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、ねじ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
1.燃料配管にひびが入ったが、パイロット燃料の圧力は維持できる。(炎はパイロットチップに存在します。
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。クラックの大きさによっては、それでも燃料圧力を維持できる場合があります。 パイプにひびが入った状態で燃料圧力を維持するには、より多くの燃料流量が必要になる場合がありますが、パイロットは通常どおり運転を続けることができます。このシナリオで懸念されるのは、亀裂から出るガスに何が起こるかです。ガスが通気して点火されていない場合、環境への影響はわずかですが、フレアチップとそのコンポーネントに害を及ぼすことはありません。亀裂から排出される燃料ガスは、時間が経つにつれて最終的に発火することが予想されます。漏れが発火すると、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、リークによって発生した炎がフレアチップや電気点火部品、熱電対ジャンクション、ブラケット、パイロット、モレキュラーシールなどの他のコンポーネントに衝突した場合、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。
漏れの近くのパイロットと機器を綿密に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する可能性があり、パイロットの運用が損なわれる可能性があります。施設は、シナリオ 2 で説明した緩和策の一部を実装して、フレームアウトの可能性を減らす必要があるかどうかを決定する場合があります。最初に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と予想されます。制御されていない炎が炭素鋼部品に衝突すると、構造上の故障や部品の封じ込めの喪失につながる可能性があります。
シナリオ 2. 燃料配管が故障し、パイロット燃料圧力を維持できなくなった。(パイロット先端の炎を維持するために必要な最小以下のパイロット圧力。
パイロットの燃料圧力が失われると、パイロットも失われます。メインフレームから炎が出る可能性が高くなります。施設は、メインフレームの損失の可能性を減らすために、次の手順をすぐに実行できます。
- フレアへの燃料ガスの流れを増やします。強いメインフレームを持つことは、パイロットが不在のときにメインフレームが失われるのを防ぐ最善の防御策です。流量は、フレアチップの放電で容易に見える炎を生成するのに十分である必要があります。
- 燃料ガスは、1つ以上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。このガスはメインフレームによって点火される可能性がありますが、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、安定した予混合火炎を生成するミキサーアセンブリが含まれています。 FFG配管から発生する火炎は拡散火炎であり、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た炎は、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」管効果は、配管システムに2つの放電があり、それらがより低い高さ(つまり、FFGイグニッションチャンバーのすぐ下流)に接続されている場合に発生します。 「U」字管を通る空気よりも軽いガスの低流量は、一方の出口だけから流出する傾向があり、もう一方の出口では配管に空気が流れ込みます。 これにより、可燃性の燃料と空気の混合物が生成され、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/空気混合物をFFGラインに送ると、拡散炎よりも安定した予混合火炎が得られる可能性があります。燃料と空気の混合物の速度が混合物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インチのFFGラインと天然ガス燃料の場合、John Zinkは、メタンの最大層流炎速度の15倍以上である24 ft / sを超えるライン速度を生成する最低50 SCFHの燃料と475 SCFHの空気を推奨しており、フラッシュバックしてはなりません。
- 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、さらに注意を払う必要があります。不活性材料は、安定した炎を確保するために十分に濃縮してください。フレアが自動的に燃焼ゾーン正味発熱量(NHVcz)を維持している場合は、最小NHVCZ設定値を増やしてメインフレーム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のように、ベントガスの発熱量の測定に使用される機器の応答時間が遅い場合、NHVcz設定値を上げる利点が増加します
- アがエアアシストまたはスチームアシストの場合、フレアを過度にアシストしないように注意する必要があります。過度にアシストされたフレアが消火される確率は、煙点が小さいフレアが消火される確率が高くなります。
- 安定した主炎が確立されたら、パイロットガスを遮断して、燃料ガスの排出や制御不能な炎を避けます。
追加の措置を講じることができますが、動員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。一部のベンダーには、フレアチップの上部にフックし、動作中のフレアに取り付けることができる一時的なフックパイロットがあります。
- 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迂回させます。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火炎検出器を取り付けます。このようなデバイスは、炎が存在することをオペレーターにフィードバックし、炎が切れた場合にアラームを発します。フレアのフレームアウトやIR画像を通知できる光学フレア監視技術は他にもあります。
シナリオ 3. パイロットが外に出て、メインの炎が消えています。
メインフレーム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、メインの炎を再点火します。
フレアに流れる豊富なガスの合理的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使用してください。フレアに流れるガスが空気よりも重い場合、グレードに落ちて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してみてください。
- FFGを通じて火の玉を送ります。理想的には、フレアの先端から風下または横風にあるパイロットを介して火球を送ります。 風上パイロットによる火の玉は、メインフレームに点火しない場合があります(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/空気混合物がFFGラインを完全に満たすのに十分な時間を確保してください。
- 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、InstaFire® Man/Off/Auto のすべてのスイッチを Auto から Off にしてから Auto に戻します。 これにより、イグニッション 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スパークを生成します。 スパークと同じ場所に可燃性の燃料と空気の混合物が存在する場合、 メインの炎が発火する可能性があります。(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。
