북미 지역의 분리형 플레어 스택 시스템

북미 지역의 분리형 플레어 스택 시스템

분리형플레어 스택 시스템은 특정 상황에서 주요 이점을 제공하기 때문에 전 세계 많은 사용자들에게 인기 있는 플레어 설계 솔루션으로 자리 잡았습니다. 최초의 분리형 플레어 스택 시스템은 Shell이 유럽에서 설계하고 배포했습니다. 이후 Shell은 중동, 아시아, 호주를 포함한 전 세계 주요 정유 및 화학 공장에 동일한 설계를 적용했습니다. 그 후 다른 많은 석유 및 가스, 석유화학 회사에서도 이 시스템을 사용했습니다. 지난 10년 동안에야 북미에서 더 보편화되었습니다.

기사 다운로드

어떻게 작동하나요?

분리형 플레어 스택 시스템은 유틸리티 배관, 계단 타워, 접근 플랫폼, 공통 윈치 스키드와 함께 일반적으로 하나 이상의 플레어 스택을 지원하는 데릭 구조가 포함된 플레어 시스템입니다. 분리형 시스템은 단일 플레어 스택 또는 여러 스택을 지원하도록 설계할 수 있으며, 일부 시스템은 최대 10개의 스택을 지원합니다. 분리형 플레어 스택 시스템의 주요 구성 요소는 그림 1에 나와 있습니다.

데릭 구조물은 일반적으로 구조용 강관으로 제작되며 3다리 또는 4다리 구조로 설계할 수 있습니다. 데릭 구조물에는 계단 타워와 높은 곳에서 분리 장비에 접근하기 위해 필요한 사다리 및 플랫폼이 포함되어야 합니다. 방사선으로부터 직원을 보호하기 위해 차폐가 제공되므로 플레어 스택이 활성화되어 있는 동안에도 직원이 플레어 시스템에 안전하게 접근할 수 있습니다.

플레어 스택은 길이 12~24m(40~80피트) 사이의 플랜지 섹션으로 제작되며 각 섹션에는 각 플레어에 파일럿 가스/점화/증기를 공급하기 위해 유틸리티 배관이 미리 장착되어 있습니다. 플레어 스택은 데릭 구조물의 평평한 면 중 하나에 설치되어 분리를 위해 접근할 수 있습니다. 플레어 스택은 한 번에 한 섹션씩 분리할 수 있으며, 각 섹션을 내릴 때 스택과 유틸리티 배관 플랜지 연결부의 볼트를 풀어야 합니다. 데릭 구조물의 바닥에는 틸팅 테이블과 틸팅 베드가 제공되어 분리된 섹션을 수평으로 낮출 수 있습니다.

분리형 플레어 스택 시스템에는 리프팅 윈치와 캔팅 윈치를 서비스하는 단일 모터로 구성된 분리형 윈치 스키드가 함께 제공됩니다. 윈치와 모터는 가장 무겁고 최악의 하중을 견딜 수 있도록 설계되어 단일 윈치 시스템으로 데릭 구조물의 모든 플레어 스택을 서비스할 수 있습니다.

어떤 혜택이 있나요?

분리형 플레어 스택 시스템은 다양한 기능을 제공하기 때문에 다양한 정유, 석유화학 및 LNG 관련 애플리케이션에서 큰 인기를 얻고 있습니다. 대부분의 분리형 시스템에는 여러 개의 플레어 스택이 포함되며, 대부분 예비 플레어 스택이 설치되어 있습니다. 이 예비 플레어는 플레어 시스템이 정상적으로 작동하는 동안 유휴 대기 모드로 유지됩니다. 시스템에서 활성 플레어 스택에 대한 유지보수가 필요한 경우 예비 스택이 가동됩니다. 검사 또는 유지보수 작업이 필요한 플레어 팁이나 스택은 관련 프로세스 유닛을 예비 스택으로 재배치하고, 기본 플레어 스택과 팁은 등급 수준으로 분리하여 수리 또는 교체할 수 있도록 합니다. 이러한 유연한 설계 덕분에 플랜트 또는 프로세스 유닛의 가동을 중단하지 않고도 필요한 유지보수를 수행할 수 있습니다.

