスが空気よりも重い場合、傾斜地に落下し、爆発性混合物を生成する可能性があります)。パイロット点火方法を使用して、メインフレームに点火を試みます。
- FFGに火の玉を送ります。理想的には、フレアの先端から風下または側風のパイロットに火の玉を送ります。 風上のパイロットを通る火の玉は、主炎に点火しない可能性があります(風速とフレアへの可燃性ガスの流量によって異なります)。点火する前に、燃料と空気の混合気が FFG ラインに完全に満たされるまでに十分な時間が確保されていることを確認してください。
- パイロットがJohn Zink InstaFire®(高電圧)イグニッションを装備している場合は、すべてのInstaFire® Man/Off/Autoスイッチを自動からオフにしてから自動に戻します。 これにより、点火タイマーがリセットされ、InstaFire®は各パイロットのフロントガラス内に高電圧火花を生成します。 可燃性の燃料と空気の混合物が火花と同じ場所に存在する場合、 主炎が発火する可能性が高い。(このアクションは、FFGラインがいっぱいになるのを待っている間に実行できます。
- ソイタンまたはフレアピストルを備えた散弾銃が利用可能な場合は、どちらも主炎に点火するために使用できます。フレアに流れる可燃性ガスの量が多いほど、発火の可能性が高くなります。激しい発火が発生した場合に怪我をしないように、射手の位置を計画するように注意する必要があります。操作施設内で焼夷弾を使用する場合は、すべての適切な施設の安全対策を講じる必要があります。
- 過去には、炎の矢を使用して照明弾に火をつけました。このアプローチを使用する場合は、激しい発火が発生した場合に怪我をしないように、射手の位置を計画するように注意する必要があります。また、怪我や損傷を避けるために、矢が地球に戻ることを計画してください。 操作施設内で焼夷弾を使用する場合は、すべての適切な施設の安全対策を講じる必要があります。
- 安定した主炎が確立されたら、燃料ガスの排出や制御不能な炎を避けるためにパイロットガスを遮断します。
信頼性を向上させる方法
以下は、パイロットの信頼性を向上させることができます。
- フレアの設置には、経験豊富で有能な担当者を使用してください。
- パイロットガスマニホールドなしで、パイロットごとに個別のパイロットガスラインを設置します。1 人のパイロットへの配管が故障しても、他のパイロットの操作には影響しません。また、個々のラインは、燃料ガスの排出や制御不能な炎を防ぐために、損傷したラインを隔離することができます。1 人のパイロットにガスを供給するには 1/2 インチ (12 mm) のパイプで十分ですが、剛性を高めたり配管強度を高めたりするために、より大きなサイズを使用できます。
- パイロット ガス ラインは炭素鋼の代わりにステンレス鋼で作られます。オフショアまたは沿岸の場所では、316 SSをお勧めします。 他のほとんどの場所では、304 SSをお勧めします。316 SS または 304 SS を不適切な選択にするフレア スタック周囲の腐食環境を現場が認識している場合は、現場に適した鋼材を使用してください。ステンレス鋼は炭素鋼ほど早く腐食せず、高温では炭素鋼よりも強度があります。 また、ステンレス鋼は炭素鋼よりも内部スケールが少ないため、内部の破片によるパイロットの目詰まりの可能性が低くなります。
- パイロット燃料配管には、可能な限りソケット溶接継手を使用してください。フランジとねじ接続が少ないほど、漏れが発生する可能性は低くなります。
- (フランジ、ユニオン、ねじ接続など) が適切に締められ、振動によって時間が経っても緩まないようにしてください。フランジ接続にはダブルナットを付けることをお勧めします。不適切な接続/締め付けは、ジョン・ジンクの担当者が目撃した最も一般的な取り付けエラーの 1 つです。
- 燃料配管とFFG配管が適切にサポートされていることを確認してください。パイロットから長い長さの燃料パイプを吊るすと、ミキサーが破損し、パイロットが機能しなくなります。