- 焼夷弾付きのショットガンまたはフレアピストルが利用可能な場合は、どちらかを使用してメインフレームを点火することができます。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。ハードイグニッションがある場合に怪我をしないように、シューターの位置を計画するように注意する必要があります。運用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、フレアを点火するために炎の矢が使用されていました。このアプローチを使用する場合は、ハードイグニッションが発生した場合に怪我をしないように、シューター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。 運用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、パイロットガスを遮断して、燃料ガスの排出や制御不能な炎を避けます。
信頼性を向上させる方法
パイロットの信頼性を向上させるには、以下の方法があります。
- フレアの設置には、経験豊富で有能な人員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、各パイロット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、個々のラインでは、損傷したラインを分離して、燃料ガスの排出や制御不能な炎を防ぐことができます。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、剛性や配管強度を高めるためには、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、炭素鋼ではなくステンレス鋼で製造します。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。フレアスタックの周囲に腐食性環境があり、316 SSまたは304 SSが不適切な選択になることがサイトで認識されている場合は、サイトに適した鋼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く、内部の破片によるパイロットの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ければ少ないほど、リークが発生する可能性は低くなります。
- 接続部(フランジ、ユニオン、ねじ接続部など)が適切に締められ、振動によって時間の経過とともに緩まないようにします。フランジ接続はダブルナットにすることをお勧めします。不適切な接続/締め付けは、John Zink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。
- 燃料とFFG配管の適切なサポートを確保します。パイロットから長い燃料パイプを吊るすと、ミキサーが壊れ、パイロットが機能しなくなりました。
- パイロット燃料配管が、スタック、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与えます。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、配管に亀裂が入ったり壊れたり、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。最も一般的なインストールエラーの1つは、熱膨張の許容量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無理やりつなぎ合わせ、配管をストレス状態のままにした場合に発生する可能性があります。
- 設置時には、すべての燃料配管をブローダウンして、配管に入った破片を取り除きます。配管の洗い流し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。寒い時期には、水が残っていると凍結してパイロットオリフィスが詰まる可能性があります。
- サイトが凍結状態になった場合は、燃料ガスからすべての水を取り除く必要があります。たとえば、一部の非常に寒い場所では、液体メタノールを介してパイロット燃料ガスが泡立ちます。 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を防ぎます。
- 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)。このストレーナは、異物によるオリフィスの詰まりに対する最後の防衛線です。
- 並列レギュレーターとストレーナを勾配に取り付けて、手動ブロックバルブを装備し、パイロットへの燃料の流れを妨げずに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配置する必要があります。
- パイロット燃料ガス配管に自動ブロックバルブを取り付けないでください。電気系統の故障、圧縮空気の故障、またはロジックの故障により、施設内の重要な時間にフレアパイロットへの燃料が停止する可能性があります。
- メインの燃料ガス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/またはスタートアップ燃料として使用されてきました。天然ガスで動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運転できます。これにより、バックアップ燃料の制御が簡単になり、セットポイントの低いレギュレータを追加するだけで済みます。
- FFG が取り付けられている場合は、オペレーターが定期的に FFG の操作に関する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なしに何年も経過させることができます。FFGの操作に不慣れなオペレーターは、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起こす可能性が高くなります。
- 1つ以上の格納式パイロットを取り付けます。格納式パイロットは、フレアが稼働している間、パイロット、熱電対、燃料供給ホース、および配線の修理/交換を可能にします。
- 燃料ガス中の凝縮性成分は、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 ガス配管は、低点を避けて設計し、凝縮水を含まない流体が設計された凝縮水収集量に排出されるように設計します。
- パイロット ガス ラインのヒート トレースは、プロパンなどの重質燃料が寒冷環境で使用される場合に発生する可能性のある燃料の結露の大部分を避けるために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、大気が湿度が高い場合、氷(霜)で詰まることがあります。冷却塔の蒸気プルームに近接していると、霜が降りる可能性のある条件が生じることもあります。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、フレームアウトの可能性を減らすために実行できる手順があります。パイロットが妥協した状態での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、パイロットの故障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。
