A フレアシステム は、主に石油・ガス、石油化学、精製産業で使用され、不要な炭化水素ガスや過剰な炭化水素ガスを制御された方法で燃焼させて安全に処理するために使用される産業用安全燃焼装置です。フレアシステムは、有毒ガスまたは可燃性ガスを大気中に直接放出するのではなく、燃焼点 (通常は高所または地上レベルのフレアチップ) に送り、そこで点火され、主に二酸化炭素 (CO₂) と水蒸気などの有害性の低い燃焼副生成物に変換されます。
簡単に言えば、フレア システムは制御されないガス放出に対する最後の防御線です。 これは通常の動作プロセスではなく、プラントの安全性、規制遵守、環境保護を確保する重要な緊急時および圧力解放メカニズムです。世界的に、フレアシステムは推定で 年間 1,400 ～ 1,500 億立方メートルの天然ガス 、世界銀行の世界ガスフレア削減パートナーシップ（GGFR）によると。
フレア システムは、産業運営において、いくつかの異なる、しかし相互に関連した目的を果たします。
適切に設計されたフレアシステムにより、 燃焼効率98～99.9% これは、ほぼすべての炭化水素が未燃焼の揮発性有機化合物 (VOC) として放出されるのではなく、破壊されることを意味します。
完全な産業用フレア システムは、単なる単一の燃焼トーチではなく、連携して動作する機器の統合ネットワークです。主要なコンポーネントには次のものが含まれます。
フレア ヘッダーは、施設全体の複数の供給源 (圧力リリーフ バルブ、ブローダウン バルブ、制御バルブ バイパス) からリリーフ ガスを収集し、それらを中央のノックアウト ドラム、そしてフレア スタックに送るパイプのネットワークです。ヘッダーのサイズ設定は重要です。サイズが小さい配管は危険な背圧を発生させ、リリーフバルブが正しい設定圧力で開くのを妨げる可能性があります。
ガスはフレア先端に到達する前に、 ノックアウトドラム (フレアノックアウト容器または液体シールドラムとも呼ばれます)。この容器は、気体流から同伴液体を分離します。フレアチップに液体が侵入すると、危険な「フレアの雨」（スタックから落ちる燃焼液滴）を引き起こす可能性があり、チップが損傷したり爆発を引き起こす可能性があります。ノックアウト ドラムは、適切に設計されたフレア システムでは譲れない安全機能です。
フレア スタックは、フレアの先端を地面より上の安全な高さまで持ち上げる構造要素です。通常、スタックの高さの範囲は次のとおりです。 30～150メートル以上 、施設の規模、グレード レベルで必要な熱放射制限、および地域の規制要件に応じて異なります。オフショアプラットフォームでは、火炎をプラットフォーム構造から遠ざけるために、垂直スタックの代わりに水平に延びるフレアブームを使用することがよくあります。
フレアチップは、ガスが点火されて燃焼するスタックの上部にある燃焼装置です。最新のフレアチップは、特定の流量とガス組成に合わせて設計されており、次のような機能が含まれています。
パイロット バーナーはフレアの先端で常に小さな炎を一定に維持し、放出されたガスがたとえ午前 3 時であっても即座に点火するようにします。最新のシステムのほとんどは、 高エネルギー火花点火 または 火炎面発生器 (FFG) システム 風や雨でパイロットが消えた場合に、遠隔から再点灯します。点火されていないパイロットを備えたフレアシステムは重大な安全違反です。
不活性ガスまたは燃料ガス (窒素または天然ガス) の連続流がフレア ヘッダーに注入され、空気がシステムに逆流して配管内に爆発の可能性のある空気とガスの混合物が生成されるのを防ぎます。この「パージガス」の流れは、フレアシステムを維持するための継続的な運用コストの 1 つであり、通常は次の速度で実行されます。 0.1～1.0m/s フレアチップ出口にて。
スタックのベースまたはヘッダー内にインストールされ、 水シールと分子シール 空気の侵入に対する二次的な障壁として機能し、圧力逃がし逆止弁としても機能します。ウォーターシールドラムは、ガスが通過する必要がある水柱（通常は深さ 150 ～ 300 mm）を維持し、シールと動作中のガス流量の視覚的なインジケーターの両方を提供します。
フレアシステムは、その物理的構成と、無煙で効率的な燃焼を実現するために使用される方法によって分類されます。各タイプは、さまざまな動作条件や環境条件に適しています。
| フレアタイプ | 構成 | 代表的な用途 | 主な利点 |
|---|---|---|---|
| 高められたフレア | 垂直スタック、先端が高い位置にある | 製油所、石油化学プラント | 熱と騒音を分散します。大きなフローを処理します |
| グランドフレア | 勾配の密閉型または開放型バーナー | LNG基地、ガスプラント | 低騒音、低照度、無煙 |
| オフショアフレアブーム | プラットフォームから伸びる水平アーム | 海洋石油およびガスプラットフォーム | 炎を構造物から遠ざけます |
| 蒸気アシストフレア | 先端からスチームを噴射 | 蒸気が利用できる設備 | 重ガスの無煙燃焼 |
| エアアシストフレア | ベースの強制送風機 | Steam のないリモート サイト | 蒸気インフラなしで無煙化 |
| ローソク足フレア | シンプルな補助なしの垂直パイプ | 低流量またはバックアップフレア | 低コスト、最小限のメンテナンス |
フレア システムの動作シーケンスを理解すると、各コンポーネントが存在する理由と重要性が明確になります。
フレア システムは、国際的に認められた標準に従って設計されている必要があります。フレア システムの設計を規定する最も権威のある 2 つの文書は次のとおりです。
米国では、 EPA の 40 CFR パート 60 およびパート 63 規制は、フレア燃焼効率要件と監視義務を規定します。これらの規則に基づいて、フレアは燃焼ゾーンで少なくとも 100 の正味発熱量 (NHV) を維持する必要があります。 270BTU/scf 安定した効率的な燃焼を確保するために、最大先端速度が定義されたしきい値を下回っています。
の EU 産業排出指令 (IED 2010/75/EU) および関連する Best Available Techniques (BAT) の結論では、同様に施設がフレアを最小限に抑え、主要な施設で継続的な燃焼効率監視を実証することが求められます。
フレアシステムは、制御されていないガス排出よりもはるかに安全ですが、環境への影響がないわけではありません。主な懸念事項は次のとおりです。
燃焼が完了すると、フレアリングによって温室効果ガスである CO₂ が生成されます。ただし、 不完全燃焼するとメタン（CH₄）が発生します 、20 年間で CO₂ の約 84 倍の地球温暖化係数があります。推定燃焼効率 98% では、フレアベントによる 1,000 kg/時のメタンの排出量は依然として大まかです 未燃焼メタン 20 kg/時間 — 大規模な気候への重大な影響。
十分な空気や蒸気の助けを借りずに重質炭化水素ガスを燃焼させると、 黒煙 — すす粒子 (PM2.5 および PM10) は、大気質の問題と規制違反の両方を表します。これが、ほとんどの最新の産業施設で無煙燃焼要件が強制されている理由であり、通常は少なくとも最大で無煙運転が必要です。 設計フレア率の50% .
