Fakkel ontsteek systemen / Flare ignition systems Botlek Studie groep -12 februari 2015 Smitsvonk Holland B.V. Hans Gon
Seite 1
Inhoud
1
Doel van een fakkel
2
Soorten fakkels
3
Constructie van een fakkel
4
Soorten ontsteek systemen
5
Onderhoud – veel voorkomende problemen
Page 2
Fakkel ontsteek systemen
Page 3
Informationen über die Firma
• Zoetermeer, 27 Medewerkers • Firma opgericht in 1947 door Wietze Beye Smits.
• Sinds august 2006 onderdeel van DURAG GROUP (DE)
Page 4
Smitsvonk in het kort
Page 5
Smitsvonk scope of supply Fakkel ontsteek systemen
Fornuis en ketel ontsteek systemen
Biogas- ontsteek systemen
Page 6
Kooksoven ontsteeksystemen
Flare system Het doel van een fakkel:
A flare is a critical mechanical component of a complete system design intended for the safe, reliable and efficient discharge and combustion of hydrocarbons from pressurerelieving and vapour-depressurizing systems. Being critical to the safety of an operating plant, a flare shall be continuously available with high reliability and capable of its intended performance through all operating-plant emergency conditions, including a site-wide general power failure. The flare and related mechanical components shall be designed to operate and properly perform for the specified service conditions for a minimum of five years without the need for an outage of the operating facility. (Bron ISO 25457: 2008)
Page 7
Normen voor het ontwerp van fakkelsystemen (Petrochemische Industrie)
Pressure-relieving and Depressuring Systems Petroleum and natural gas industries—Pressure-relieving and depressuring systems ANSI/API STANDARD 521 - ISO 23251 Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Flare details for general refinery and petrochemical service API STANDARD 537 - ISO 25457 Voor het ontwerp van een fakkel wordt veel gebruik gemaakt van het programma Flaresim (Softbis-UK). Hoogte, diameter, drukverlies, straling en geluid.
Page 8
Leveranciers complete fakkel systemen John Zink – Hamworthy - Kaldair Zeeco Callidus (Honeywell) NAO Prematechnik Prema-Service Prematecnica Itas GBA Samia Escher Europem EET Bloom
USA – Luxemburg - Italy USA USA USA Germany Germany Spain Italy Italy – UK – USA Italy Netherlands Belgium France USA - Germany
Page 9
Fakkel systemen naar Industrie • Petrochemie – Raffinaderijen, Gas en Olie winning, Well Testing
• Productie Staal en IJzer – Hoogovens en Kooks ovens
• Biogas – Rioolwaterzuivering, Stortgas, (Mest)vergisting
Page 10
Fakkelsystemen Petrochemie
Page 11
Fakkelsystemen (Petro)chemie
Page 12
Fackeln nach Industrie - Petrochemie
Page 13
Fackeln nach Industrie - Petrochemie
Page 14
Fakkelsystemen, Well testing
Page 15
Fakkel systemen - Kooksovenfakkels
Page 16
Fakkel systemen – Staal – IJzer (Kooks – en hoogoven oven)
Page 17
Hoogoven Fakkels
Page 18
Fakkel systemen - Biogas
Page 19
Constructie van een fakkeltoren De flow van het te verbranden gas, de gas samenstelling en de stralings warmte bepalen het ontwerp, grote (diameter) en hoogte van de fakkel toren. De meest voorkomende constructies zijn:
Zelf-dragend Self‐supported
Span draaden Guyed
Page 20
Vakwerk Derrick supported
Constructie van een fakkeltip
Page 21
Fakkeltip • • • •
Fakkeltip, veelgebruikte benamingen Flaretip of Flareburner. Het kritiekste onderdeel van een fakkeltip is de piloot brander. Aantal pilootbranders varieert met de grootte van de diameter. Voor een gemiddelde refinery flare zijn dit meestal 3 of 4 pilot branders per tip.
Page 22
Fakkeltip met piloot branders
Page 23
Fakkeltip - Pilootbrander Belangrijkste onderdelen van een piloot brander: - Ventury, mengen van gas met lucht - Stabiliser, stabiliseren van de vlam. - Ontsteek systeem - Vlam detectie systeem Lengte 2,2 tot 3,5 meter
Page 24
Basis uitvoering van een piloot brander
Page 25
Soorten ontsteek systemen voor Fakkel of pilootbrander.
• Klim vlam (NL), Flame Front Generator, (UK) Kletterflammenzündung (D)
• High Energy Ontsteking v/d Pilootbrander (Gas-elektrische Ontsteking)
• Combinatie van Flame Front en High Energy Ontsteking (Gas-elektrisch)
• Directe vonk ontsteking (Ontsteek lans)
• Pellet launcher (Geen Smitsvonk – alleen offshore)
• Lichtkogel (Geen Smitsvonk)
Page 26
Soorten ontsteek systemen voor Fakkel of pilootbrander.
Combinatie A+B
Page 27
Fakkel ontsteek systemen • Dit is wat we niet willen!
Page 28
Fakkel ontsteek systeem – Lichtkogel(s)
Komt steeds minder voor, laatste redmiddel.
