JP2006510861A - 導管内の振動減少方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス-液体混合物が中を流れ且つ一定のぬれ表面積を有する導管内の振動を減少させる方法であって、導管の長さの少なくとも一部にわたって導管にインサートを設けることにより、導管の少なくとも一部のぬれ表面積を少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍、さらに好ましくは少なくとも１２倍に拡大する前記方法に関する。本発明はまた、ガス-液体接触塔の原材料入口に至る垂直な原材料供給導管であって、該ガス-液体接触塔は、ガス出口、液体出口及び原材料入口を備え、前記垂直な原材料供給導管は、振動減少インサートを備え、該インサートによって、導管のぬれ表面積が、上述のように拡大される前記垂直な原材料供給導管に関する。

Description

本発明は、振動減少インサートにより導管内の振動を減少させる方法に関する。
本発明はまた、振動減少インサートを含む導管に関する。

ガス-液体混合物が流れる導管内での振動、特に激しくて突然で且つ／又は不規則な振動は、生産の減少、計画されていないメンテナンス並びに潜在的な環境上及び安全上の危険を生じる重大な問題を引き起こしかねない。

特に、ガス処理プラントの垂直な原材料供給導管の振動、又はガス-液体混合物を含んだ液化天然ガス（ＬＮＧ）の輸送用の水平なパイプラインにおける振動は、深刻な問題である。これらの振動は、一般に垂直な原材料供給導管又は水平なパイプライン内のガス-液体混合物中の不安定なフロー型(flow regime)により生じ、ラインサポートの損傷や配管継手の疲労を生じさせる場合がある。したがって、特にこのような導管がガス処理プラント若しくはＬＮＧプラント内にあり、又はＬＮＧの輸送用のパイプラインの一部である場合には、特に垂直な原材料供給導管又は水平な導管における導管内の振動を抑える又は取り除く方法が望まれる。

導管内の振動を抑える又は減じる方法は、当該技術において知られている。これらの方法は、振動減衰特性をもったライニング材料の使用、又は振動を減少又は抑制する外部若しくは内部手段の使用を伴う。ＵＳ４，０４５，０５７には、導管に沿って振動が伝わるのを防止するために導管中に挿入するのに適した振動障壁／構造的コネクタが記載されている。ＵＳ４，０４５，０５７に記載された振動障壁デバイスは、アスベストの充填されたゴムのものと比較して振動減衰特性をもった材料から構成された振動減衰体を備える。

ＵＳ４，０４５，０５７に記載の振動障壁デバイスの欠点は、振動減衰材料の使用が高価で扱いにくいことである。加えて、流体が流れることができる利用可能な空間が減ることもある。

そこで、特にガス-液体混合物が流れる垂直な原材料供給導管において、導管内の振動を減少させる相対的に簡単で安価な方法を見出した。本発明による方法は、利用可能なフロー空間を実質的に削減しない。
ＵＳ４，０４５，０５７

本発明の概要
ガス-液体混合物が中を流れ且つ一定のぬれ表面積を有する導管内、特に垂直な原材料供給導管内の振動を減少させる方法であって、導管の長さの少なくとも一部にわたって導管にインサートを設けることにより、導管の少なくとも一部のぬれ表面積を少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍、さらに好ましくは少なくとも１２倍に拡大する前記方法。

本発明の詳細な説明
ここでの振動とは、導管並びに／又は導管サポート及び／若しくは配管継手への損傷を与え得る振動である。特に水平又は垂直方向における、特に大きく、急で且つ／又は不規則な振動を考える。

