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ガスフレアは、フレアスタック、フレアブーム、グラウンドフレア、またはフレアピットとも呼ばれ、石油精製所、化学工場、天然ガス処理工場、油井、ガス井、沖合の石油・ガス掘削装置、埋立地などがある石油またはガスの採掘現場などで使用されるガス燃焼装置です。
工業プラントでは、フレアスタックは主に、プラント設備の予期せぬ過圧時に安全弁から放出される可燃性ガスを燃焼させるために使用されます。 [1] [2] [3] [4] [5]プラントまたは部分的なプラントの起動および停止中に、比較的短期間でのガスの計画的な燃焼にフレアスタックが使用されることもよくあります。
石油・ガス採掘現場では、同様にガスフレアが様々な始動、メンテナンス、テスト、安全、緊急時の目的で使用されています。[6]生産フレアリング と呼ばれる方法では、大量の不要な石油ガスを処分するためにも使用されることがあります。これはおそらく油井の寿命全体にわたって行われるでしょう。[7]
産業プラントにおけるフレアシステム全体
工業プラントの設備が過圧状態になった場合、圧力逃し弁は自動的にガスや場合によっては液体を放出する重要な安全装置です。これらの圧力逃し弁は、工業設計コードや基準、および法律によって義務付けられています。
放出されたガスと液体はフレアヘッダーと呼ばれる大きな配管システムを通って垂直に高架されたフレアに送られます。放出されたガスはフレアスタックから出ると燃焼します。結果として生じる炎の大きさと明るさは、可燃性物質の流量（ジュール/時間（またはBTU /時間））によって異なります。[4]
ほとんどの工業プラントのフレアには、放出されたガスに付随する大量の液体を除去するために、フレアの上流に 気液分離器（ノックアウト ドラムとも呼ばれる）が設置されています。
黒煙の発生を抑えるため、炎に蒸気を注入することが非常に多い。蒸気を注入しすぎると、「蒸気過多」と呼ばれる状態になり、燃焼効率が低下し、排出量が増える。 [8]フレアシステムを機能的に保つため、パイロットランプのように少量のガスが継続的に燃焼され、過圧安全システムとしての主な目的を常に果たせる状態になっている。
隣のフロー図は、産業用フレアスタックシステム全体の典型的な構成要素を示しています。[1] [2] [3]
- 放出されたガスから油や水を取り除くためのノックアウト ドラム。複数のノックアウト ドラムが存在する場合があります。高圧および低圧装置からの放出流を受け取る高圧ドラムと低圧ドラムです。凍結の危険があるため、ウェット リリーフ システムから分離されたコールド リリーフ ドラムです。
- フレアスタックの上部からの炎の逆火を防ぐためのウォーターシールドラム。
- 部分的なプラントの起動および停止時、および必要に応じてその他のときに使用する代替ガス回収システム。回収されたガスは、産業プラント全体の燃料ガス システムに送られます。
- 空気と放出されたガスを効率的に混合し、無煙燃焼を促進するために使用される外部運動量力を提供する蒸気噴射システム。
- パイロット炎（点火システム付き）は常に燃焼しており、必要に応じて放出ガスに点火することができます。[9]
- フレアスタックは、スタック上部に逆火防止部を設けた構造です。
この図はパイプのフレア チップを示しています。フレア チップにはいくつかの構成があります。
- シンプルなパイプフレア
- ソニックチップ – 上流圧力 > 5 bar
- マルチノズルチップ、音速または亜音速
- コアンダチップ -コアンダ効果を利用してガス中に空気を巻き込み、燃焼を改善する形状のチップ。 [10]
フレアスタックの高さ
フレアスタックの高さ、またはフレアブームの到達範囲は、機器や作業員がさらされる許容可能な熱放射によって決まります。 [11]適切な産業用衣類を着用した作業員が継続的にさらされる場合、最大放射線レベルは1.58kW/m2 （ 500Btu/hr.ft²）が推奨されます。より高い放射線レベルも許容されますが、曝露時間が短くなります。
- 4.73 kW/m 2 (1500 Btu/hr.ft²) では、暴露時間は3～4分に制限されます。
