(57)【要約】      （修正有）【課題】変動する流量の廃ガスを大気における燃焼ゾーンに放出し、蒸気を燃焼ゾーンに放出し、さらにフレアガスを燃焼ゾーンにて燃焼するフレアアセンブリを運転するための方法を提供する。【解決手段】燃焼ゾーン２２への主要な蒸気の注入が、無煙運転を実現するために必要と判断されると、蒸気注入アセンブリ２８を介して燃焼ゾーンへ主要な蒸気が注入される。蒸気が不要と判断されると、蒸気注入アセンブリを介して、燃焼ゾーンへ代替ガスが放出される。一具現化例にあって、代替ガスは加熱される。他の具現化例にあって、蒸気が必要であると判断されると、蒸気の最大許容流量比が算出され、無煙運転を実現し、さらに蒸気の流量比が蒸気の最大許容流量比を越えるのを避けるために、さらに流量比が算出される。フレアアセンブリ１０も提供される。【選択図】図１
2012032142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ガスストリームを様々な流量比にて受け取り、ベントガスをフレアチップに伝達し、前記ベントガスを前記フレアチップを介して大気中の燃焼ゾーンに放出し、主要な蒸気を蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出し、さらに前記燃焼ゾーンにてフレアガスを燃焼するフレアアセンブリを運転するための方法であって、
ａ．代替ガス源を提供するステップと、
ｂ．主要な蒸気源を提供するステップと、
ｃ．前記廃ガスストリームを受け取るステップと、
ｄ．前記ベントガスストリームの流量比を決定するステップと、
ｅ．前記ベントガスストリームを前記燃焼ゾーンに前記フレアチップを介して放出するステップと、
ｆ．前記燃焼ゾーンにあってフレアガスを点火しさらに燃焼するステップと、
ｇ．主要な蒸気の燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であるか否かを決定するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）にあって無煙運転を実現するために燃焼ゾーンに主要蒸気の注入を必要とすることを決定すると、以下のステップを実行するステップと、
ｉ．代替ガスが燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されていると、前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスの流れを閉じるステップと、
ｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を放出するステップと、
ｉｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出された主要な蒸気の流量比を決定するステップと、
ｉｖ．無煙運転を実現するために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して主要な蒸気の流量比を調整するステップと、
ｉ．ステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると決定されると、以下のステップを実現するステップと、
ｉ．主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されていると前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の流量を閉じるステップと、
ｉｉ．代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するステップと、
ｉｉｉ．前記代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するよりも前に前記代替ガスを加熱するステップ
とを備える方法。
【請求項２】
無煙運転を実現するために前記燃焼ゾーンへの蒸気の注入が必要であるとステップ（ｇ）にて判断されると、前記方法はさらに前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の最大許容流量比を算出するステップと、さらに前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の流量比を無煙運転を実現し、さらに蒸気の流量比が蒸気の前記最大許容流量比を越えるのを避けるためのステップ（ｈ）（ｉｖ）に対応して調整するステップとを備える請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の最大許容流量比は、前記フレアアセンブリが取り付けられる場所における前記フレアアセンブリの運転に関する適用可能な規制に基づいて計算される請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
許容される前記最大蒸気／ベントガス比が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへ至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記最大蒸気／ベントガス比に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記炭化水素流量比が決定され、さらに
許容される前記最大蒸気／炭化水素比が判断され、
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記炭化水素流量比及び前記最大蒸気／炭化水素比に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記フレアガスの前記最小許容純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記フレアガスの前記最小許容純加熱値に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスの分子量が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記分子量に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスストリームの前記純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記ベントガスの前記純加熱値に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスストリームの前記分子量が判断され、
前記ベントガスストリームの前記純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム及び前記ベントガスストリームの分子量及び純加熱値に基づいて算出される、
請求項３記載の方法。
【請求項１０】
前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値を判断するステップと、さらに
前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値を判断するステップとを有し、
前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値が前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値よりも小さいと、前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値を前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値と少なくとも同じ高さのレベルに増加するため濃縮燃料ガスを充分な量前記ベントガスストリームに追加する、
請求項３記載の方法。
【請求項１１】
代替ガスが、空気、補助蒸気と混合された空気、及びガスと混合される空気のグループから選択されるとき、それ以外の補助蒸気は前記蒸気注入アセンブリに空気を引き込むための誘引流体として用いられる請求項１記載の方法。
【請求項１２】
廃ガスストリームを様々な流量比にて受け取り、ベントガスをフレアチップに伝達し、前記ベントガスを前記フレアチップを介して大気中の燃焼ゾーンに放出し、主要な蒸気を蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出し、さらに前記燃焼ゾーンにてフレアガスを燃焼するフレアアセンブリを運転するための方法であって、
ａ．代替ガス源を提供するステップと、
ｂ．主要な蒸気源を提供するステップと、
ｃ．前記廃ガスストリームを受け取るステップと、
ｄ．前記ベントガスストリームの流量比を決定するステップと、
ｅ．前記ベントガスストリームを前記燃焼ゾーンに前記フレアチップを介して放出するステップと、
ｆ．前記燃焼ゾーンにあってフレアガスを点火しさらに燃焼するステップと、
ｇ．主要な蒸気の燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であるか否かを決定するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）にあって無煙運転を実現するために燃焼ゾーンに主要蒸気の注入を必要とすることを決定すると、以下のステップを実行するステップと、
ｉ．代替ガスが燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されていると、前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスの流れを閉じるステップと、
ｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を放出するステップと、
ｉｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出された主要な蒸気の流量比を決定するステップと、
ｉｖ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る最大許容流量比を算出するステップと、
ｖ．無煙運転を実現するため、さらに前記蒸気の最大許容流量比を蒸気流量比が越えるのを避けるために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して至る主要な蒸気の流量比を調整するステップと、
ｉ．ステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると決定されると、以下のステップを実現するステップと、
ｉ．主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されていると前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の流量を閉じるステップと、
ｉｉ．代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するステップとを備える方法。
【請求項１３】
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比は、前記フレアアセンブリが取り付けられる場所における前記フレアアセンブリの運転に関する適用可能な規制に基づいて計算される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
許容される前記最大蒸気／ベントガス比が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへ至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記蒸気／ベントガス比に基づいて算出される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記最大蒸気／ベントガス比は、前記フレアアセンブリが取り付けられる場所における前記フレアアセンブリの運転に関する適用可能な規制に基づいて決定される請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記炭化水素流量比が決定され、さらに
許容される前記最大蒸気／炭化水素比が判断され、
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記炭化水素流量比及び前記最大蒸気／炭化水素比に基づいて算出される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記最大蒸気／炭化水素比は、前記フレアアセンブリが取り付けられる場所における前記フレアアセンブリの運転に関する適用可能な規制に基づいて決定される請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が前記所望される効果を実現するために必要であると判断されると、
前記フレアガスの前記最小許容純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記フレアガスの前記最小許容純加熱値に基づいて算出される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスの分子量が判断され、
前記ベントガスの前記純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比、前記ベントガスストリームの前記分子量及び前記純加熱値に基づいて算出される、
請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値は、前記フレアアセンブリが取り付けられる場所における前記フレアアセンブリの運転に関する適用可能な規制に基づいて決定される請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスの分子量が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記分子量に基づいて算出される、
請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｇ）にて蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、
前記ベントガスストリームの前記純加熱値が判断され、さらに
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る蒸気の前記最大許容流量比が前記ベントガスストリーム流量比及び前記ベントガスの前記純加熱値に基づいて算出される、
請求項１２記載の方法。
【請求項２３】
前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値を判断するステップと、さらに