- パイロット燃料配管が、煙突、パイロット燃料パイプ、またはその両方の熱膨張に対応できることを確認してください。熱膨張に対応できない柔軟性のないパイプ構成は、コンポーネントにストレスをかけます。最良のシナリオでは、配管が壊れることなく変形する可能性があります。 最悪の場合、配管にひび割れや破損が発生したり、パイロットミキサーが故障したりする可能性があります。最も一般的な取り付けエラーの 1 つは、熱膨張の許容範囲が不十分であることです。 これは、設置請負業者が燃料ガス配管を強制的に一緒にし、配管にストレスがかかった状態のままにした場合に発生する可能性があります。
- 設置中は、すべての燃料配管をブローダウンして、配管に侵入した破片を取り除きます。配管を洗い流すために水を使用する場合は、システムを閉じる前にすべての水が除去されていることを確認するように注意する必要があります。寒い季節には、水が残っていると凍結してパイロットのオリフィスが詰まる可能性があります。
- 現場が凍結状態にある場合は、燃料ガスからすべての水を除去する必要があります。たとえば、非常に寒い場所では、液体メタノールを通して燃料ガスをパイロットで泡立てます。 これにより、パイロット燃料ガスから水分が除去され、パイロットオリフィスでの凍結が防止されます。
- パイロットオリフィスの直前に適切なサイズのYストレーナを取り付けます(John Zink標準)。このストレーナーは、破片によるオリフィスの詰まりに対する最後の防御線です。
- 手動ブロックバルブを備えた並列レギュレーターとストレーナーをグレードに設置し、パイロットへの燃料の流れを中断することなくこれらの装置をメンテナンスできるようにします。ストレーナーは、レギュレーターのオリフィスを保護するために、レギュレーターの上流にある必要があります。
- パイロット燃料ガス配管に自動ブロックバルブを設置しないでください。電気的故障、圧縮空気の故障、またはロジックの故障により、施設内の重要な時期にフレアパイロットへの燃料が遮断される可能性があります。
- 主な燃料ガスの供給が信頼できない場合は、代替燃料源を用意してください。プロパンは、多くの施設のバックアップおよび/または起動燃料として使用されてきました。天然ガスで操作するように設計されたジョン・ジンクのパイロットは、より低い燃料圧力でプロパンを使用して操作できます。これにより、バックアップ燃料の制御が簡単になり、設定値の低いレギュレーターを追加するだけで済みます。
- FFGが設置されている場合は、オペレーターが定期的にFFGの操作についてトレーニングを行うことがベストプラクティスです。 フレアパイロットは信頼性が高く、FFGを使用してパイロットに点火する必要がなく、何年も経つことができます。FFGの操作に慣れていないオペレーターは、ストレスの多い状況でFFGを手動モードで操作するとエラーを犯す可能性が高くなります。
- 1つまたは複数の格納式パイロットを取り付けます。格納式パイロットを使用すると、フレアの使用中にパイロット、熱電対、燃料供給ホース、および配線を修理/交換できます。
- 燃料ガス中の凝縮性成分により、パイロット オリフィスが詰まったり、パイロットへの燃料流量が変動したりする可能性があります。パイロットガス配管を低点を避けるように設計し、凝縮水のない凝縮水が設計された凝縮水収集量に排出されるようにします。
- プロパンなどの重質燃料を寒冷環境で使用した場合に発生する可能性のある燃料凝縮の大部分を回避するために、パイロットガスラインのヒートトレースが必要になる場合があります。
- パイロットミキサーは、周囲温度が氷点下近くで大気が湿気が多いと、氷(霜)で詰まる可能性があります。冷却塔の蒸気プルームに近づくと、霜の形成を可能にする条件も生み出される可能性があります。霜が降りる可能性がある場合、パイロットはミキサーを氷から守るために霜防止ヒーターを装備する必要があります。
結論
健康なパイロットは、良好なフレア運用に不可欠です。障害が発生した場合、炎が消える可能性を減らすために実行できる手順があります。危険なパイロットによるフレア操作はリスクを増大させ、綿密な監視と制御が必要です。施設の計画外の閉鎖は費用がかかり、数百万ドルの費用がかかる可能性があります。慎重な設計と適切な設置方法により、パイロットの失敗の可能性を減らすことができます。古いことわざにあるように、1オンスの予防は1ポンドの治療に値します。