ここで用いる「減少させる」なる語は、部分的又は大幅に抑制すること、又は完全に除去することをいう。

ここでいう垂直な原材料供給導管のぬれ表面積とは、導管中を流れるガス-液体混合物と接触している導管内側の表面積である。振動減少デバイスがない場合には、ぬれ表面積は導管の内壁の表面積に等しく、よって、導管と同じ長さと内径をもった円筒の表面積である。本発明の方法では、導管の少なくとも一部のぬれ表面積は、導管にその長さの少なくとも一部にわたって振動減少インサートを設けることにより拡大する。導管の少なくとも一部でのぬれ表面積の拡大は、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍、さらに好ましくは少なくとも１２倍である。ここでいうぬれ表面積の拡大とは、インサートのない導管のぬれ表面積に対する、振動減少デバイスを備えた導管のぬれ表面積の差である。

好ましくは、本発明による方法は、ガス-液体混合物の流速が２５ｍ／ｓまで、好ましくは０．２〜７ｍ／ｓ、さらに好ましくは０．５〜５ｍ／ｓ、最も好ましくは１〜３ｍ／ｓである垂直な原材料供給導管に適用される。一般に、好ましい流速では、導管、特に垂直な原材料供給導管内での振動のレベルは、許容可能なレベルとして考えられているものよりも高い。

使用される振動減少インサートの適切な長さは、特に、振動のレベル、導管の長さと内径、ガス-液体混合物の流速及び使用されるインサートの種類に依存する。好ましくは、本発明による方法では、振動減少インサートは、少なくとも導管の長さの１／５、さらに好ましくは少なくとも導管の長さの１／４にわたって延びる。長くても、インサートは導管の長さ全体にわたって延びる。

ガス-液体混合物中のガス量は、特に垂直な原材料供給導管における導管内での振動の発生と振動のレベルに影響を与える。一般に、ガスフラクションが０．１〜１５重量％の範囲のガス-液体混合物では、振動のレベルは、許容レベルを超えている。このガスフラクションは、ガス-液体混合物中でのガスの重量パーセントとして表される。好ましくは、本発明による方法は、ガスフラクションが０．５〜１０重量％、さらに好ましくは１〜５重量％であるガス-液体混合物に用いられる。その振動のレベルがこれらの混合物中ではより高いからである。

好ましい方法では、振動減少インサートは、垂直な原材料供給導管の下流端に配置される。一般に、振動のレベルは、垂直な原材料供給導管の底部の上流端よりも該導管の頂部の下流端の方が大きい。ここでいう下流なる用語は、ガス-液体混合物が流れて向かう導管部分をいう。本発明による方法は、再生器を備えたガス処理プラントにおける垂直な原材料供給導管に適切に適用できる。ガス処理プラントでは、特に、再生器の入口に至るガス-液体混合物を含んだ垂直な原材料供給導管内で振動が生じ得る。本発明による方法により、この垂直な原材料供給導管内の振動を減少させることができる。

適切な振動減少インサートは、導管の内側に配置し固定できる細長のデバイスであり、このデバイスは、流れに利用可能な領域を実質的に減じることなく追加の内壁表面積を付与することにより、導管のぬれ表面積を増大させる。自由な流れ領域は、好ましくは１５％未満、さらに好ましくは１０％未満、さらに好ましくは５％未満削減される。ここでいう流れに利用可能な領域とは、ガス-液体混合物が自由に流通できる導管内の領域である。

本発明による方法に適した振動減少インサートは、プレート若しくは長方形構造若しくは正方形構造若しくはハニカム構造のアセンブリ、又は同じ軸に沿って整列した細長い開口管のアセンブリから構成できる。垂直な導管内では、管又は長方形若しくは正方形構造が垂直な軸に沿って整列する。水平な導管内では、管又は長方形若しくは正方形構造が水平な軸に沿って整列する。垂直な軸に沿って整列した細長い開口管のアセンブリからなるインサートが好ましい。開口管の間の間隙空間によって、独立したチャネルが形成されるので、ぬれぶちの僅かな増加で十分であると考えられる。これらの管の直径は同じにしても異ならせてもよい。好ましくは、管の直径は同じである。別の好ましいインサートは、開口した細長い長方形又は正方形構造のアセンブリからなるインサートである。これらの長方形又は正方形構造は詰めるのが容易だからである。アセンブリにおける長方形又は正方形構造は、すべて同じ幅の比率としてもよいし、異なる幅の比率としてもよい。