前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値を判断するステップとを有し、
前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値が前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値よりも小さいと、前記ベントガスストリームの前記実際の純加熱値を前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値と少なくとも同じ高さのレベルに増加するため濃縮燃料ガスを充分な量前記ベントガスストリームに追加する、
請求項１２記載の方法。
【請求項２４】
代替ガスが、空気、補助蒸気と混合された空気、及びガスと混合される空気のグループから選択されるとき、それ以外の補助蒸気は前記蒸気注入アセンブリに空気を引き込むための誘引流体として用いられる請求項１２記載の方法。
【請求項２５】
様々な流量比で廃ガスストリームを受け取るフレアアセンブリであって、
ベントガスストリームを伝達するためのフレアライザと、
前記ベントガスストリームを大気中の燃焼ゾーンに放出するため、さらに前記燃焼ゾーンのフレアガスを燃焼するために前記フレアライザに取り付けられるフレアチップと、
前記フレアチップに関係する蒸気注入アセンブリであり、前記蒸気注入アセンブリは、
下部と上部とを備える蒸気ライザであって、前記蒸気ライザの前記下部は第１の流体入口及び第２の流体入口とを備える蒸気ライザと、
主要蒸気を前記燃焼ゾーンに注入するために前記蒸気ライザの前記上部に流体的に結合される蒸気注入ノズルとを備え、
一端で主要な蒸気源に、他端で前記蒸気ライザの前記第１の流体入口に流体的に結合される蒸気伝送管であり、前記蒸気ライザを介して主要な蒸気の流量を制御するために蒸気制御バルブに流体的に結合される前記蒸気伝送管と、
一端で代替ガス源にさらに他端で前記蒸気ライザの第２の流体入口に流体的に結合される代替ガス伝送管であり、前記蒸気ライザを介して代替ガスの流量を制御するために代替ガス制御バルブに流体的に結合される前記代替ガス伝送管と、
前記蒸気制御バルブ及び前記代替ガス制御バルブを制御するために前記フレアアセンブリに結合される制御ユニットと、
前記蒸気ライザを通り過ぎる代替ガスを加熱するために前記代替ガス伝送管及び前記蒸気ライザの一つに取り付けられる加熱アセンブリと
を備えるフレアアセンブリ。
【請求項２６】
前記ベントガスストリームの流量比を検知するために前記フレアライザに関係する流量センサをさらに備える請求項２５記載のフレアアセンブリ。
【請求項２７】
前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比に応答する請求項２６記載のフレアアセンブリ。
【請求項２８】
前記制御ユニットは、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の最大許容流量比を算出し、さらに蒸気の流量比が蒸気の前記最大許容流量比を超えるのを避けるために前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の流量比を調整することができる請求項２５記載のフレアアセンブリ。
【請求項２９】
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出される主要な蒸気の流量比を検知するために前記蒸気ライザに対応する流量センサをさらに備える請求項２８記載のフレアアセンブリ。
【請求項３０】
前記制御ユニットは、前記ベントガス流量比及び前記フレアアセンブリが設置される場所における前記フレアアセンブリの動作に関する適用可能な規制に基づいて主要な蒸気の前記最大許容流量比を計算することができる請求項２８記載のフレアチップ。
【請求項３１】
前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比及び許容される前記最大蒸気／ベントガス比に基づいて主要な蒸気の前記最大許容流量比を計算することができる請求項３０記載のフレアアセンブリ。
【請求項３２】
前記フレアライザに対応する前記ベントガスストリームの分子量を判断するためのデバイスをさらに備える請求項２８記載のフレアアセンブリ。
【請求項３３】
前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比と前記ベントガスストリームの分子量に基づいて主要な蒸気の前記最大許容流量比を算出することができる請求項３２記載のフレアアセンブリ。
【請求項３４】
前記代替ガス源から前記代替ガス伝送管を介して前記蒸気ライザに前記代替ガスが流れるのを引き起こすために前記代替ガス伝送管に接続される代替ガス送出器をさらに備える請求項２５記載のフレアアセンブリ。
【請求項３５】
前記代替ガス送出器は、空気ファンである請求項３４記載のフレアアセンブリ。
【請求項３６】
前記代替ガス送出器は、可変する周波数駆動の空気ファンである請求項３５記載のフレアアセンブリ。
【請求項３７】
前記代替ガス送出器は、放出器である請求項３４記載のフレアアセンブリ。
【請求項３８】
前記放出器は、蒸気を誘因流体として用いる請求項３７記載のフレアアセンブリ。
【請求項３９】
前記代替ガス伝送管によって伝達される代替ガスから湿気を除去するために前記代替ガス伝送管に関係する凝結ユニットをさらに備える請求項３８記載のフレアアセンブリ。
【請求項４０】
前記蒸気制御バルブ及び前記代替ガス制御バルブは、相互に独立し、前記蒸気伝送管及び前記代替ガス伝送管内に、それぞれ配置される請求項２５記載のフレアアセンブリ。
【請求項４１】
前記蒸気制御バルブ及び蒸気代替ガス制御バルブは、前記蒸気ライザに配置される３ウェイバルブにて一緒に結合される請求項２５記載のフレアアセンブリ。
【請求項４２】
様々な流量比で廃ガスストリームを受け取るフレアアセンブリであって、
ベントガスストリームを伝達するためのフレアライザと、
前記ベントガスストリームを大気中の燃焼ゾーンに放出するため、さらに前記燃焼ゾーンのフレアガスを燃焼するために前記フレアライザに取り付けられるフレアチップと、
前記フレアチップに関係する蒸気注入アセンブリであり、前記蒸気注入アセンブリは、
下部と上部とを備える蒸気ライザであって、前記蒸気ライザの前記下部は第１の流体入口及び第２の流体入口とを備える蒸気ライザと、
主要蒸気を前記燃焼ゾーンに注入するために前記蒸気ライザの前記上部に流体的に結合される蒸気注入ノズルとを備え、
一端で主要な蒸気源に、他端で前記蒸気ライザの前記第１の流体入口に流体的に結合される蒸気伝送管であり、前記蒸気ライザを介して主要な蒸気の流量を制御するために蒸気制御バルブに流体的に結合される前記蒸気伝送管と、
一端で代替ガス源にさらに他端で前記蒸気ライザの第２の流体入口に流体的に結合される代替ガス伝送管であり、前記蒸気ライザを介して代替ガスの流量を制御するために代替ガス制御バルブに流体的に結合される前記代替ガス伝送管と、
前記ベントガスストリームの流体比を検知するために前記フレアライザに付随する流量センサと、
前記蒸気制御バルブ及び前記代替ガス制御バルブを制御するために前記フレアアセンブリに結合される制御バルブであり、前記ベントガスストリームの流量比に反応し前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る最大許容流量比を算出し、さらに蒸気の流量比が蒸気の前記最大許容流量比を超えるのを避けるために前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の流れを調整することができる前記制御ユニットと
を備えるフレアアセンブリ。
【請求項４３】
前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出される主要な蒸気の流量比を検知するために前記蒸気ライザに対応される流量センサをさらに備える請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【請求項４４】
前記制御ユニットは、前記ベントストリームの流量比及び前記フレアアセンブリが設置される場所における前記フレアアセンブリの運転に関して適用される規制に基づいて主要な蒸気の前記最大流量比を算出することができる請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【請求項４５】
前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比及び許容される前記最大蒸気／ベントガス比に基づいて主要な蒸気の前記最大許容流量比を算出することができる請求項４４記載のフレアアセンブリ。
【請求項４６】
前記フレアライザに関係する前記ベントガスストリームの前記分子量を算出するためのデバイスをさらに備える請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【請求項４７】
前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比及び前記ベントガスストリームの前記分子量に基づいて主要な蒸気の前記最大許容流量比を算出することができる請求項４６記載のフレアアセンブリ。
【請求項４８】
前記代替ガス伝送管を介して前記代替ガス源から前記蒸気ライザに流すために前記代替ガスを引き起こす前記代替ガス伝送管に接続される代替ガス送出器をさらに備える請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【請求項４９】
前記代替ガス送出器は、空気ファンである請求項４８記載のフレアアセンブリ。
【請求項５０】
前記代替ガス送出器は、可変周波数駆動による空気ファンである請求項４８記載のフレアアセンブリ。
【請求項５１】
前記代替ガス送出器は、誘引流体として蒸気を用いる放出器である請求項４８記載のフレアアセンブリ。
【請求項５２】
前記代替ガス伝送管によって伝達される前記代替ガスから湿気を除去するために前記代替ガス伝送管に付随する凝結ユニットをさらに備える請求項５１記載のフレアアセンブリ。
【請求項５３】
前記蒸気制御バルブ及び前記代替ガス制御バルブは、相互に独立し、前記蒸気伝送管及び前記代替ガス伝送管にそれぞれ配置される請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【請求項５４】
前記蒸気制御バルブ及び代替ガス制御バルブは、前記蒸気ライザに配置される３ウェイバルブとして一緒に結合される請求項４２記載のフレアアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドフレア装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス抜き規制、シャットダウン、予期せぬ及び／又は緊急事態に備えて放出される可燃性のガス流の処理のために、廃ガスフレアアセンブリは、製造施設、精製所、処理工場など（一括して「施設」という）に、広く一般的に設置されている。そのようなフレアアセンブリは、広範囲にわたって組成が異なり、さらに非常に大きなターンダウン比（最大緊急流から浄化流比）をこえて運転する廃ガスを受けとることが該して要求され、さらに保守点検なしに運転期間が延ばされる。
【０００３】
典型的な、シングルポイントのフレアアセンブリは、地上数フィートから数百フィートに延ばされる、フレアライザ、前記フレアライザに取り付けられる（例えば、垂直フレアの上部の）フレアチップを備える。フレアチップは、一般的に一つ以上のパイロットを前記廃ガスを点火するために備える。固有のフレアチップ設計及び有効なガス圧力に依存し、いくつかのフレアは、蒸気注入器又は送風機のような、煙抑制装置を備える。
【０００４】
廃ガスは、施設が稼動している間は、いつでも放出される。その結果、廃ガス流を通して燃焼をすぐに始めることができる一体化された点火システムが重要である。一体化された点火システムは、少なくとも一つのパイロット、少なくとも一つのパイロット点火機構及び少なくとも一つのパイロット火炎モニタを備える。パイロットガスは、いつでもフレアパイロットに全般的に供給されなければならない。
【０００５】
様々な処理及び／又は規定の要件のため、種々の他のガスが放出されるガス流に付加されることがある。放出される廃ガス流に付加される他のガスの例は、浄化ガス（例えば、天然ガス又は窒素）及び濃縮燃料ガス（例えば、天然ガス又はプロパン）を含む。前記フレア先端の入口に到達するガス流は、そのガス流が放出される廃ガスのみ、或いは放出ガスに付加される代替ガスと一緒の放出ガスであるかに無関係に、「ベントガス」のように言及される。全ての他のガス及び大気中に存在する蒸気によりなる前記通ベントガスは、直ぐに前記フレアチップの下流に向かい、空気を含まず、前記フレアチップにて付加される流れを含み、前記フレアアセンブリのパイロットから排出される燃料ガスは「フレアガス」として言及される。
【０００６】
浄化ガスは、前記フレアアセンブリを介してポジティブガス流を扱うため、及び空気やそこに流れこむ逆流する可能性のある他のガスを防ぐため、しばしば放出される廃ガス流に付加される（或いはそのとき廃ガス流が施設から放出されないときには、前記フレアアセンブリの違ったやりかたで）。濃縮燃料ガスは、前記ベントガスの要求される最小純発熱量が規定どおりであるのを確実にするのを助けるために、廃ガス流に付加されることもある。フレアに関するアメリカ合衆国での現在の規制（４０Ｃ．Ｆ．Ｒ．§６０．１８のような）は、ベントガスの純発熱量は標準キュービックフート（ｓｃｆ）毎３００英国熱ユニット（Ｂtu’s）より小さいことを明確にしている。フレアの所有者とアメリカ合衆国環境保護協会（the“ＥＰＡ”）との間でのある承諾政令は、ベントガスの真発熱量が３００英国熱ユニット（Ｂtu’s）よりさらに高いに違いないことを明らかにするかもしれない。
【０００７】
大部分のガスフレアは、比較的に無煙方法によって運転されることを要求される。これは、ベントガスが、火炎を形成する煤煙の粒子を充分に酸化させる比較的短期間にて充分な量の空気と混合されることを確実にすることによって達成される。ガス圧力が低い適用にあって、ベントガスストリームの勢いのみでは、無煙運転を提供するのに充分ではない。そのような適用にあって、無煙運転を実現するためには補助媒質を付加することが必要である。前記補助媒質は、フレア装置の周りの環境の空気を運び去るために必要とされる誘引力を提供するために用いられる。有効な補助媒質の例は、蒸気及び空気を含む。ローカルエネルギーコスト及び稼働率を含めた、多くのファクタが煙を抑圧する媒質を選択するのに考慮に入れられる。
【０００８】
