JPH10311522A - フレアスタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のフレアスタックでは、圧力損失を許容
値内に抑えるには大口径化しなければならないため、小
口径化できるフレアスタックを提供する。 【解決手段】 フレアバーナ３内の内壁面に沿ってその
内径が上方に向かうにつれしだいに小径となる環状邪魔
板４を設け、この邪魔板４の上端面に沿ってヘッダー管
５を設け、このヘッダー管５の孔部５ａから蒸気Ａを上
方へ向けて噴射することにより円筒部３ｂ内への空気の
侵入を阻止できることから、被処理ガスをフレアスタッ
ク１内部で上下方向に迂回させない構造となっているた
め、圧力損失を抑えることができ、これによりフレアス
タック１を小口径化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば石油精
製、石油化学工場等において設置されるフレアスタック
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油精製、石油化学工場等の化学装置に
おいては、プロセス上不要な排ガスが発生するととも
に、安全弁などからもガスが放出される。このようなガ
スは、通常フレアスタック（燃焼放散筒）によって高所
において安全に燃焼処理されている。

【０００３】従来、上記フレアスタック３０は、図７に
示すように、地面上に設置されたスタック筒身３１と、
このスタック筒身３１の上部に設けられた筒状の逆火防
止装置（モレキュラーシール）３２と、この逆火防止装
置３２の上部に設けられ、ガスを大気中に放出する前に
燃焼処理を行うフレアバーナ３３とから構成されてい
る。さらにこのフレアバーナ３３の補助バーナとして、
パイロットバーナ（図示せず）がフレアバーナ３３の隣
に設置されている。

【０００４】図７および図８に示すように、上記逆火防
止装置３２は、その上下端に設けられたフランジ部３２
ａと、円筒部３２ｂとからなり、この円筒部３２ｂは、
内部でガスを回流させるための水平方向板３５および仕
切り板体３６を有している。この水平方向板３５は、下
側円板３５ａと上側円板３５ｂとからなり、それぞれ円
筒部３２ｂの軸中心に垂直方向すなわち水平状態で円筒
部内壁面の上下位置に取り付けられている。上記下側円
板３５ｂには、第１切欠部３７が形成されてスタック筒
身３１からのガスの通路をなし、上側円板３５ａには、
第２切欠部３８が形成されてフレアバーナ３３へのガス
の通路をなしている。

【０００５】上記仕切り板体３６は、第１仕切り板部３
９と第２仕切り板部４０と第３仕切り板部４１とから構
成され、各仕切り板部３９，４０，４１は、円筒部３２
ｂ内を縦方向に中心軸から互いに１２０度の等角度に三
分割して配設されている。

【０００６】円筒部３２ｂ内を第３仕切り板部４１と第
１仕切り板部３９とで仕切った第１空間４２の下面側
は、上記第１切欠部３７に連通されてガスがこの第１空
間４２の下面側から上面側へ流れるよう構成されてい
る。また第１仕切り板部３９の上端部には、第１開口部
３９ａが形成されて第２空間（後述する）へのガスの通
路をなしている。この第２空間４３は、円筒部３２ｂ内
を第１仕切り板部３９と第２仕切り板部４０とで仕切る
ことにより形成されている。第２仕切り板部４０の下端
部には、第２開口部４０ａが形成されて第２空間４３か
ら第３空間（後述する）へのガスの通路をなしている。
この第３空間４４は、円筒部３２ｂ内を第２仕切り板部
４０と第３仕切り板部４１とで仕切ることにより形成さ
れているとともに、この上面側は上記第２切欠部３８に
連通されて、ガスがこの第３空間４４の上面側からフレ
アバーナ３３へ流れるよう構成されている。

【０００７】したがって、スタック筒身３１から第１切
欠部３７を通って導かれたガスは、第１空間４２の下方
から上方へ導かれ、第１開口部３９ａを通って第２空間
４３の上方から下方へ迂回し、さらに第２開口部４０ａ
を通って第３空間４４の下方から上方へ迂回し、第２切
欠部３８を通ってフレアバーナ３３へ導かれるよう構成
されている。

【０００８】このような従来構成によると、安全弁より
緊急放出されたガスは、スタック筒身３１を通り、逆火
防止装置３２内で上述のように迂回した後、フレアバー
ナ３３へ導かれ、この頂部において燃焼処理される。

