JP6263878B2 - グランドフレア - Google Patents

Description

本発明はグランドフレアに関する。

従来、可燃性排ガスを燃焼処理する処理装置として、オープンフレアやグランドフレアが知られている。
オープンフレアは、大気中に燃料を排出し、点火装置により可燃ガス（燃焼ガス）を燃焼させる装置であり、燃料の排出口は煙突（フレアスタック）の高い位置に配置される。したがって、燃焼用の空気は周囲からの自然吸気により供給されるので、空気送風装置が不要であり、コストが安くなる。しかし、火炎が曝露状態にあるため、周囲への輻射による火災発生、火炎の燃焼音による騒音、火炎が目視できることによる景観不調和の問題がある。

一方、グランドフレアは、煙突の下端を開放し、煙突の下端部に可燃性ガス燃焼用のバーナを設置するとともに、煙突下端部の周囲を風防で囲っている（たとえば、特許文献１参照）。このようなグランドフレアは、火炎が煙突や風防に囲まれて外部から見えないことや、燃焼騒音が煙突により低減されるなどの点でオープンフレアに比べ有利になっている。したがって、グランドフレアは、例えばＬＮＧタンクにおいて定期修理のためプラントを停止する際や、地震発生時などにプラントが停止した際に、タンク内のボイルオフガス（ＢＯＧ）を安全に燃焼処理するために用いられている。

また、このようなグランドフレアでは、地中に埋設したコンクリート製の基礎（直接基礎）の上に煙突を形成し、バーナを基礎上に立てて配置するとともに、煙突内の基礎上に耐熱材として砂利を敷き詰め、この砂利層をバーナの下端側の周囲に配している。このような砂利層により、バーナ運転時における火炎からの輻射熱等が、コンクリート製の基礎の表面に直接的に伝わるのを防止している。

特開２００９−１９８０９２号公報

しかしながら、前記砂利層だけではバーナ運転時における火炎からの輻射熱等を充分に遮断することができず、火炎からの熱がコンクリート製の基礎に伝わることでコンクリートが高温になってしまうことがある。すると、コンクリート製基礎は膨張してひび割れを生じてしまい、強度が大幅に低下してしまうおそれがある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バーナ運転時における火炎からの輻射熱等を良好に遮断し、コンクリート製基礎が膨張してひび割れを起こすのを防止した、グランドフレアを提供することにある。

本発明のグランドフレアは、煙突と、該煙突の下端部に配設されたバーナと、該バーナの下方に設けられたコンクリート製の基礎と、前記煙突の下端部及び前記バーナを囲って配置された風防と、を備えたグランドフレアにおいて、前記基礎の上方でかつ前記バーナの周囲に耐熱材を配置するとともに、該耐熱材を柱状の支持材で支持することにより、前記基礎と前記耐熱材との間に空気の流路を形成したことを特徴とする。

また、前記グランドフレアにおいては、前記耐熱材を耐熱板上に配置し、該耐熱板を介して前記支持材で前記耐熱材を前記基礎の上方に支持し、前記耐熱板と前記基礎との間に前記空気の流路を形成することが好ましい。
また、前記グランドフレアにおいて、前記耐熱板は、前記風防の下側に配置されてなる浮き基礎であることが好ましい。

また、前記グランドフレアにおいては、前記支持材が前記風防内に配置されていることが好ましい。
その場合に、前記耐熱材が板状に形成され、かつ、前記風防の内面から離間して配置されており、前記板状の耐熱材の底面は、前記風防の内面側から前記風防の中心側に向かうに連れて下から上に向かう傾斜面を有していることが好ましい。