低圧力ガスに勢いを加えられるために最も一般的な補助媒質は、フレアチップに関連付けられる一つ以上のノズルのグループを介して一般的に注入される、蒸気である。勢いを付加し、さらに空気を取り去るのに加えて、蒸気もガスを薄め、さらに燃焼プロセスにあって含まれる化学反応に関与し、その両方が煙を抑制するのを助ける。一つのシンプル蒸気補助システムにあって、いくつかの蒸気注入器がフレアチップの出口近くに取り付けられる蒸気多岐管又はリングから延びる。蒸気注入器は、蒸気の噴出をフレアチップ近くの燃焼ゾーンに向かわせる。一つ以上のバルブ（手動又は自動にて遠隔から制御されることができる）は、フレアチップへの蒸気流量を調整する。蒸気噴射は、周囲の大気から空気を吸い込み、さらにそれを高レベルの乱気流として放出されるベントガスに注入する。これらの噴射は、フレアチップを出るガスを集め、含み、さらにガイドするために作用する。これは、フレアチップ周囲からプルダウンされる火炎のもたらす風を妨げる。注入される蒸気、抽出される空気、及びベントガスは、可視煙なしにベントガスが燃えるのを助ける混合物を形成するために合成される。他の蒸気補助システムは、より複雑なフレアシステムに関連して開発され成功のうちに使用されてきた。
【０００９】
大部分のフレア補助蒸気は、前記制御バルブからフレアチップへの蒸気ラインを暖かく保ち、さらに使用のために準備し、前記蒸気ラインにおける凝結の問題を最小化するために最小の蒸気流量を要求する。さらに、最小の蒸気流量は、加熱損傷を防ぐのを促進するフレアチップ冷却上或いは近くに多岐管及び他の蒸気注入部品を保持する（例えば、低流量の場合には、火炎が蒸気装置に取り付けられる）。
【００１０】
凍りつくようなコンディションにおけるフレアアセンブリの運転は、取り組まなければならない他の問題を作り出す。例えば、フレアが待機状態であったり、あるいは低容量のフレアイベントを補助するときに、蒸気がフレアアセンブリを介して前記蒸気設備を冷却するために低流量比にて放出されると、凍りつくような気温は、蒸気を凝結し、フレアチップ上或いは周辺に氷を形成するかもしれない。さらに、凝結が蒸気源からフレアアセンブリに流れる蒸気ラインにあって発生する。いくつかの場合、蒸気ラインは、非常に長く、保温材を使用しているにもかかわらず、凝結しがちな傾向にある。凝結は、フレアチップにて散布され、最終的にはフレアチップ及び関連の装備内或いは周辺にて凍り付いてしまう。ベントガス排出開口上又は周辺における氷の組成は、例えば、排出開口の閉塞及び他の重大な問題を引き起こす。
【００１１】
前記流量比及び／又はフレアチップに送られるベントガスの成分は、煙抑制変更用に要求される蒸気の量を変動する。多くのプラントは、前記フレアをモニタするカメラからのビデオ画像を監視する制御ルーム内の操作者による、定期的な観察に基づいて、前記蒸気の必要条件を調整する。煙を出すコンディションは、前記フレアへの蒸気流量比を増加することによって修正される。しかし、ベントガス流量がおさまり始めると、操作者が蒸気流量を低減する前に、時々、通過させるかもしれない、フレア火炎が、操作者には「クリーン」に見え続けるかもしれない。その結果として、煙制御の方法は、次々に、過剰な雑音及び不要な蒸気の消費、低い分解及び除去効率、或いはメイン火炎を完全に消してしまいさえもする、フレアの過剰蒸気という結果をもたらす傾向がある。
【００１２】
多すぎる蒸気は、火炎アセンブリによって放出される蒸気の流量比に対するフレアアセンブリによって放出されるベントガスの流量比（「蒸気／ベントガス比」）を、高くしすぎる原因となるために、それによって、燃焼ゾーンにおける前記フレアガスの純加熱値を燃焼が維持されないポイントになるよう次々に低減する。これは、ベントガス流量比が低レベルであるときに、特に問題になる。それは、さらに、フレアアセンブリが待機状態にあるときにも問題となり、煙突を通る浄化ガスの最小流量のみがある。蒸気／ベントガス比が所定のレベルを超え、さらにフレアガスの純加熱値が低くなりすぎるのは、フレアアセンブリの運転に関する一つ以上の規制に違反するかもしれない。
【００１３】
例えば周囲の状態、ベントガス流量比及び消費、ベントガスの出口速度、蒸気流量比、蒸気出口速度、蒸気によって混入された空気の量、どのくらいよく及びどのくらい迅速に蒸気及び混入空気がベントガスと混合するか、及びフレアチップの設計、を含む、種々の広範囲のファクタは、フレアの有害な除去効率（destructive removal efficiency; DRE）に影響を与える。その結果として、高いＤＲＥを確実にし、さらに過剰蒸気を防ぐシンプルな動作パラメータを明確にすることが難しい。
【００１４】
フレアの提供者は、一般的に、蒸気ラインを暖かく保ち、かつ蒸気注入アセンブリと関連の装備を熱損傷から守るためのような目的のため、最小の待機蒸気流量を要求する。蒸気の流量比は、前述したような問題のようなリスク問題なしに、フレア提供者によって推奨される最小待機比を下回って低減されることはない。さらに、視認可能な排出に関して適用される規制に違反し、さらにほとんどの応用にあって所望されない、蒸気のより低い比率は、無煙運転を実現するために充分ではない。低い出口速度と、減量運転の蒸気比における蒸気の低い空気同調化比率のため、蒸気が音速にて注入されるときに要求されるよりもフレアの無煙運転を実現するためのより高い蒸気／ベントガス比がもたらされる。いくつかの条件下にあって、煙を出すことと、過剰蒸気を出すことの両方は、適用可能な記載によって法律的に定義されるので、蒸気流量比がどのように調整されようと、従来の蒸気補助フレアにあっては同時に避けることができない。浄化ガス流量比（蒸気流量比を低減することに対立するものとして）を増加することは、法規遵守を促進するが、増加される浄化ガスのコストは、法外に高いかもしれない。増加される浄化ガスは、二酸化炭素、温室化効果に関係するガスの高い排出に寄与する。これは、フレアの動作に関して、蒸気補助型フレアの所有者によってはジレンマを作り出す。
【００１５】
フレアアセンブリの主要な目的は、硫黄化合物、一酸化炭素及び不燃性炭化水素のような潜在的に有害な化合物を破壊及び制御することである。その結果として、フレアアセンブリの運転は、様々な政府機関によって規制され、さらに監視される。適用される詳細な規制は、フレアアセンブリの詳細な配置場所に依存する。アメリカ合衆国にあっては、フレアアセンブリの運転は、例えば、ＥＰＡによって規制及び監視される。合衆国におけるフレア記載は、Code of Federal Regulations(CFR)を含み、和解契約（例えば、合意判決）は、ＥＰＡのような規制当局と施設との間で合意に達した。国と地方の規制もまた適用される。
【００１６】
将来、フレアアセンブリの運転に関するより厳しい規制がＥＰＡにより実行されることが予想される。これらの新しい規制は、ＥＰＡとフレア所有者との間にて合意に達した合意判決という形式になるか、或いはCode of Federal Regulationsの一部として締結されるかもしれない。この新しい規制は、例えば、適用される、最大蒸気／ベントガス比（又は蒸気／炭化水素比）、ベントガスの最小純加熱値、及び燃焼ゾーンにおけるフレアガスの最小純過熱値として、取り組まれるであろう。これらの規制に鑑みて従来の蒸気補助タイプのフレアアセンブリにて無煙運転を実現し、過剰蒸気を防ぎ、さらに前述したような他の問題に取り組むのは、より困難になるかもしれない。単に蒸気の量を低減するのは、充分な解決ではないかもしれない。
【発明の概要】
【００１７】
本発明にしたがって、変動する流量比にて廃ガスストリームを受け取り、ベントガスストリームをフレアチップに伝え、ベントガスストリームを前記フレアチップを介して大気における燃焼ゾーンのなかに放出し、主要な蒸気ストリームを蒸気注入アセンブリを介して燃焼ゾーンに放出し、さらにフレアガスを燃焼ゾーンにて燃焼するフレアアセンブリを運転するための方法が提供される。
【００１８】
一具現化例にあって、本発明の方法は、以下のステップを備える。
ａ．代替ガス源を提供するステップと、
ｂ．主要な蒸気源を提供するステップと、
ｃ．前記廃ガスストリームを受け取るステップと、
ｄ．前記ベントガスストリームの流量比を決定するステップと、
ｅ．前記ベントガスストリームを前記燃焼ゾーンに前記フレアチップを介して放出するステップと、
ｆ．前記燃焼ゾーンにあってフレアガスを点火しさらに燃焼するステップと、
ｇ．主要な蒸気の燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であるか否かを判断するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）にあって無煙運転を実現するために燃焼ゾーンに主要蒸気の注入を必要とすることを決定すると、以下のステップを実行するステップと、
ｉ．代替ガスが燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されていると、前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスの流れを閉じるステップと、
ｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を放出するステップと、
ｉｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出された主要な蒸気の流量比を決定するステップと、
ｉｖ．無煙運転を実現するために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して主要な蒸気の流量比を調整するステップと、
ｉ．ステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると決定されると、以下のステップを実現するステップと、
ｉ．主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されていると前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の流量を閉じるステップと、
ｉｉ．代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するステップと、
ｉｉｉ．前記代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するよりも前に前記代替ガスを加熱するステップ。
【００１９】
他の具現化例にあって、本発明の方法は以下のステップを備える。
ａ．代替ガス源を提供するステップと、
ｂ．主要な蒸気源を提供するステップと、
ｃ．前記廃ガスストリームを受け取るステップと、
ｄ．前記ベントガスストリームの流量比を決定するステップと、
ｅ．前記ベントガスストリームを前記燃焼ゾーンに前記フレアチップを介して放出するステップと、
ｆ．前記燃焼ゾーンにあってフレアガスを点火しさらに燃焼するステップと、
ｇ．主要な蒸気の燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であるか否かを決定するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）にあって無煙運転を実現するために燃焼ゾーンに主要蒸気の注入を必要とすることを決定すると、以下のステップを実行するステップと、
ｉ．代替ガスが燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されていると、前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスの流れを閉じるステップと、
ｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を放出するステップと、
ｉｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出された主要な蒸気の流量比を判断するステップと、
ｉｖ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る最大許容流量比を算出するステップと、
ｖ．無煙運転を実現するため、さらに前記蒸気の最大許容流量比を蒸気流量比が越えるのを避けるために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して至る主要な蒸気の流量比を調整するステップと、
ｉ．ステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると決定されると、以下のステップを実現するステップと、
ｉ．主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されていると前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の流量を閉じるステップと、
ｉｉ．代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するステップ。
【００２０】
前記本発明の方法の第１及び第２の具現化例の様々なステップは、所望により置き換えられることができる。例えば、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要蒸気の最大許容流量比の算出ステップ及び無煙運転を実現するため、さらに前記蒸気の最大許容流量比を蒸気流量比が越えるのを避けるために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して至る主要な蒸気の流量比を調整するステップは、前述したようにステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要蒸気の注入が無煙運転を実現するために必要ではないと判断されると、本発明の方法の第１の具現化例に関連して用いられる。
【００２１】
本発明は、さらに廃ガスストリームを変動する流量比にて受け取るフレアアセンブリを提供する。前記フレアアセンブリは、本発明の方法を実行するために用いられる。
【００２２】
一具現化例にあって、本発明のフレアアセンブリは、ベントガスストリームを搬送するためのフレアライザと、前記ベントガスを大気中にて燃焼ゾーンに放出し、前記燃焼ゾーンにてフレアガスを燃焼するために前記フレアライザに取り付けられるフレアチップと、前記フレアチップに付随する蒸気注入アセンブリと、蒸気伝送管と、代替ガス伝送管と、前記フレアアセンブリに結合される制御ユニットと、さらに加熱アセンブリとを備える。
【００２３】
前記蒸気注入アセンブリは、蒸気ライザ及び蒸気注入ノズルとを備える。前記蒸気ライザは、下部と上部とを備える。前記蒸気ライザの前記下部は、第１の流体入口及び第２流体入口とを備える。前記蒸気注入ノズルは、前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を注入するために前記蒸気ライザの前記上部に流体的に結合される。
【００２４】
前記蒸気伝送管は、一端を主要蒸気源に、さらに他端を前記蒸気ライザの前記第１の入口に流体的に結合する。前記蒸気伝送管は、前記蒸気ライザを介して主要蒸気の流量を制御するために蒸気制御バルブに流体的に結合される。
