フレアヘッダーの統合:コスト、安全性、パフォーマンスのバランス

高圧と低圧の流れを混合したり、濃厚で希薄なガス組成を混合したりすると、設計上の妥協を余儀なくされ、フレアチップが大きすぎたり、燃焼が不安定になったり、光熱費が高くなったりする可能性があります。場合によっては、トレードオフにより、未燃焼ガスの排出、意図しない喫煙、さらには目に見える炎が発生し、規制コンプライアンスと人員の安全を危険に

この記事では、フレア設計の基礎、ヘッダー統合のリスク、および総所有コスト(TCO)分析がフレアシステムの意思決定をよりスマートに導く方法について説明します。

Flare Design Fundamentals

フレアは、堅牢で信頼性が高く、さまざまな廃ガス特性を処理できる必要があります。3つのコア要件がフレア設計を駆動します:

1. 油圧容量
   • フレアは、上流の機器を過度に圧迫することなくプラントの流れを緩和するのに十分な容量を持っていなければなりません。
   • 低圧と高圧のソースがヘッダーを共有する場合、最大背圧は、オーバーサイズの設計を余儀なくされる可能性のある最低定格のソースによって設定する必要があります。
2. 安定した燃焼
   • 廃ガスは、その全動作範囲にわたって燃焼する必要があります。
   • リーンガス(<~800 Btu/scf)は、可燃性限界内にとどまるために、より大きな出口領域または濃縮を必要とします。
   • リッチガスは高速の恩恵を受けますが、無煙を維持するために補助媒体(空気、蒸気、または燃料ガス)が必要になる場合があります。
3. • 40 CFR 63.670および60.18などの規制コンプライアンス基準は、フレア出口速度、NHVcz(燃焼ゾーンの正味発熱量)、可視炎、喫煙、騒音、および放射に制限
   を設けています。
   • 違反は、罰金、排出ガス違反、コミュニティからの苦情、または安全上のリスクにつながる可能性があります。

異なるソースが組み合わされている場合、フレアサイジングは最も低い圧力と最も希薄なガス流に対応する必要があります。これにより、フレアチップが大きすぎたり、エンリッチメント要件が高くなったり、アシストメディアの使用量が増加したりすることがよくあります。

異なるソースを組み合わせるリスク

運用上の非効率性

• 特大のフレアチップは、より多くのアシストメディアを必要とし、内部燃焼を起こしやすく、機器の寿命を縮めます。
• ターンダウンが悪いと、低フレア率ではアシストメディアの流れを効果的に縮小できないため、ユーティリティが無駄になります。
• フレアチップが大きくなると、死荷重や風に耐えるためのより強力な構造が必要になります。

トランジションハザード

フレア リングイベント間の遷移は、段階的な地上フレアで特に問題となります :

• リーン・アフター・リッチ・イベント: ヘッダーにリッチ・ガスが含まれ、リーン・レリーフが始まると、リーン・バーナーが最初にリッチ・ガスを受け取り、リーン・ガスが到着するまで長い炎と煙が発生します。
• リッチ・アフター・リーン・イベント: リッチ・ガスがリーン・リリーフに続く場合、ヘッダーは最初にリーン・ガスをリッチ・バーナーに供給します。リーンガスは発火できないため、組成が安定するまで消灯します。
• 同時緩和:低流量は長い炎と喫煙を引き起こす可能性がありますが、高流量は、点火に十分なリッチガス混合物まで高圧チップを介して希薄ガスを排出する可能性があります。

これらのシナリオは、環境違反、目に見える排出物、および勾配でベントが発生する地上フレアで特に危険な人員への曝露 のリスクがあります。

総所有コスト:分離の経済

統合により事前の配管が削減されますが、TCO分析 では分離が報われることを示す ことができます:

Elevated Flares

• ケース例:分離された高架フレアシステムは、蒸気アシストを完全に排除しました。
• 天然ガス(パイロット/パージ):$3.04/MMBtu.
• 蒸気:$9.39/1,000ポンド
• 断熱蒸気配管:$ 30 / ft(4 ")、$ 60 / ft(8")。
• 大口径ヘッダー配管:$4/lb.
• 結果:初期CAPEXは高くなりますが、継続的な光熱費の節約によりコストが相殺されます。~5年で投資回収。

マルチポイント地上フレア(MPGF)

• 典型的なMPGFボックス:$10–15MM。
• 24インチヘッダーを追加(3,000フィート):~$500,000(総コストの~3.5–5%)。
• 継続的なユーティリティの節約はありませんが、分離により、プラント燃料ガスインフラストラクチャの容量を超える可能性のある800 Btu/scfへのリーンガス濃縮が防止されます。
• メリット:特に船舶のブローダウンや低圧の場合、より安全な操作と簡単なメンテナンス

実用的なグループ化ガイドライン

ジョンジンク(John Zink)、次の 設計ガードレールを適用することを推奨

• 。
• 低圧チップのリッチとリーンは、リーンストリーム(およびエンリッチメント)が最大のリッチストリームボリュームフローの<15%である場合にのみ組み合わせることができます。
• MPGFで裕福でリーンなグループではありません。
• 同時にリリーフが可能な場合は、高圧源と低圧源をグループ化しないでください。

クイックリファレンスチェックリスト

• ソースは同様の圧力とNHVを持っていますか?
• 組み合わせるには、特大のチップやより高い濃縮率が必要ですか?
• トランジションイベントは、ベントや喫煙を引き起こす可能性がありますか?
• プラントユーティリティは、追加の蒸気/濃縮需要に対応できますか?
• 設計は40 CFR 63.670に準拠していますか?

Glossary

• NHVcz(Net Heating Value in Combustion Zone): 米国の規制に従って安定した燃焼に必要な最小発熱量。
• アシストメディア:無煙燃焼能力を向上させるために使用される蒸気、空気、または燃料ガス。
• Internal Burning: フレアチップ内で炎が安定するため、寿命が短くなり、ユーティリティ消費量が増えます。

結論

Flareヘッダーの統合は、前もってお金を節約するかもしれませんが、多くの場合、より大きな長期的なリスクとコストを生み出します。特大のチップ、不安定な燃焼、および移行の危険性は、コンプライアンスと安全性を損ない、ユーティリティの消費を押し上げる可能性があります。

救援源を早期に評価し、異なる流れを分離することで、オペレーターは安全

• マージンを向上させることができます。
• ユーティリティ需要の削減。
• メンテナンスを簡素化します。
• 環境法規制の遵守を図ります。

高架フレアシステムでは、分離 により 、合理的な 時間枠で光熱費の節約 を取り戻すことができます 。MPGFの場合、 追加の ヘッダーコストは、より安全で信頼性の高いシステムにとって控えめなプレミアムです。

ジョンジンク(John Zink)では、安全性、効率性、コンプライアンス、総所有コストのバランスが取れたフレアシステムの設計をお手伝いします。

フレアヘッダーの設計を評価する準備はできましたか?ジョンジンク(John Zink)に連絡して、システムリスクとTCO評価をスケジュールしてください。