예비 부품이 설치되어 있지 않은 분리형 플레어도 유지보수가 필요한 스택/팁을 고가의 대형 크레인을 사용하지 않고도 수평으로 낮출 수 있으므로 시설에 유연성을 더할 수 있습니다. 분리형 플레어는 내장된 분리 시스템과 윈치 패키지를 사용하여 유지보수를 위해 개별 스택을 등급 수준으로 낮출 수 있으므로 이러한 상당한 비용이 발생하지 않습니다. 이 설계를 통해 플랜트 전체를 셧다운하지 않고 유지보수 중인 플레어 스택과 관련된 유닛만 셧다운할 수 있습니다. 반면, 기존의 고가형 플레어 시스템은 유지보수를 위해 고가의 대형 크레인을 현장에 동원하거나 파일럿이 플레어 팁에 접근해야 하는 경우가 많습니다.

분리형 플레어 스택 시스템의 또 다른 장점은 기존의 독립형 플레어 시스템 세트에 필요한 공간에 비해 훨씬 더 작은 플랜트 공간이 필요하다는 점입니다.

사례 연구 1

이 사례 연구에서는 약 5년 동안 서비스를 제공한 미국의 LNG 애플리케이션을 위한 분리형 플레어 스택 시스템에 대해 자세히 설명합니다. 이 사례에서 사용자는 웜 플레어 헤더와 콜드 플레어 헤더를 분리하여 데릭 구조물에 있는 별도의 플레어 스택으로 보내기로 결정했습니다. 웜 헤더는 탄소강 구조로, 콜드 헤더는 스테인리스강 구조로 제작되었습니다. 전체 스택 높이는 약 150m(500피트)에 달하며 데릭 구조는 세 개의 다리가 있는 디자인입니다. 각 플레어 스택에는 에어 어시스트가 있어 연속, 시동, 셧다운 및 유지보수 작업에서 연기 없는 성능을 구현할 수 있습니다.

사용자는 이 시스템에 각 공정 플레어마다 별도의 스페어 스택이 포함되기를 원했습니다. 즉, 이 구조에는 총 4개의 스택(온수 스택 2개와 냉수 스택 2개)이 포함됩니다. 이를 통해 사용자는 플랜트가 계속 가동되는 동안 각 헤더 스트림을 해당 예비 스페어로 전환할 수 있으므로 유지보수 및 턴어라운드 요구 사항에 대해 상당한 유연성을 확보할 수 있습니다. 어느 쪽 플레어 시스템도 셧다운할 필요가 없으며, 분리형 플레어 시스템으로 인해 플랜트가 온라인 상태인 동안 모든 유지보수를 완료할 수 있습니다.

발전소 가동 중에도 플레어 시스템을 유지할 수 있는 능력을 더욱 향상시키기 위해 사용자는 완전 개폐식 열전대와 개폐식 항공기 경고등을 설치하기로 결정했습니다. 규정에서 요구하는 파일럿 불꽃 감지에 사용되는 열전대는 플레어가 온라인 상태인 동안 등급에서 분리 및 교체할 수 있으므로 간단한 열전대 교체를 위해 플레어 스택을 분리할 필요가 없습니다. 또한 플레어 스택을 분리할 필요가 없는 별도의 하강 시스템을 사용하여 항공기 경고등을 등급으로 후퇴시킬 수도 있습니다.

