(57)【要約】      （修正有）【課題】工業フレアような火炎発生燃焼機器に関連して野外火炎発生燃焼機器の動作を制御するイメージングシステムを提供する。【解決手段】光学画像キャプチャ装置を含む自動制御システムは、ソフトウェア（及び対応アルゴリズム）とカメラなど必要な関連装置とを含むコンピュータシステムに接続された光学画像キャプチャ装置を使用して、フレア、バーナ、パイロット、及び他の燃焼機器のような火炎発生機器の様々な側面を制御することができる。例えば、火炎の定性的かつ定量的分析、予測を行うことができる。【選択図】図１
2011080754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学に基づくイメージングシステムと、
自動フレア制御プロセッサと
を含むフレア制御システムであって、
前記光学に基づくイメージングシステムは、
周囲に排出される少なくとも１つのフレアに向けられた少なくとも１つの画像キャプチャ装置と、
前記フレアのキャプチャ画像を電子的に分析することができ、かつ、前記フレアと周囲バックグラウンドとを弁別することができる少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズムを備える画像プロセッサと
を含み、
前記自動フレア制御プロセッサは、
前記フレアのための制御システムを定義し、前記画像プロセッサから受信した分析に応じて前記フレアを制御するフレア制御システム。
【請求項２】
前記画像キャプチャ装置は赤外カメラ及び可視カメラをさらに含む、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項３】
前記赤外カメラは近赤外カメラである、請求項２に記載のフレア制御システム。
【請求項４】
前記赤外カメラは広域スペクトル赤外カメラである、請求項２に記載のフレア制御システム。
【請求項５】
カメラ制御システムをさらに含み、
前記光学に基づくイメージングシステムは、前記カメラ制御システムと電子通信することにより、前記赤外カメラ及び前記可視カメラにリアルタイムかつインタラクティブな制御を与える、請求項２に記載のフレア制御システム。
【請求項６】
前記画像キャプチャ装置はマルチ電荷結合素子カメラである、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項７】
前記マルチ電荷結合素子カメラのレンズ前に配置された光スプリッタをさらに含み、
前記光スプリッタは前記画像をスペクトル分割する、請求項６に記載のフレア制御システム。
【請求項８】
前記画像キャプチャ装置は、近赤外カメラ及び可視カメラをさらに含み、
前記近赤外カメラは、前記光学に基づくイメージングシステムを介して電子通信する前記可視カメラのための少なくとも１つの照準パラメータを定義する、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項９】
前記画像プロセッサは、デジタルビデオ、高精細デジタルビデオ、アナログビデオ、及びこれらのバリエーションからなる群からのビデオを分析する、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１０】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアのキャプチャ電子画像における個々のピクセルを特定するべく構成される、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１１】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアの点火状態に関する分析を与える、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１２】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアからの火炎の分離に関する先行煙予測分析を与える、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１３】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアの火炎不安定性の先行予測を与える、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１４】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアの煙の先行予測を与える、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１５】
前記画像プロセッサと前記自動フレア制御プロセッサとの間のフィードバック制御ループをさらに含み、
前記フィードバック制御ループは少なくとも、前記フレアの温度、すすビルドアップ、火炎分離、色差、及び、前記フレア全体の複数の密度を特定するべく構成される、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１６】
前記フレアを備える火炎発生システムをさらに含み、
前記自動フレア制御プロセッサが、前記火炎発生システムに制御入力を与える、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１７】
フレア状態を日時スタンプとともに記録するレコーダをさらに含む、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項１８】
大気に周囲排出をする少なくとも１つのフレアと、
イメージングシステムと、
自動フレア制御プロセッサと
を含むフレアコントローラであって、
前記イメージングシステムは、
少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置が前記フレアの火炎を検出、位置特定、及びキャプチャし、少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置が前記火炎の電子画像をキャプチャする少なくとも２つの光学画像キャプチャ装置と、
前記光学画像キャプチャ装置と電子通信する少なくとも１つのコンピュータである画像プロセッサと、
前記画像プロセッサがホストとなる少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズムであって、前記電子画像を分析することができて前記フレアと前記大気とを弁別する画像プロセシングアルゴリズムと、
前記画像プロセッサにより生成されて、前記フレアの少なくとも１つの性能パラメータを特定する電子出力と
を含み、
前記自動フレア制御プロセッサは、電子出力を受信して、前記フレアを含む火炎発生システムへの応答制御入力を生成するフレアコントローラ。
【請求項１９】
前記光学画像キャプチャ装置の制御を操作可能に定義する画像キャプチャ制御システムをさらに含み、
前記画像キャプチャ制御システムは、前記光学画像キャプチャ装置同士間の動作制御及び電子通信を含む、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２０】
前記光学画像キャプチャ装置は、赤外／近赤外スペクトルで動作するカメラと、可視スペクトルで動作するカメラとを含む、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２１】
前記光学画像キャプチャ装置は、電荷結合素子カメラ、高精細カメラ、アナログカメラ、カラーカメラ、白黒カメラ、グレースケールカメラ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２０に記載のフレアコントローラ。
【請求項２２】
フレア状態とともに日時スタンプを記録するレコーダをさらに含む、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２３】
前記自動フレア制御プロセッサと電子通信するバルブコントローラをさらに含み、
前記バルブコントローラは、前記フレアに入力される蒸気のフロー制御を与える、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２４】
前記画像プロセッサは、前記火炎の定性的かつ定量的分析を電子データファイルに与える、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２５】
前記自動フレア制御プロセッサにより制御される少なくとも１セットの火炎発生機器をさらに含む、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２６】
前記火炎発生機器は、少なくとも１つのフレア、少なくとも１つのバーナ、及び少なくとも１つのパイロットの制御を含む火炎発生の全側面を制御するべく構成される、請求項２５に記載のフレアコントローラ。
【請求項２７】
前記画像プロセッサは、前記火炎内の詳細な温度変化を与える温度センシングアルゴリズムを含む、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項２８】
フレアを野外周囲環境に排出することと、
前記フレアを、少なくとも１つのカメラを有する光学に基づくイメージングシステムを使用してモニタすることと、
前記フレアの画像を前記カメラを使用して電子画像としてキャプチャすることと、
前記フレアの前記電子画像を、煙を予測することができる少なくとも１つのアルゴリズムと、前記フレアと前記野外周囲環境とを弁別することができる少なくとも１つのアルゴリズムとを使用して分析することと、
前記フレアを、前記フレアの分析された状態に基づいて調整することと
を含むフレアを制御する方法。
【請求項２９】
第１のカメラ及び第２のカメラをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のカメラは、前記フレアの火炎を特定するべく使用される赤外カメラであり、前記第２のカメラは、前記火炎に焦点を合わせて前記電子画像をキャプチャするべく使用される可視スペクトルカメラである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記赤外カメラは、前記可視スペクトルカメラに照準情報を与える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記光学に基づくイメージングシステムは、前記フレアの点火状態、火炎分離、及び煙を弁別することができる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記光学に基づく画像センサは、複数のフレア同士をリアルタイムで操作可能に弁別する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記フレアの分析された状態に応じて制御かつ調整される、前記フレアへの蒸気入力をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記フレアの分析された状態に応じて制御かつ調整される、前記フレアへの空気入力をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記フレアを調整するステップは、少なくとも前記フレア、バーナすべて、及びパイロットすべてを制御することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記分析するステップは、温度、火炎すす、火炎分離、前記フレーム内の色弁別、及び、色帯での密度変化を検出することができる定量的かつ定性的アルゴリズムを使用することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３８】