【００２５】
前記代替ガス伝送管は、一端が代替ガス源に、他端が前記蒸気ライザの前記第２の入口に、流体的に結合される。前記代替ガス伝送管は、前記蒸気ライザを介して代替ガスの流量を制御するために代替ガス制御バルブに流体的に接続される。
【００２６】
前記制御ユニットは、前記蒸気制御バルブと前記代替ガス制御バルブを制御する。加熱アセンブリは、代替ガス管及び前記蒸気ライザ管を介して通過する代替ガスを加熱するための蒸気ライザの一つに関連付けられる。
【００２７】
他の具現化例にあって、本発明のフレアアセンブリは、ベントガスストリームを伝達するためのフレアライザ、大気における燃焼ゾーンにベントガスストリームを放出し、燃焼ゾーンにてフレアガスを燃やすためのフレアライザに取り付けられるフレアチップと、前記フレアチップに付随する蒸気注入アセンブリと、蒸気伝送管と、代替ガス伝送管と、前記ベントガスストリームの流量比を検出するために前記フレアライザに結合される流量センサと、さらに前記フレアアセンブリに接続される制御ユニットとを備える。
【００２８】
前記蒸気注入アセンブリは、蒸気ライザ及び蒸気注入ノズルを備える。前記蒸気ライザは、下部及び上部を有する。前記蒸気ライザの前記下部は、第１の流体入口と第２の流体入口とを備える。前記蒸気注入ノズルは、主要な蒸気を燃焼ゾーンに注入するために、蒸気ライザの上部に流体的に結合される。
【００２９】
前記蒸気伝送管は、一端を主要蒸気源に、さらに他端を前記蒸気ライザの前記第１の入口に流体的に結合される。前記蒸気伝送管は、前記蒸気ライザを介して主要蒸気の流量を制御するために蒸気制御バルブに流体的に結合される。
【００３０】
前記代替ガス伝送管は、一端が代替ガス源に、他端が前記蒸気ライザの前記第２の入口に、流体的に結合される。前記代替ガス伝送管は、前記蒸気ライザを介して代替ガスの流量を制御するために代替ガス制御バルブに流体的に接続される。
【００３１】
本発明のフレアアセンブリの第２の具現化例の前記制御ユニットは、前記蒸気制御バルブと前記代替ガス制御バルブを制御する。前記制御ユニットは、前記ベントガスストリームの流量比に対応し、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の最大許容流量比を計算し、前記蒸気の最大許容流量比を蒸気流量比が超えるのを避けるために燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して至る主要な蒸気の流量比を調整することができる。
【００３２】
本発明のフレアアセンブリの第１及び第２の具現化例の様々な部品は、所望に応じて交換可能である。例えば、本発明のフレアアセンブリの第２の具現化例のベントガス流量センサ及び制御ユニットは、本発明のフレアアセンブリの前記第１の具現化例にも付随して用いられる。
【００３３】
本発明の目的、特徴及び有利な効果は、以下の発明の詳細な説明の参照により当業者によって容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のフレア装置の一つの構成を示す図である。
【図２】図１によって示される本発明のフレア装置の上面図である。
【図３】図１の本発明のフレア装置をさらに示す部分概略図である。
【図４】本発明のフレア装置の他の構造を示す部分的概略図である。
【図５】本発明のフレア装置の蒸気注入アセンブリの他の具体例を示す図である。
【図６】本発明のフレア組立体の代替ガス発生器としての可変周波数駆動付きブロワの使用を示す図である。
【図７】代替ガス伝送管及びバルブシステムの他の構成を示す図である。
【図８】蒸気伝送管の他の構成及びそこに結合する本発明のフレア装置の蒸気制御バルブを示す図である。
【図９】結合される凝縮ユニット及び加熱器を伴う本発明のフレアアセンブリの代替ガス発生器としての、蒸気排出器の使用を示す図である。
【図１０】本発明のフレアアセンブリの蒸気伝送及び代替ガス管に関する３ウェイバルブの使用を示す図である。
【図１１】以下に説明する発明の詳細な説明に記載された具体例に対応し、さらにＡＰＩ５２１の推奨プラクティスによる種々の炭化水素ガスのための蒸気の基準の上限を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いるところの、下線を付した用語は、以下の意味を持つものとする。
「施設」は、製造施設、精製所、化学工場、処理工場又は廃ガスがガス抜き要求、閉鎖、混乱、緊急事態又は他の理由により放出される他の施設を意味する。
「廃ガス」は、有機材料、窒素、及び処理のために前記施設によって放出され、さらにフレア装置によって受容される他のいかなるガスをも意味する。
「ベントガス」は、むしろ、廃ガス流がフレア装置のフレアチップに入る前に、上記にて定義されたように他のガス及び蒸気と一緒に廃ガスに付加される、廃ガスを意味する。
「フレアガス」は、上記にて定義されたベントガスに他の全てのガス及びフレアチップのすぐ下流の大気に存在する蒸気をプラスしたものであり、空気を含まず、フレアチップにて加えられる蒸気及びフレア装置のパイロットから放出される燃料ガスを含む。
「主要蒸気」は、フレアチップに配置される蒸気注入アセンブリを介して直接的に放出され、無煙動作を実現するために用いられる蒸気を意味する。
「補助蒸気」は、空気を蒸気注入アセンブリに排出するための誘導流体として用いられる蒸気を意味する。
「無煙動作」は、適用可能な規制、フレアの所有者及び／又はフレア操作者によって設定された可視煙排出の制限内でのフレア装置の動作を意味する。例えば、アメリカ合衆国にあって、フレアからの可視煙の排出は、４０  Ｃ．Ｆ．Ｒ．§６０．１８によって規制される。いくつかの国にあっては、可視煙の排出は規制されないが、可視煙の規制は、フレアの所有者、又は地方自治体の所望に基づく操作者によって設けられる。このため、例えば、主要蒸気の燃焼ゾーンへの注入が発明の方法のステップに応じた無煙動作を実現するために必要であるのか否かを確認することは、主要蒸気の燃焼ゾーンへの注入が適用可能な規制、フレア所有者及び／又はフレア操作者によって設定された可視煙排出に係る規制内のフレアアセンブリを操作するために必要であるか否かを確認することを意味する。
「適用可能な規制」は、規制当局によってフレア所有者又は操作者（「フレア操作者」）に課せられる要件であり、フレア操作者と規制当局間の合意による判決における要件を含む、を意味する。
「蒸気／ベントガス比」は、蒸気注入アセンブリを通してベントガスの流れに対して放出される蒸気の流量比の比率を意味する。
「炭化水素流比」は、ベントガスにおける炭化水素のパーセンテージによって除算されたベントガス流の流量比を意味する。したがって、例えば、ベントガスストリーム流量比が１時間当たり１０００ポンドで、さらにベントガスストリームが８０％の窒素及び２０％のプロパンを質量ベースで含むとすると、炭化水素流比は、時間当たり２００ポンドである。
「蒸気／炭化水素比」は、炭化水素流量比に対して蒸気注入アセンブリを通して放出される蒸気の流量比の比率を意味する。
「純加熱値」は、低加熱値を意味する。
別の定義を明確にしない限り、「ファクタ又はパラメータに基づいて決定される」は、ファクタ又はパラメータに一部又は全部が基づいて決定されることを意味する。
同様に、別の定義を明確にしない限り、「ファクタ又はパラメータに基づいて算出される」は、ファクタ又はパラメータに一部又は全部が基づいて決定されることを意味する。
流量比センサは、制限されるものではないが、オリフィス流量計、超音波流量計、ベンチュリ流量計、渦流量計、流速計及びピトー管を備えて、適用される流体の流量比を決定するために用いられることができるデバイスを意味する。
【００３６】
一つの局面にあって、本発明は、変動する流量比にて廃ガスストリームを受け取り、ベントガスストリームをフレアチップに伝え、ベントガスストリームを前記フレアチップを介して大気における燃焼ゾーンのなかに放出し、主要な蒸気ストリームを蒸気注入アセンブリを介して燃焼ゾーンに放出し、さらにフレアガスを燃焼ゾーンにて燃焼するフレアアセンブリを運転するための方法である。他の局面にあって、本発明は、廃ガスストリームを受け取るフレアアセンブリである。本発明のフレアアセンブリは、本発明の方法に関係して運転されることができるフレアアセンブリの具現化例である。
【００３７】
本発明の方法
本発明の方法は以下のステップを備える。
ａ．代替ガス源を提供するステップと、
ｂ．主要な蒸気源を提供するステップと、
ｃ．前記廃ガスストリームを受け取るステップと、
ｄ．前記ベントガスストリームの流量比を決定するステップと、
ｅ．前記ベントガスストリームを前記燃焼ゾーンに前記フレアチップを介して放出するステップと、
ｆ．前記燃焼ゾーンにあってフレアガスを点火しさらに燃焼するステップと、
ｇ．主要な蒸気の燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であるか否かを決定するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）にあって無煙運転を実現するために燃焼ゾーンに主要蒸気の注入を必要とすることを決定すると、以下のステップを実行するステップと、
ｉ．代替ガスが燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されていると、前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスの流れを閉じるステップと、
ｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに主要な蒸気を放出するステップと、
ｉｉｉ．前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出された主要な蒸気の流量比を決定するステップと、
ｉｖ．無煙運転を実現するために前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して至る主要な蒸気の流量比を調整するステップと、
ｉ．ステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると決定されると、以下のステップを実現するステップと、
ｉ．主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されていると前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の流量を閉じるステップと、
ｉｉ．代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出するステップ。
【００３８】
前記代替ガスは、空気である。空気は、もし放出器（eductor）が本発明の方法に対応して用いられるならば、前記蒸気注入アセンブリに空気を排出するために誘因流体として用いられる補助蒸気及び／又はいかなる他のガスと混合される。
【００３９】
空気源（及びよって本発明の方法のステップ（ａ）に提供される代替ガス源）は、周囲の大気である。例えば、前記空気は、前記フレアアセンブリを囲んでいる大気から抽出され、さらに代替ガス送出器によって蒸気注入アセンブリに入れられる。前記代替ガス送出器は、例えば、空気ファン、空気ブロワ、コンプレッサ又は放出器である。
【００４０】
放出器が、空気を前記フレアアセンブリを囲む大気から抽出し、前記蒸気注入アセンブリに前記空気を動かすための代替ガス送出器として用いられるならば、蒸気は誘因流体として用いられる。この蒸気は、補助蒸気としてここでは定義され、前記主要な蒸気を提供する同一のソースから得られる。補助蒸気が用いられると、補助蒸気のいくつかは、前記蒸気注入アセンブリに引き込まれている空気と混合され、それによって代替ガスの一部となる。所望されるならば、前記補助蒸気は、後述するように、前記代替ガスから除去されることができる。
【００４１】
本発明の方法のステップ（ｂ）に対応して提供される前記主要蒸気源は、例えば、ボイラである。前記ボイラによって発生された圧力は、主要な蒸気を前記蒸気注入アセンブリの中に強制的に入れる。
【００４２】
前記廃ガスは、前記フレアアセンブリにより受容される。例えば、廃ガスは、施設から廃ガス管、さらには前記フレアアセンブリの前記フレアアセンブリに伝送される。
【００４３】
前記本発明の方法のステップ（ｄ）に対応するベントガスストリームの流量比は、例えば、前記廃ガス伝送管又はフレアライザの下流の数箇所のうちの一箇所、もしあれば、代替ガス及び蒸気が前記廃ガスストリームに付加される、しかし前記フレアチップの上流ではない（すなわち、前記ベントガスが前記フレアチップに入る前の前記フレアアセンブリの一箇所にて）にて前記廃ガス伝送管又はフレアライザ（後述される）に配置される流量比センサによって検出される。代替的には、前記流量センサは、いかなるガス（濃縮ガスのような）も前記廃ガスに付加される前の、前記廃ガスの流量比を測定するための一箇所に配置される。前記ベントガスストリームの前記流量比は、その後、廃ガスの前記測定された流量比に周知の濃縮ガス（もしあれば）の流量比を加えることによって決定される。
【００４４】
本発明のステップ（ｇ）に対応して無煙運転を実現するために前記燃焼ゾーンへの主要蒸気の前記注入が必要であるのかを判断又は決定することは、手動或いは自動のいずれかで実行される。例えば、代替ガスがその時点で燃焼ゾーンに注入されていると、可視煙がそこに存在するかを見るために、前記フレア操作者は、前記フレアアセンブリによって発生される火炎を監視することができる（直接に目で見て、或いはフレアをとらえたビデオカメラを間接的に用いることによって）。前記フレアオペレータが可視煙（例えば、前記代替ガスが最大流量比に達したとしても）を検出し、或いはさもなければ無煙運転を実現するために燃焼ゾーンの中に主要蒸気を注入する必要があると判断すると、オペレータは、本発明のステップ（ｈ）を実行することができる（そのステップ（ｈ）の補助ステップを含めて）。フレアオペレータが可視煙がそこに無いと判断すると、前記フレア火炎からのいかなる可視煙が、代替ガス流量比を増加することによって除去され、さもなければ前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると判断され、オペレータは本発明の方法のステップ（ｉ）に対応して（そのサブステップも含めて）、燃焼ゾーンに代替ガスを注入することを継続する。
【００４５】
他の具現化例によれば、主要な蒸気がそのときに燃焼ゾーンに注入されていると、フレアオペレータは可視煙がそこに存在しているか否かを見るために、フレアアセンブリ（直接的又は前記火炎をとらえたビデオカメラを間接的に用いる）によって生成される火炎を監視することができる。前記フレアオペレータが可視煙（例えば、主要な蒸気流量比を最小の流量比に低減したあとでさえ）がないことを判断するか、さもなければ前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が無煙運転を実現するために不要であると判断すると、オペレータは、本発明の方法のステップ（ｉ）（そのサブステップも含む）を実行する。フレアオペレータが主要な蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が必要であると判断すると、オペレータは本発明の方法のステップ（ｈ）（そのサブステップも含む）に対応して主要な蒸気を前記燃焼ゾーンへの注入を継続する。