導管の少なくとも一部のぬれ表面積を少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍に拡大するためには、開口管の直径に対する導管の直径の比は、２０：１〜４：１、好ましくは１８：１〜８：１、さらに好ましくは１６：１〜１０：１の範囲とするのが適切である。開口管の長さは、同じでも違っていてもよい。好ましくは、開口管の長さは同じである。適切には、導管の長さに対する開口管の長さの比は、少なくとも１：５、好ましくは少なくとも１：４である。

本発明による方法は、ガス-液体混合物が流れるどんな導管でも適用できる。本方法は、ガス処理プラントにおいてガス-液体系が流れる導管に特に適する。本方法はまた、ガス-液体系が流れるＬＮＧプラントのそれらの導管に適用するのに適する。典型的なＬＮＧプラントでは、天然ガスを含んだ系が、液化される前に予備冷却装置に送られる。「天然ガス」なる用語は、広く多様な組成からなる地下の蓄積物から製造されたガスをいう。炭化水素は別にして、一般に天然ガスは、窒素、二酸化炭素及びしばしば少量の硫化水素を含む。主な炭化水素は、メタン、すなわち、炭化水素のパラフィン系列のうち最も軽く沸点の最も低い要素である。他の成分は、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどである。特に、ＬＮＧプラントの予備冷却セクションでは、ガス-液体系が存在し得る。というのは、天然ガスの一部は液化するが、一部はガス相のままであるからである。一般に、ＬＮＧプラントの予備冷却装置においては、天然ガスを含んだ系は、１０℃〜-７０℃、好ましくは-３０℃〜-５０℃の範囲の温度に冷却される。

本発明はさらに、振動減少インサートを含む垂直な原材料供給導管に関する。
本発明による垂直な原材料供給導管は、ガス-液体接触塔の原材料入口に至る。このガス-液体接触塔は、ガス出口、液体出口及び原材料入口を備える。

好ましくは、ガス出口は塔の上端に配置され、液体出口は塔の底端部に配置され、垂直な原材料供給導管は上方向に原材料入口まで延びる。

一般に、振動レベルは、原材料入口に向かって配置される垂直な原材料供給導管の下流端ほど大きい。したがって、インサートは、垂直な原材料供給導管の上部の下流端に配置される、すなわち、垂直な原材料供給導管がガス-液体塔の原材料入口に至る場所の近くに又は近接して配置されるのが好ましい。

一般に、垂直な原材料供給導管の内径は、２インチ（５．０８ｃｍ）〜５０インチ（１２７ｃｍ）、又は４インチ（１０．１６ｃｍ）〜４０インチ（１０１．６ｃｍ）、又は５インチ（１２．７ｃｍ）〜３５インチ（８８．９ｃｍ）の範囲にある。
一般に、垂直な原材料供給導管の長さは、５〜４０ｍ、好ましくは１０〜３０ｍの範囲にある。
ガス-液体接触塔の例として、ガス処理プロセスで用いられる蒸留塔又は再生器塔が挙げられる。

典型的なガス処理プロセスでは、例えば酸性のガス状化合物又は他のガス状化合物を含んだガス流が、吸収器塔に送られる。吸収器塔内では、ガス流が液体と接触させられ酸性化合物又は他のガス状化合物を吸収する。この液体は、随意に物理的溶剤を含んだアミン水溶液とし得る。この物理的溶剤は好ましくはスルホランである。

吸収器は、好ましくはトレイ又はパッキング（例えばランダムな又は構造化されたパッキング）などの内蔵物を含む。吸収器塔内の圧力は、相対的に高く、一般的な動作圧力は、２０〜１２０ｂａｒａ、好ましくは４０〜８０ｂａｒａの範囲である。吸収器塔内の温度は、相対的に低く、一般に３０〜９０℃、好ましくは４０〜８０℃の範囲にある。吸収器塔は、頂部にガス出口を備え、清浄化されたガス、すなわち、酸性ガス状化合物又は他のガス状化合物が吸収されたガスが、そのガス出口を通って塔から出ていく。