本発明のグランドフレアによれば、バーナの周囲に耐熱材を配置するとともに、該耐熱材を柱状の支持材で支持することにより、基礎と耐熱材との間に空気の流路を形成しているので、バーナ運転時における火炎からの輻射熱を耐熱材によってある程度遮断することができ、さらに耐熱材によって遮断しきれなかった熱を、基礎と耐熱材との間の流路を流れる空気中に放出することができる。これにより、バーナ運転時における火炎からの輻射熱等を耐熱材と流路とによって良好に遮断し、輻射熱等を受けることでコンクリート製基礎が膨張してひび割れを起こし、強度が低下するのを防止することができる。

本発明のグランドフレアの第１実施形態を示す側断面図である。 バーナの配置を模式的に示すグランドフレアの要部平面図である。 本発明のグランドフレアの第２実施形態を示す側断面図である。 バーナの配置を模式的に示すグランドフレアの要部平面図である。

以下、図面を参照して本発明のグランドフレアを詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
図１は、本発明のグランドフレアの第１実施形態を示す側断面図であり、図１中符号１はグランドフレアである。このグランドフレア１は、例えばＬＮＧプラントにおいてＬＮＧタンクに配管を介して接続され、定期修理のためプラントを停止する際や、地震発生時などにプラントが停止した際に、ＬＮＧタンク内のボイルオフガス（ＢＯＧ）を安全に燃焼処理するために用いられる。

このグランドフレア１は、基礎３０と、円筒状の煙突（スタック）２と、該煙突２内の下端部に配設された複数のバーナ３と、煙突２の下端部及びバーナ３を囲って配置された円筒状の風防４とを備え、基礎３０上に煙突２、バーナ３、風防４を配設している。基礎３０は、地中（地表）に構築されたコンクリート製のものである。

この基礎３０上には、柱状の支持材３１が複数本立設されており、これら支持材３１はその上端で耐熱板３２を支持している。支持材３１は、耐熱板３２を支持することにより、基礎３０と耐熱板３２との間に空気の流路３３を形成するもので、流路３３が所望の冷却効果（放熱効果）を発揮できるように流路３３の高さを適正にすべく、適宜な高さに形成されている。これら支持材３１は、伝熱し難い材料、例えばコンクリートによって形成されている。なお、金属であっても、所定の強度を有する範囲で、伝熱し難いように細くして用いることができる。

耐熱板３２は、耐熱性コンクリートや金属等の耐熱性材料が板状に成形されたもので、本実施形態では鋼板などの金属板によって形成されている。この耐熱板３２は、本実施形態では風防４の下側に配設されており、煙突２とバーナ３と風防４とを直接支持している。このような構成によって耐熱板３２は、地表より浮いた状態で煙突２等の構造物を支持する、浮き基礎として機能している。

煙突２は、耐熱板３２上に形成配置されたもので、バーナ３によって形成される火炎を囲ってこれが外部から視認できないよう、バーナ３の高さより充分に高い高さ（例えば１０ｍ〜３０ｍ程度）に形成されている。また、その下端部には、外側の空気を煙突２内に導入するための空気導入口５が、煙突２の周方向に沿って複数形成されている。

風防４は、煙突２とほぼ同心円状に形成されたもので、煙突２の空気導入口５の側方を確実に覆うことができるよう、空気導入口５の形成位置より充分に高い高さに形成されている。このような高さに形成されることにより、空気導入口５内のバーナ３が外部から見えず、また、風防４の外側を流れる風の影響がバーナ３に直接的に及び、バーナ３での燃焼が不安定になるのが防止されている。

バーナ３は、煙突２内の下端部で、前記基礎３０上に配置されたもので、グランドフレア１の要部平面図である図２に示すように、本実施形態では７つ設けられている。これら７つのバーナ３は、第１ステージから第３ステージまでグループ分けされており、第１ステージを構成する１つのバーナ３ａは、煙突２のほぼ中心に配置されている。また、第２ステージを構成する３つのバーナ３ｂは、バーナ３ａの一方の側に配置されており、第３ステージを構成する３つのバーナ３ｃは、バーナ３ａの他方の側に配置されている。