生成される前記画像は、ピクセル計数を含む分析を与えるのに十分である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも、火炎分離、煙、すす、オン状態の火炎、アウト状態の火炎に対する自動通知を与える警告システムをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
前記フレアの全状態に対して詳細な日時スタンプを与えるロギング機能をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４１】
予備点火フレアを検知するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４２】
煙を打ち消すステップをさらに含み、
前記調整するステップが、前記フレアへのリアルタイム調整を与えることにより煙の発生を打ち消す、請求項２９に記載の方法。
【請求項４３】
前記野外周囲環境は、晴天、曇天、雨、雪、みぞれ、風、砂塵、及びこれらの組み合わせからなる大気状態を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４４】
前記火炎を分析して、前記火炎が成長か、減衰か、定常状態から外れているか、又は、定常状態にあるかに関する情報を与えるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４５】
少なくとも１つのフレアと、
前記フレアにより生じた火炎のデジタル画像を電子的にキャプチャすることができるイメージングシステムと、
前記イメージングシステムによりキャプチャされた画像を分析するソフトウェアを含むコンピュータシステムと
を含む自動フレア制御システム。
【請求項４６】
前記イメージングシステムは、画像プロセッサ、少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置、及び前記デジタル画像を処理するソフトウェアを含む、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項４７】
前記光学画像キャプチャ装置は、電荷結合素子カメラ、マルチ電荷結合素子カメラ、マルチスペクトルカメラ、高精細カメラ、アナログカメラ、カラーカメラ、白黒カメラ、グレースケールカメラ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるカメラである、請求項４６に記載の自動フレア制御システム。
【請求項４８】
前記画像プロセッサ及びソフトウェアは、アナログ画像をデジタル画像に変換するべく構成される、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項４９】
フレアコントローラをさらに含み、
前記フレアコントローラは、前記コンピュータと電子通信し、
前記フレアコントローラは、前記コンピュータの前記ソフトウェアにより実行された分析に基づいて複数のフレアに制御を与える、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５０】
前記ソフトウェアは、前記デジタル画像を分析することと、前記フレアと大気バックグラウンドとを弁別することとができるアルゴリズムを含む、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５１】
前記ソフトウェアは、前記フレアの前記デジタル画像における個々のピクセルを特定するべく構成される、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５２】
前記ソフトウェアは、前記フレアの点火状態に関する分析を与える、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５３】
前記ソフトウェアは、前記フレアからの火炎の分離に関する分析を与える、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５４】
前記ソフトウェアは、前記フレアにおける煙のビルドアップに関する分析を与える、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５５】
前記ソフトウェアは、前記フレアの前記デジタル画像から、青色、赤色、及び緑色の可視波長スペクトルにある複数の別個のピクセルを特定するべく構成され、これらから火炎品質比を定義するべく構成される、請求項４５に記載の自動フレア制御システム。
【請求項５６】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアの前記キャプチャ画像から、青色、赤色、及び緑色の可視波長スペクトルにある複数の別個のピクセルを特定するべく構成され、これらから火炎品質比を定義するべくさらに構成される、請求項１に記載のフレア制御システム。
【請求項５７】
前記画像プロセシングアルゴリズムは、前記フレアからの火炎の電子画像から、青色、赤色、及び緑色の可視波長スペクトルにある複数の別個のピクセルを特定するべく構成され、火炎品質比を定義するべくさらに構成される、請求項１８に記載のフレアコントローラ。
【請求項５８】
前記分析するステップは、前記フレアからの火炎の電子画像から、青色、赤色、及び緑色の可視波長スペクトルにある複数の別個のピクセルを特定する少なくとも１つのアルゴリズムを使用することをさらに含み、前記分析するステップは、これらから火炎品質比をさらに定義する、請求項２８に記載の方法。
【請求項５９】
前記火炎品質比は、各ピクセルの青色強度の合計を、各ピクセルの赤色強度の合計と各ピクセルの緑色強度の合計との和で割ったものである、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記火炎品質比は、各ピクセルの青色強度の平均を、各ピクセルの赤色強度の平均と各ピクセルの緑色強度の平均との和で割ったものである、請求項５８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明によれば、工業フレア、バーナ、及びパイロットのような火炎発生燃焼機器に関連してイメージングシステムが使用され、野外環境の火炎発生燃焼機器の動作が制御される。
【背景技術】
【０００２】
工業フレア（例えば廃ガスのフレア）では、流体性能、無煙性能、分解効率、燃焼効率、フレア・ガス組成、空気混入度、蒸気ノズル、空気ファン、ブロワ、及びコンプレッサ等の関連機器の機械的効率、並びに点火付与必要性が主要設計点に含まれる。最適性能を得るには、最大及び最小フローレートの双方において上記パラメータのバランスをとることが必要となる。フレアのオペレータは、フレアチップを通る最大フローレート（流体性能と称する）を望むのが典型的である。フレアのオペレータはまた、すす又は煙なしでフレアリングが生じる低フローレート（フレアチップの無煙性能と称する）を望む。オペレータはまた、約９８％以上のフレアガスを分解してフレアが排出する排出物の安全性を保証することも求められる。かかるパーセンテージは、分解除去効率又は分解効率という。
【０００３】
希釈率は、フレアとなるガスに付加される空気及び／又は蒸気の量である。空気及び／又は蒸気は、フレアガス燃焼の助力となる付加的な周囲空気を取り込む機能を果たす。しかしながら、フレアに対して空気又は蒸気の付加が多すぎると、空気供給過多又は蒸気供給過多として知られる状態となり得る。実際は、フレアガスの所定部分が、もはや燃焼可能ではない点まで空気供給過多又は蒸気供給過多となり、フレアの効率が低下することとなる。
【０００４】
蒸気又は空気の補助は通常、上記無煙性能を達成するべく必要な混合を促進するために用いられる。蒸気フレアは、高速蒸気を利用して混合補助及び空気取り込みを行う。フレアの蒸気部分は一般に、ガスが蒸気フレアチップを離れるときに空気及び蒸気がノズル又は混合管を通して分布するように設計される。当該蒸気の目的は、付加的な周囲空気を取り込む動力流体として機能することにある。所定の蒸気又は空気はフレアチップ内部にパージガスとして分布して、当該チップ内部で火炎が燃えることを防止する。過剰な蒸気及び／又は空気は、フレア効率を低下させる不燃性混合物を発生し得る。
【０００５】
フレアチップは、当該チップ内部で火炎が安定し得る場合又は時に損傷する。これは、フレアガスフローレートが低い時又は非常に低いパージレートが使用される時に生じるのが典型的である。その結果、フレアチップ内部に分布した蒸気が常に継続的に流れる。
【０００６】
オペレータは現在のところ、当該チップが小さなフレアリング事象中の介在を要しないようにするべく蒸気を所定よりも高く調整している。しかしながら、蒸気フローは、ガスストリームを冷やし、及び／又はガスストリームをガスが酸化しない点まで不活性にする可能性を有し得る。これにより、潜在的に危険なストリームが大気に流れ、フレア効率が低下し得る。
【０００７】
寒冷気候では、蒸気は凍るかもしれないので空気が好ましい。このタイプのフレアは、数百馬力のモータを有する１つ以上の大電気ファンによって大容量の空気をフレアチップに送る。大きなフレアは、空気をチップに送る４つ以上のファンを有することがある。かかるファンの少なくとも１つ以上は２段変速ファンであり、残りのファンがフレアリング事象に備えるアイドル時間の１００％動作する。かかる２段変速ファンは、小さなプロセス又はパージレートフローに対処する。２段変速ファンを常に動作させる電気エネルギーにかかる純費用は相当のものである。
【０００８】