吸収されたガス状酸性化合物又は他のガス状化合物を含む吸収器塔内のガス-液体混合物は、脂肪溶剤という。この脂肪溶剤は、吸収器塔の下端部にて吸収器塔から除去される。一般に、この脂肪溶剤は、フラッシュ容器に送られる。このフラッシュ容器は、吸収器塔よりも低い動作圧力をもち、一般に２．５〜１５ｂａｒａ、好ましくは４〜１０ｂａｒａの範囲にある。

次に、フラッシュ容器を出た脂肪溶剤は、実質的に水平な導管を通って熱交換器を介して吸収器レベル制御バルブに送られる。このバルブから、脂肪溶剤を含んだ水平な導管は、垂直な原材料供給導管に連結されている。

垂直な原材料供給導管は、再生器塔の原材料入口に至る。再生器塔では、脂肪溶剤から酸性及び他のガス状化合物が除去され、溶剤が再生される。再生器塔はガス出口、液体出口及び原材料入口を備える。ガス出口は、再生器塔の頂部に配置され、ガスを放出する。液体出口は、再生器塔の底部に配置される。液体出口から、再生された溶剤が導管を介して吸収器塔に送られる。再生器塔は、好ましくは、トレイ又はパッキング（例えばランダムな又は構造化されたパッキング）などの内蔵物を含む。再生器塔内の圧力は、相対的に低く、一般的な動作圧力は、２〜４ｂａｒａの範囲にある。再生器塔内の温度は、相対的に高く、一般に１００〜１４０℃の範囲にある。

垂直な原材料供給導管内では、脂肪溶剤からガスロックを形成して不安定なフロー型を生じ得る。これらのガスロックの形成を上記バルブが低減させるが、十分には防げない。

一般に、垂直な原材料供給導管内の脂肪溶剤の流速は、２５ｍ／ｓより小、適切には０．２〜７ｍ／ｓ、好ましくは０．５〜５ｍ／ｓ、さらに好ましくは１〜３ｍ／ｓの範囲に保たれる。

不安定なフロー型により、垂直な原材料供給導管が振動する。垂直な原材料供給導管の振動の程度は、導管サポートの損傷や配管継手の疲労が生じ得る程度である。

一般に、脂肪溶剤の重量に対するガス重量として計算して、１０％ガスまで、適切には約１〜９％ガス、好ましくは２〜８％ガスのガス含有量の脂肪溶剤で振動が起こる。ガス含有量が１％〜５％、好ましくは１．５〜２．５％の脂肪溶剤では、通常は振動はもっと激しい。

垂直な導管、特に垂直な原材料供給導管の振動の問題に対する可能な解決策は、特に垂直な原材料供給導管の場合には、垂直な導管の上端に吸収器レベル制御バルブを設けることである。この解決策の欠点は、バルブを高所に据えるので、特に垂直な原材料供給導管の長さ及びバルブの重量を考えると、メンテナンスや建設や支持の点で扱いにくいことである。一般に、この垂直な原材料導管の長さは、５〜４０ｍ、好ましくは１０〜３０ｍの範囲にある。

垂直な原材料供給導管の振動の問題に対する別の可能な解決策は、再生器入口に制限オリフィスを設けることである。これは、許容できない振動を経験した垂直な原材料供給導管において試みられてきた。この解決策の深刻な欠点は、垂直な原材料供給導管内の振動は減少したが、再生器入口のちょっと前までに高速度の流れに成長したことである。この高速度の流れにより、入口デバイスに深刻な損傷が生じた。本発明による振動減少インサートを使用する方法は、入口を損傷することなく振動問題に対する解決策を提供する。