これらバーナ３（３ａ、３ｂ、３ｃ）は、ＬＮＧタンク（図示せず）に接続してこのタンク内で生じているＢＯＧ（燃焼ガス）を排出するための供給管（燃焼ガス供給源）６に接続している。供給管６には、第１分岐管６ａ、第２分岐管６ｂ、第３分岐管６ｃがそれぞれ接続されており、第１分岐管６ａには第１ステージのバーナ３ａが接続され、第２分岐管６ｂには第２ステージの３つのバーナ３ｂが接続され、第３分岐管６ｃには第３ステージの３つのバーナ３ｃが接続されている。

供給管６には、第１制御弁７が設けられている。また、第２分岐管６ｂには第２制御弁８が、第３分岐管６ｃには第３制御弁９がそれぞれ設けられている。第１制御弁７は、定常時には閉じられており、定期修理時や地震発生時などでプラントを停止する際に、ＬＮＧタンク内のＢＯＧをグランドフレア１側に排気するために開くように設定されている。第２制御弁８は、第１制御弁７が開かれて第１ステージのバーナ３ａのみでＢＯＧの燃焼処理が行われるまでは閉じられるが、ＬＮＧタンク側からのＢＯＧの排出量が多くなり、第１ステージのバーナ３ａで処理しきれなくなった際に開かれるように設定されている。これにより、ＢＯＧの排出量が多くなって第１ステージのバーナ３ａで処理しきれなくなった際、第２ステージのバーナ３ｂでもＢＯＧの燃焼処理が行われるようになっている。

また、第３制御弁９は、第２制御弁８も開かれて第１ステージのバーナ３ａ、第２ステージのバーナ３ｂでそれぞれＢＯＧの燃焼処理が行われるまでは閉じられるが、ＬＮＧタンク側からのＢＯＧの排出量がさらに多くなり、第１ステージ、第２ステージのバーナ３ａ、３ｂで処理しきれなくなった際に開かれるように設定されている。これにより、ＢＯＧの排出量がさらに多くなって第１ステージ、第２ステージのバーナ３ａ、３ｂで処理しきれなくなった際、第３ステージのバーナ３ｃでもＢＯＧの燃焼処理が行われるようになっている。

図２に示すように第１ステージのバーナ３ａの近傍には、パイロットバーナ１０が配設されており、このパイロットバーナ１０によって第１ステージのバーナ３ａが着火されるようになっている。また、第１ステージのバーナ３ａは、第２ステージのバーナ３ｂ、第３ステージのバーナ３ｃに対して助燃バーナとして機能し、これら第２ステージのバーナ３ｂや第３ステージのバーナ３ｃに対して燃え移らせ、着火するようになっている。

このような構成からなるバーナ３の周囲には、図１に示すように砂利３４ａが敷き詰められている。砂利３４ａは、本発明における耐熱材となるもので、輻射熱を吸収することなく反射し易いように、白色系のものが選別され、用いられる。そして、砂利３４ａは、煙突２内を含む風防４内にて前記耐熱板３２上に敷き詰められ、これによってバーナ３の下端側の周囲に配置されている。このように耐熱板３２上に敷き詰められることで、砂利３４ａは支持材３１によって間接的に支持され、これによって砂利層３４（砂利３４ａ）と基礎３０との間に空気の流路３３を形成している。すなわち、砂利３４ａは、耐熱板３２を介して支持材３１により基礎３０の上方に支持されている。なお、このようにして敷き詰められた砂利３４ａからなる砂利層３４は、その層高が例えば１００ｍｍ〜数百ｍｍ程度に形成される。

