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 Kooksoven ontsteeksystemen Biogas- ontsteek systemen Page 6
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 Span draaden Vakwerk Self supported Guyed Derrick supported Page 20
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
Werking Klimvlam / Flame Front ontsteking P Gas P= appr. 1 Barg 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 Thermokoppels (type K), 1 of 2 stuks per piloot brander UV-IR flame scanners Ionisatie Akoestisch (John Zink) Kenmerken Traag (3 minuten) Levensduur Snel Alleen toepasbaar op grondfakkels en kleine fakkels Snel Werkt niet als deze nat is Wordt veel toegepast in het Midden-Oosten 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