将来に備える：フレア設備における超音波流量測定

環境規制は、世界中の多くの産業でより厳しくなっています。石油精製、化学および石油化学業界では、超音波技術がすでに長年にわたって確立されています。現在では、規制圧力の高まりと報告要件の厳格化が影響を及ぼしています。

これにより、難しい条件下でも、信頼性の高いフレア測定とデータの可用性に対するニーズは大きく高まっています。石油精製、化学および石油化学業界向けの規制はすでに定められていますが、他の多くの業界でも、将来の環境規制に対応するための技術ソリューションを積極的に模索する動きが見られます。超音波技術は、特に報告面で他の技術に比べて多くの利点を提供します。

超音波流量測定は、流体測定で広く確立されている技術です。その応用範囲は、取引用計量からフレア流量測定、排出管理まで多岐にわたります。原理的には、超音波流量計は音響経路上で、流体の流れに沿った方向と流れと逆方向に送信した超音波の伝搬時間差を測定し、その測定値から平均流速を算出します。ここでの「平均流速」とは、配管断面全体で平均化された流速を意味します。

フレア流量測定の主な目的の1つは、GHG（温室効果ガス）を正確に計量できるようにすることです。近年、正確なGHG測定への関心が高まっています。大気汚染に対する課徴金や税金は継続的に増加しています。そのため、正確かつ安定した測定の必要性も高まっています。石油・ガス、化学および石油化学産業ではフレアガスの測定条件が厳しいため、測定技術には次のような条件への対応が求められます。

• ガス流速：0 m/s～120 m/s
• ガス流速の急激な変化
• 天然ガス、水素、二酸化炭素などを含むガス成分の急激な変化

最高ガス流速域でも測定を継続できることは、フレア測定システムに求められる最も重要な性能のひとつです。革新的なASCテクノロジー（Active Sound Correlationテクノロジー）は、従来の最大流量範囲を最大30%拡大します。ASCは、高流量条件下でフレア用途特有のノイズが発生することを利用し、そのノイズをガス流速と相関させます。ここでは、センサはマイクのように機能し、このノイズを検出します。このように、特許取得済みのASCテクノロジーにより、発生し得るフレアガスイベントをさらに広範囲にカバーできます。

ソフトウェアとファームウェアを連携させることで、多くの新機能とメリットが生まれます。これにより、自己監視システムは機器ステータスに関する有用なデータを提供し、トレンドを表示して、関連する変化を明確に示します。アプリケーションの異常は直ちに検出および記録されるため、時間のかかるトラブルシューティングを省略できます。必要に応じて、システムは自己検証を行い、現在のステータスを記録します。これにより、排出規制が満たされていることの証明に役立つ文書を、非常に簡単に作成できます。これらはすべてリモートで実行でき、サービス技術者を現地に派遣する必要はありません。これにより、運用上および安全上のリスクが大幅に低減されます。

i-diagnostics™は自己監視システムとして、時間基準メンテナンスから状態基準メンテナンスへの移行をサポートします。これにより、サービス間隔の回数が減り、メンテナンスコストが削減されます。

超音波技術を採用したフレアガスメーターは、要件の異なるさまざまな用途に使用されるため、最適なソリューションを提供するには、個々の課題に関する深い知識が必要です。たとえば、石油精製業界では、現在の米国EPA規制により、燃焼ゾーンの最小発熱量270 BTU/scfが義務付けられています。また、すべての蒸気アシストフレアについて、正味発熱量希釈パラメータNHVdil≥22 BTU/ft2も求められます。これらはすべて、高い燃焼効率を維持しながら達成する必要があります。超音波ガス流量計は、蒸気供給を制御して、これらの要件を満たすと同時に発熱温度を必要なレベルに維持するために使用することもできます。

新しいFLOWSIC100 Flare-XTフレアガスメーターは、3つのバージョンで提供されています。すべてのバージョンで、1パスまたは2パス測定システムを選択できます。いずれのパス構成でも、クロスダクト設置およびシングルノズルプローブシステムを利用できます。プローブバージョンはコンパクトな片側取付けに適しており、必要な設置作業を最小限に抑えます。2パスバージョンは、難しい流量条件下でも高い測定精度を実現し、測定の冗長性を確保します。機器引抜き機構により、プラント運転中でもセンサを簡単かつ迅速に交換できます。強力なインターフェースユニットは、多数のインターフェースにより、多種多様なシステムおよびネットワークに容易に接続できます。

インターフェースユニットは入力信号を処理し、分子量、質量流量、ガス体積、標準化された基準値などのパラメータを算出します。ノートパソコンまたはタブレット端末のFLOWgate™ソフトウェアから、赤外線インターフェース経由でシステムを直感的に操作できます。統合されたイーサネットおよびRS-485インターフェースにより、機器ステータスをリモートで監視できます。

体積流量、質量流量、分子量などの主要パラメータおよび測定値データは、信頼性の高い方法で処理、評価、保存されます。この点において、内部メモリにより、データを安全かつ構造化された形で恒久的にアーカイブできます。耐干渉性に優れたデジタル通信により、インターフェースユニットは測定点から最大1,000 m離れた場所に設置できます。そのため、現場に高価な耐圧防爆構造のコントロールユニットを設置する必要がなくなります。

熱式質量測定などの一部の測定原理では、正しく動作するためにクリーンなガスが必要です。超音波技術は、信号を自動的に増幅することで、センサのファウリングや汚染を克服できます。これにより、メンテナンス周期が最適化され、測定稼働時間が最大化され、運用コストが削減されます。さらに、超音波式フレアガス測定は、最大1:4000の測定スパンで動作できる唯一の技術です。0.03 m/s～120 m/sの測定速度に対応できるため、高流量条件または低流量条件のどちらかに重点を置く必要はありません。

たとえばフラッキング用途など、上流工程の要求に対応するため、Endress+HauserはFLOWSIC100 Flare-XT Transmitterを提供しています。この製品は信頼性と堅牢性が高く、再校正も必要ありません。センサは既存のフローコンピュータに直接接続します。この製品構成ではインターフェースユニットは不要で、圧力伝送器も温度伝送器 も必要ありません。

フレア流量測定では、温度、圧力、ガスマトリクス、流速など、測定環境によって条件が大きく異なります。そのためEndress+Hauserは、各測定点の測定環境を個別に評価し、最適なソリューションを提案します。評価後には、測定点ごとのフレアガスアプリケーション評価データシートをお客様に提供します。このサービスは世界各地で利用できます。