【０００９】安全弁の吹き止まり時においては、フレア
スタック３０内の残留ガスが、空気の比重より小さいこ
とから上方へ浮上しようとするが、逆火防止装置３２の
水平方向板３５および仕切り板体３６によって、この残
留ガスは、フレアバーナ３３側への流出をある程度阻止
される。すなわち残留ガスは、その浮上作用により第１
開口部３９ａから下方（第２空間４３側）への迂回が起
こらず第１空間４２にて滞留する。一方フレアバーナ３
３内壁面に沿って降下してフレアスタック３０内に侵入
しようとする空気は、上側円板３５ｂの第２切欠部３８
を通って第３空間４４までは侵入するが、それ以上降下
するところがなく第３空間４４にて滞留し、第２空間４
３への侵入を阻止される。したがって、ガスと空気の置
換作用は抑えられることになり、フレアスタック３０内
に爆発性混合気体が形成されるおそれはない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したフレ
アスタックによると、ガスが逆火防止装置の各仕切り板
部に沿って内部を上下方向に迂回する構造になっている
ため、ガスの圧力損失は大きくなる。この圧力損失を許
容値内に抑えるためにはフレアスタックを大口径化しな
ければならず、このフレアスタックの大口径化に伴い、
全体のコストが増加するという問題がある。

【００１１】そこで本発明は、小口径化できるフレアス
タックを提供することを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１記載のフレアスタックは、被処理
ガスが導入される筒状体の頂部の内壁面に沿ってその内
径が上方に向かうにつれしだいに小径となるテーパ状リ
ング部材を設け、このテーパ状リング部材の上端面に沿
って環状の管体を設け、この管体に、蒸気もしくは不活
性ガスを上方へ向けて噴射し得る孔部を設けたことを特
徴としたものである。

【００１３】また本発明の請求項２記載のフレアスタッ
クは、被処理ガスが導入される筒状体の頂部の内壁面に
沿ってその内径が上方に向かうにつれしだいに小径とな
るテーパ状リング部材を設け、このテーパ状リング部材
の上端面に沿って、蒸気もしくは不活性ガスを上方へ向
けて噴射し得る孔部を有するノズル体を所定間隔置きに
複数個配置したことを特徴としたものである。

【００１４】また本発明の請求項３記載のフレアスタッ
クは、上記請求項１または２記載のフレアスタックにお
いて、テーパ状リング部材の傾斜角度が、筒状体の中心
軸に対して３０〜４５度の範囲内となるようになしたこ
とを特徴としたものである。

【００１５】また本発明の請求項４記載のフレアスタッ
クは、上記請求項１〜３のいずれかに記載のフレアスタ
ックにおいて、孔部から噴霧される蒸気もしくは不活性
ガスが平面視で旋回するように構成したことを特徴とし
たものである。

【００１６】さらに本発明の請求項５記載のフレアスタ
ックは、上記請求項１〜４のいずれかに記載のフレアス
タックにおいて、被処理ガス流量に対する蒸気流量の割
合を、３〜３０％（重量％）の範囲内となるようになし
たことを特徴としたものである。

【００１７】上記各フレアスタックの構成によると、蒸
気もしくは不活性ガスが管体もしくはノズル体に供給さ
れ、各孔部から蒸気もしくは不活性ガスを噴射している
状態において、放出されたガスは、筒状体の頂上部で燃
焼処理される。そして、このとき蒸気もしくは不活性ガ
スの噴射による誘因効果によって、筒状体の頂上部にお
いて上昇流を発生させる。さらに筒状体と、環状邪魔板
とで囲まれた領域には、上記上昇流に加えて外壁面に沿
って下降する蒸気もしくは不活性ガスによる渦流が発生
することから、空気が上記領域に侵入することを阻止さ
れる。ガスが放出されない場合でも蒸気もしくは不活性
ガスを噴射しているため、その上昇流の上方から侵入す
る空気を遮断するとともに、上記領域に侵入しようとす
る空気も遮断する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施の形
態を図に基づいて説明する。すなわち図１および図２に
示すように、フレアスタック（燃焼放散筒）１は、地面
上に設置されたスタック筒身２と、このスタック筒身２
の上部に設けられ、工場などから排出される被処理ガス
（以下、ガスと呼ぶ）を大気中に放出する前に燃焼処理
を行うフレアバーナ３とから構成されている。さらにこ
のフレアバーナ３の補助バーナとして、パイロットバー
ナ（図示せず）がフレアバーナ３の隣に設置されてい
る。