低い又は半分のスピードであっても、空気フレアのベーン軸流ファンは十分な空気フローよりも多くの空気フローを送る。バルブリーク及びチップの上流プロセスに関連する通常のパージレートフローは、フレアへの相当のガスフローを生じ得る。しかしながら、当該ガスに関連するパージレートフロー速度は、大きなチップに対して約０．３メートル／秒（約１フィート／秒）よりも小さいことがある。半分のスピードで動作しているファンは、ガスと空気との不燃性又は層状混合物をフレアチップに対して生じるのに十分なフローレートの空気を送る可能性がある。その後、当該チップからの未酸化排出物の可能性が問題となり、環境上の要件に違反しかねない。パージ又はリークレートが予測よりも低い場合、分解効率は、許容要件以下のレベルまで低下し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，８１０，５７５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１９５，８８４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６１６，４４２号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６９５，６０９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，７０２，５７２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，８４０，７６１号明細書
【発明の概要】
【００１０】
一側面において本願発明はフレア制御システムを与える。フレア制御システムは、光学に基づくイメージングシステムと自動フレア制御プロセッサとを含む。光学に基づくイメージングシステムは、少なくとも１つの画像キャプチャ装置と画像プロセッサとを含む。当該少なくとも１つの画像キャプチャ装置は、周囲に排出される少なくとも１つのフレアに向けられる。当該画像プロセッサは、フレアのキャプチャ画像を電子的に分析することができ、かつ、当該フレアと周囲バックグラウンドとを弁別することができる少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズムを含む。自動フレア制御プロセッサは、フレアのための制御システムを定義する。当該自動フレア制御プロセッサは、画像プロセッサから受信した分析に応答してフレアを制御する。
【００１１】
他側面において本願発明は、少なくとも１つのフレアと、画像プロセシングシステムと、自動フレア制御プロセッサとを含むフレアコントローラを与える。フレアは、周囲の大気中に排出される。イメージングシステムは、少なくとも２つの光学画像キャプチャ装置と、画像プロセッサと、少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズムと、電子出力とを含む。また、少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置は、フレア中の火炎の検出、位置特定、及びキャプチャを行う。少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置は、火炎の電子画像をキャプチャする。画像プロセッサは、光学画像キャプチャ装置と電子的に通信する少なくともコンピュータである。画像プロセシングアルゴリズムは、画像プロセッサがホストとなり、電子画像を分析するべく構成される。画像プロセシングアルゴリズムはフレアと大気とを弁別する。画像プロセッサが生成した電子出力は、フレアの少なくとも１つの性能パラメータを特定する。自動フレア制御プロセッサは、当該電子出力を受信する。当該フレア制御プロセッサは、当該フレアを含む火炎発生システムへの又は同火炎発生システムに入力を与えるデジタル制御システムへの応答制御入力を生成する。
【００１２】
他側面において本願発明は、少なくとも１つのフレアと、イメージングシステムと、コンピュータシステムとを含む自動フレア制御システムを与える。イメージングシステムは、フレアが発生する火炎のデジタル画像を電子的にキャプチャすることができる。コンピュータシステムは、イメージングシステムがキャプチャした画像を分析するソフトウェアを含む。
【００１３】
一側面において本願発明は、画像センシング装置を備える自動フレア制御システムを含む。
【００１４】
他側面において本願発明は、ソフトウェア（及び対応アルゴリズム）と必要な関連装置とを含むコンピュータシステムに接続された画像センシング装置を用いるイメージングシステムである。当該システムは、フレア、バーナ、パイロット、及び他の燃焼機器のような火炎発生機器の様々な側面を制御するべく使用することができる。火炎の定性的かつ定量的な分析を行うことができる。
【００１５】
画像センシング装置は、一連の連続事象を記録することができるデジタルビデオカメラ又は他のタイプのカメラであるか又はこれを含んでよい。例えば一実施例において、画像センシング装置は、可視スペクトルのピクセルを計数可能な画像を生成することができるカメラである。デジタルカメラ、及びデジタル画像に変換可能な画像を生成するアナログカメラを使用することができる。一実施例において、デジタルビデオカメラが使用される。
【００１６】
他側面において本願発明は、新規なイメージングシステムを使用する特定の方法を与える。
【００１７】
さらなる他側面において本願発明の方法は、光学イメージングを介した野外周囲環境に排出されるフレアの制御を与える。本方法は、
（ａ）フレアを野外周囲環境に排出するステップと、
（ｂ）少なくとも１つのカメラを有する光学に基づくイメージングシステムを使用して上記フレアをモニタするステップと、
（ｃ）上記カメラを使用して上記フレアの画像を電子画像としてキャプチャするステップと、
（ｄ）先行して煙を予測するべく構成された少なくとも１つのアルゴリズムと、上記フレアと上記野外周囲環境とを弁別することができる少なくとも１つのアルゴリズムとを使用して上記フレアの上記電子画像を分析するステップと、
（ｅ）上記フレアについて分析された条件に基づいて上記フレアを調整するステップと
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】イメージングシステムを伴う複数のフレアの概略図である。
【図２】図１のフレアから描画された火炎画像及び反転火炎画像を示す。
【図３Ａ】アンズーム可視電荷結合素子カメラによるフレアの夜間スクリーン画像キャプチャをターゲットボックスとともに示す。
【図３Ｂ】赤外カメラと、図３Ａに示した可視フレアのターゲットボックスとを使用した図３Ａからのフレア火炎の夜間スクリーン画像キャプチャを示す。
【図４Ａ】アンズーム可視電荷結合素子カメラとターゲットボックスとを使用した、可視の火炎を有しないフレアの夜間スクリーン画像キャプチャを示す。
【図４Ｂ】赤外カメラと、図３Ａに示した可視フレアのターゲットボックスとを使用した図４Ａにおけるフレア火炎の夜間スクリーン画像キャプチャを示す。
【図５Ａ】イメージングプロセスの接続性を示す。
【図５Ｂ】火炎発生及びフィードバック制御ループの接続性を示す。
【図６Ａ】低い火炎品質比で動作して煙を排出するフレアを示す。
【図６Ｂ】低い火炎品質比で動作して煙を排出するフレアを示す。
【図７Ａ】所望の火炎品質比で動作するフレアを示す。
【図７Ｂ】所望の火炎品質比で動作するフレアを示す。
【図８】火炎品質比の棒グラフが重ね合わされた空気供給火炎を示す。
【図９】実地試験中に見られる、煙を排出するフレアを示す。
【図１０Ａ】図９に示した実地試験フレアの火炎品質比の時間履歴を示す。
【図１０Ｂ】図９に示した実地試験フレアの火炎品質比の時間履歴を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明に関連して、可視及び赤外イメージング装置を使用する光学イメージングシステムが、フレア、バーナ、パイロット、及び他の燃焼機器のような火炎発生機器と関連して使用して、野外雰囲気での当該火炎発生機器の動作のモニタ及び制御を有効かつ効率的に補助できることがわかっている。光学イメージングシステムは、モニタ及び制御動作のほかに、地上フレアとしても知られる閉じた又は美的なフレア又はバーナにおける先行煙予測を与えることの補助ともなる。
【００２０】
図面を参照すると、本願発明に係る画像センシングシステムはフレア制御システムを含む。フレア制御システムは、一般に番号１０が付されて示される。図面に示されて当業者に理解されるように、フレア制御システム１０及びその構成要素は、少なくともフレア１２、又は少なくとも１つのバーナ１４内で動作する少なくとも１つのフレア１２に関連付けられるように設計される。フレア１２及び／又はバーナ１４は、フレア１２及び／又はバーナ１４を使用する石油、化学等の産業のための周囲環境１６において使用される火炎発生燃焼機器の一部である。フレア１２及び／又はバーナ１４は、野外フレア及び／又はバーナか、または閉じた又は美的なフレア及び／又はバーナである。好ましくは、フレア制御システム１０は自動化されている。
【００２１】
図１、２、５Ａ、及び５Ｂを参照すると、フレア制御システム１０はイメージングシステム１８を含む。イメージングシステム１８は、フレア１２又はバーナ１４に向けられたカメラ２０とも称される少なくとも１つの光学画像キャプチャ装置２０と、カメラコントローラ２２と、画像プロセッサ２４と、上記ハードウェアを動かして必要な分析を行うべく必要な任意の適用可能なソフトウェアとを含む光学に基づくイメージングシステムである。カメラコントローラ２２及び画像プロセッサ２４は一のユニットとして統合され、画像プロセッサ２４として称される。
【００２２】
図１は、カメラ２０及びこれの視野を示す。図示のように、カメラ２０は、ズームレンズ２１を有する複数のカメラを含み、少なくとも第１のカメラ２０ａ及び少なくとも第２のカメラ２０ｂを備える。図１において、破線は第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂからの視野を表す。一実施例においてカメラ２０はマルチ電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラである。当該マルチＣＣＤカメラは、入射光をＣＣＤアレイ上の異なるスペクトル光群にスプリットするべくプリズム（不図示）、光学ビームスプリッタ（不図示）、又は波長フィルタ（不図示）を使用する。
【００２３】
一実施例において第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂは、ＣＣＤカメラ、マルチＣＣＤカメラ、マルチスペクトルカメラ、高精細カメラ、デジタルカメラ、アナログカメラ、カラーカメラ、白黒カメラ、グレースケールカメラ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。一実施例において第１のカメラ２０ａは、広域スペクトル赤外カメラである。他実施例において第１のカメラ２０ａは、近赤外カメラである。一実施例において第１のカメラ２０ａは、短波長赤外域カメラである。一実施例において第１のカメラ２０ａは、中波長赤外域カメラである。一実施例において第１のカメラ２０ａは、長波長赤外域カメラである。