- 6.31kW/m2 （ 2000Btu/hr.ft²）では暴露時間は30秒に制限される。[11]
地上フレア
地上フレアは、炎を目に見えないようにし、熱放射と騒音を減らすように設計されています。[10]耐火材で裏打ちされた鋼鉄の箱または円筒で構成されています。上部が開いており、燃焼空気が入るように底部の周りに開口部があります。ターンダウン機能を提供し、フレアの断面全体に炎を広げるために、複数のフレアチップが配列されている場合があります。これらは通常、環境に敏感な地域の陸上で使用され、浮体式生産貯蔵積出設備（FPSO）の沖合で使用されています。[10]
原油生産の急増
原油が油井から抽出され生産されると、石油に付随する未精製の天然ガスも地表に運ばれる。特にパイプラインやその他のガス輸送インフラが整備されていない地域では、大量の付随ガスが廃棄物または使用できないガスとして燃やされるのが一般的である。付随ガスの燃焼は、垂直フレアスタックの上部で行われることもあれば、土ピットの地上レベルのフレアで行われることもある。付随ガスは貯留層に再注入されるのが望ましく、これにより、より高い油井圧力と原油生産能を維持しながら、将来の使用のために保存される。[12]
衛星による監視の進歩と自主的な報告により、少なくとも1990年代半ばから2020年まで、毎年約150 × 10 9立方メートル（5.3 × 10 12立方フィート）の随伴ガスが世界中で燃やされてきたことが明らかになりました。 [13] 2011年には、これは米国の年間天然ガス消費量の約25％、または欧州連合の年間ガス消費量の約30％に相当しました。[7] 市場では、この量のガス（名目価値1000立方フィートあたり5.62ドル）は、298億ドルの価値があります。[14]さらに、この廃棄物は二酸化炭素（CO 2）やその他の温室効果ガス排出 の大きな原因です。
バイオガスフレア
人為的メタンの重要な発生源は、廃水、動物の排泄物、埋立地などの有機廃棄物の処理と保管です。 [15]ガスフレアは、バイオガスの生成と収集につながるあらゆるプロセスで使用されます。そのため、ガスフレアはバイオガスの生産を制御するための設備の標準的な構成要素です。[16]これらは、農業または家庭で生産された有機廃棄物を使用して燃料または暖房用のメタンを生成する埋立地、廃水処理場、嫌気性消化施設に設置されています。
バイオガス収集システムのガスフレアは、ガス生産量が工業プロセスでの使用を正当化するのに十分でない場合に使用されます。ただし、ガス生産量が循環経済の一部として分類される可能性のある工業プロセスで直接使用するのに十分なプラントでは、発電、車両燃料用の天然ガス品質のバイオガスの生産[17]、または建物の暖房、廃棄物由来の燃料の乾燥、浸出水処理など、ガス生産量が十分である場合、ガスフレアは、メンテナンスや発電装置の故障によるダウンタイム中のバックアップシステムとして使用されます。後者の場合、バイオガスの生成は通常中断できず、ガスフレアは生物学的プロセスに対する内部圧力を維持するために使用されます。[18]
バイオガスの制御に使用されるガスフレアには、開放型と密閉型の2種類があります。開放型フレアは1000℃未満の低温で燃焼し、高温で燃焼する密閉型フレアよりも一般的に安価で、バイオガスに含まれる有毒物質を完全に破壊するために、煙突内で0.3秒の特定の滞留時間に適合するように供給されます。 [要出典]フレアの仕様では通常、密閉型フレアは1000℃以上1200℃未満で動作することが求められています。これは、98%の破壊効率を確保し、 NOxの生成を防ぐためです。[19]
環境への影響
フレアで燃焼されなかった天然ガスは、メタンとして大気中に放出される。メタンの地球温暖化係数は、 1世紀でCO2の28～36倍、20年で84～87倍と推定されている。[ 20 ]天然ガスのフレアリングでは、天然ガスの化学組成とフレアでの天然ガスの燃焼状況に応じて、CO2やその他の多くの化合物が生成される。したがって、ガスフレアがメタンを大気中に放出する前にCO2に変換する限り、地球温暖化の量は減少する。[ 21] [22]