사례 연구 2 

이 사례 연구는 2023년에 완공된 북미 북부 지역의 LNG 애플리케이션을 위한 분리형 데릭 플레어 스택 시스템에 대해 자세히 설명합니다. 사례 연구 1에서와 마찬가지로 사용자는 온수 및 냉수 프로세스를 분리형 데릭 구조에서 서로 다른 플레어 헤더와 스택으로 분리하기로 결정했습니다. 또한 사용자는 시설의 해양 플레어 케이스를 처리하기 위해 스택을 추가했습니다. 이 분리형 데릭 플레어 시스템에는 구조물에 설치된 세 개의 활성 플레어 라이저 중 하나에서 나오는 유량을 처리하는 데 적합한 단일 예비 플레어 스택이 설치되어 있습니다. 이 시스템은 높이가 약 120m(400피트)이며 4개의 다리 데릭 설계를 사용합니다. 이 애플리케이션의 사용자는 유입되는 플레어 가스의 가용 압력이 비교적 높으며 고압 플레어 팁 설계를 활용하여 증기나 공기와 같은 보조 매체 없이도 연기 없는 성능을 보장할 수 있었습니다.

이 분리형 시스템 설계를 통해 사용자는 플레어 시스템의 흐름을 공통 예비 라이저로 전환하여 한 번에 하나의 플레어 시스템에 대한 유지보수를 수행할 수 있습니다. 사례 연구 1의 장치보다 스페어 유연성은 떨어지지만, 이 설계는 총 플레어 스택이 6개(기본 3개+스페어 3개)가 아닌 4개(기본 3개+스페어 1개)를 사용하기 때문에 비용이 더 저렴한 옵션입니다.

이 분리형 데릭 구조에는 개폐식 열전대와 개폐식 항공기 경고등이 장착되어 있어 플레어 팁이나 스택을 분리하지 않고도 이러한 부품을 등급에서 수리 및 교체할 수 있습니다.

사례 연구 3 

이 사례 연구에서는 2023년에 완공된 북미 남부 지역의 정유소 애플리케이션을 위한 분리형 데릭 플레어 시스템에 대해 자세히 설명합니다. 이 분리형 시스템의 경우 사용자는 플레어 스트림을 고압 흐름용 라이저, 저압 흐름용 라이저, 산성 플레어 흐름용 라이저를 사용하여 세 개의 전용 헤더로 분리했습니다. 이 시스템에는 세 개의 활성 플레어 라이저에서 나오는 유량을 처리하는 데 적합한 하나의 공통 예비 플레어 스택이 있습니다. 이 시스템은 높이가 거의 200m(650피트)에 달하며 3다리 데릭 설계를 사용합니다. 이 탈착식 데릭은 정유소에 위치하므로 플레어 팁의 무연 성능 보조 매체로 중압 증기를 사용할 수 있습니다. 이 분리형 플레어 스택 시스템에는 각 플레어 스택에 대한 액체 밀봉 드럼도 포함되어 있으며, 이 드럼은 데릭 구조물 외부에 위치합니다.

사례 연구 2에서와 같이, 이 설계를 사용하면 다른 두 플레어 시스템이 계속 작동하는 동안 공통 예비 플레어로 유량을 전환하여 한 번에 하나의 플레어 시스템을 유지할 수 있으므로 이 비용 절감 설계가 LNG 및 정유 애플리케이션 모두에 적합할 수 있음을 보여줍니다.

사례 연구 1 및 2와 마찬가지로 이 분리형 데릭 구조에는 개폐식 열전대와 항공기 경고등이 장착되어 있어 플레어 팁이나 스택을 분리하지 않고도 이러한 구성 요소를 등급에서 수리 및 교체할 수 있습니다.

기사 다운로드

결론

분리형 플레어 스택 시스템은 정유소, 석유화학 플랜트 및 LNG 시설의 대형 플레어 시스템 애플리케이션에 널리 사용되는 옵션으로 자리 잡았습니다. 공유된 사례 연구에서 알 수 있듯이 다양한 데릭 구성과 스페어 스택 선택을 포함하여 여러 가지 설계 옵션을 사용할 수 있습니다. 이러한 옵션은 가격은 다양하지만 부지 공간과 유지보수 측면에서 유연성을 제공하므로 사용자는 자본 비용과 전체 운영/지속적인 유지보수 예산을 비교하여 고려해야 합니다.