【００２４】
一実施例において第２のカメラ２０ｂは、可視スペクトル又はその一部で動作する。他実施例において第２のカメラ２０ｂは、可視から紫外までのスペクトル又はその一部で動作する。
【００２５】
第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂ、カメラコントローラ２２及び画像プロセッサと電子的に通信する。第１のカメラ２０ａは、フレア１２及び／又はバーナ１４の画像を検出、位置特定、及び電子的キャプチャするべく構成される。第１のカメラ２０ａは、フレア１２又はバーナ１４を特定及び取得して、複数のフレア１２又はバーナ１４間の識別を行う。第２のカメラ２０ｂは、火炎を含むフレア１２及び／又はバーナ１４に関連付けられる画像を電子的にキャプチャするべく構成される。第１のカメラ２０ａは、第２のカメラ２０ｂのための少なくとも１つの照準パラメータを定義かつ生成し、かかるパラメータをカメラコントローラ２２に電子的に通信する。これにより、イメージングシステム１８を介する通信が行われる。
【００２６】
複数のカメラ、フィルタ、ビームスプリッタ、又は他の光学装置が様々な組み合わせですべて動作する。一実施例において、カメラ２０が少なくともマルチスペクトル又はマルチＣＣＤカメラであれば、一のカメラ２０が使用されてよい。かかる実施例において、フレア１２及び／又はバーナ１４からの光はカメラ２０に入射する際にスプリットされる。かかる例では、プリズム（不図示）又は他の、光学に基づく光制御装置が使用されて、入射光が２つ以上のビームにスプリットされる。ここで、少なくとも一方のビームが近赤外で分析され、少なくとも他方が可視スペクトルで分析される。例えば遠赤外、中赤外、赤外、近赤外、可視、近紫外、紫外、又は所望の波長の任意の一部のような他のスペクトル成分又は範囲も単独又は組み合わせで使用される。外部及び／又は内部に取り付けられる向上した光学素子のような高品質要素をカメラ２０が有する場合、イメージングシステム１８の性能は向上かつロバストとなる。
【００２７】
第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂは、視野を拡大又は縮小する別個のレンズを使用してよい。または、第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂは、視野を調整するズーム機能を有する。図１は、フレア１２の火炎５６にズームインするカメラ２０ｂを示す。
【００２８】
カメラコントローラ２２又は画像キャプチャ制御システム２２は、当該画像キャプチャ装置又はカメラ２０の制御パラメータを定義する。かかる制御は、動作制御と電子通信制御とを含む。カメラコントローラ２２と第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂとの電子通信により、カメラ２０ａ及び２０ｂのそれぞれへの及びそれぞれの間のリアルタイムでインタラクティブな制御が保証される。カメラコントローラ２２はズームレンズ２１をインタラクティブに調整する。カメラコントローラ２２は、ズームレンズ２１の焦点を火炎５６に合わせ、ピクセル数を統計分析が利用可能なまで最大化するべく構成される。画像プロセシングアルゴリズム２６で使用されるピクセル数が大きくなればなるほど、結果の精度は増す。
【００２９】
カメラコントローラ２２は、画像プロセッサ２４と電子通信する。画像プロセッサ２４は、キャプチャされたデジタル画像を処理するべくコンピュータ２８がホストとなるソフトウェアを有するコンピュータ系システムである。また、画像プロセッサ２４は、コンピュータ２８がホストとなる少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズム２６も有する。コンピュータ２８は、光学画像キャプチャ装置２０及び／又はカメラコントローラ２２と電子通信する。カメラコントローラ２２は画像プロセッサ２４の一部である。
【００３０】
好ましくは、画像プロセシングアルゴリズム２６は、コンピュータ２８がホストとなるソフトウェアであり、フレア１２及び／又はバーナ１４からのキャプチャ画像を電子的に分析することができる。さらに、画像プロセシングアルゴリズム２６は、大気バックグラウンド３０に対するような、フレア１２又はバーナ１４と周囲環境１６との弁別ができる。
【００３１】
非限定的な例では、複数の画像プロセシングアルゴリズム２６は、異なるアルゴリズムが与える機能多様性を表す図５Ａの説明用ボックス内に囲まれる。第１の画像プロセシングアルゴリズム２６ａは、カメラ２０ａ及びカメラ２０ｂからの画像の分析を与える。第２の画像プロセシングアルゴリズム２６ｂは、カメラ２０ａ、カメラ２０ｂ、及び周囲環境１６からの画像の弁別を与える。第３の画像プロセシングアルゴリズム２６ｃは、フレア１２及び／又はバーナ１４内の火炎５６を個別のピクセルに分解する。これにより当該ピクセルが、特定されて複数のスペクトル色群に分類される。各画像プロセシングアルゴリズム２６は、イメージングシステム１８からの画像を定量的かつ定性的に分析する。複数の画像プロセシングアルゴリズムを並行して用いることにより、付加的な評価パラメータが利用可能となる。これは以下で述べる。
【００３２】
画像プロセシングアルゴリズム２６ｃに関して、当該画像プロセシングアルゴリズムは、ピクセル計数と、これによる火炎品質結果の決定を行う。非限定的な例では、青色、赤色、及び緑色を有する２４ビットのスペクトル色モデルが選択される。各スペクトル色は、０から２５５までの強度を有する。分離された別個のピクセル全体における青色強度全体（各ピクセルに対する青色強度（０−２５５）の合計）が、赤色強度全体及び緑色強度全体の組み合わせ合計（各ピクセルに対する赤色強度（０−２５５）の合計プラス緑色強度（０−２５５）の合計）で割られた比が既知であれば、火炎の状態又は火炎品質比（ＦＱＲ）が既知となる。
【数１】
2011080754.tif 000003
代替的にＦＱＲは、合計ではなく平均で計算されて同じ結果を与える。かかるアプローチを用いると、火炎品質比が約４０％から約５５％の場合に火炎は、発光性となる。火炎品質比が約３５％以下の場合に火炎は差し迫った煙を有する。また、火炎品質比が約６５％以上の場合に火炎は希釈過多である。実地試験サンプルが以下で例示的に説明される。３２ビット又は４８ビットのような他のスペクトル色モデルも付加的データを与え得る。
【００３３】
火炎品質比及び関連範囲は燃料依存である。例えば、水素又はメタンの場合、画像プロセシングアルゴリズム２６内にバイアス乗数が導入されて所望の火炎品質比が得られる。設置されたフレア１２及び／又はバーナ１４のそれぞれは、必要なバイアス乗数を確立するべく初期実地試験を有する。バイアス乗数は、火炎５６を手動で調整して、計算された火炎品質比を実地条件と対比することによって決定される。
【００３４】
他のパラメータも、選択された特定の画像プロセシングアルゴリズム２６によって特定可能かつ分析可能である。例えば、第４の画像プロセシングアルゴリズム２６ｄは、フレア１２及び／又はバーナ１４内の温度センシング及び詳細な温度変化を与える。
【００３５】
画像プロセッサ２４及びそのソフトウェアは、フレームグラバを使用してカメラ２０から画像をキャプチャすることができる。画像プロセッサ２４は、デジタルビデオ、高精細デジタルビデオ、アナログビデオ、及びこれらのバリエーションからなる群からのビデオ及びビデオ信号をキャプチャ及び分析するべく構成される。さらに、画像プロセッサ２４はアナログビデオを分析し、個々のピクセルが当該アナログ画像内で検出可能である限り当該アナログ画像をデジタル画像に変換することができる。画像プロセッサ２４のフレームグラバ部分は、プロセシング用の個々の画像を選択する。好ましくは、少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズム２６が、フレアのビデオ画像における個々のピクセルを特定するべく構成される。
【００３６】
画像プロセッサ２４は、自動フレア制御プロセッサ３４に通信される電子出力３２を与える。好ましくは、電子出力３２は、少なくとも１つの性能パラメータ３６を特定して自動フレア制御プロセッサ３４に与える。性能パラメータ３６は、画像プロセシングアルゴリズム２６からの出力である。これにより、点火状態の分析、無煙条件、並びに、フレア１２及び／又はバーナ１４の分解効率が分析される。同様に、同一の又は少なくとも１つの他の画像プロセシングアルゴリズム２６が、火炎のフレア１２からの分離又はフレア１２及び／若しくはバーナ１４の煙のビルドアップに関する性能パラメータを与える。自動フレア制御プロセッサ３４は画像プロセッサ２４と同じコンピュータを使用してよい。
【００３７】
カメラ２０又はカメラ２０ａ及び２０ｂからの画像、並びに、結果的なグラフィカルユーザインターフェイス画像が、グラフィカルユーザインターフェイス又はモニタ／制御スクリーン５４上に任意に表示される。モニタ／制御スクリーン５４は任意であるが、使用される場合にモニタ／制御スクリーン５４は画像プロセッサ２４及びイメージングシステム１８の一部であり、画像プロセッサ２４及びイメージングシステム１８と電子通信する。
【００３８】
好ましくは、画像プロセッサ２４、イメージングシステム１８、及び自動フレア制御プロセッサ３４は、これらの間でフィードバック制御ループ３８を画定する。フィードバック制御ループ３８はイメージングシステム１８からの画像を分析するべく構成される。さらに、フィードバック制御ループ３８は、フレア１２及び／又はバーナ１４の多くの性能パラメータ３６を同時に特定かつモニタできる。非限定的な例では、フィードバック制御ループ３８は、フレア１２及び／又はバーナ１４の少なくとも温度を特定；フレア１２及び／又はバーナ１４内にビルドアップしたすすの存否を決定；フレア１２及び／又はバーナ１４から火炎が分離したか否かを特定；フレア１２及び／又はバーナ１４の火炎に色差が存在するか否かを特定；並びに、フレア１２及び／又はバーナ１４の火炎全体の複数の密度を特定することができる。他の非限定的な例では、フレアガスを分解するための無煙かつ混合良好な火炎５６の制御を含むフィードバック制御ループ３８によって特定可能である。フィードバック制御ループ３８は、フレア１２又はバーナ１４のホットスポットの特定、パイロット４８が「オン」状態であることのチェック、フレア１２又はバーナ１４の分解効率の検証、及び、フレア１２、バーナ１４、又はパイロット４８内の内部燃焼の特定をすることもできる。
【００３９】
レコーダ４０は、イメージングシステム１８と電子通信する。一実施例においてレコーダ４０は、画像プロセッサ２４と電子通信して、光学画像キャプチャ装置２０からの画像に日／時スタンプを与える。レコーダ４０は、詳細な日時スタンプがフレア１２及び／又はバーナ１４のすべての状態に課されるロギング機能を与える。
