A flare systeem is het netwerk van leidingen en apparatuur dat gas verzamelt dat vrijkomt uit overdrukkleppen, spuikleppen en procesopeningen, en dit veilig afvoert door het te verbranden op een gecontroleerd, verhoogd punt, weg van personeel en apparatuur. Het bestaat omdat het rechtstreeks afblazen van ontvlambaar of giftig gas in de atmosfeer zelden acceptabel is: een fakkelsysteem zet wat anders een ongecontroleerde uitstoot zou zijn, om in een gecontroleerde verbrandingsgebeurtenis. Een goed ontworpen systeem omvat minimaal: verzamelkop, een uitbreektrommel om vloeistof te verwijderen, een waterslot om terugslag te voorkomen, en een fakkeltip of -stapel waar daadwerkelijk verbranding plaatsvindt .
Dat is het korte antwoord. In de onderstaande paragrafen wordt dieper ingegaan op de manier waarop elk onderdeel zijn plaats in het ontwerp verdient, welke normen feitelijk de maatvoering bepalen, waarom rookloze werking extra apparatuur vereist, en wanneer de economie de voorkeur geeft aan het terugwinnen van het gas in plaats van het verbranden ervan.
Een flare-systeem is niet één enkel apparaat; het is een keten van componenten, en het overslaan van een van deze componenten creëert een specifieke, goed gedocumenteerde storingsmodus. Hier is waar elk onderdeel verantwoordelijk voor is:
| Onderdeel | Functie | Wat gebeurt er als het ontbreekt of te klein is? |
|---|---|---|
| Verzamelkop | Leidt ontlastgas van kleppen en ventilatieopeningen naar de fakkel | Overmatige tegendruk op ontlastingsapparaten, dode benen, vloeistofvangers |
| Knock-out (KO)-trommel | Verwijdert meegevoerde vloeistofdruppels voordat het gas de fakkeltop bereikt | Vloeistofoverdracht naar de punt, onstabiele vlam, "brandende regen" |
| Waterslot trommel | Voorkomt dat de vlam zich terug in de header verspreidt | Flashback-risico in het procesleidingsysteem |
| Flare-stapel of tip | Punt van gecontroleerde verbranding, verhoogd voor veilige afstand tot stralingswarmte | Overmatige blootstelling aan straling van personeel op grondniveau |
| Pilot- en ontstekingssysteem | Houdt een continue vlam gereed, zodat het ontluchtingsgas betrouwbaar ontbrandt | Het vrijkomen van niet-ontstoken gas tijdens een noodhulpgebeurtenis |
| Gastoevoer zuiveren | Houdt lucht uit de header om interne explosieve mengsels te voorkomen | Risico op interne detonatie tijdens opstart- of laagstroomperioden |
De knock-outtrommel verdient bijzondere aandacht omdat deze verplicht is op elk flare-systeem en geen optionele upgrade is. Industrierichtlijnen roepen op om vloeistofdruppels te verwijderen tot een bepaalde deeltjesgrootte voordat het gas de punt bereikt – meestal in de Bereik van 300 tot 600 micron – omdat grotere druppels niet schoon verbranden en in plaats daarvan als vlammende vloeistof vallen, een gevaar dat in de industrie ‘brandende regen’ wordt genoemd. Ontwerpnormen vereisen doorgaans 20 tot 30 minuten vloeistofhoudcapaciteit in de trommel, waardoor operators een echte kans krijgen om een verstoorde toestand te diagnosticeren en corrigerende maatregelen te nemen voordat de trommel vol raakt.
Niet elke vuurpijl ziet eruit als de hoge stapel die de meeste mensen zich voorstellen. De keuze tussen een verhoogd of een op de grond gemonteerd ontwerp komt neer op de ruimte, de zichtbaarheidsvereisten en de hoeveelheid gas die het systeem moet verwerken.
Deze plaatsen het verbrandingspunt hoog boven de grond, waarbij de hoogte zelf als primaire veiligheidscontrole wordt gebruikt: hoe verder de vlam van de grond is, hoe lager de stralingswarmte-intensiteit die wordt gevoeld door het personeel eronder. Ondersteuningsconstructies schalen met de hoogte: zelfdragende stapels worden doorgaans gebruikt tot ongeveer 250 voet, door boortorens ondersteunde constructies strekken zich nuttig uit tot ongeveer 120 meter, en getuide ontwerpen kunnen tot ongeveer 180 meter reiken voordat een volledige betonnen ondersteuningsconstructie noodzakelijk wordt.