2017年のフレアリングによる排出量は2億7000万トン（メガトン）に上り、フレアリングによる排出量の削減は地球温暖化を抑制する上で重要な要素であると考えられています。[ 23 ]フレアリングをなくす、または減らすことを誓約する政府や産業界が増えています。[23] COP26で署名された世界メタン誓約では、111カ国が2030年までにメタン排出量を2020年レベルから少なくとも30％削減することを約束しており、メタンに対する世界的な関心を高めるのにも役立っています。
フレアリングによって放出される追加の有害ガスには、発がん性があることが知られている芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレン）とベンゾ（a）ピレンが含まれる可能性があります。2013年の研究では、ガスフレアが北極に堆積した黒色炭素の40％以上を占めていることがわかりました。 [24] [25]
フレアリングは鳥や昆虫を炎に引き寄せ、野生生物に影響を及ぼす可能性がある。2013年9月13日、カナダのニューブランズウィック州セントジョンの液化天然ガスターミナルで、約7,500羽の渡り鳥がフレアに引き寄せられて死んだ。 [26]同様の事件は、沖合の石油・ガス施設のフレアでも発生している。[27]蛾は光に引き寄せられることが知られている。生物多様性条約事務局が発行した世界分類イニシアチブに関するパンフレットには、「熱帯林で作業している分類学者が、石油精製所のガスフレアがこれらの蛾（タカガまたはスフィンクスガ）を何百匹も引き寄せて殺していることに気づいた。精製所が稼働していた数か月から数年の間に、膨大な数の蛾が死んだに違いなく、これは森林の広い範囲で植物が受粉できなかったことを示唆している」という状況が説明されている。[28]
健康への悪影響
フレアはベンゼン、粒子状物質、窒素酸化物、重金属、黒色炭素、一酸化炭素など、さまざまな化学物質を放出します。これらの汚染物質のいくつかは、早産や新生児の出生体重減少と相関しています。2020年のある研究によると、フレアリング中の天然ガスや油井の近くに住む妊婦は、早産率が50％高いことが報告されています。[29]フレアはメタンやその他の揮発性有機化合物、二酸化硫黄やその他の硫黄化合物を放出する可能性があり、これらは喘息やその他の呼吸器疾患を悪化させることが知られています。[30]
2021年の研究では、天然ガスの燃焼量が1％増加すると、呼吸器関連の入院率が0.73％増加することが判明しました。[31]
参照
参考文献
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- ^ 北西大西洋沖合石油プラットフォーム周辺で海鳥が危険にさらされている、海洋汚染速報、第42巻、第12号、pp.1,285-1,290、2001年。
- ^ グローバル分類イニシアチブ - 問題への対応 (「受粉蛾」というセクションまでスクロールしてください)
- ^ HSCニュース、南カリフォルニア大学、2020年7月17日「天然ガス燃焼の近くに住むと妊婦と赤ちゃんに健康リスクが生じる」
- ^ 「頻繁で日常的なフレアリングは、過剰で制御不能な二酸化硫黄の放出を引き起こす可能性がある」(PDF)。施行アラート。ワシントン DC: EPA。2000 年 10 月。EPA 300-N-00-014。
- ^ Blundell, Wesley; Kokoza, Anatolii ( 2022-04-01). 「天然ガスのフレアリング、呼吸器 の健康、および分配効果」。公共経済ジャーナル。208 :104601。doi : 10.1016/j.jpubeco.2022.104601。ISSN 0047-2727。S2CID 232350369 。
さらに読む
- Banerjee K.; Cheremisinof NP; Cheremisinoff PN (1985)。フレアガスシステムポケットハンドブック。ヒューストン、テキサス州：Gulf Publishing Company。ISBN 978-0-87201-310-0。
- PetroWiki のフレアおよびベント廃棄システム
メディア
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|---|---|
| フレアリング削減に関する世界銀行のビデオ |
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