このような構成のグランドフレア１にあっては、定期修理のためプラントを停止する際や、地震発生時などにＬＮＧプラントが停止した際、第１制御弁７が開かれることによってＬＮＧタンク内のＢＯＧが第１ステージのバーナ３ａに供給される。そして、パイロットバーナ１０によって着火されることにより、バーナ３ａから排気されたＢＯＧは燃焼し、図１に示すように火炎Ｆを形成する。また、ＬＮＧタンク内から供給されるＢＯＧが多くなると、第２制御弁８、第３制御弁９がこの順に開かれ、第２ステージのバーナ３ｂ、第３ステージのバーナ３ｃにＢＯＧが順次供給され、燃焼に供される。

その際、スタンドパイプ１１を通って各バーナベーン１２に流入したＢＯＧは、バーナベーン１２内に設けられた整流板１６、１６によって流速が均一になるように整流され、したがって開口１５からほぼ均一に排出される。そして、開口１５から排出されたＢＯＧは、その直上に位置する保炎板１３に衝突してその両側に回り込み、これによってバーナベーン１２、１２間を流れて上昇してきた空気と混合される。これにより、ＢＯＧは前記したように着火して燃焼し、火炎Ｆを形成する。

このようにしてＢＯＧが燃焼され、火炎Ｆが形成されると、火炎Ｆは数百℃程度になることから、その輻射熱が大きくなる。この輻射熱やバーナ３を介しての伝導による熱は、一部が砂利層３４で反射され、他の一部が砂利層３４で吸収されるものの、残りのほとんどは図１中に破線の矢印で示すように耐熱板３２に到達し、この耐熱板３２を伝わって流路３３に到達する。

流路３３には、図１中に実線の矢印で示すように、耐熱板３２の外側から外気（空気）が流入する。流路３３では、前記したように輻射熱等によって耐熱板３２が加熱され、さらに耐熱板３２から熱伝導によって流路３３内に放熱されているため、上昇気流が生じているとともに、空気の熱膨張に伴って内側から外側への流れが生じている。したがって、流路３３内に流入した外気は、図１中に実線の矢印で示すように基礎３０側（下側）を流れて耐熱板３２の中央部側に向かい、耐熱板３２側からの熱を受けて上昇し、その後耐熱板３２側（上側）を流れて流路３３の外に流出する。このような過程において、空気（外気）が流路３３内および耐熱板３２を冷却することにより、基礎３０の過熱が抑えられる。

本実施形態のグランドフレア１にあっては、バーナ３の周囲に砂利３４ａを配置するとともに、耐熱板３２を介して砂利３４ａを柱状の支持材３１で支持し、基礎３０と耐熱板３２（砂利３４ａ）との間に空気の流路３３を形成しているので、バーナ運転時における火炎Ｆからの輻射熱を砂利層３４（砂利３４ａ）によってある程度遮断することができ、さらに砂利層３４（砂利３４ａ）によって遮断しきれなかった熱を、基礎３０と耐熱板３２との間の流路３３を流れる空気中に放出することができる。これにより、バーナ運転時における火炎Ｆからの輻射熱等を砂利層３４（砂利３４ａ）と流路３３とによって良好に遮断し、輻射熱等を受けることでコンクリート製の基礎３０が過熱されて膨張し、ひび割れを起こして強度が低下するのを防止することができる。

また、砂利層３４（砂利３４ａ）を耐熱板３２上に配置し、該耐熱板３２を介して支持材３１で砂利層３４（砂利３４ａ）を基礎３０の上方に支持しているので、耐熱材としての砂利３４ａを耐熱板３２によって安定した状態に保持することができる。また、耐熱板３２も砂利層３４（砂利３４ａ）とともに火炎Ｆからの輻射熱等を遮断するように機能するため、基礎３０のひび割れをより確実に抑え、基礎３０の強度低下を防止することができる。

また、耐熱板３２を、風防４の下側に配置して浮き基礎として機能させているので、煙突２等の構造物を基礎３０から流路３３を介して配置しているにもかかわらず、煙突２等の構造物を浮き基礎としての耐熱板３２によって安定した状態に支持することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明のグランドフレアの第２実施形態を示す側断面図である。図３に示すグランドフレア４０が図１に示したグランドフレア１と主に異なるところは、浮き基礎構造を採用することなく、通常のコンクリート製基礎３０上に煙突２等の構造物を直接配置した点と、耐熱材として砂利３４ａを用いることなく、金属、レンガ、コンクリート等からなる板状の耐熱材４１を用いている点である。

