플레어 시스템은 공정 중 발생할 수 있는 초과 압력을 안전하게 해소하기 위한 방출 시스템입니다. 이 시스템은 고온 연소를 통해 유해가스를 제거하고, 플랜트의 압력 상승에 대응합니다. 이 글에서는 플레어 시스템 구성요소인 플레어헤더, 녹아웃드럼, 액체 밀봉드럼의 정의와 역할을 자세히 설명합니다.
1. 플레어헤더의 정의와 역할
1.1. 플레어헤더의 개념
플레어헤더(Flare Header)는 각 공정 설비에서 방출되는 유해 가스를 모아 플레어 스택으로 전달하는 배관 시스템입니다. 이 헤더는 플레어 시스템의 중심 역할을 하며, 가스의 흐름을 통합해 연소 시스템으로 안정적으로 운반하는 역할을 수행합니다.
1.2. 플레어헤더의 기능 및 요구 조건
플레어헤더는 다음과 같은 기능을 수행해야 합니다.
- 비상 시 고압 배출 가스 수용 – 급격한 압력 상승 시 발생하는 고압 가스를 처리할 수 있어야 합니다.
- 가스 분리 및 정체 방지 – 체류 시간 최소화와 액체 축적 방지를 위한 설계가 요구됩니다.
- 관로 내 응축물 배출 – 드레인 라인을 통해 액적 및 응축물을 주기적으로 제거할 수 있어야 합니다.
이러한 요구사항을 만족시키기 위해, 적절한 유속 제어, 관경 선정, 재질 선정이 필수입니다.
1.3. 설계 시 고려사항
플레어헤더를 설계할 때는 다음 요소를 반드시 고려해야 합니다.
- 최대 순간 유량에 대비한 배관 직경 결정
- 혼합된 가스의 온도 및 압력 조건 반영
- 장기 운전 중 발생 가능한 액체 축적 및 슬러그 현상 대비
- 다단계 드레인 포인트의 확보를 통한 효율적 응축물 배출
플레어헤더는 전체 플레어 시스템의 안정성과 성능을 좌우하므로, 다양한 공정 조건과 긴급 상황을 모두 고려한 정교한 설계가 요구됩니다.
2. 녹아웃드럼의 정의와 역할
2.1. 녹아웃드럼의 개념
녹아웃드럼(Knockout Drum)은 플레어 시스템으로 유입된 가스 혼합물 중에서 액체 및 고체 입자를 제거하기 위한 기기입니다. 일반적으로 플레어헤더와 플레어스택 사이에 설치되며, 가스 흐름 속에 포함된 액적과 입자를 분리하여 연소 시스템의 효율과 안전을 높이는 역할을 합니다.
2.2. 녹아웃드럼의 기능
녹아웃드럼은 다음과 같은 주요 기능을 수행합니다.
- 액체 분리 – 가스 흐름 속에 포함된 액체 성분을 중력 또는 충돌을 이용해 침전시켜 제거합니다.
- 슬러그 방지 – 플레어스택으로 유입될 수 있는 액체 슬러그(Slug) 유입을 방지하여 연소 안정성을 유지합니다.
- 플레어스택 보호 – 액적에 의해 손상될 수 있는 버너 및 내부 장치 보호
이 장치는 연속적인 가스 흐름 속에서도 일시적인 액체 유입에 대응할 수 있도록 적절한 체류 시간을 제공하며, 액체를 하부로 모아 자동 또는 수동으로 배출할 수 있는 배출 시스템을 포함합니다.
2.3. 설치 및 설계 시 고려사항
녹아웃드럼을 설계 및 설치할 때는 다음 사항들을 고려해야 합니다.
- 적절한 체류 시간 확보 – 액체가 충분히 분리될 수 있도록 설계 체류 시간을 계산합니다.
- 수직형 또는 수평형 구성 – 공간 및 배출 특성에 따라 형상을 결정합니다.
- 드레인 라인 및 레벨계 설치 – 액체 배출을 위한 배관 및 수위 측정기 장착
- 내부 블레이드 또는 디미스터 사용 – 분리 효율을 높이기 위한 장치 적용
녹아웃드럼은 플레어 시스템의 정상 작동을 위한 필수 구성요소이며, 정확한 설계와 정기적인 유지보수가 요구됩니다.
3. 액체 밀봉드럼의 정의와 역할
3.1. 액체 밀봉드럼의 개념
액체 밀봉드럼(Seal Drum)은 플레어 시스템에서 역류 방지 및 압력 제어를 목적으로 사용하는 기기입니다. 보통 플레어스택 하단에 설치되며, 액체 높이를 이용해 시스템 내부와 대기 사이의 압력 차를 조절하는 기능을 수행합니다.
3.2. 액체 밀봉드럼의 기능
액체 밀봉드럼의 주요 기능은 다음과 같습니다.
- 역류 방지 – 플레어 스택의 불꽃이 플레어헤더로 되돌아오는 것을 방지합니다.
- 최소 압력 설정 – 액체 높이를 조절함으로써 플레어 시스템 내의 백압(Back pressure)을 설정합니다.
- 불완전 연소 방지 – 가스의 일정한 유량 유지로 플레어 연소 안정성 확보
액체 밀봉드럼은 플레어스택과 개방형 연소 장치 사이의 경계 역할을 하며, 대기 중 공기 유입을 차단하여 폭발 가능성을 줄이는 데에도 기여합니다.
3.3. 설치 위치 및 설계 기준
설계 및 설치 시에는 다음 기준들을 고려해야 합니다.
- 액체 밀봉 높이 – 일반적으로 300~600 mm 수준으로 설정하여 시스템 압력에 맞게 조절합니다.
- 드럼 용량 – 유량 변동과 응축수 유입량을 고려해 적정 용량 확보
- 우회 배관 설치 – 응급상황 또는 정비 시 액체 밀봉 기능을 우회할 수 있도록 설계
- 액체 증발 보충 – 물 또는 다른 밀봉액의 증발에 대비한 자동 보충 시스템 고려
액체 밀봉드럼은 플레어 시스템의 안전한 최종 방어선으로 기능하므로, 정확한 설계와 주기적인 액체 높이 관리가 필수적입니다.
결론
플레어 시스템은 공정 안전을 위한 최후의 보호장치이며, 그 성능과 안정성은 구성요소에 따라 결정됩니다. 플레어헤더는 가스를 효율적으로 운반하고, 녹아웃드럼은 액체 및 고체를 제거하며, 액체 밀봉드럼은 역류를 방지하고 압력을 제어합니다. 각각의 장치는 단순한 배관이나 저장 용기가 아니라, 정교한 설계와 유지관리가 필요한 핵심 설비입니다.
플랜트 운영자는 각 구성요소의 역할을 명확히 이해하고, 설계 기준과 운영 조건을 지속적으로 검토하여 시스템의 신뢰성을 유지해야 합니다. 궁극적으로는 이러한 장치들이 조화롭게 작동함으로써 플랜트 전체의 안전성과 환경 보호를 확보할 수 있습니다.