【００４０】
自動フレア制御プロセッサ３４は、オペレータが設定したインターバルレートで連続して、制御入力システム４２をフレア１２及び／又はバーナ１４に対して画定する。単数又は複数の性能パラメータ３６に基づいて、自動フレア制御プロセッサ３４は、火炎発生システム４６への応答制御入力４４又は調整を生成する。当該制御入力システム４２は、一のフレア１２及び／又は一のバーナ１４の存否にかかわらず、又は複数のフレア１２及び／若しくは複数のバーナ１４の存否にかかわらず適用可能である。制御入力システム４２及び応答制御入力４４は、精油所又は他の大規模施設のデジタル制御システムと直接通信する。または、制御入力システム４２及び応答制御入力４４は、フレア１２及び／又はバーナ１４に直接入力を与える。
【００４１】
火炎発生システム４６は、火炎発生に関連するすべての制御入力に応答するべく構成され、少なくともフレア１２、バーナ１４、パイロット４８、蒸気バルブ５０、及び／又は空気発生器５２を含む。火炎発生システム４６は、先行的に制御されるのが好ましい。応答制御入力４４又は調整は、画像プロセッサ２４からのフレア１２及び／又はバーナ１４の分析に基づく。電子出力３２は、火炎５６のほぼ即時の統計分析を与える。これにより、フレア１２又はバーナ１４の状態が予測される。自動フレア制御プロセッサ３４は付加的な制御アルゴリズムを含む。かかる付加的な制御アルゴリズムは、火炎発生システム４６への、又はデジタル制御システムを介した間接的な火炎発生システム４６への、空気、蒸気、又はガスの入力の増加／減少を決定する。また、かかる付加的な制御アルゴリズムは、煙、すす、及び希釈のような望ましくない状態を最小限にするべく当該入力の最適な時間インターバルを決定する。
【００４２】
（方法）
図１−５Ｂに示されたフレア１２及び／又はバーナ１４を制御する方法に関して、当該方法は、少なくともカメラ２０を有する光学に基づくイメージングシステム１８を使用して、周囲環境１６への排出及びフレア１２又はバーナ１４のモニタを行うフレア１２又はバーナ１４を含む。または、フレア１２又はバーナ１４は、閉じた又は美的なフレアへ排出される。フレア１２又はバーナ１４のデジタル画像は、カメラ２０によって電子画像としてキャプチャされる。当該電子画像は、モニタ／制御スクリーン５４上に任意に表示される。電子画像の分析は、フレア１２又はバーナ１４の火炎を分析するべく構成された少なくとも１つの画像プロセシングアルゴリズム２６によって画像プロセッサ２４内で行われる。好ましくは画像プロセシングアルゴリズム２６は、フレア１２又はバーナ１４と周囲環境１６との弁別；フレア１２又はバーナ１４の状態決定；並びに、光度、色密度、煙、すすビルドアップ、及び火炎の決定又は予測をすることができる。または、画像プロセシングアルゴリズム２６は、フレア１２又はバーナ１４と、閉じた又は美的なフレア又はバーナの閉じた周囲環境との弁別；フレア１２又はバーナ１４の状態決定；並びに、光度、色密度、煙、すすビルドアップ、及び火炎の決定又は予測をすることができる。フレア１２及び／又はバーナ１４は、フレア１２の分析された状態に基づいて調整される。
【００４３】
イメージングシステム１８は、フレア１２及び／又はバーナ１４への入力を先行的に迅速かつ簡潔に変化させるべく自動フレア制御プロセッサ３４に入力を与える。これにより、火炎の分離、希釈、煙発生、又は任意の他の望ましくない状態が回避される。イメージングシステム１８は、フレア１２又はバーナ１４全体を評価する。これには、煙６２、パイロット４８、火炎５６の形状、及び／又は内部燃焼状態が含まれる。
【００４４】
カメラ２０ａを赤外又は近赤外カメラとすることで、フレア１２又はバーナ１４と周囲環境１６との弁別は、画像プロセシングアルゴリズム２６への負荷を低減する。よって、火炎５６と周囲環境１６との可視境界の弁別が容易となる。特定のアプリケーションに応じて、短波長、中波長、又は長波長赤外域を用いることが望ましい。
【００４５】
図２は、フレア１２からキャプチャされた火炎５６ａのコンピュータ表示赤外画像を示す。火炎５６ａに線で表された色線条がある。また、図２に示されているのは、火炎５６ｂのコンピュータ表示画像である。可視周囲環境１６を取り去る処理がなされて火炎５６ａの描画画像が表されている。火炎５６ａと同様に、当該火炎の色線条は火炎５６ｂの線で表される。色線条は図２において線で示されるが、火炎の中には、乱流渦、及び非均一な色画像が火炎５６内に生成される色密度束が生じるものもある。
【００４６】
図１及び３Ａ−４Ｂに示されるように、カメラ２０は第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂを含む。かかる例では、第１のカメラ２０ａは赤外カメラ２０ａであり、第２のカメラ２０ｂは可視スペクトルカメラである。双方のカメラ２０の焦点は、フレア１２又はバーナ１４の火炎の画像に合わせられる。図３Ａ−４Ｂは、夜間に使用されてモニタリング／制御スクリーン５４上に表示された双方のカメラ２０ａ及び２０ｂを示す。図３Ｂに示されるように、赤外カメラ２０ａは火炎５６を取得し、画像プロセッサ２４のカメラコントローラ２２と協働する。特定された火炎５６のまわりにターゲットボックス５８が挿入される。図３Ａに示されるように、図３Ｂに示されたのと同じ画像が可視スペクトルカメラ２０ｂの視覚投射から示される。当該可視スペクトルカメラ２０ｂは、アンズーム電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラとして示される。ターゲットボックス５８は図３Ａにも示される。
【００４７】
一実施例において第１のカメラ２０ａと第２のカメラ２０ｂとが分離されて、フレア１２及び／又はバーナ１４の異なる角度の視野が与えられる。例えば、第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂは、これらの間の相当の角度分離を与えるべく配置してよい。これにより、フレア１２及び／又はバーナ１４に関連する火炎５６の画像が３次元でキャプチャされる。当該分離により、少なくとも一方のカメラ２０は、他方のカメラ２０から離れるように曲がる火炎５６をキャプチャすることができる。当該相当の角度であれば、３次元モデリング用データを与えるには十分である。
【００４８】
ズーム機能を有するカメラ２０を使用する場合、火炎面積が拡大される。火炎５６の拡大により、カメラ２０が見る光子数が増加する。これにより、火炎特有情報を含む利用可能ピクセル数が増加する。利用可能ピクセル数が増加すればするほど、統計的サンプルサイズも増加する。これにより、評価及び予測性能の精度も上がる。
【００４９】
２つ以上のカメラ２０を使用する実施例では、カメラコントローラ２２が、図３Ａに示されるターゲットボックス５８内の画像をキャプチャするべく、又はターゲットボックス５８にズームインして当該画像をキャプチャするべく可視スペクトルカメラ２０ｂに命令を与える。図４Ａ及び４Ｂは、図４Ａにおいて火炎５６が可視スペクトルカメラ２０ｂにとって直ちに特定可能ではないことを除いて図３Ａ及び３Ｂに類似する。しかしながら、図４Ｂは赤外カメラ２０ａが明確に火炎５６を特定している。したがって、特定の可視スペクトルカメラ２０ｂが使用される場合、画像プロセシングアルゴリズム２６を使用する画像プロセッサ２４のパワーが、野外周囲環境１６又は閉じた若しくは美的なフレアのバックグラウンドを背景としてフレア１２を適切にイメージングする上で重要となる。いずれの場合でも、画像プロセシングアルゴリズム２６は、火炎５６の境界６４を特定してバックグラウンド情報を電子的に除去する。これにより、スペクトル情報が実際の火炎５６に限定される。赤外線が使用されて、処理のための火炎のサイズ及び形状が決定される。
【００５０】
第１のカメラ２０ａとしては赤外及び近赤外カメラが好ましいが、中波長赤外域及び長波長赤外域を含む任意のスペクトルを選択しても動作する。赤外線を使用して確立された境界は、複数の画像プロセシングアルゴリズム２６の１つに対する評価のための可視領域を決定的に特定するべく可視スペクトルとともに比較として使用される。キャプチャ画像からバックグラウンドがひとたび除去されると、赤外／近赤外線により、火炎５６から離れるすす又は煙を示す画像プロセシングが可能となる。煙を構成する個々のすす粒子は、測定可能な割合で排出される。そして、パイロット、内部燃焼、ホットスポット、すすビルドアップ、温度不規則性等を特定するべく中波長赤外域又は長波長赤外域を使用することができる。マルチＣＣＤカメラが使用される場合、カメラ２０が一のレンズシステムとなり得る。
【００５１】
周囲環境１６を背景として複数のフレア１２及びバーナ１４が観測される場合、画像プロセッサ２４を有するイメージングシステム１８は、複数のフレア１２及びバーナ１４のそれぞれを操作可能に弁別することができる。また、自動フレア制御プロセッサ３４及び火炎発生システム４６を介してリアルタイムでの調整を与えることができる。例えば、多くのフレア１２及び／又はバーナ１４が、火炎の制御を目的として蒸気、空気、又はその双方を使用する。蒸気及び空気のシステムのための制御入力機能は、火炎発生システム４６の一部である。フィードバック制御ループ３８及びその関連システムによって決定されるように、蒸気入力及び／又は空気入力は、フレア１２及び／又はバーナ１４の分析された状態に応じて制御かつ調整される。かかるプロセスにより、フレア１２、バーナ１４、及びパイロット４８を含む火炎発生システム４６の要素すべての制御が可能となる。複数のフレアが評価される場合、画像プロセシングアルゴリズム２６は、１つ以上のカメラ２０による画像の三角測量性能を含む。複数のカメラ２０を使用して、異なるフレア１２及び／又はバーナ１４を操作するべく異なる値が調整される。
【００５２】
フレア１２及び／又はバーナ１４の分析は、性能に影響する様々な状態を定性的かつ定量的に特定するべく画像プロセッサ２４を使用することと、自動フレア制御プロセッサ３４によって火炎発生システム４６に与えられた命令に当該分析を組み入れることとを含む。色に基づく定性的かつ定量的な分析が画像プロセッサ２４から自動フレアコントローラ３４に入力されるので、火炎発生システム４６は先行して容易に決定される。したがって、フレア１２は、すす／煙を最小限に維持する一方で高分解効率も維持するべく、必要に応じて変更してよい。フレア１２及び／又はバーナ１４への空気又は蒸気の入力が必要に応じて低減される。
【００５３】
かかるリアルタイム調整ステップは、フレア１２及び／又はバーナ１４に必要な調整を与える。これにより、煙の発生又は他の望ましくない状態が打ち消される。火炎発生システム４６への入力と特定のガス、空気、又は蒸気入力制御との間に関連する固有の遅延時間が存在するので、自動フレア制御プロセッサ３４は、当該特定のガス、空気、又は蒸気入力制御を変更するための最良の時間インターバルを決定する。