すなわち、耐熱材４１としては、ステンレス板、鋼板などの金属板や耐熱性のコンクリート板、レンガによる板状体などが用いられる。本実施形態では、火炎Ｆの輻射熱をより良好に反射し、遮断できるように、ステンレス板などの銀灰色系の金属板が用いられる。この耐熱材４１は、複数の支持材４２によって基礎３０上に配置されている。すなわち、基礎３０の上方にてバーナ３の下端側の周囲に配置されている。

このような耐熱材４１は、単一の板体によって形成され、あるいは複数の板体によって形成されている。複数の板体によって形成される場合には、各板体が互いに接続されて板体間に隙間が生じないように一体化されているのが好ましい。ただし、耐熱材４１には、図３、およびグランドフレア４０の要部平面図である図４に示すように、スタンドパイプ１１を通すための貫通孔４３が形成されている。貫通孔４３は、輻射熱を遮断するためにはスタンドパイプ１１の外径に近い内径であるのが好ましいものの、空気を通りぬけさせてＢＯＧの燃焼に供するためには、ある程度大きい内径であるのが好ましい。したがって、予め計算やシミュレーション等に基づいて貫通孔４３の内径を設計し、形成する。

また、この耐熱材４１は、風防４の内面から離間して、煙突２内に配置されている。これにより、風防４の外から煙突２内に流入した外気は、図３中に矢印で示すように空気導入口５を通過してその一部が耐熱材４１上を通り、耐熱材４１を冷却しつつ上昇して燃焼に供される。また、残部は、耐熱材４１の下を通り、さらに前記貫通孔４３を通り抜けて上昇し、燃焼に供される。

すなわち、耐熱材４１は支持材４２に支持されて基礎３０の上方に配置されていることから、基礎３０と板状の耐熱材４１との間には空気の流路４４が形成されている。ここで、前記した板状の耐熱材４１は、その底面が、風防４の内面側から煙突２の中心側に向かうに連れて下から上に向かって傾斜する傾斜面に形成されている。

したがって、前記したように空気導入口５を通過して流入した外気は、耐熱材４１の下側に流入すると、傾斜面の傾斜に沿って中央側に流れやすくなっており、これによって各貫通孔４３に案内されて該貫通孔４３を通り抜け、上昇して燃焼に供されるようになる。その際、外気は流路４４を流れることで耐熱材４１から伝わる熱を吸収して耐熱材４１を冷却するとともに、基礎３０を冷却する。また、貫通孔４３を通り抜けて上昇する外気は、火炎Ｆからの輻射熱を受けて加熱され、したがって逆に火炎Ｆからの輻射熱も冷却するように機能する。

よって、本実施形態のグランドフレア４０にあっては、バーナ３の周囲に耐熱材４１を配置するとともに、該耐熱材４１を支持材４２で支持し、基礎３０と耐熱材４１との間に空気の流路４４を形成しているので、バーナ運転時における火炎Ｆからの輻射熱を耐熱材４１によってある程度遮断することができ、さらに耐熱材４１によって遮断しきれなかった熱を、基礎３０と耐熱材４１との間の流路４４を流れる空気中に放出することができる。これにより、バーナ運転時における火炎Ｆからの輻射熱等を耐熱材４１と流路４４とによって良好に遮断し、輻射熱等を受けることでコンクリート製の基礎３０が過熱されて膨張し、ひび割れを起こして強度が低下するのを防止することができる。