の 世界銀行の「2030年までに日常的なフレアリングをゼロにする」 2015 年に開始されたこのイニシアチブは、90 を超える政府と石油会社からの支持を集めています。この取り組みは、「日常的なフレアリング」、つまり石油生産中に随伴ガスを回収するためのインフラが存在しないために継続的にフレアリングを行うことの排除を目標としています。最近の報告の時点で、世界的なフレアの量は依然として約 年間1,440億立方メートル と移行の難しさを浮き彫りにした。
の 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. フレアガス回収（FGR）システム ノックアウトドラムに到達する前にフレアヘッダーから低圧ガスを捕捉し、燃料ガスとして使用するために再圧縮するか、プロセスに再導入します。適切に設計された FGR システムは、次のような方法で日常的なフレアを軽減できます。 70～90% .
一般的な FGR システム コンポーネントには次のものがあります。
大規模な製油所にとって、FGR の経済的根拠は強力です。 1 日あたり 100 万標準立方フィート (MMSCFD) さもなければフレアされるであろうガスの年間節約額は、 100万ドル 天然ガス価格は 3 ～ 4 ドル/MMBtu で、同時に排出量と規制上の責任を削減します。
最新のフレア システムは受動的なインフラストラクチャではなく、計装および制御システムを通じてアクティブに監視されます。主要な監視要素は次のとおりです。
下 EPA サブパート Ja （石油精製所の場合）施設は、連続パラメータ監視システム（CPMS）を設置し、フレア燃焼効率基準が各運転期間を通じて維持されていることを示す四半期ごとのコンプライアンス報告書を提出する必要があります。
適切に設計されたフレア システムでも、運用上の問題が発生する可能性があります。最も一般的な故障モードを理解することは、オペレーターやエンジニアが故障を予測して防止するのに役立ちます。
| 問題 | 根本原因 | 結果 | 緩和 |
|---|---|---|---|
| パイロット炎の消火 | 強風、雨、またはパイロットガス圧力の低下 | 未点灯のフレアリング — 生ガスの放出 | 自動点火システム、風防 |
| フレアチップのバーンバック | 低いガス流量、炎が先端に引き込まれる | 先端の損傷または破損 | 適切なパージガス流量、チップ設計 |
| 液体キャリーオーバー | ノックアウトドラムのサイズが小さすぎるか故障しています | 燃えるような液体の雨、先端の損傷 | 正しいKOドラムのサイジング、レベルコントロール |
| 過度の喫煙 | 蒸気/エアアシストが不十分です | 規制違反、PM排出量 | アシスト流量の増加、チップのメンテナンス |
| ヘッダーの過圧 | 下sized piping or blocked path | 背圧により PRV が開かない | API 521 水力分析、検査 |
フレア システムは石油およびガス産業と最も密接に関連していますが、可燃性または危険なガスが生成される場所であればどこでも、幅広い産業分野で使用されています。
の 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:
改良された内部混合形状を備えた次世代フレアチップは、 蒸気アシストなしで設計容量の最大 90% の流量で無煙燃焼 、運用コストと副次的な排出を削減します。 John Zink Hamworthy や Zeeco などのメーカーは、燃焼効率が大幅に向上し、騒音プロファイルが低減された特許取得済みのチップ設計を提供しています。
NOAA と NASA によって運用されている VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) 衛星センサーは、現在、約 100 の検出閾値で地球規模のフレア イベントを検出し、定量化しています。 1MWの放射電力 。この機能は、規制当局と投資家が施設レベルのフレアリングデータを独立して検証できることを意味し、自己申告の数値を超えて説明責任を強化します。
パーミアン盆地（テキサス州）、バカ・ムエルタ（アルゼンチン）、北海などのいくつかの産油地域では、徐々に厳しいフレアリング制限を導入したり、新規プロジェクトに対する日常的なフレアリングの完全禁止を導入したりしている。これらの要件を満たさない企業は、生産削減、金銭的罰金、または営業許可の剥奪に直面することになり、継続的なフレアよりもガス回収インフラに投資する強い経済的インセンティブが生まれます。