【００４６】
前記フレアオペレータは、主要な蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために不要であることを、前記施設によって放出される廃ガスの品質を単に観察することによって判断することができる。そのような天然ガス、水素硫黄化物、水素及び一酸化炭素のような廃ガスは、可視煙を発生する傾向にはない。
【００４７】
本発明の方法のステップ（ｇ）に対応して無煙動作を実現するために前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の注入が必要であるか否かの判断が自動的に実行されるいくつかの方法がある。例えば、コンピュータがベントガスストリーム流量比、ベントガスストリームの純加熱値、ベントガスストリームの分子量、ベントガスストリームの不活性ガスのパーセンテージ、及び与えられるベントガスストリームのために無煙運転を実現するための要求される主要な蒸気の見積もられた流量比のような一つ以上のパラメータに基づいて、ステップ（ｇ）に対応して判断をすることができる。そのようなパラメータは、代替ガスの最大流量比にて可視煙が与えられた、ベントガスストリームのために存在するか否かを予測するためにも用いられる。これらのパラメータ又はパラメータの組み合わせは、フレア提供者によってもたらされ、さらには提供される。しかし、いくつかの場合、フレア所要者及びオペレータは、かれらの基準又はアルゴリズムを開発し実行する。
【００４８】
ステップ（ｇ）に対応して、主要な蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、本発明の方法のステップ（ｈ）が実行される。代替ガスが蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに放出されると、そのような判断が成される。もしそうなら、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る代替ガスの流量は、まず、ステップ（ｈ）及び（ｉ）に対応してシャットオフされる。前記主要な蒸気が前記蒸気注入アセンブリに放出される圧力は、前記代替ガスが前記蒸気注入アセンブリに放出される圧力よりも実質的に高い。その結果、代替ガス流量を許可するバルブは、前記フレアアセンブリへの主要な蒸気の流れが始まるとき、前記蒸気が前記代替ガス送出器に逆流し、さらに前記代替ガス送出器（廃蒸気自身である）及び他の装置に損傷を潜在的に引き起こす可能性がある。
【００４９】
主要な蒸気は、その後、前記蒸気注入アセンブリを介してステップ（ｈ）（ｉｉ）に対応して燃焼ゾーンに放出され、さらに前記燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出された前記主要な蒸気の流量比はステップ（ｈ）（ｉｉｉ）に対応して決定される。前記蒸気注入アセンブリを介して放出される前記主要な蒸気の流量比は、好ましくは容易なアクセスを許すためにグランドレベルで或いは近くで、例えば、前記蒸気伝送管内に配置される主要な蒸気流量比センサによって判断される。
【００５０】
ステップ（ｈ）（ｉｖ）に対応して無煙運転を実現するために、主要な蒸気の流量比を調整するステップは、フレアオペレータによって手動的にあるいは自動的に（例えば、コンピュータによって）実行される。例えば、前記オペレータは、無煙化運転が実現されるまで、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の流量比を追加的に増加することができる。蒸気のコストのため、さらには過剰な蒸気発生を防ぐために、オペレータは、無煙化運転を実現するために要求される流量比よりも著しく高い主要な蒸気の流量比の使用を避けることを試すべきである。
【００５１】
ステップ（ｇ）に対応して主要な蒸気の前記燃焼ゾーンへの注入が無煙運転を実現するためには不要であると判断される、さらにそのときに主要な蒸気が燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して放出されると、主要な蒸気の前記流れはまずシャットオフされる。前述したように、代替ガス流を許可するバルブが開放されている間の、主要な蒸気の流れの実行は、空気送出器及び他の装備に損傷を引き起こす。さらに、前記蒸気が放出されるときの圧力と前記空気が放出されるときの圧力との間の差のため、前記主要な蒸気のバルブが開放されるとき、前記空気を前記フレアアセンブリに入れることは不可能である。一旦、主要な蒸気の流れがオフとなると、代替ガスが前記蒸気注入器を介して前記燃焼ゾーンに放出される。
【００５２】
過剰な蒸気供給の不安のため、前記フレアアセンブリの前記代替ガス流モードでの運転が可能であればいつでも所望される。多くの応用にあって、主要な蒸気は、無煙運転を妨げるために不要である。これらの応用にあって、代替ガスは、無煙運転を妨げるための効果的な補助媒質として作用する。代替ガスの最小流量は、多岐管及び加熱損傷を妨げるのを助けるために、フレアチップ上又は近くの他の蒸気注入部品を冷却しつづける（例えば、そのようなイベントにあって、低流量火炎は、蒸気装置に取り付けられる）。主要な蒸気の代わりに代替ガスを使用するのは、要求されかつ所望されるフレアガス純加熱値、蒸気／ベントガス比を安定するのを助け、さらに蒸気／炭化水素比は、特にベントガス流量が低いときには、維持される。
【００５３】
前記応用によれば、本発明の方法は、一つ以上の追加ステップを含むことができる。
【００５４】
第１に、前記代替ガスを前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンにステップ（ｉ）（ｉｉ）に対応して放出するよりも前に、前記代替ガスを加熱してもよい。このステップは、本発明の方法が凍えるほどのコンディションにてフレアアセンブリを運転するために用いられるときに、特に有効である。例えば、前記フレアアセンブリが待機状態又は低容量フレアイベントに対応して動作されていると、前記蒸気注入器を介して放出されている蒸気は凝結しかつ前記フレアチップ上又は周辺にて氷を形成するかもしれない。このような状況にあって、本発明の方法のステップ（ｇ）に対応して無煙運転を実現するために蒸気を燃焼ゾーンに注入することが不要であることが判断され、本発明のステップ（ｉ）（そのサブステップも含め）が実行される。主要な蒸気の代わりに燃焼ゾーンに前記蒸気注入アセンブリを介して代替ガスを放出することにより、氷結コンディションに関する問題を避けることができる。
【００５５】
代替ガスの予備加熱は、「ウォーターハンマー（水撃）現象」として知られるコンディションを防ぐか或いは少なくすることができる。冷たい蒸気ライザにおける蒸気からの凝結が前記蒸気注入アセンブリを介して素早く押し上げられるコンディションは、曲がり又は障害物のために突然に速度を落とす。ウォーターハンマーコンディションは、前記蒸気ライザ、蒸気注入アセンブリ及び関連する装置を損傷してしまう。前記代替ガスを予め加熱することも、代替ガスにおける、蒸気ライザの腐食を引き起こす水分の問題となる凝結を避けることができる。予め予備加熱された代替ガスの最小流量は、前記制御バルブから前記フレアチップへの蒸気ラインを保温し、さらに前記蒸気ラインにおける凝結を最小化する使用のための準備を助ける。
【００５６】
様々な方法にあって、前記代替ガスは加熱される。例えば、前記代替ガスは、蒸気−エネルギー加熱交換機、電気加熱機、さらにガス燃焼加熱機アセンブリによって加熱される。蒸気エネルギー加熱交換機が用いられると、蒸気は本発明の方法にて用いられる前記主要な蒸気としての前記ソースから供給される。
【００５７】
本発明の方法は、前記フレアアセンブリの動作に関してより高度な制御を提供することができる付加的なステップも備える。これらのステップは、例えば、前記蒸気が効率的な方法にて運転されるのを確実にし、さらに適用される規制を遵守するのを確実にする。
【００５８】
本発明の方法のステップ（ｇ）にて前記燃焼ゾーンへの蒸気の注入が無煙運転を実現するために必要であると判断されると、前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の最大許容流量比が算出される。前記燃焼ゾーンへの前記蒸気注入アセンブリを介しての主要な蒸気の流量比は、その後、無煙運転を実現するため、及び前記蒸気の最大許容流量比を蒸気の流量比が越えてしまうのを避けるためにステップ（ｈ）（ｉｖ）に対応して調整される。
【００５９】
前記蒸気注入アセンブリを介しての前記燃焼ゾーンへの前記主要蒸気の最大許容流量比は、前記フレアアセンブリが設置される場所における前記フレアアセンブリの運転及び前記フレアベンダ、フレア所有者及び／又はフレアオペレータによって作り出されるアルゴリズムに関する適用可能な規制を含む、様々な基準に基づいて算出される。フレア提供者、所有者及びオペレータによって作り出されるアルゴリズムは、前記フレアアセンブリが適用可能な規制に単にしたがうことを確実にするという要求よりも一般的により厳しい。例えば、適用可能な規制は、フレア運転のための境界又は制限を作り出すが、蒸気によって補助されるフレアの最も経済的な、さらには効率的な動作は、蒸気の前記比率が無煙運転を実現するために充分でない限り、規制によって許容される前記最大より少ない蒸気を用いるかもしれない。
【００６０】
利用される特定のアルゴリズムに依存すると、前記蒸気注入アセンブリを介した前記燃焼ゾーンへの主要な蒸気の前記最大許容流量比は、それぞれが本発明の方法に基づいて決定される以下の一つ以上のパラメータを含む、様々なパラメータに基づいて計算される：
１．ベントガスストリーム流量比
２．許容される最大蒸気／ベントガス比。前記最大許容蒸気／ベントガス比は、前記フレアアセンブリが設置される場所における前記フレアアセンブリの運転に関して適用される規制に基づいて決定される。
３．許容される最大蒸気／炭化水素比。前記最大蒸気／炭化水素比を決定するため、前記炭化水素流量比が初めに決定されなければならない。前記最大許容蒸気／炭化水素比は、前記フレアアセンブリが導入される場所における前記フレアアセンブリの運転に関して適用される規制に基づいて決定される。
４．前記フレアガスの最小許容純加熱値。前記フレアガスの最小許容純加熱値は、前記フレアアセンブリが設置される場所における前記フレアアセンブリの運転に関して適用される規制に基づいて決定される。
５．前記ベントガスストリームの分子量。前記ベントガスストリームの分子量は、例えば、前記廃ガス伝送管又はフレアライザの下流の数箇所のうちの一箇所、もしあれば、他のガス及び蒸気が前記廃ガスストリームに付加される、しかしフレアチップの上流ではない（すなわち、前記ベントガスストリームが前記フレアチップに入る前の前記フレアアセンブリのなかの一箇所）にて、前記廃ガス伝送管又はフレアライザ（後述される）に配置される分子量センサによって判断される。
６．前記ベントガスストリームの純加熱値。前記ベントガスストリームの純加熱値は、例えば、前記廃ガス伝送管又はフレアライザの下流の数箇所のうちの一箇所、もしあれば、他のガス及び蒸気が前記廃ガスストリームに付加される、しかしフレアチップの上流ではない（すなわち、前記ベントガスストリームが前記フレアチップに入る前の前記フレアアセンブリのなかの一箇所）にて、前記廃ガス伝送管又はフレアライザ（後述される）に配置される純加熱値センサによって判断される。
７．前記ベントガスストリームの組成構造。例えば、ガスクロメトグラフィックデバイス（“ＧＣ  デバイス”）からの形成データは、無煙運転を実現するために要求される蒸気量、及び高分解除去効率（ＤＲＥ）を実現するための最大許容蒸気比を見積もるために用いられる。
８．ベントガスストリームの他の実時間特性、熱伝導及びウォッベ指標（Wobbe Index）に関係するものを含むがこれには限定されない。
【００６１】
勢いを加えること及び空気を除去することに加えて、前記主要な蒸気も前記ベントガスを薄め、さらに前記燃焼ゾーンに含まれる化学反応に関与する。これら両方は煙の抑制を保持する。前記フレアチップに送られるベントガスの流量比及び／又は組成は、変動するので、煙を抑圧するために要求される蒸気の量は変化する。本発明の方法によって提供される制御に付加される度合いは、ちょうどよい時間で、前記燃焼ゾーンにちょうどよい量の蒸気を添加するのを容易にする。蒸気／ベントガス比、蒸気／炭化水素比、ベントガス純加熱値及びフレアガス純加熱値などの運転のパラメータは、正確に制御される。
【００６２】
本発明の方法は、ベントガスの要求される最小純加熱値及び他の要求され、かつ所望される運転のパラメータが適合されるのを確実にするための濃縮燃料ガスを加えるステップを含むこともできる。例えば、実際の純加熱値及び前記ベントガスストリームの最小許容純加熱値がそれぞれ決定される。前記ベントガスストリームの最小許容純加熱値は、前記フレアアセンブリが導入される場所における前記フレアアセンブリに関して適用される規制に基づいて決定される。前記ベントガスストリームの実際の純加熱値が前記ベントガスストリームの最小許容純加熱値より小さいと、前記ベントガスストリームの実際の純加熱値を前記ベントガスストリームの前記最小許容純加熱値と少なくとも同じ高さのレベルに上げるための十分な量の濃縮燃料ガスが前記ベントガスストリームに付加される。使用することのできる濃縮燃料ガスの具体例は、天然ガス及びプロパンを含む。
【００６３】
浄化ガスは、廃ガスストリーム（又はさもなければ、廃ガスが設備からその時点で放出されていなければ、前記フレアアセンブリに）に、前記フレアアセンブリを介してポジティブガス流量を維持し、空気及びそこにおける逆流からの他のガスを妨げるために付加される。用いられる浄化ガスの具現化例は、窒素、天然ガス及びプロパンを含む。前記フレアの場所に依存して、適用可能な規制が、燃焼ガスとなる浄化ガスを要求する。
【００６４】
前記ベントガスとして考慮される、いかなる燃料ガス、浄化ガス又は他のガス及び前記廃ガスに付加される蒸気は、前記ベントガスストリームの流量比が検知され、さらに前記ベントガスの分子量及び純加熱値が決定される前に付加される。代替的に、前記ベントガスストリームの流量比及び他の特性は、濃縮燃料ガス、浄化ガス及び／又は他のガス及び蒸気が前記廃ガスストリームに付加される前に間接的に決定される。例えば、前記ベントガスストリームの前記流量比は、前記廃ガス及び他のストリーム及び当業者によって周知の他の様々なものの個々の流量比に基づいて算出される。
【００６５】