【００５４】
フレア１２及び／又はバーナ１４の分析は、火炎５６の分析を与える。また、火炎５６が成長しているか、減衰しているか、又は定常状態にあるかに関する重要な情報をオペレータに与える。フィードバック制御ループ３８が、フレア１２及び／又はバーナ１４が望ましくない運転状態を有している状態を特定する場合、オペレータへの通知及びフィードバックを与えるべく及び当該事象を記憶するべく警告システム６０及びレコーダ４０が利用可能である。オペレータへの通知及びフィードバックは、可聴信号、電子警報、及び／又は可視のキュー（ｑｕｅｕｅｓ）の形態をとり得る。当該事象を記憶することは、日時を記録に課すことと、当該記録をレコーダ４０に送信することとを含む。
【００５５】
他の代表例が図６Ａ−８に示される。図６Ａ及び６Ｂでは、火炎５６とともに煙６２が示される。図７Ａ及び７Ｂでは、清浄な火炎が示される。図６Ａ−７Ｂでは、火炎５６を有するフレア１２が示される。輪郭６４は、赤外カメラ２０ａによって分離された興味領域の境界を示す。輪郭６４が確立された後、カメラコントローラ２２は、カメラ２０ｂの焦点を火炎５６及び輪郭６４に合わせる。これにより、カメラ２０ｂは、画像プロセシングのための火炎５６の画像をキャプチャする。代表例では、ピクセルがその色に応じてグループ分けされ、ピクセル計数画像プロセシングアルゴリズム２６が各グループの各ピクセルの数を計数する。代表例に示されるように、図６Ａは、煙を発生して火炎品質比０．３４を有する火炎を示す。同様に、図６Ｂは、煙を発生して火炎品質比０．３６を有する火炎を示す。対照的に、図７Ａ及び７Ｂはそれぞれ、火炎品質比０．５３及び０．５４を示す。図７Ａ及び７Ｂは、適切な燃焼火炎を示す。図８は、適切な空気供給プロパン火炎５６を示す。火炎品質比の棒グラフが重ね合わされている。
【００５６】
フレア制御システム１０及びその使用方法は、様々な野外周囲環境条件でフレア１２及び／又はバーナ１４の火炎５６、同じ環境条件にさらされた半ば閉じた又は美的なフレアを検出するには十分にロバストである。例えば、野外周囲環境条件は、晴天、曇天、雨、雪、みぞれ、風、砂塵、及びこれらの組み合わせからなる大気状態を含む。
【００５７】
（アルゴリズム及び実施例）
画像プロセシングアルゴリズム２６は、（例えばピクセル配色を使用した）数学表現である。また、電子信号３２の形態の性能パラメータ３６を与えるべく使用される。これにより、自動フレアコントローラシステム３４及び火炎発生システム４６は、フレアチップに送られる空気フローを機能的に制御変化させることができる。当該アルゴリズムにより、先行インジケータが特定かつ評価されて、すす／煙が十分に実現される前にフレア１２に変化を与えることができる。
【００５８】
ピクセル分解及び評価により、青色光濃度の火炎品質比を、赤色及び緑色光濃度及び可能であれば黄色光の比と対比することができる。次に、かかる火炎品質比は検証かつ確認された統計範囲と対比される。
【００５９】
画像プロセシングアルゴリズム２６の１つは、オンライン光濃度を数学的相関と対比して、自動フレアコントローラシステム３４に性能パラメータ３６を与える。必要に応じて火炎５６の化学量論を修正するべく、火炎発生システム４６に所定の機能的変化が与えられる。任意条件下で火炎５６を分離するべく赤外線を使用してよい。次に、可視スペクトルが分析に使用される。かかる赤外性能は、評価のために火炎５６を分離するべく使用され、次に、火炎５６がフレアチップ本体内部で安定しているか否かと同様にパイロットバーナ状態を決定するべくさらに使用される。フレアチップ内部に深く定在する火炎５６は、当該チップの構造的完全性に経時的に損傷を与える。赤外検出装置を診断ツールとして使用することは、パージレートフロー中に当該チップの上部領域に火炎５６を配置するべく火炎制御システム１０を使用することによって所定のフレアチップの寿命を著しく延ばすことができる。
【００６０】
非限定的な例では、検出プロセスの一実施例は、下記を含む１つ以上の画像プロセシングアルゴリズム２６を使用することを含む。
・カメラ２０ａすなわち赤外又は近赤外カメラが火炎５６を分離し、フレア１４又はバーナ１４の画像をキャプチャし、当該画像を画像プロセッサ２４に電子通信する。
・一の画像プロセシングアルゴリズム２６が火炎５６のまわりに赤外画像境界を挿入する。
・一の画像プロセシングアルゴリズム２６が赤外線に基づくキャプチャ画像から周囲環境１６のバックグラウンドを除去する。
・一の画像プロセシングアルゴリズム２６が可視スペクトルを決定することにより可視画像を決定する。
・一の画像プロセシングアルゴリズム２６が当該可視画像を当該赤外画像境界と対比して、当該可視画像と不可視赤外画像との差分を除去する。これにより真の可視火炎５６のみが残る。
・一の画像プロセシングアルゴリズム２６が、当該可視画像のピクセルの色を適用可能な色スペクトルから分離しかつ計数する。これにより、火炎品質比及びその先行煙との関係が決定される。
・当該火炎品質比が自動フレアコントローラ３４に送られ、制御アルゴリズムが変化の要否を決定する。必要な場合は、火炎発生システム４６に修正入力を与える。
・付加的な画像プロセシングアルゴリズム及び／又は制御アルゴリズムが、パイロット４８の状態、火炎５６の温度、フレア１２、バーナ１４、又はパイロット４８の温度のような２次的評価を与えて、内部燃焼等の存否を決定する。
【００６１】
（動作のバックグラウンド）
動作のバックグラウンド、動作理論、及び、フレア１２及び／又はバーナ１４に関連して本願発明に係る制御システムがどのように使用されるかを以下に述べる。フレア１２への言及が以下で用いられるが、フレア１２への言及はバーナ１４も含む。
【００６２】
本願発明に係るフレア制御システム１０が使用されて、フレア１２（蒸気フレア及び空気フレアを含む）が当該フレアストリーム中の潜在的に望ましくない成分を分解するべく有効かつ効率的に動作することの保証が補助される。
【００６３】
本願発明に係るフレア制御システム１０は、フレア１２のすす生成に先行する初期警告を与えるべく使用することができる。当該先行データは、最適な燃焼及び分解効率を目的として当該チップの化学量論を修正するべくフレア１２のフィードバック制御ループ３８で使用される。当該システムは、火炎の根（ｒｏｏｔ）付近の火炎色及び光度を見ることにより可視画像の統計処理を使用して、蒸気供給過多及びそれに引き続いて生じる希釈を低減することができる。例えば、（青色スペクトルに向かってシフトした）明るい色であって光度がないか又は大幅に低い色は、火炎分離及び蒸気供給過多又はその程度を示すことができる。火炎５６は、過剰な空気又は蒸気が与えられると結局、近赤外線で可視となる。希釈状態中に、可視スペクトルにおける火炎５６の幾何形状を特定することができる。火炎５６が明るくなると、火炎５６の付着が悪化し、火炎５６は可視的に当該チップから離れ始める。かかる状態では、フレア１２又はバーナ１４への空気又は蒸気が低減されて希釈効果が低下する。
【００６４】
出口において又はフレア１２内部において火炎５６を着火するべく、可燃性混合物が達成される必要があり、点火源が当該混合物を点火する必要がある。フレア１２は、点火用にいくつか（例えば３から４）の冗長なパイロットバーナ４８を保持するのが典型的である。バーナ１４は、フレアリング事象（ｆｌａｒｉｎｇ  ｅｖｅｎｔ）が生じる場合に点火源が利用可能であることが保証される時点まで１００％運転される。フレア１２にとって点火源は常に利用可能である必要がある。さもないとフレア１２はもはやその役割を果たすことができない。本願発明に係るフレア制御システム１０は、万一フレアリング事象が開始された場合にパイロットバーナが点火されて当該フレアに点火する準備ができることを保証するべく使用される。
【００６５】
燃焼可能ストリームが、火炎５６を維持するのに不十分な加熱エネルギーしか利用できない空気供給過多又は実質的に希釈されている場合に問題が発覚する。空気供給過多又は蒸気供給過多の場合、燃焼可能ガスは、適切な化学量論又は速度が達成されるまで点火しない。蒸気供給過多又は空気供給過多の場合、フレアチップは危険なガスフラクションを環境中に排出し得る。かかる状態は、パージレートフロー又はリークフローの点から特に問題となる。これは、フレアガス容量の十分な増加又は蒸気／空気注入の低減により燃焼可能混合物が再び達成されて安定化されるまで続く。繰り返しになるが、本願発明に係るフレア制御システム１０は、万一フレアリング事象が開始された場合にパイロットバーナが点火されて当該フレアに点火する準備ができることを保証するべく使用される。
【００６６】
火炎５６の温度が上昇すると輝くようになり、可視スペクトル内の光を放出する。火炎５６がファンの流量容量に到達すると、火炎５６は、酸化を完了するべく大気に依存するようになる。これにより、火炎エンベロープ内にリッチな層状領域が発生する。空気の制約及び／又は混合問題が問題となると、すす又は煙が火炎５６に形成し始めるのが典型的である。すすが火炎５６内に形成されると通常、火炎５６の暗色化が起こる。これは肉眼で見ることができるのが典型的である。
【００６７】
本願発明によれば、高精細カメラ、カラーカメラ、又はグレースケールを使用する白黒カメラが生成する情報に基づいて空気及び／又は蒸気に制御変化を与えることができることが発見された。また、火炎５６内の所定の色は、フレアチップがすす又は煙を発生し始める直前に際立つようになり濃くなることも発見された。すす又は煙が明らかになると、色シフトが火炎内で可視となる。これは冷却を示す。これは、火炎５６の可視色の変化、すなわち青色スペクトルから低温赤色スペクトルへの有意なシフトによって示される。火炎５６には、煙形成直前に暗いオレンジから茶色の色が集中するようになる。この時点では、初期煙が当該火炎の境界内に形成されるのが見える。かかる色は、当該領域が火炎５６の本体から分離してトレーリング煙（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｓｍｏｋｅ）６２を発生する点に到達するまで濃くなる。ガスフローが付加されて空気には変化がないので、両者の化学量論的関係が低下してトレーリング煙６２が増加する。当該空気は基本的に一定量であるか、又は増加するガスフローに対して少なくとも漸近的である。初期煙がひとたび達成されると、付加的な燃料フローによりトレーリング煙が増加する。何らかの入力又は変化がなければ、フレア１２及び／又はバーナ１４は、燃料が増加するにつれてよりはっきりとした煙を出し続ける。
【００６８】
いくつかの場合、かかる煙６２は、横風問題により火炎本体から吹き飛ばされる燃料ガスによって発生し得る。大きなフレアリング事象が有する表面積は、横風がガスの一部を火炎５６本体から引き離す相当の領域を容易に生じさせる。これが生じると、火炎５６のない希釈領域か、又は煙６２を発生することができるリッチな火炎５６領域かのいずれかが形成され得る。非常な低圧において低パージレートフローが排出されると、風は、未酸化燃料フラクションを容易に希釈かつ分離して、望ましくない／許されない排出をもたらす状況を作り得る。
