미래를 위한 준비: 플레어 설비의 초음파 유량 측정

전 세계적으로 여러 산업에서 환경 규제가 더욱 엄격해지고 있습니다. 정유, 화학 및 석유화학 산업에서는 초음파 기술이 이미 수년간 확립된 기술로 자리 잡았으며, 이제는 규제 압력 증가와 보고 의무 강화가 중요한 요소로 작용하고 있습니다.

이러한 변화로 인해 까다로운 조건에서도 신뢰성 높은 플레어 측정과 데이터 가용성 확보의 필요성이 크게 증가하고 있습니다. 정유, 화학 및 석유화학 산업의 규제는 이미 명확히 정의되어 있으며, 다른 산업 분야에서도 미래 환경 규제를 충족하기 위한 기술 솔루션을 선제적으로 모색하는 움직임이 나타나고 있습니다. 특히 보고 측면에서 초음파 기술은 다른 기술 대비 여러 장점을 제공합니다.

초음파 유량 측정은 유체 측정 분야에서 확립된 기술로 자리 잡았으며, 적용 범위는 상거래 계량부터 플레어 유량 측정과 배출 제어까지 광범위합니다. 원칙적으로 초음파 유량계는 음향 경로 상에서 유체 흐름 방향과 그 반대 방향의 전달 시간 차이를 측정하고, 이를 기반으로 평균 유속을 계산합니다. 여기서 "평균 유속"이란 배관 단면 전체에 걸친 평균 유속을 의미합니다.

플레어 유량 측정의 주요 목적 중 하나는 온실가스(GHG)의 정확한 계량입니다. 최근 몇 년 동안 정확한 GHG 측정의 중요성이 크게 증가했습니다. 대기 오염 관련 비용과 세금이 지속적으로 증가하고 있기 때문입니다. 이에 따라 정확하고 안정적인 측정의 필요성도 함께 증가하고 있습니다. 정유 및 가스, 화학, 석유화학 산업에서 까다로운 플레어 가스 조건을 다룰 경우 측정 기술에 대한 요구사항이 큰 도전 과제가 됩니다.

• 0 m/s ~ 120 m/s의 가스 유속
• 급격한 가스 유속 변화
• 천연가스, 수소, 이산화탄소 등 급격히 변화하는 가스 혼합물

플레어 측정 시스템의 가장 중요한 특징 중 하나는 최고 가스 유속 조건에서도 측정 가용성을 보장하는 것입니다. 혁신적인 ASC(Active Sound Correlation) 기술은 기존의 최대 유량 범위를 최대 30%까지 확장합니다. ASC는 고유량 조건에서 발생하는 애플리케이션별 소음과 가스 유속을 연계합니다. 이 경우 센서는 마이크와 같은 역할을 수행합니다. 따라서 특허받은 ASC 기술을 사용할 경우 플레어 가스 이벤트를 더욱 정확하게 파악하고 모니터링할 수 있습니다.

소프트웨어와 펌웨어의 연동은 여러 새로운 기능과 이점을 제공합니다. 자가 모니터링 시스템은 계기 상태에 대한 중요한 데이터를 제공하고, 트렌드를 표시하며, 관련 변화를 강조합니다. 애플리케이션 오류는 즉시 감지되어 기록되므로 시간 소모적인 문제 해결 작업을 줄일 수 있습니다. 요청이 있을 경우 시스템은 자체 검증을 수행하고 현재 상태를 기록합니다. 이를 통해 사용자는 배출 규정 준수를 증명하는 문서를 매우 간단하게 작성할 수 있습니다. 이 모든 과정이 원격으로 수행되기 때문에 현장에 서비스 기술자를 파견할 필요가 없습니다. 결과적으로 운영 및 안전 위험을 크게 줄일 수 있습니다.

i-diagnostics™와 같은 자가 모니터링 시스템은 시간 기반 유지보수에서 상태 기반 유지보수로의 전환을 지원합니다. 이를 통해 서비스 횟수를 줄이고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.