代替ガスが前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに、本発明のステップ（ｉ）に対応して放出されるとき、本発明は、さらに前記蒸気注入アセンブリを介して前記燃焼ゾーンに至る代替ガスの流量を調整するステップを備える。例えば、代替ガスの流量は、前記代替ガスにおける空気が当分野においてよく知られている低品位の危険な制限に相当する量を超えないように調整される。
【００６６】
本発明のフレアアセンブリ
ここで、図１乃至３を参照すると、本発明のフレアアセンブリが示され、参照番号１０によって全般的に区別されている。このフレアアセンブリ１０は、様々な流量比にて廃ガスを受け取る。
【００６７】
フレアアセンブリ１０は、基礎部１４と、ベントガスストリーム１８を導くためのフレアライザ１６と、前記ベントガスを大気２４中の燃焼ゾーン２２に放出するためにフレアチップ２０及び前記燃焼ゾーン内のフレアガスを燃やすために前記フレアライザに取り付けられるフレアチップ２０と、前記フレアチップ、蒸気伝送管３６、代替ガス伝送管３２、及び制御ユニット３４に接続される蒸気注入アセンブリ２８とを備える。
【００６８】
フレアライザは、基礎部１４に取り付けられる下端部１６（ａ）及び上端部１６（ｂ）を備える。フレアチップ２０は、前記フレアライザの上端部１６（ａ）に取り付けられる下端部２０（ａ）及び上部放出端部２０（ｂ）を備える。
【００６９】
蒸気注入アセンブリ２８は、蒸気多岐管に流体的に接続される蒸気ライザ４０を備える。複数の蒸気注入ノズル４２は、主要蒸気を燃焼ゾーン２２に注入するために流体的に蒸気多岐管に接続されている。
【００７０】
蒸気注入ノズル４２は、周囲環境からの空気を補給し、さらにそれを高レベルの乱気流にて放出されたベントガスに注入するために、フレアチップ２０に近接の燃焼ゾーンに蒸気ジェットを向ける。蒸気注入ノズル４２からの蒸気ジェットは、フレアチップを出るガスを集め、含み及びガイドする。これは、風によってフレアチップ周辺に火炎が引き落とされるのを防ぐ。注入された蒸気、補給された空気及びベントガスは、ベントガスが可視煙なしに燃えるのを助ける混合を形成するために合成される。
【００７１】
蒸気ライザ４０は、下部セクション４６及び上部セクション４８を有する。蒸気ライザ４０の下部セクション４６は、第１の流体入口５０及び第２の流体入口５２を有する。各蒸気注入ノズル４２は、蒸気ライザ４０に流体的に接続される蒸気多岐管４１に流体的に接続される。
【００７２】
蒸気伝送管３０は、一端５６で蒸気源６０に流体的に接続され、他端６２で蒸気ライザ４０の第１の流体入口５０に流体的に接続される。凝縮物トラップ６３及び凝縮された水排出パイプ６４は、蒸気伝送管３０に、蒸気源６０から延びている蒸気ラインに溜まっている凝縮物を分離するために、配置される。蒸気伝送管３０も、蒸気ライザ４０を通して主蒸気ストリーム７０の流れを制御する（調整及び／又はターンオン−オフする）ために動作する蒸気制御バルブ６５（及び関係の動作制御部６６）に流体的に接続される。図３に示されるように、蒸気制御バルブ６５（及びそれに関係する動作制御部６６）は、蒸気伝送管３０に配置され、蒸気ライザ４０の第１の流体入口５０内に蒸気伝送管を介して蒸気の流れを制御（調整及び／又はターンオン−オフ）する。手動蒸気制御バルブ６７（ａ）及び６７（ｂ）は、蒸気伝送管３０内にて、蒸気伝送管を介して、主要蒸気流が手動によりシャットオフされるようにする（例えば、蒸気制御バルブ６５がとってかわられるようにする）。バイパス管６８は、いくつかの蒸気が蒸気制御バルブ６５及び６７（ｂ）をバイパスさせるように提供される。バイパス管６８は、蒸気の流れにバイパス管を介して、もし必要ならただちにシャットオフさせるように、配置されるバイパスシャットオフバルブ６９を備える。
【００７３】
代替ガス伝送管３２は、一端７４にて代替ガス源７６に流体的に接続され、他端７８にて蒸気ライザ４０の下部セクション４６の第２の流体入口５２に流体的に接続される。代替ガス伝送管３２も、蒸気ライザ４０を介して代替ガスストリーム８４の流れを制御する（調整及び／又はターンオン−オフする）ために動作する代替ガス制御バルブ７９（及び関連する動作制御部８０）に流体的に接続される。図３に示されるように、他の蒸気制御バルブ７９（及びそれに関係する動作制御部８０）は、代替ガス伝送管３２に配置され、蒸気ライザ４０の下部セクション４６の第２の流体入口５２内に代替ガス伝送管を介して代替ガスの流れを制御（調整及び／又はターンオン−オフ）する。手動ガス制御バルブ８１は、代替ガスに代替ガス伝送管を介してシャットオフさせる（例えば、代替ガス制御バルブ７９に置き換えられる）ように蒸気伝送管３０に配置される。
【００７４】
図３に示されるように、蒸気制御バルブ６５は（及び関連の操作制御部６６）、及び代替ガス制御バルブ（及び関連の操作制御部８０）は、相互に独立し、さらに蒸気伝送管３０及び代替ガス伝送管３２に、配置される。以下に図１０に関連して説明するように、蒸気制御バルブ６５（及び関連の操作制御部６６）及び代替ガス制御バルブ７９（及び関連の操作制御部８０）のオン−オフ機能は、３ウェイバルブとして一緒に結合されさらに蒸気流の中に配置される。３ウェイバルブ２００は、蒸気制御バルブ６５、代替ガス制御バルブ７９及び少なくとも一つの関連する操作制御部を実質的に備える。
【００７５】
制御ユニット３４は、蒸気制御バルブ６５（及び関連の操作制御部６６）及び代替ガス制御バルブ（及び関連の操作制御部８０）を制御する。図３に示されるように、制御ユニット３４は、通信ライン８６によって蒸気制御バルブ６５の操作制御部６６と通信をする。制御ユニット３４は、通信ライン８７によって代替ガス制御バルブ７９の操作制御部８０と通信する。蒸気制御バルブ６５及び代替ガス制御バルブ７９は、遠隔的に制御される。例えば、後述するように、発明のフレア装置は、高度な制御機器及び機能を備えることもできる。そのようなシステムにあって、蒸気制御バルブ６５は、システムに多くの蒸気を提供することなく、無煙動作を実現するために、蒸気注入アセンブリを介して放出される主要蒸気の量を制御するために自動的に調整される。同様に、代替ガス制御バルブ７９は、蒸気注入アセンブリを介して放出される代替ガスの量を制御するために自動的に調整される。蒸気制御バルブシステム（バルブ６５、６７（ａ）及び６７（Ｂ）を含む）、及び代替ガスバルブシステム（バルブ７９及び８１を含む）は、主要蒸気がオンで、代替ガスがオフ、さらにその逆のときに、相互に反対に動作する。
【００７６】
制御ユニット３４は、一つ以上の計算部、コンピュータ（及び関連のハードウェア及びソフトウェア）及び／又は課題となっている特別な発明のフレア装置を制御するために必要な他の装置よりなるか又は備える。例えば、制御ユニット３４は、プログラマブルロジック制御（「ＰＬＣ」）の形、又はヒューマンマシンインターフェース（「ＨＭＩ」）スクリプトに埋め込まれた又は制御ユニットに埋め込まれたロジック付デバイスであることができる。
【００７７】
パイロットアセンブリ３８は、一端９３にてパイロット燃料ガス（図示せず）に接続され、さらに他端９４にてパイロットバーナ９５に接続されるパイロット燃料ガス伝達ライン９２を備える。パイロット燃料ガス流量センサ９６はパイロット燃料ガス伝達ライン９２内に配置される。通信ライン９６（ａ）は前記パイロット燃料ガス流量センサ９６から制御ユニット３４に続いている。パイロット燃料ガスの流量比は、例えば、パイロットバーナ９５に供給される、フレアガスの純熱容量値（Net Heating Value of Flare Gas (NHVFG)）計算（後述される）を可能にするための、パイロット燃料の熱容量を測定するために用いられる。パイロット点火ライン９７は、一端９８にて点火源（図示せず）に取り付けられ、他端９９にてパイロットバーナ９５に取り付けられる。パイロットバーナ９５は、燃焼ゾーン２２におけるフレアチップ２０の放出端２０（ｂ）の近くに配置される。
【００７８】
主要蒸気源は、ボイラ１００である。ボイラ１００は、主要蒸気ストリーム７０が蒸気伝送管３０を介して蒸気ライザ４０に、蒸気ライザ４０を介して蒸気多岐管４１にさらには蒸気注入ノズル４２を介して燃焼ゾーン２２に至るように、主要蒸気ストリーム７０を十分な高圧にて放出する。
【００７９】
代替ガスは空気である。空気は、補助ガス及び／又は放出器(eductor)が用いられるときに、空気を蒸気注入アセンブリに排出するための誘引流体として用いられる他のガスと混合される。
【００８０】
空気源（つまり、ここでは代替ガス源７６）は、フレア装置１０を取り囲む大気である。空気は、代替ガス放出機１０４によって代替ガス伝送管３２を介して蒸気ライザ４０に、蒸気ライザ４０を介して蒸気多岐管４１及び蒸気注入ノズル４２を介して燃焼ゾーン２２に至らさられる。例えば、他ガス放出機１０４は、ファン又は様々な周波数駆動を有するブロワ、コンプレッサ、排出機、又はコロナ放出静電気空気放出機である。
【００８１】
他ガス放出機１０４が放出器である場合、蒸気は誘引流体として用いられる。放出器に供給される誘引流体として用いられる蒸気は、この明細書では補助蒸気として言及され、主要蒸気を提供する、ボイラ１００である蒸気源６０でもある同一のソースから供給される。
【００８２】
アプリケーションに依存して、発明のフレア装置は一つ以上の付加部品を備えることができる。
【００８３】
本発明のフレアアセンブリ１０は、さらに代替ガス伝送管３２の一つに取り付けられた加熱アセンブリ１１２と、蒸気ライザの中を通過する代替ガスストリーム８４を加熱するための蒸気ライザ４０とを備える。図３に示すように、加熱アセンブリ１１２は、代替ガス伝送管３２に取り付けられる。前述した発明の方法に対応して、加熱アセンブリ１１２は、フレアアセンブリ１０が酷寒状況にて作動されるときに特に用いられる。代替ガスが、主要蒸気の代わりに蒸気注入アセンブリ２８を介して燃焼ゾーンに放出されると、酷寒状況に関連する問題を避けることができる。代替ガスストリーム８４を予備加熱することは、蒸気ライザ４０、蒸気注入アセンブリ２８及び関連の施設に関係する水撃作用コンディションに関する問題を防ぎ、さらに代替ガスにおける問題となる湿気凝結を避ける。
【００８４】
図に示すように、加熱アセンブリ１１２は、蒸気によって動かされるシェル及びチューブ加熱交換器である。蒸気源からの蒸気（蒸気源６０、つまりボイラ１００である）は、その入口１１４を介して加熱アセンブリ１１２に供給され、さらにその出口１１６を介して加熱交換器を出る。凝結及び使用された蒸気は、そこから得られる蒸気源にリサイクルされ、或いは適用可能な規制によって排出される。代替的に、加熱アセンブリ１１２は、電気ヒータ又はガス燃焼ヒータである。
【００８５】
発明のフレア装置１０は、付加的な部品及び、フレア装置にてハイレベル制御にて動作される装備をも備える。例えば、制御ユニット３４は、付加的な装備を含め、さらに、ハイレベル制御を容易にするための機能性を含めるために拡張される。フレア装置１０の付加的な装備及び機能性は、フレア装置に適用可能な規制により厳格に適合され、さらには発展される。
【００８６】
流量センサ１３０は、ベントガスストリーム１８の流量比を検出するためのフレアライザ１６に対応する。特に、前記流量センサ１３０は、濃縮燃料ガスや浄化ガスのような他のガス又は蒸気が廃ガスストリーム１２に付加される廃ガス伝送管の下流箇所のある位置にて廃ガス伝送管３６内に配置される。例えば、流量センサ１３０は、ＧＥパナメトリックスフレアガスメータモデルＧＦ８６８(GE Panametrics Flare Gas Meter Model GF868：商品名)を用いることができる。
【００８７】
制御ユニット３４は、蒸気注入アセンブリ２８を介して燃焼ゾーン２２に至る主要蒸気の最大許容流量比を計算することができるし、蒸気の流量比が蒸気の最大許容流量比を超えるのを避けるために蒸気注入アセンブリを介して燃焼ゾーンに至る主要蒸気の流量比を調整することもできる。制御ユニット３４は、ベントガスストリーム１８の流量比に応答する。通信ライン１３４は、制御ユニット３４から流量センサ１３０に接続される。制御ユニット３４は、蒸気伝送管３０内の蒸気制御バルブ６５を制御することによって（制御ユニット３４から制御バルブ６５の動作制御部６６に繋がる通信ライン８６を通して）蒸気注入アセンブリ２８を介して主要蒸気の流量比を調整する。
【００８８】
蒸気注入アセンブリ２８を介して放出される主要蒸気ストリーム７０の流量比を検知するための流量センサ１４２は、蒸気ライザ４０に対応する。流量センサ１４２は、蒸気制御バルブ６５、６７（ａ）及び６７（ｂ）の下流の位置にて蒸気伝送管３０内に位置され、さらに通信ライン１４４によって制御ユニット３４と通信する。例えば、ベントガス流量比信号及び主要蒸気流量比信号は、流量センサ１３０及び流量センサ１４２によって、制御ユニット３４に継続的に送信される（通信ライン１３４及び１４４を介して）。制御ユニット３４は蒸気／ベントガス比及び蒸気注入アセンブリを介して燃焼ゾーンに至る主要蒸気の最大許容流量比を継続的に計算すること、さらに状況に応じて主要蒸気の流量比を調整することを可能とする。例えば、流量センサ１４２は、オリフィス流量計（オリフィスプレート、異なる圧力センサ及び送信機、及び流体温度センサ及び送信機を備える。他の具体例として、流量センサ１４２は、圧力タップ及び計器でもよい。主要蒸気流量比は、圧力及び蒸気伝送ダクトシステム及び注入アセンブリの水分構造に基づいて見積もられることができる（蒸気ライザ４０の長さ及び直径及び蒸気注入ノズルの合計出口面積を含む）。
【００８９】
蒸気注入アセンブリ２８を介して放出される代替ガスストリームの流量比を検出するための流量センサ１４６は、蒸気ライザ４０に関連している。流量センサ１４６は、代替ガス制御バルブ７９及び８１の下流及び上流の箇所にて代替ガス伝送管３２内に位置しており、さらに通信ライン１４７によって制御ユニット３４と通信をしている。例えば、流量センサ１４６は、オリフィス流量計、ピトー管流量センサ、流速計又はタービン流量計である。他の具体例として、流量センサ１４６は、圧力タップ及びゲージである。代替ガスストリーム流量比は、圧力及び蒸気伝送ダクトシステム及び注入アセンブリの水分構造に基づいて見積もられることができる（蒸気ライザ４０の長さ及び直径及び蒸気注入ノズルの合計出口面積を含む）。
【００９０】
ベントガスストリーム１８の分子量を判定するための分子量検出デバイス１５０は、フレアライザ１６と関連している。特に、分子量検出デバイス１５０は、濃縮燃料ガス及び蒸気ガスのような他のガス又は蒸気が廃ガスストリーム１２に付加される廃ガス伝送管内の下流箇所の一箇所にて廃ガス伝送管３６内に配置される。制御ユニット３４は、ベントガスストリーム１８の分子量に応答する。通信ライン１５２は、制御ユニット３４から分子量検出デバイス１５０に延びる。
【００９１】
ベントガスストリーム１８の純加熱値を検出するための純加熱値検出デバイス１５４は、フレアライザ１６に関連する。特に、純加熱値検出デバイス１５４は濃縮燃料ガス及び浄化ガスのような他のガス又は蒸気が廃ガスストリーム１２に加えられるところの廃ガス伝送管３６にその一箇所にて配置される。制御ユニット３４は、ベントガスストリーム１８の純加熱値に応答する。通信ライン１５５は、制御ユニットから純加熱値検出デバイス１５４に延びる。