【００６９】
リーク又はパージレートフローに遭遇すると、突風は、低いガスモーメントに起因して著しい悪影響をもたらし得る。暖かい場合当該ガスは浮力を有するのが典型的であり、風の流れ内で上昇する。点火源及び流れる空気／蒸気から吹き飛ばされて、ガスは未酸化から脱することができる。
【００７０】
フレア制御システム１０の実地試験において、火炎品質比すなわち青色ピクセルの赤色及び緑色ピクセルに対する比を見ることにより、直接的なアプローチを取り得ることが示された。実地試験は有煙及び無煙のフレアを用いて行われ、当該フレアが煙を生じ始める数値点が決定された。電磁スペクトルの可視部分は赤色から紫色までの範囲にわたる。赤色は当該可視スペクトルの低温端であり、紫色及び青色は当該スペクトルの高温端である。火炎５６が蒸気供給過小／空気供給過小又は空気供給過多若しくは蒸気供給過多（クエンチ状態）になると、火炎５６はすす／煙を形成し始める。フレーム５６の内部に形成されたすすの固体粒子は、火炎５６からの放射を遮り始める。可視スペクトル内の色がシフトする火炎が発生する。かかるシナリオは、当該スペクトルの青色及び紫色端から当該スペクトルの赤色及び黄色端までの測定可能な移動によって示される。多くの場合、火炎５６の当該冷却は、火炎５６が実際に著しく冷却し始める前にデジタル的に検出することができる。かかる効果は、酸素欠如が主因である。または、希釈（蒸気供給過多又は過剰空気）により火炎が冷却されるので、蒸気及び空気のクエンチ効果若しくは空気が主因である。
【００７１】
イメージングシステム１８は、火炎温度のシフトに起因する色シフトを、秒単位又は必要であれば秒未満のわずかな単位の態様で見ることができる。ピクセルが数値アルゴリズムと対比されて、火炎が過度に煙を生じ始めるか又は分離されて不安定になる前に、蒸気又は空気の比に変化を与えることができる。図６Ａ−９は、実地試験からの代表例である。
【００７２】
図９、１０Ａ、及び１０ｂを参照すると、フレア１２の実地試験中、煙６２がフレア１２から排出された。第１のカメラ２０ａ及び第２のカメラ２０ｂを使用して、火炎がイメージングシステム１８により繰り返し輪郭を取られてキャプチャされた。当該画像は画像プロセシングアルゴリズム２６にかけられた。結果的な性能パラメータ３６が、電子出力３２を介して自動フレアコントローラ３４に通信された。当該自動フレアコントローラ３４は、火炎発生システム４６へ制御入力を与えた。
【００７３】
図１０Ａを参照すると、実地試験の時間履歴は、時間に対してプロットされた火炎品質比についてカメラ出力信号を示す。図１０Ａはまた、時間に対してプロットされた火炎品質比についてカメラ２０の出力のコンピュータ処理も示す。図１０Ｂを参照すると、実地試験の時間履歴は、時間に対してプロットされた火炎品質比について火炎５６の予測曲線を示す。図１０Ｂの予測曲線は、図１０Ａの実測曲線に一致する。
【００７４】
画像センシング装置を本願発明に係る制御システムとして使用することは、以下のように行うことができる。
【００７５】
（制御用可視光バリエーション）
フレア１２を手動で動作させる場合、所定の火炎５６内の色のバリエーションが非常に容易にわかる。フレア１２がまさに煙を生じようとしていると火炎５６は暗くなり、煙６２がまさに形成されようとする領域に関連して異なる色も有する。フレア試験は、蒸気又は空気が煙を抑制することを単純に検証することで、何年間も行われている。
【００７６】
画像センシングシステム又はイメージングシステム１８が使用されて、肉眼で視認されるのと同じ色フラクション／鮮明度が維持され得る。これにより、かかるロジック及び決定処理を、煙打ち消しのための自動制御を達成する画像センシングシステムによって開始させることができる。例えば、自動フレア制御システム３４への入力を与えるべく当該画像センシングシステムを使用することができる。これにより、煙が検知された場合はいつでも、多くの蒸気を求めて制御バルブが開けられたり、又は、多くの空気を与えるべくベーン軸流ファンのピッチが変更される。いずれの場合も、制御変化がさらに計算されて、フレアチップが発生する火炎の質を高めるように制御変化をもたらすことができる。これにより、フレア１２及びフレアチップの効果が改善される。火炎の品質、安定性、及び分解効率を最適化するべく、非常に正確な変化をもたらすことができる。
【００７７】
肉眼と同様にイメージングシステム１８は、可視スペクトルにおいて昼／夜及び温暖／寒冷の空を弁別することができる。可視スペクトルに加え、イメージングシステム１８は、少なくとも赤外及び近赤外で動作することもできる。さらに、紫外のような他のスペクトルへの拡張は、カメラ２０及び画像プロセシングアルゴリズム２６によってのみ限定される。赤外及び近赤外スペクトルは熱署名（ｈｅａｔ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ）に適しており、火炎５６のエンベロープを離れるすす粒子を特定する。
【００７８】
（パイロット火炎の検証）
画像センシング装置はまた、温度範囲を検知するべく使用することもできる。所定のフレアチップに関連付けられたパイロットバーナ４８は、当該フレアチップの点火性能を保証するべく常に点火したままでなければならない。冗長性を目的としてパイロット火炎の状態をモニタかつ決定するべく、少なくとも２つの異なる方法が必要となることが多い。大抵の場合かかる方法は、火炎５６が当該機器の供用が困難となる時点で行われる。フレアチップが、空中約６０メートルから約１２０メートル（約２００フィートから約４００フィート）に取り付けられることは珍しいことではない。画像センシングは、パイロットが点火しているか否かを決定し、当該パイロットを地上からモニタするための付加的方法である。画像センシングアプローチにより、パイロット火炎を少なくとも３つの異なる方法で検出することができる。まず、画像センシング装置は火炎を見ることができる。冗長システムが必要であれば、第２のカメラ２０ｂ又はマルチＣＣＤカメラを使用した赤外又は熱センシングによって、パイロット４８まわりの火炎シールドの温度を測定することができる。当該シールドが周囲よりも熱くプログラム設定点を超える場合、パイロット火炎が含まれていると仮定できる。当該シールドの温度を検知できる中波長赤外域又は長波長赤外域の別個の赤外カメラを使用することで、確証を得ることができる。火炎が外れている場合、制御システムはアラームを鳴らして主制御システムへアラームを送る。いくつかの場合、当該制御システムは次に、パイロットの再点火を、かかる努力が成功しないと決定されるまで自動的に試行することができる。
【００７９】
かかる方法は、火炎５６がフレアチップ本体内深くに含まれているか否かを決定するべく使用される。火炎５６が当該チップ領域内深くで安定している場合、当該チップの外側シェルにホットスポットを特定することができる。本明細書に開示される制御装置を使用することで、火炎を当該チップの内部から移動させて、当該シェルを冷却することができる。これにより、もはや当該チップ本体が内部火炎により台無しにされることはない。
【００８０】
（風の問題）
蒸気又は空気フレア１２により発生した火炎５６は、パージレートフローに対して極めて小さい。かかる火炎１２はまた、実際の本格的なフレアリング事象中、相当大きな火炎５６を生じ得る。合理的なレートで燃える、蒸気又は空気フレアにより発生した非常に大きな火炎５６は、風を受ける著しい表面積を有する。当該風に関連する圧力は次に、火炎５６を押して火炎５６が軸から外し（曲げ）始める。火炎５６が軸から外れると、当該火炎を適切に酸化するのに必要な高速空気（並びに／又は蒸気及び空気フロー）からも外れる。試験により、フレアの化学量論的要求が、火炎表面に及ぼされる風量によって著しく影響を受けることが示されている。いくつかの場合、風が強くなればなるほど、火炎を適切に形成させて煙をなくすべく化学量論的要求は強くなる。パージレートフロー（相当に小さな火炎）中、風は火炎５６の希釈に著しい影響を与え得る。蒸気及び空気並びに／又は空気フローと組み合わされて、風の効果は、もはや可燃性ではないプロセス混合物を生成し得る。かかる状態が生じると、フレア１２の正常な分解効率は、完全に打ち消されないまでも大きく低下し得る。分解効率の低下を導くものはすべて一般に、フレアの環境及び安全性の双方の側面に著しい影響を与え得る。かかる問題を知ることでオペレータは、必要に応じて蒸気及び空気を付加又は削除するべく意識的な決定を行うことができる。これにより火炎５６は、最適な性能を維持する設計混合領域付近に配置される。これは、風が相当であっても、すす又は煙６２のない火炎５６を維持するために行われる。
【００８１】
パージレートフローが観測される場合、可燃性混合物を完全に維持するべく蒸気及び／又は空気を低減する必要がある。繰り返しになるが、フレア１２の分解効率は、排出されるガスが適切に酸化されることを保証する。パージフローは、実際のフレアリング事象が実現する場合よりも問題となることが多い。小さなフレアリング事象が十分なフローを介在なしで有するようにするべく、オペレータが蒸気及び空気を設定する場合、パージフローは非燃焼性となる点まで希釈され得る。したがって、最小限必要な化学量論によっては、一の設定点又はしきい値がフレア１２の動作にとって有害となり得る。本願発明に係るフレア制御システム１０は、適切な分解効率を有する最適動作範囲を保証する最適な方法となる。また、フレア制御システム１０は、最も有効な燃焼エンベロープ及び分解効率を目的として火炎を適切に配置することと組み合わされて、適切な化学量論的混合も保証する。
【００８２】
繰り返しになるが、イメージングシステム１８及び自動フレア制御システム３４は、オペレータが行うことができるのと同じことを、より正確かつ再現的に行うべくプログラムすることができる。光学画像キャプチャ装置２０又はカメラ２０は、火炎５６を連続して観測することができる。また、火炎５６に対して、垂直に立つように補助が必要な場合、付加的なモーメント及び混合を加えるべく蒸気又は空気フローを調整することができる。火炎５６を垂直に維持するには、無煙火炎エンベロープを維持する空気を少なくする必要がある。火炎５６を垂直に立たせるのに使用される空気又は蒸気が、その後の希釈問題を引き起こすほどのものではないことを保証するべく、ガスと空気又は蒸気とのバランスを取る必要がある。次に、火炎温度が、火炎５６を非クエンチかつ安定に維持するのに十分な範囲内にあることを保証するべく第２の評価が必要となる。これにより、過剰な蒸気又は空気を加えることにより火炎５６が損なわれていないことが保証される。イメージングシステム１８及び自動フレア制御システム３４による定常的な評価並びに火炎発生システム４６の制御により、良好な火炎燃焼及び品質並びに当該火炎内のガス分解が保証される。
【００８３】