また、耐熱材４１に貫通孔４３を形成し、流路４４に流入した外気を該貫通孔４３から上昇させて燃焼に供しているので、このように貫通孔４３を通り抜けて上昇する外気によっても、火炎Ｆからの輻射熱も冷却することができる。
また、支持材４２を風防４内に配置し、したがって基礎３０上に直接支持材４２を配置するので、例えば既存のグランドフレアに対しても本実施形態の構造を容易に適用することができる。

また、板状の耐熱材４１の底面を、風防４の内面側から風防４の中心側に向かうに連れて下から上に向かう傾斜面としているので、流路４４に流入した外気を、傾斜面の傾斜に沿って中央側に案内して各貫通孔４３を通り抜けやすくすることができる。したがって、流路４４中にて容易に対流を起こしやすくすることにより、コンクリート製の基礎３０の過熱を良好に防止することができる。

なお、耐熱材４１の底面の傾斜については、各貫通孔４３毎に、その周辺部が貫通孔４３を中心にして円錐台形状に傾斜しているのが好ましい。すなわち、貫通孔４３に向かうに連れて、下から上に向かう傾斜面を有しているのが好ましい。このように形成することで、貫通孔４３のそれぞれに外気を案内することができる。
また、前記第２実施形態では耐熱材４１を煙突２内に配置しているが、風防４内であれば煙突２の外側にまで延ばして配置してもよい。煙突２の外側にまで延ばすことにより、基礎３０の表面をより広く覆うことができ、したがって輻射熱による影響を抑制することができる。
さらに、耐熱材４１をレンガで形成する場合、支持材４２をレンガで形成し、したがってレンガを積み上げることで支持材４２、耐熱材４１を一体的に形成してもよい。

なお、本発明は前記第１実施形態、第２実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では本発明のグランドフレアを、ＬＮＧプラントにおいて非定常時にＬＮＧタンクから排出されるＢＯＧを燃焼するグランドフレアに適用した場合について説明したが、他に例えば、石油精製工業、石油化学工業、製鉄工業などにおける各種プラントから放出される処理ガス（燃焼ガス）を燃焼処理するグランドフレアにも適用可能である。

また、バーナの構造や設置するバーナの数、一つのバーナにおけるバーナベーンの数、バーナベーン内に配置する整流板の数などは、燃焼ガスの処理量等に応じて適宜に設定される。

１…グランドフレア、２…煙突、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…バーナ、４…風防、１２…バーナベーン、１３…保炎板、３０…基礎、３１…支持材、３２…耐熱板（浮き基礎）、３３ …流路、３４…砂利層、３４ａ…砂利（耐熱材）、４０…グランドフレア、４１…耐熱材、４２…支持材、４３…貫通孔、４４…流路

Claims (5)

1. 煙突と、該煙突の下端部に配設されたバーナと、該バーナの下方に設けられたコンクリート製の基礎と、前記煙突の下端部及び前記バーナを囲って配置された風防と、を備えたグランドフレアにおいて、
   前記基礎の上方でかつ前記バーナの周囲に耐熱材を配置するとともに、該耐熱材を柱状の支持材で支持することにより、前記基礎と前記耐熱材との間に空気の流路を形成したことを特徴とするグランドフレア。
2. 前記耐熱材を耐熱板上に配置し、該耐熱板を介して前記支持材で前記耐熱材を前記基礎の上方に支持し、前記耐熱板と前記基礎との間に前記空気の流路を形成したことを特徴とする請求項１記載のグランドフレア。
3. 前記耐熱板は、前記風防の下側に配置されてなる浮き基礎であることを特徴とする請求項２に記載のグランドフレア。
4. 前記支持材が前記風防内に配置されていることを特徴とする請求項１記載のグランドフレア。
5. 前記耐熱材が板状に形成され、かつ、前記風防の内面から離間して配置されており、
   前記板状の耐熱材の底面は、前記風防の内面側から前記風防の中心側に向かうに連れて下から上に向かう傾斜面を有していることを特徴とする請求項４記載のグランドフレア。
   
   

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