【００９２】
制御ユニット３４は、蒸気注入アセンブリ２８を介して燃焼ゾーン２２に至る主要蒸気ストリーム７０の最大許容流量比をフレアアセンブリが取り付けられた場所におけるフレアアセンブリの動作に関連する適用可能な規制、フレアベンダ、フレア所有者及び／又はフレア操作者によって設立されたアルゴリズムを含む、様々な基準に基づいて算出する。
【００９３】
フレア供給者、所有者及び操作者によって確立されたアルゴリズムは、不従順の結果、フレアアセンブリが適用可能な規制に従うのを保証するための条件よりも一般的に厳しい。例えば、規制がフレア操作のための上限を確立するかもしれないが、蒸気の比率が無煙操作を実現するために充分であるかぎり、最も経済的及び効率的な蒸気―補助フレアが規制によって許容される最大量よりも少ない蒸気を用いるかもしれない。
【００９４】
用いられる特別なアルゴリズムに依存すると、蒸気注入アセンブリを通して燃焼ゾーンに至る主要な蒸気の最大許容流量比は、本発明の方法に対応して決定されるそれぞれ、一つ以上の以下の、様々なパラメータに基づいた制御ユニットによって算出される、
１．ベントガスストリーム１８の流量比。
２．許容される最大蒸気／ベントガス比。最大許容蒸気／ベントガス比が適用可能なフレアアセンブリが取り付けられる場所におけるフレアアセンブリの動作に関する規制に基づいて決定される。
３．許容される最大蒸気／炭化水素比。前記最大蒸気／炭化水素比を決定するために、前記炭化水素流量比は早く決定されなければならない。最大許容蒸気／炭化水素比は、適用可能なフレアアセンブリが取り付けられる場所におけるフレアアセンブリの動作に関する規制に基づいて決定される。
４．前記フレアガスの最小許容純加熱値。前記フレアガスの最小許容純加熱値は、フレアアセンブリが取り付けられる場所におけるフレアアセンブリの操作に関する適用可能な記載に基づいて決定されることができる。
５．ベントガスストリーム１８の分子量。ベントガスストリームの分子量は、廃ガス伝送管内又はフレアライザ（後述される）における、フレアチップ（すなわち、ベントガスストリームがフレアチップに入る前の、フレアアセンブリの一箇所）の上流ではなく、他のガス及び蒸気があたかも廃ガスストリームに付加される廃ガス伝送管又はフレアライザにおける下流の数箇所にて配置される、例えば、分子量センサによって決定される。
６．ベントガスストリーム１８の純加熱値。ベントガスストリームの純加熱値は、例えば、廃ガス伝送管内又はフレアライザ（後述される）における、フレアチップ（すなわち、ベントガスストリームがフレアチップに入る前の、フレアアセンブリの一箇所）の上流ではなく、他のガス及び蒸気があたかも廃ガスストリームに付加される廃ガス伝送管又はフレアライザにおける下流の数箇所にて配置される、例えば、純加熱値センサによって測定される。
７．ベントガスストリームの成分。例えば、ガスクロマトグラフィックデバイス（「ＧＣデバイス」）からの形成データは、無煙動作及び高分解除去効率（destructive removal efficiency, DRE）を実現する試みにおける最大許容蒸気比を実現するために要求される蒸気の量を予測するために用いられる。
８．制限されるものではないが、熱伝導性及びウォッベ指数（Wobbe Index）関連を含むベントガスストリームの他のリアルタイム特性。
【００９５】
濃縮燃料ガス／蒸気ガス伝送管１５８は、濃縮燃料ガス及び／又は浄化ガスを廃ガスストリーム１２に付加するためにフレアライザ１６に接続される。特に、濃縮燃料ガス／浄化ガス伝送管１５８は、流量センサ１３０、分子量検出器１５０及び純加熱値検出器１５４の上流の一箇所にて廃ガス伝送管３６内に配置される。燃料ガスバルブ１６０（及び関連の動作制御部１６１）は、濃縮燃料ガス／浄化ガス伝送管１５８内に配置される。燃料ガスバルブ１６０は、制御ユニット３４から前記燃料ガス制御バルブのための前記動作制御部１６１に至る通信ライン１６２を通して制御ユニット３４により制御される。
【００９６】
蒸気ライザ４０は、前記蒸気ライザを暖かく保ち、前記主要な蒸気ストリーム７０又は代替ガスストリーム８４の温度を維持し、さらに凝結を防ぐのを助ける保温層１６６によって保温される。保温層１６６は、蒸気ライザ４０の周りを包んでいる。
【００９７】
図４によって示されるように、加熱素子又は加熱トレース１６８が熱をそこに提供するように前記蒸気ライザ４０に取り付けられる。例えば、加熱素子１６８は、蒸気が循環する蒸気ライザ４０の周りに巻かれる小さな管である。蒸気は、所望されるときには蒸気源６０から供給される。他の具体例として、加熱素子１６８は、蒸気ライザ４０の周りに巻かれ、さらに蒸気ライザ４０に加熱耐性を供給する電力源（図示せず）に結合される電気的なワイヤである。保温層１６６は、加熱素子１６８の上部に配置される。
【００９８】
図５は、本発明のフレアアセンブリとの接続に用いられることができる蒸気注入アセンブリ２８の他の構成を示す。この構成にあって、二つの蒸気ライザ４０（ａ）及び４０（ｂ）が、主要な蒸気及び代替ガスを二つの異なる多岐管４１（ａ）及び４１（ｂ）及び蒸気注入ノズル４２（ａ）及び４２（ｂ）のセットに供給するために使用される。蒸気注入ノズル４２（ａ）のセットは、フレアチップ２０内部に配置され、他方で蒸気注入ノズル４２（ｂ）のセットはフレアチップの外側に配置される。蒸気伝送管３０及び取り付けられる蒸気制御バルブ（図示せず）及び代替ガス伝送管３２及び取り付けられる代替ガス制御バルブ７９は、蒸気ライザ４０（ａ）及び４０（ｂ）のそれぞれに接続する。これは、本発明のフレアアセンブリの他の具体例がどのように構成され、本発明の方法がフレアアセンブリの異なる構成に対応してどのように用いられるのかの他の具体例にすぎない。
【００９９】
図６は、本発明のフレアアセンブリ１０の代替ガス送出器としての可変周波数ドライバ１７２付きのブロワ１７０の使用を示す。ブロワ１７０は、フレアアセンブリの周りの大気から空気を引き込み、その空気を代替ガス伝送管３２に通し、蒸気ライザ４０に至らせ、さらに蒸気注入アセンブリ２０を介して燃焼ゾーン２２に至らせる。
【０１００】
図７は、代替ガス伝送管３２に配置される第２の自動的な代替ガス制御バルブ１７４（及び対応する動作制御器１７５）の使用を示す。代替ガス制御バルブ１７４は、代替ガス伝送管を介して蒸気ライザ４０の第２の流体入口５２内への代替ガスの流れを制御するため代替ガス制御バルブ７９と結合して動作する。制御ユニット３４は、代替ガス制御バルブ１７４（対応する制御１７５によって）を、通信ライン１７６を介して制御する。代替ガス制御バルブ１７４も遠隔的に操作される。代替ガス伝送管３２ないに二つの代替ガス制御バルブを有することは、付加的な制御を提供する。例えば、代替ガス制御バルブ７９は、代替ガス管３２を介して代替ガスの流れを調整するために用いられるが、第２の代替ガス制御バルブ１７４は、代替ガス管３２を介して代替ガスの流れをターンオン及びターンオフするために用いられる。
【０１０１】
図８は、蒸気伝送管３０内に配置される第２の自動蒸気制御バルブ１７８（及び対応する動作制御１７９）の使用を示す。蒸気コントロールバルブ１７８は、蒸気ライザ４０の第２の流体入口５２内に蒸気伝送管３０を介して蒸気の流れを制御するために蒸気制御バルブ６５に結合して動作する。制御ユニット３４は、通信ライン１８０を介して蒸気制御バルブ１７８（動作制御１７９に関連して）を制御する。蒸気制御バルブ１７８は、遠隔制御もされる。蒸気伝送管３０内に二つの蒸気制御バルブを有することは、他の制御を提供する。例えば、蒸気制御バルブ６５は、蒸気の流量を蒸気伝送管３０を介して調整するために用いられることができるが、蒸気制御バルブ１７８は蒸気伝送管３０を介して蒸気の流量をターンオン及びターンオフするために用いられることができる。
【０１０２】
図９は、本発明のフレアアセンブリ１０の代替ガス送出器としての放出器１８４の使用を示す。放出器１８４は、補助蒸気（蒸気源６０、つまりボイラ１００からの蒸気）を、フレアアセンブリを囲んでいる環境から空気を取り入れるための誘因流体として用い、さらに代替ガス管３２を介して、蒸気ライザ４０内に、さらには蒸気注入アセンブリ２８に至らせる。補助蒸気は、蒸気放出ノズル１８６を介して代替ガス伝送管３２のベンチュリ入口１８８内に放出される。凝結ユニット１９２は、代替ガス蒸気８４を凝結しかつ分離するために代替ガス伝送管３２に入る補助蒸気から湿気を起こすために用いられる。凝結物は、重力によって代替ガス伝送管及びベンチュリ入口１８８を介して排出される。図９によって示されるように、凝結ユニット１９２は、管及び熱交換機の筐体の形にある。冷却された空気又は水は、入口１９６を通し、凝結ユニット１９２を通し、さらに出口１９８を通って循環される。加熱アセンブリ１１２は、代替ガス蒸気８４が前述されたように蒸気ライザ４０に入る前に、その代替ガス蒸気８４を加熱するために用いられる。
【０１０３】
図１０によって示されるように、蒸気伝送管３０及び代替ガス伝送管３２は、流体的に３ウェイ制御バルブ２００（及び対応の制御２０２）に流体的に接続されている。特に、３ウェイ制御バルブ２００は、蒸気ライザ４０内に配置され、蒸気制御バルブ６５（又は、第２の蒸気制御バルブが用いられるときには、蒸気制御バルブ１７８）及び代替ガス制御バルブ７９（又は、第２の代替ガス制御バルブが用いられるときには代替ガス制御バルブ１７４）のオン−オフ機能のために置き換えられることができる。３ウェイ制御バルブ２００は、主要な蒸気の流れ又は代替ガスの流れのいずれかを、蒸気注入アセンブリ２８を介して大気２４における燃焼ゾーン２２の中に至らせる。蒸気伝送管３０における蒸気制御バルブ６５（及び対応の制御６６）及び代替ガス伝送管における代替ガス制御バルブ７９（及び対応する制御８０）は、蒸気及び代替ガスのそれぞれの蒸気ライザ４０内への流れを調整するために用いられる。
【０１０４】
制御ユニット３４は、３ウェイ制御バルブ２００（及び対応の動作制御２０２）を、通信ライン２０４によって制御する。３ウェイ制御バルブ２００は、蒸気ライザ４０を通る主要な蒸気の流れがオンであり、上記ライザ４０を通る代替ガスの流れがオフであり、さらには相互に反対である場合のように、遠隔的に制御され、さらには動作される。
【０１０５】
このように、本発明の方法及びフレアアセンブリは、主要蒸気注入が無煙動作を実現することを必要とするとき、主要蒸気注入に高度な制御を提供する。高度な制御は、本発明のフレアアセンブリが自動的及び継続的に無煙動作を実現する方法にあって運転されるようにし、過剰に蒸気を出すことを防ぎ、さらに、最大許容蒸気／ベントガス比、最小フレアガス純加熱値及び他のパラメータを規制する新しくかつ厳しいフレア規制に適合する。主要蒸気が無煙運転を実現するのを不要とするとき、前記フレアが待機モードにあり、或いは低ボリュームフレアイベントの間には、主要な蒸気の代わりに代替ガス（空気又は混合空気、例えば補助蒸気との混合空気）を用いる能力が数多くの有利な点をもたらす。多くの適用にあって、代替ガスは無煙運転を実現するため、前記蒸気注入アセンブリの部品を冷却するため、さらには、ほとんどの時間フレアアセンブリが運転されていないとしても、蒸気ライザパイプを保温（例えば、氷結コンディションにあって）する。代替ガスを予備加熱する能力は、本発明のフレアアセンブリが氷結コンディションで用いられるようにする、前記蒸気ライザ及び関連する装備を、フレアが代替ガスモードから主要蒸気モードに切り替えられ、かつ他の有利な点を実現するときに、極端な凝結を避けるために、保温する。
【０１０６】
アメリカ合衆国にあって、ＥＰＡは最近、過剰な蒸気の発生を防ぐための努力を強化した。例えば、ＥＰＡは、最近、オハイオのある設備の現在及び元の所有者と、当事者間の合意による判決を成立させた（「Ineos Consent Decree」）。Ineos Consent Decreeは、段落１８（ａ）における次の遵守要件「1-hrブロック平均として、フレアの先端における、燃焼の直前にて決定される、フレアに加えられる蒸気は、前記フレアに送られる蒸気/lb ベントガスの３．６対１（３．６：１）lbsの蒸気対ベントガス比」を超えるべきではないことを明確にした。このように、これは今日のＥＰＡ規制によって許容される最大蒸気／ベントガス比を示す。
【０１０７】
Ineos Consent Decreeの段落１８（ｂ）は、「１時間のブロック平均としてベントガスの純加熱値は、少なくとも３８５Btu(British thermal unit)/scf(standard cubic feet)に適合すべきである」というものであり、Ineos Consent Decreeの段落１９は、ＮＨＶＦＧ（２００Btu/scfのフレアガスの純加熱値）を明確にした。段落２４（ｄ）は、エアエンフォースメントのディレクタによって決定されるＮＨＶＦＧを明確にした。
【０１０８】
蒸気／ベントガス比を計算するために、本発明のフレアアセンブリ１０の制御ユニット３４は、ベントガス流量比及び主要蒸気流量比に基づいた入力信号を少なくとも受信する必要がある。例えば、図１及び３によって示されるように、ベントガス流量比は流量センサ１３０によって測定され、さらに主要蒸気流量比は蒸気流量センサ１４２によって測定される。蒸気流量比は、蒸気／ベントガス比がＥＰＡの規制によって許されている最大値よりも小さいように、制御ユニット３４によって調整される。
【０１０９】
基本的な形にあって、制御ユニット３４は、ベントガス流量比のみに基づいて主要な蒸気のニーズを決定することができる。例えば、システムは、ベントガスの質量流量比がある閾値に等しいか或いはより高いとき、主要蒸気が要求され、或いは主要蒸気が要求されずに、かつ代替ガスが補助媒質としてその代わりに用いられるという前提で、作動することができる。そのような最小の設計にあって、制御ユニット３４用の制御アルゴリズムは、
１）蒸気／ベントガス比用に正規化値を、例えば
Ｓ＝1.2に設定し、
２）次の数式（１）に対応してベントガスの無煙運転を実現するために要求される主要な蒸気の流量比を見積もり、
【０１１０】
【数１】
2012032142.tif 000003
【０１１１】
ここで、ｍ’ＶＧ（数式（１）の右辺に記載されている）はベントガス質量流量比であり、ｍ’ｓ（数式（１）の左辺に記載されている）は要求される蒸気流量比であり、Ｓは前のステップからの蒸気／ベントガス比（ベントガスのlb当たりの蒸気lbs）であり、
さらに、Cは無煙運転のために見積もられる要求によって決定される、一般的に2.0に設定される安全ファクタである。
３）前のステップから算出された蒸気流量比がある閾値と等しいか或いはより大きいのであれば、主要な蒸気が要求され、さもなければ代替ガスが補助媒質として用いられる。同様な意味合いで、主要な蒸気流量比は、ベントガス流量比によって単純に逓倍されるので、このステップはベントガス流量比の閾値ということでも記述される。