Page 29
Klimvlam / Flame Front ontsteking Het is de oudste ontsteking (+/- 1950) die gebruikt wordt om piloot branders van fakkels te ontsteken. Op grond niveau wordt gas en lucht in een kamer gemengd. Dit brandbare mengsel loop via een 1“ leiding naar de piloot brander. Het mengsel wordt beneden d.m.v. een vonk ontstoken. De vlam „klimt“ naar boven waar de piloot brander ontstoken wordt. Nadelen: Moeilijk te automatiseren. Iedere keer opnieuw instellen, tegendruk, weeromstandigheden spelen mee. Bij verkeerd gebruik een gloeiend hete pijp in de installatie (ATEX?). Niet toepasbaar in hele koude omgevingen (-40º C, bevriezing van leidingen). Perslucht nodig. Ontsteek leidingen moeten na verloop van tijd gedrained worden. (Verbranding geeft water). Lengte gelimiteerd tot 300 meter. Voordelen: Alles op grond niveau, altijd toegankelijk voor onderhoud. Page 30
P
Gas P= appr. 1 Barg
Werking Klimvlam / Flame Front ontsteking
Page 31
Klassische Fackelzündung, Kletterflammenzündung
Page 32
Klassische Fackelzündung, Kletterflammenzündung
Page 33
Flame Front, meng / ignition chamber
EXPLOSION PROOF ATEX CERTIFIED IGNITION CHAMBER. MATERIAL 316 SST, NO CASTING Page 34
High Energy ontsteking (Gas-elektrische Flare ignition)
De piloot brander wordt ontstoken door ingebouwde bougies. Dit is geen standaard hoogspannings ontsteking maar een high energie ontsteking. Deze ontsteking is ongevoelig voor vocht en vuil. De ontsteek unit bevindt zich beneden.
Page 35
High Energy ontsteking (Gas-elektrische Flare ignition) Principe van High energy Ontsteking Veel gebruikte internationale afkortingen HEI of HESI
Maximale Ontsteek spanning: 1,5 – 3 kV Aantal vonken per seconde: 0,5 – 20 Hz
Voordelen: Eenvoudig te automatiseren. Starten op afstand via DCS. Lange afstanden (ontsteek unit tot pilootbrander) mogelijk, maximaal tot 500 meter. Eenvoudig te bedienen. Nadeel: Een deel van de onderdelen zitten boven bij de fakkel tip.
Page 36
Faffel ontsteek systemen – High Energy ontsteek systeem
Page 37
High energie ontsteking en Flame front ontsteking
Page 38
High energie ontsteking en Flame front ontsteking
Page 39
Fackel Zündsystem – Hoch Energie Zündsystem
Page 40
Fakkel ontsteek systemen – Typische leverings omvang.
PILOOTBRANDERS
HOGE TEMP. KABELS
KLEMMENKASTEN LAGE TEMP. KABELS
ONTSTEEK EN BEWAKING EENHEID OPTIE: FLAME FRONT GENERATOR
Page 41
F.A.T voor veel geleverde systemen
Page 42
Directe vonk ontsteking Smitsvonk heeft 10 tallen jaren ervaring met directe vonk ontsteking op fakkels. Deze toepassing kan alleen met een betrouwbare High energy ontsteking die ongevoelig is voor regen, sneeuw etc. Directe vonk ontsteking kan worden toegepast bij gassen met minimaal 6 vol% H2 en een relatief lage uittrede snelheid (20 – 30 m/s). Dit is dan ook de reden dat dit weinig wordt toegepast in de Petrochemie, maar veel bij Kooks oven fakkels. De constructie van de ontsteek lans is afhankelijk van gas samenstelling, gasflow, fakkel diameter, 24/7 (continue) of aan-uit toepassingen. Bij een 24/7 toepassing kan slijtage (stand tijd bougies) belangrijk.
Page 43
Vlam detectie van een Piloot brander Systeem
Kenmerken
Thermokoppels (type K), 1 of 2 stuks per piloot brander
Traag (3 minuten) Levensduur
UV-IR flame scanners
Snel Alleen toepasbaar op grondfakkels en kleine fakkels
Ionisatie
Snel Werkt niet als deze nat is Wordt veel toegepast in het Midden-Oosten
Akoestisch (John Zink)
Altijd een flame front pijp nodig Invloed door geluid ontstaan door verbranding en stoom
Page 44
Directe vonk ontsteking
Page 45
Directe vonk ontsteking (Ontsteeklans)
Page 46
Voorbeeld directe vonk ontsteking – ontsteek units
Zündgerät mit U.P.S.
Zündgerät mit Thermoelement Relais
Page 47
Fakkel ontsteek systeem – Pellet Launcher Alleen off-shore, geen Smitsvonk-Durag
Page 48
Onderhoud – Piloot branders Onderhoud piloot branders kan alleen plaats vinden tijdens een stop. Vaak worden de piloot branders dan compleet vervangen.
Page 49
Onderhoud – Piloot branders
Page 50
Storing piloot brander Meest voorkomende problemen: - Verstopte gas nozzle, pilotbrander gaat uit of brand instabiel. - Bevriezing gas nozzle (windstil weer rond 0ºC en een hoge luchtvochtigheid) - Verouderding van het thermokoppel of open loop thermokoppel (Type K), geen vlamsignaal - Verbrandings lucht geblokkeerd, pilotbrander gaat uit of brand instabiel. - Ontsteking werkt niet - Verkeerd gas (zelden) - Te hoge gasdruk (komt veel voor) - Vibratie (komt voor bij sommige fakkels door bepaalde verbrandings snelheid) - Slijtage bougies (Zelden) - Alles is kapot gebrand (Liquid carry over)
Page 51
Questions and remarks!
Questions?
Remarks
Page 52