例１（比較のため）
上述したように許容できない振動レベルを伴うガス処理プラントの垂直な原材料供給導管において、再生器入口に制限オリフィスを配置した。垂直な原材料供給導管内の振動は許容レベルまで下がったが、再生器入口のちょっと前までに高速度の流れに成長した。この高速度の流れが、入口デバイスに深刻な損傷をもたらした。

例２（本発明による）
例１に記載した垂直な原材料供給導管内に、振動減少デバイスを配置し固定した。振動減少デバイスは、細長い開口管のアセンブリから構成した。導管の比に対する開口管の比は、８：１であった。ぬれ表面積は７．５倍拡大した。導管の振動は、比較例と同じ許容レベルに下がり、入口デバイスの損傷は生じなかった。

Claims (16)

1. ガス-液体混合物が中を流れ且つ一定のぬれ表面積を有する導管内の振動を減少させる方法であって、導管の長さの少なくとも一部にわたって導管にインサートを設けることにより、導管の少なくとも一部のぬれ表面積を少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍、さらに好ましくは少なくとも１２倍に拡大する前記方法。
2. 前記導管が垂直な原材料供給導管である、請求項１に記載の方法。
3. 前記インサートが少なくとも導管の長さの５分の１、好ましくは少なくとも導管の長さの４分の１にわたって延びる、請求項１又は２に記載の方法。
4. ガス-液体混合物の表面の流速が、０．２〜７ｍ／ｓ、好ましくは０．５〜５ｍ／ｓ、さらに好ましくは１〜３ｍ／ｓの範囲にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ガスフラクションが、０．１〜１５重量％、好ましくは０．５〜１０重量％、さらに好ましくは１〜５重量％の範囲にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記インサートが細長い開口管のアセンブリからなるデバイスである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記開口管の直径に対する導管の直径の比が、２０：１〜４：１、好ましくは１８：１〜８：１、さらに好ましくは１６：１〜１０：１の範囲にある、請求項６に記載の方法。
8. 垂直な原材料供給導管がガス処理プラントの再生器入口に至る、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記インサートを導管の上部の下流端に配置する、請求項８に記載の方法。
10. ガス-液体接触塔の原材料入口に至る垂直な原材料供給導管であって、該ガス-液体接触塔は、ガス出口、液体出口及び原材料入口を備え、前記垂直な原材料供給導管は、振動減少インサートを備え、該インサートによって、導管の少なくとも一部のぬれ表面積が、少なくとも２倍、好ましくは少なくとも６倍、さらに好ましくは少なくとも１２倍に拡大される前記垂直な原材料供給導管。
11. 前記ガス出口が前記塔の上端に位置し、前記液体出口が前記塔の底端部に位置し、垂直な原材料供給導管が上方向に原材料入口まで延びる、請求項１０に記載の垂直な原材料供給導管。
12. 前記振動減少インサートが垂直な原材料供給導管の上部の下流端に配置される、請求項１０又は１１に記載の垂直な原材料供給導管。
13. 導管の内径が、１インチ（２．５４ｃｍ）〜６０インチ（１５２．４ｃｍ）、好ましくは２インチ（５．０８ｃｍ）〜５０インチ（１２７ｃｍ）、さらに好ましくは４インチ（１０．１６ｃｍ）〜４０インチ（１０１．６ｃｍ）、最も好ましくは５インチ（１２．７ｃｍ）〜３５インチ（８８．９ｃｍ）の範囲にある、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の垂直な原材料供給導管。
14. 導管の長さが５〜４０ｍ、好ましくは１０〜３０ｍの範囲にある、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の垂直な原材料供給導管。
15. 振動減少内部インサートが、細長い開口管のアセンブリからなるデバイス、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の垂直な原材料供給導管。
16. 前記開口管の直径に対する導管の直径の比が、２０：１〜４：１、好ましくは１８：１〜８：１、さらに好ましくは１６：１〜１０：１の範囲にある、請求項１５に記載の垂直な原材料供給導管。