４）主要な蒸気が要求されるとき、蒸気制御バルブ６５がステップ２）から所望の主要蒸気流量比を実現するためであって、以下の数式（１ｍ）から算出される許容最大値を超えないように、規制される、
【０１１２】
【数２】
2012032142.tif 000004
【０１１３】
ここで、右辺のｍ’s,maxは、最大許容蒸気流量比であり、Ｃmaxは、ほとんど最新のＥＰＡ規制によって決定され、3.0に現在設定される。
最大値は、Ineos Consent DecreeによってＳ＊Ｃ＝1.2＊3＝3.6として設定されることに留意すること。言い換えると、最大蒸気／ベントガス比は、3.6である。Ineos Consent Decree によって要求される200Btu/scfのフレアガスの最小純加熱値（ＮＨＶＦＧ）は、前記式（１ｍ）によって容易に満たされる。例えば、天然ガスは、約930Btu/scfのＮＨＶを有する。パイロットガスが省略されたとしても、ＮＨＶＦＧは、天然ガスがベントガスであるとき、930/(1+3.6)=202 Btu/scfである。パイロットガスを考慮すると、ＮＨＶＦＧは、このためIneos Consent Decreeによって200 Btu/scfを超えるほど、高くさえもある。
５）代替ガスが補助媒質として用いられると、代替ガスの流量は、無煙運転を実現するために、フレア過剰通気が結果として生じるほどの多くの空気ではないものの、十分な空気を与えるため代替ガス制御バルブ７９によって調整される。
６）このシステムは、全ての前述のステップを介してループを保持する。
【０１１４】
ステップ３）の閾値は、実験又はフィールドテストによる設計によって決定される。この分野にあって、ステップ３）の蒸気閾値は、ベントガス流量比を、もはや無煙運転を実現しなくなることによって、代替ガス送出器によって運ばれる最大補助の代替ガス流量比に等しくなるまで増加する。代替ガス流量は、その後、シャットオフされ、さらに主要な蒸気流量がターンオンされる。主要な蒸気の流量比は、その後、無煙運転を実現するのに充分なよりもわずかに多くなるまで減少される。これは、最大の代替ガス流量比に対応する最小の流量である。大きなコンプレッサのような強力な代替ガスの送出器は、比較的に大きな閾値をもたらし、さらに主要な蒸気は繰り返し必要とはされないかもしれない。他方で、小さな空気ブロワは比較的小さな閾値をもたらし、さらに主要な蒸気は、より繰り返し必要とされる。
【０１１５】
上記で説明した最小の設計は、ベントガスストリームが炭化水素化合物のみを含み、いかなる不活性ガス又は水素を含まない、ときには充分であるかもしれない。この場合、最小純加熱値のＥＰＡ規制違反は、純加熱値の測定又は算出でも、最大蒸気／ベントガス比の使用によって避けられる。ＥＰＡ規制が発展すると、例えば制御ユニット３４の最小設計は、煙の製造のためのベントガス及びベントガスの成分の分子量のような、ベントガスのガス特性における違いを無視する。
【０１１６】
より高度な制御のため、主要な蒸気の必要条件がベントガスの分子量に基づいてさらに純化される。ＡＰＩ推奨プラクティス（Recommended Practice）５２１（第４版）（１９９７年３月発行）の４５頁に記載の表１０からのデータ、さらに参照のために本明細書に示した表１及び図１１にプロットしたデータを参照すると、蒸気の必要条件とガスの分子量との間には一般的な傾向が見られる。ある範囲がＡＰＩ５２１に与えられるときは常に、上限が無煙運転を達成されるのを確実にするために用いられる。例えば、0.25-0.30という蒸気の必要条件がＡＰＩ５２１にて与えられると、表１にて0.3が用いられる。全般的に、ガスのより高い分子量では、与えられるガスの流量比用の無煙運転用により蒸気が要求される。あるベントガスの蒸気の必要条件がベントガスの分子量に付加される、ガスのタイプ（パラフィン、オレフィン、ジオレフィン、アセチレン、芳香剤、その他）、ベントガスの発散速度（exit velocity）、蒸気の発散速度、フレアチップの設計、及び不活性ガス又は水素がベントガスストリームに存在しているか否かを含むファクタに依存するので、そのような純化は、特有の制限を有する。しかし、もし、１）ベントガスが炭化水素化合物のみを含み、２）ベントガスストリームに不活性ガスがなく、３）ベントガスが容量で８５％より少ない水素を含み、そのような分子量に基づいた純化は、蒸気の消費を低減することにあって有益である。ベントガス及びフレアガスの最小純加熱値は、アルゴリズムが守られれば容易に適合される。水素制限は、水素のより低い加熱値（ＬＨＶ）の結果であり、フレアを補助する蒸気及び空気のための40C.F.R.§60.18によって必要されるようなベントガスの純加熱値（NHV）のための最小値300 Btu/scf を下回る290 Btu/scfである。２％メタン又は他のいかなる炭化水素化合物と９８％水素との混合物は、ベントガスの前記純加熱値を適用可能な必要条件に適合するために300 Btu/scfの閾値を上回るように上げるために充分である。１５％メタン又は他のいかなる炭化水素化合物と８５％水素の混合物は、ベントガスの純加熱値をIneos Consent Decreeによって要求される、385 Btu/scfを上回って押し上げるのに充分
である。８５％水素と１５％メタンとの混合物は、約４の分子量を有する。
【０１１７】
ベントガスの分子量を用いる蒸気の必要条件を予測するために、この研究にあって、修正が、提案されている。その修正は、図１１における連続した曲線として示されている。この曲線は、方程式２ａにおける多項式によって解析的に表現されている。分子量１０６を越えると、前記曲線は、方程式２ｂにおける直線によって推定される。図１１にあって、連続した曲線は、分子量が１０６以下で、表１の中程度の発煙傾向のガスを示すポイントを通過する。
【０１１８】
この改良された設計にあって、制御ユニット３４は、以下のアルゴリズムにしたがって主要な蒸気のための要求を決定する：
１）方程式（２ａ）及び（２ｂ）を用いてベントガスの分子量に基づき主要蒸気の条件を算出する：
【０１１９】
【数３】
2012032142.tif 000005
【０１２０】
【数４】
2012032142.tif 000006
【０１２１】
２）方程式（３）を用いてベントガスの無煙運転を実現するために要求される主要蒸気流量比を算出する。
【０１２２】
【数５】
2012032142.tif 000007
【０１２３】
ここで、ｍ’ＶＧは、ベントガス質量流量比であり、ｍ’ｓは要求される蒸気流量比であり、Ｓは前のステップからの蒸気／ベントガス比（ベントガスのlb当たりの蒸気lbs）であり、
さらに、Cは無煙運転のために見積もられる要求によって決定される、一般的に2.0に設定される安全ファクタである。
３）ステップ２）にて要求される主要蒸気流量比が所定の閾値以上であると、主要蒸気が要求され、さもなければ代替ガスが補助媒質として用いられる。
４）主要な蒸気が要求されるとき、蒸気制御バルブ６５がステップ２）から所望の主要蒸気流量比を実現するためであって、以下の式（３ｍ）から算出される許容最大値を超えないように、規制される、
【０１２４】
【数６】
2012032142.tif 000008
【０１２５】
ここで、ｍ’s,maxは、最大許容蒸気流量比であり、Ｃmaxは、ほとんど最新のＥＰＡ規制によって決定される。Ineos Consent Decreeにおける蒸気／ベントガス比制限によれば、ＳＣmaxは3.6未満であり、Ｃmaxのさらなる制限が適用される。フレアガスの純加熱値が前記数式及びIneos Consent Decreeにあって説明される処理によって算出される。
５）代替ガスが補助媒質として用いられると、代替ガスの流量は、無煙運転を実現するために、フレア過剰通気が結果として生じるほどの多くの空気ではないものの、十分な空気を与えるために調整される。
６）このシステムは、全ての前述のステップを介してループを保持する。
【０１２６】
流量センサ１３０及び蒸気流量センサ１４２からのベントガス流量比及び主要蒸気流量比に加えて、制御ユニット３４は分子量デバイスセンサ１５０からの分子量信号も受信する。他の具現化例にあって、ベントガス流量比及びベントガスの分子量は、これらの両方のパラメータを測定する、GE Panametrics Flare Gas Meter Model GF868のような一体化センサによって測定される。
【０１２７】
【表１】
2012032142.tif 000009
【０１２８】
図１１は、ベントガスの分子量の機能及び前記連続した線によって示される提案された修正としてのAPI521による主要蒸気の条件データの上限を表す。
【０１２９】
ベントガスが不活性ガス及び水素を含む、一般化されたシナリオのための制御論理アルゴリズムは、以下のとおりである。C.F.R.§60.18及び最近のEPA規制におけるような最小加熱値に適合するために、制御ユニット３４はベントガス流量比、ベントガス分子量及びベントガス純加熱値を考慮することができる。この一般化形式にあって、制御ユニット３４は、以下の入力信号：センサ１３０からのベントガス流量比、センサ１４２からの主要蒸気流量比、センサ１５０からのベントガスの分子量、及びセンサ１５４からのベントガスの純加熱値の全てを受信する。
【０１３０】
このさらに改良された設計によれば、制御ユニット３４は、以下のアルゴリズムに基づいて主要な蒸気のための要件を決定する：
１）センサ１５４からのベントガスの純加熱値をEPA規制（例えば、40 CFR §60.18及びIneos Consent Decreeを含む）によって要求されるベントガスの最小純加熱値と比較する。測定されたベントガスの純加熱値が規制が許可するよりも低いと、燃料ガス制御バルブ１６０は開放され（もしも開放されていなければ）さらに、前記測定された前記ベントガスの純加熱値が全てのＥＰＡ規制に従うように、濃縮燃料ガス注入比を適応するために、燃料ガス制御バルブ１６０が調整される。
２）方程式（４ａ）及び（４ｂ）を用いてベントガスストリームの分子量に基づいて主要な蒸気の必要条件を算出する。
【０１３１】
【数７】
2012032142.tif 000010
【０１３２】
【数８】
2012032142.tif 000011
【０１３３】
３）無煙運転を実現するために要求される主要な蒸気流量比を算出する。
【０１３４】
【数９】
2012032142.tif 000012
【０１３５】
ここで、ｍ’ｓは要求される蒸気流量比であり、ｍ’ＶＧは、ベントガス質量流量比であり、
Ｓは前のステップからの蒸気／ベントガス比であり、
さらに、Cは無煙運転のために見積もられる要求によって決定される、一般的に2.0に設定される安全ファクタである。
Ｆは、ベントガスのＮＨＶのために修正ファクタであり、０から１の範囲にある。
【０１３６】
【数１０】
2012032142.tif 000013
【０１３７】
ここで、ＮＨＶＶＧｒｅｆは、ベントガスの分子量と同じ分子量の一般的な炭化水素である、参照ガスの純加熱値である。前期参照ガスの純加熱値は、以下の方程式を用いて算出される。
【０１３８】
【数１１】
2012032142.tif 000014
【０１３９】
ＮＨＶＶＧは、フレアされるベントガスの純加熱値であり、さらにＮＨＶＦＧｍｉｎは、フレア提供者及び／又はフレア運転者によって適合される良好な技術的プラクティスのような適用可能な規制又は他の必要要件によって要求されるフレアガスの最小純加熱値である。今日、ＮＨＶＦＧｍｉｎ＝200 Btu/scfであるが、Ineos Consent Decree Paragraph 24(d)の観点からすぐに、変えられるかもしれない。
修正ファクタＦは、フレアガスのＮＨＶが常に要求される最小により大きいことを確実にすることを意図されている。方程式６から理解されるように、修正ファクタはＮＨＶＶＧがＮＨＶＦＧに接近するとき、ゼロに接近する。
４）要求される主要な蒸気流量比が所定の閾値以上になると、主要な蒸気が要求され、さもなければ、代替ガスが補助媒質として用いられる。この閾値は、実験、あるいはフィールドテストにより決定される。例えば、前記閾値は、代替ガス送出器によって搬送される最大の補助の代替ガスがもはや無煙運転を達成できないまでベントガス流量比を増加することによって決定される。いったん、これが発生すると、代替ガスの流れは、スイッチオフされ、主要蒸気流がスイッチオンされる。主要蒸気流量比は、その後、無煙運転を実現するために必要とされるにちょうど充分なよりも充分あるいはわずかに多くなるまで減少される。
５）主要な蒸気が要求されると、バルブ６５がステップ２）から所望される主要蒸気流量比を達成するために、以下の式から算出される許容される最大値を超えないように、調節される。
【０１４０】
【数１２】
2012032142.tif 000015
【０１４１】
ここで、ｍ’s,maxは、最大許容蒸気流量比であり、Ｃmaxは、ほとんど最新のＥＰＡ規制によって決定される。例えば、Ineos Consent Decreeにおける蒸気／ベントガス比制限によれば、ＳＣmaxは3.6未満であり、さらにＮＨＶＦＧが前記方程式及びIneos Consent Decreeによって概説される処理によって計算されると、Ｃmaxのさらなる制限が適用される。
６）このシステムは、全ての前述のステップを介してループを保持する。
【０１４２】
何らかの理由にて前記制御アルゴリズムが満足されないと（ことによると過度に厳しい規制のため）、前記制御アルゴリズムは、制限されるものではないが、他の細かな調整のための、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）データの入力、人間の目によるフレア火炎の視認可能な検査及び前記安全ファクタＣの手動調整に基づいた入力、というメカニズムを含むことになるかもしれない。
【０１４３】
ＮＨＶＦＧの算出にあって、パイロットガスの加熱内容は、制御ユニット３４に供給される。しかし、現在の発明にあって、蒸気はベントガス流量が高く、パイロットガスが比較すると非常に小さいときにのみ用いられる。それゆえ、パイロットガスからの加熱内容は、簡易化のため省略されるかもしれない。
【０１４４】
このように、本発明は、前記目的を達成するために、さらには最終的な目標及び本来持っているとして触れられた利点を達成するために、満足いくように適合される。
【図１】
2012032142.tif 000016
【図２】
2012032142.tif 000017
【図３】
2012032142.tif 000018
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012032142.tif 000021
【図７】
2012032142.tif 000022
【図８】
2012032142.tif 000023
【図９】
2012032142.tif 000024
【図１０】
2012032142.tif 000025
【図１１】
2012032142.tif 000026
【外国語明細書】
2012032142.tif 000027
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