초음파 기술 기반 플레어 가스 유량계는 요구사항이 서로 다른 다양한 애플리케이션에 사용되기 때문에 최적의 솔루션을 제공하려면 각각의 과제에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 예를 들어, 정유 산업에서는 최신 미국 EPA 규정에 따라 270 BTU/scf의 최소 연소 영역 발열량이 요구됩니다. 또한 모든 스팀 보조 플레어에 대해 NHVdil ≥ 22 BTU/ft²의 순 발열량 희석 파라미터가 요구되며, 이 모든 조건을 충족하면서도 높은 연소 효율을 유지해야 합니다. 이러한 요구사항을 충족하고 필요한 가열 온도를 유지하기 위해 초음파 가스 유량계를 사용하여 스팀 공급을 제어할 수도 있습니다.

새로운 FLOWSIC100 Flare-XT 플레어 가스 유량계는 세 가지 버전으로 제공됩니다. 모든 버전은 1패스 또는 2패스 측정 시스템으로 제공됩니다. 두 패스 구성 모두에서 크로스 덕트 설치 방식과 단일 노즐 프로브 시스템을 사용할 수 있습니다. 프로브 버전은 컴팩트한 단방향 설치에 적합하고 최소한의 설치 작업만 필요합니다. 2패스 버전은 까다로운 유량 조건에서도 높은 측정 정확도를 제공하고 측정 이중화를 지원합니다. 또한 계기 리트랙션 메커니즘을 통해 플랜트 가동 중에도 센서를 쉽고 빠르게 교체할 수 있습니다. 강력한 인터페이스 유닛은 다양한 인터페이스를 통해 여러 시스템과 네트워크에 손쉽게 연결됩니다.

인터페이스 유닛은 입력 신호를 처리하고 분자량, 질량 유량, 가스 체적, 표준화된 기준값 같은 파라미터를 계산합니다. 적외선 인터페이스를 통해 FLOWgate™ 소프트웨어를 사용하여 노트북이나 태블릿에서 직관적으로 시스템을 운영할 수 있습니다. 통합 Ethernet 및 RS-485 인터페이스는 원격 계기 상태 모니터링을 지원합니다.

체적 유량, 질량 유량, 분자량과 같은 주요 파라미터 및 측정값 데이터는 신뢰성 있게 처리, 평가, 저장됩니다. 이러한 측면에서 내부 메모리를 사용하면 데이터를 안전하고 체계적으로 장기 보관할 수 있습니다. 간섭 없는 디지털 통신 덕분에 측정 포인트로부터 최대 1,000미터 떨어진 곳에 인터페이스 유닛을 설치할 수 있습니다. 따라서 현장 압력 방폭형 제어 유닛과 같은 고가의 계기가 더 이상 필요하지 않습니다.

열 질량 측정 같은 일부 측정 원리의 경우 클린 가스가 있어야 정상적인 운영이 가능합니다. 초음파 기술은 자동 신호 증폭 기능을 통해 센서의 파울링이나 오염 문제를 해결할 수 있습니다. 그 결과 유지보수 주기를 최적화하고, 측정 가동 시간을 극대화하며, 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 초음파 플레어 가스 측정은 최대 1:4000의 측정 스팬에서 운영할 수 있는 유일한 기술입니다. 따라서 고유량 또는 저유량 조건에 초점을 맞출 필요 없이 0.03 m/s ~ 120 m/s의 측정 속도가 가능합니다.

엔드레스하우저는 프래킹과 같은 애플리케이션의 업스트림에서 요구되는 사항을 충족하기 위해 재교정 없이도 안정적으로 동작하는 FLOWSIC100 Flare-XT 트랜스미터도 제공합니다. 센서가 기존 유량 컴퓨터에 직접 연결되기 때문에 이 제품 구성에서는 인터페이스 유닛이 필요하지 않고, 압력 또는 온도 트랜스미터 역시 필요하지 않습니다.

플레어 유량 측정에서는 온도, 압력, 가스 조성, 유속 등 각 애플리케이션이 모두 완전히 다를 수 있습니다. 따라서 엔드레스하우저는 각 측정 포인트마다 개별 애플리케이션 평가를 제공하고 최적의 솔루션을 선정합니다. 평가 후에는 각 측정 포인트에 대한 플레어 가스 애플리케이션 평가 데이터 시트를 전 세계 고객에게 제공합니다.