Deze houden de verbranding op of nabij niveau, meestal binnen een afgesloten ruimte, en hebben over het algemeen de voorkeur als het belangrijk is de vlam buiten het zicht van het publiek te houden – in de buurt van woonwijken, luchthavens of locaties met strikte visuele of geluidsvoorschriften. Grondfakkelontwerpen met meerdere punten kunnen grote gasvolumes aan door de verbranding te verdelen over meerdere getrapte branderarrays in plaats van één grote vlam, wat ook de rookloze prestaties over een groter stroombereik verbetert.
Een fakkel die op zichzelf blijft branden, vooral bij zwaardere koolwaterstoffen, heeft de neiging te gaan roken; bij onvolledige verbranding blijven zichtbare zwarte koolstofdeeltjes in de pluim achter. Regelgevende limieten voor zichtbare emissies betekenen dat de meeste moderne fakkels een hulpmechanisme nodig hebben om schoon te branden over hun volledige stroombereik, en er zijn drie gevestigde benaderingen:
De hulpmethode is niet alleen een selectievakje voor emissies; het heeft invloed op het geluid, de vraag naar nutsvoorzieningen en de onderhoudsbelasting gedurende de levensduur van het systeem. Stoomondersteuning is gebruikelijk wanneer een locatie al een stoomnetwerk beheert voor andere procesbehoeften, aangezien de extra kosten laag zijn; luchtondersteuning wordt aantrekkelijker op locaties zonder stoominfrastructuur, ondanks de extra kosten van speciale ventilator- en compressorapparatuur. Kiezen uitsluitend op basis van de initiële kapitaalkosten, zonder rekening te houden met het nutsbedrijf waarin de locatie al reservecapaciteit heeft, is een van de meest voorkomende ontwerpfouten.
Het ontwerp van het fakkelsysteem wordt niet alleen aan het individuele technische oordeel overgelaten; het wordt bepaald door gevestigde industrienormen die alles specificeren, van doelen voor het verwijderen van druppels tot de maximaal toegestane gassnelheid in de header.
In de praktijk komen er voortdurend twee numerieke limieten uit API 521 naar voren: de snelheid van het header-gas is doorgaans beperkt tot a Mach-getal van maximaal 0,7, waarbij 0,5 de voorkeur heeft om akoestische vermoeidheid in de leidingen in de loop van de tijd te voorkomen, en de flare-header zelf is doorgaans hellend met een minimale verhouding van ongeveer 1:450 zodat alle gecondenseerde vloeistof continu terugstroomt naar de knock-outtrommel, in plaats van zich op lage plekken langs de loop te verzamelen.
De taak van een affakkelsysteem is veilige verwijdering, en niet noodzakelijkerwijs elke keer verwijdering door verbranding. Voor continue of routinematige hulpstromen – in tegenstelling tot echte noodsituaties – installeren veel faciliteiten een Affakkelgasterugwinningseenheid (FGRU) die het gas opvangt, comprimeert en terugleidt naar het brandstofgassysteem van de fabriek in plaats van het af te branden.
De economische situatie is op papier duidelijk: teruggewonnen gas compenseert direct het brandstofgas dat de installatie anders zou moeten kopen of genereren, en het verminderen van het continu affakkelen vermindert ook de blootstelling aan steeds strengere lokale luchtkwaliteits- en emissievoorschriften. Of een FGRU zichzelf terugbetaalt, hangt sterk af van het volume en de consistentie van het betrokken routinematige affakkelgas. Daarom is een goede haalbaarheidsstudie – waarbij de systeemkosten worden vergeleken met de waarde van het teruggewonnen gas – standaardpraktijk voordat de investering wordt gedaan, in plaats van aan te nemen dat terugwinning automatisch op elke locatie de moeite waard is.
Een fakkelsysteem is een veiligheidsinfrastructuur die correct moet werken op het moment dat deze daadwerkelijk nodig is, vaak na lange perioden van minimaal gebruik. Dit maakt doorlopend onderhoud een andere discipline dan het onderhouden van apparatuur die continu draait en geleidelijk aan slijtage vertoont.
Of het nu gaat om het beoordelen van een nieuw ontwerp of het auditen van een bestaande installatie, deze vragen hebben betrekking op de punten die waarschijnlijk ondergespecificeerd of over het hoofd worden gezien:
OEM/ODM Fabrikanten van hoogwaardige verbrandings- en thermische apparatuur