（分離された火炎）
火炎５６が蒸気供給過多及び／又は空気供給過多となり始めると、火炎５６は、当該チップの安定化幾何形状から垂直上方に移動し始める。かかる移動は、希釈に伴う火炎スピードの低下に対応する。可視又は赤外レンズを伴う光学画像キャプチャ装置２０を使用することで、フレア１２の火炎５６が、フレアチップの通常の安定化メカニズムから分離されないようにする手段を取ることが可能となる。過剰な蒸気又は空気は火炎５６を上昇させて排出領域から離し、不安定性を生じさせる。空気供給過多又は蒸気供給過多に起因して火炎５６が可視的に上昇し又は不安定となる場合、効率が損なわれる。火炎５６を付着させて分解のための合理的な温度に維持することで、当該チップの燃焼効率の維持が保証される。また、不安定火炎５６に典型的に関連する低周波ノイズが防止される。
【００８４】
（複数チップの評価）
固定位置（又は所定シナリオでは非固定位置）で光学画像キャプチャ装置２０を使用することは、イメージングシステム１８に複数チップの評価を可能とする。光学画像キャプチャ装置２０は肉眼にできることは何でもできるので、イメージングシステム１８は、複数の閉じた又は美的なフレアバーナを見ることができる。これにより、当該フレアバーナが適切に点火しているか、不安定か、離脱しているか（Ｉｎｄａｉｒ配置の場合にあり得るように）、が決定される。自動フレア制御システム３４を使用して、バーナ１４に安定性又は離脱に関する問題があるとわかった場合に圧力を低減することができる。煙６２の場合にバーナ１４は、圧力を高めるべく又は低圧ユニットの使用を可能とするべくオフにされる。煙６２が認められる場合システムは、煙６２の量を追跡して当該持続時間を書き留めることができる。また、履歴ビデオ記録を与えるべく、煙が生じているチップのフレーム写真を保持することもできる。
【００８５】
イメージングシステム１８内の光学画像キャプチャ装置２０による画像センシングアプローチを使用すると、任意事象の可視的記録を保持する能力を与えることができる。システムは、日／時がスタンプされたフレーム写真を撮るためのレコーダ若しくはスクリーンキャプチャ、又は、当該状態の画像のログをとり、記録し、保存するための画像キャプチャを使用することができる。事象のロギングは、許可外動作すべてを文書化する上で重要である。イメージングシステム１８は煙６２を認識することができるので、その後、１秒若しくは２秒ごとに又は時間インターバルが設定されたときはいつでも、当該システムが煙６２がもはや形成されていないと特定するまで設定インターバルで画像記録を保持することができる。かかる画像記録は、格納された日時スタンプを有する。これにより画像記録は、実際に煙がどれくらい長く生じていたか、どのレベルの不透明度まで煙が達したか、及び、エクスカーションがどの程度まで到達したかを示す偏りのない履歴文書となる。したがって、レコーダ４０は、偏りのない第三者の観測者として機能し、当該データの信頼性を保証する。
【００８６】
大抵の場合、フレアチップから生じた煙６２は、当該事象を見る単数又は複数の人の主観である。イメージングシステム１８を火炎５６の真の画像がキャプチャできるようにすることで、実際の事象がどれくらいの長さだったか及びどの程度だったかの改善された文書化が可能となる。火炎５６は所定数のピクセルを占めるので、火炎５６内において所定パーセンテージの不透明度を達成することができる。また、フレーム写真又は画像記録をさらに使用することにより、極端なエクスカーション中の煙トレーリング火炎５６の量を示すことができる。
【００８７】
不透明度を有するフレア１２の排出物にはリンゲルマン数（Ｒｉｎｇｌｅｍａｎ  Ｎｕｍｂｅｒ）が適用されるのが典型的である。リンゲルマン尺度は、所定フレアチップにより生じた煙の密度、及び、個別に許可値を上回ったか否かを描写するべく利用される方法である。しかしながらリンゲルマン数は、訓練を受けて適切な使用方法を知る人がほとんどいないので特に主観的となり得る。リンゲルマン数発生器は、フレア制御システム１０の任意の一部であり、不透明度を文書化するべく使用される。次にかかる性能は、画像が保存される際に当該画像に表示され得る。次にかかる画像は、事象の時間順序を示す偏りのない履歴文書として機能する。当該時間順序は、初期煙から、トレーリング煙を介して、フレアが準拠状態の火炎を再び有する時点まで遡る。各履歴画像は、当該煙事象に対する日時スタンプ及びリンゲルマン数を有する。
【００８８】
（チップ内部の火炎）
フレアチップに関するよくある問題は、当該チップが休止状態にある際の当該チップ内部での燃焼である。所定のフレアシステムには何千フィートもの上流配管が存在する場合が多い。多くの場合、多くの異なるプロセスからのバルブはリークしがちであり、少量の極低圧ガスがフレアチップまで進み得る。空気より重いガスはフレアチップまで進んだ後、短期間で当該チップ内部にビルドアップする。ガスが大量にビルドアップすると、結局は可燃性混合物となりパイロット４８による点火を受ける。ガスは、日中に暖まると浮力を有するようになり、抜け出して燃焼する可能性が増す。空気より重い典型的なガスは次に、当該チップの内部に存在して、可燃性混合物がもやは当該チップ内部に存在しなくなるまで燃える。かかる状態はチップに損傷を与え得る。当該チップを冷却するべく空気又は蒸気がオンとなり当該チップが損傷を受けないようにされない場合である。また、空気又は蒸気が、ガスストリームをクエンチするべく過剰に高い機械的設定点に設定されて適切な酸化なしに放出される場合、分解効率に関する問題も存在し得る。
【００８９】
イメージングシステム１８は、かかる小さな火炎を、それが明らかになり次第赤外又は可視光カメラ２０によって見ることができる。次に自動フレア制御システム３４と組み合わせられると、当該空気及び蒸気が制御されて、フレア１２の分解効率を損なうことなく当該ストリームを適切な酸化状態に維持することができる。また、上流リークに関する問題が存在することを作業者に知らせて、当該単数又は複数の問題をメンテナンスにより発見かつ是正することができる。同時に、かかるプロセスにより、フレアシステムまで進むガスが止められて未酸化ガスが抜け出さないことが保証される。
【００９０】
適切に構成されると、イメージングシステム１８及び自動フレアコントローラ３４は、フレアチップがさらされる温度範囲を追跡することができる。当該温度範囲が過剰な場合、ホットスポットが冷却されるまで蒸気及び／又は空気が増やされる。当該システムの履歴性能は次に、何度の温度が達成されたか、当該温度がどれくらいの期間認められたか、及び当該温度は局所的か又は当該チップ内で移動していたかに関する進行中ログを取り続ける。かかるツールを適切に使用することで、所定のフレアチップの延命を補助し得る。また、火炎可視度及び温度範囲の履歴を追跡することは、当該チップからの排出フローの任意の成長又は減衰の決定に役立ち得る。
【００９１】
（点火）
点火中、イメージングシステム１８技術を使用することにより、所定チップが適切に点火されているか否かを決定するための、ほぼ任意のフレア１２タイプ火炎５６の評価が可能となる。画像に基づくフレア制御システム１０の使用により、煙を最小化かつ分解効率を最大化する態様で一のエンティティ又は複数の多バーナチップがオンラインでもたらされることが保証される。閉じた又は美的なフレア１２システムは、百を上回るバーナ１４を有し得る。バーナ１４は、いくつかの異なるヘッダシステムが使用されるようにセグメント化される。各ヘッダは、１つ以上のパイロット４８バーナを使用して、各ヘッダシステムのバーナ１４に点火する。ヘッダシステムの一端又は両端で点火が開始されて、ひとたびヘッダシステムにガスが集中すると引き続きバーナ４８が点火される。初期バーナ４８の点火の際、整列したバーナ４８を順次点火する時間インターバルが、システムを適切に動作させる上で非常に重要である。１つのバーナ４８が整列ステージでの点火に失敗すると、残りのバーナ４８は点火に数分かかり得る。この時間、分解されるはずのガスは、適切な酸化なしに大気中へ排出される。
【００９２】
イメージングシステム１８は、所定のフレア１２システムを連続的に監視することができる。必要に応じて複数のバーナ１４が点火されたか否か、ヘッダの一端から他端までこれらが点火されるのにどれくらいの期間かかったかを決定して、当該システムに問題があった場合はアラームが起動させる。オペレータは次に、当該状況を解決するべく適切なアクションをとることができる。繰り返しになるが、問題のある点火は、相当のガスを大気中に排出させ得る。当該ユニットがどのようにプログラムされているかに応じて、イメージングシステム１８及び自動フレア制御システム３４は、パイロット４８の問題の存否、又は当該システムがアクティベートされて適切に点火しているか否かを決定することができる。これは単に、全ラインのバーナ１４を点火するのにかかった時間を決定して当該情報を履歴データと対比するだけでよい。持続時間が変化すると、当該システムに問題が存在することが意味され得る。これは、システムの予備診断として機能し、物事が誤った方向に向かい始める時をオペレータに知らせる。フレア１２、システムもまた、フレアリング事象の長さを文書化する履歴ファイルとなるようにプログラムされる。当該事象の時間順序タイムフレーム内で、コンピュータの補助を受けた当該システムは、点火、排出中の煙発生、フレアリング事象の長さ、点火しなかったバーナ１４、及び、リンゲルマンアプローチを用いて作られた煙６２の分数量に関する任意の問題をロギングすることができる。パイロットが点火されて、当該フレアチップに与えられる任意のフレアガスに点火する準備ができていることを保証することにより、制御システムは、フレアリングシステムが常に任意排出の準備ができていることを保証する。
【００９３】
本願発明に係る制御システムもまた同様に（適宜に）、バーナ、パイロット等の火炎発生機器をモニタすることができる。
【００９４】
本願発明が使用できるフレア１２、バーナ１４、及びパイロット４８の例は、特許文献１（フレア装置及び方法）、特許文献２（低ＮＯｘ形成バーナ装置及び方法）、特許文献３（低ＮＯｘ予備混合バーナ装置及び方法）、特許文献４（コンパクト低ＮＯｘガスバーナ装置及び方法）、特許文献５（超安定フレアパイロット及び方法）、及び特許文献６（超安定フレアパイロット及び方法）に示されるフレア１２、バーナ１４、及びパイロット４８を含む。当該特許文献はすべて本明細書に参照として組み入れられる。
【００９５】
本願発明の他実施例は、本明細書又は本明細書に開示の本願発明に係る実施を考慮することにより当業者にとって明らかとなる。したがって上記明細書は、本願発明の単なる例示として考慮される。本願発明の真の範囲は下記特許請求の範囲に規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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