【００１９】上記フレアバーナ３は、その下端部に設け
られたフランジ部３ａと円筒部３ｂとからなり、この円
筒部３ｂの頂部の内壁面に沿って、略円錐形状でその傾
斜角度がフレアスタック１の中心軸に対して３０〜４５
度の範囲内となるように形成された環状邪魔板（テーパ
状リング部材の一例）４が設けられ、この環状邪魔板４
の上端に沿って円形のヘッダー管（環状の管体の一例）
５が設けられ、このヘッダー管５には蒸気供給管６が接
続されている。また、上記環状邪魔板４の下部（ガス入
口側）の外周口径Ｄに対する上部（ガス出口側）の内周
口径ｄの比、すなわち環状邪魔板４の開口比ｄ／Ｄは、
０．６〜０．９の範囲内にされている。以下に開口比ｄ
／Ｄを上記範囲内にした理由を説明する。下限値を０．
６未満の値とすると、下方からのガスの圧力損失が増大
してしまうからであり、また上限値を０．９より大きい
値とすると、円筒部３ｂの内壁面に沿って侵入してくる
空気を遮断できないからである。なお、圧力損失および
空気遮断の点から見ると、上記開口比ｄ／Ｄは、０．７
〜０．７５の範囲内が好ましい。

【００２０】ここで、上記環状邪魔板４の傾斜角度（取
付角度）を３０〜４５度の範囲内とした理由について説
明する。すなわち傾斜角度の下限値を３０度未満の値と
すると、上記開口比（ｄ／Ｄ＝０．６〜０．９）の値を
満足するのであれば、その傾斜角度は小さければ小さい
ほど下方からの流れの抵抗が減少して圧力損失が減少す
るので好ましいが、しかしあまりこの値を小さくし過ぎ
ると、上記開口比の値を満足させるには邪魔板４を大き
くしなければならずコスト的に不利である。また上記傾
斜角度を３０度から徐々に小さくしていっても、上方か
ら侵入する空気の遮断効果は、上記傾斜角度３０度を境
にしてそれ以上あがらないからである。また傾斜角度の
上限値を４５度より大きい値とすると、上方から侵入す
る空気の遮断効果から考えるならば、この角度は大きく
すればするほどその効果があがるが、しかしあまりこの
値を大きくし過ぎると、下方からのガスの流れの流線を
大きく屈曲させることになるため、圧力損失が増大する
とともに振動燃焼の原因にもなるからである。

【００２１】そして、上記ヘッダー管５には、その上部
全周に亘って所定間隔置きに蒸気噴射用の多数の孔部５
ａが形成されるとともに、これらの各孔部５ａの開口方
向は、斜め上方かつ内側となるようにされている。

【００２２】より具体的に説明すれば、図３に示すよう
に、ヘッダー管５の断面の中心から１２時方向を０度と
し、この０度から時計方向（外方向）を正の角度、０度
から反時計方向（内方向）を負の角度とする時、各孔部
５ａから蒸気Ａが噴霧される範囲の角度αは、＋４５〜
−９０度の範囲内とされている。角度αを上記範囲内と
した理由は、圧力損失および空気遮断の点から角度αが
上記範囲内において適正であるためである。なお角度α
が＋９０〜−１３５度の広い範囲内においても、邪魔板
４の効果を阻害しないため、採用し得る。すなわち、−
９０〜−１３５度の範囲内であれば、邪魔板４の効果を
阻害しないからであるとともに、各孔部５ａの孔径若し
くは個数、円筒部３ｂの口径、円筒部３ｂの頂部から邪
魔板４までの距離等によって蒸気上昇および渦流による
空気の遮断効果が得られ、さらに、＋４５〜＋９０度の
範囲内であれば、着火性および保炎性の点で問題がない
からである。

【００２３】さらに平面視において蒸気Ａが噴霧され
る、ヘッダー管５の接線に対する傾き角度（以下、旋回
角度という）βは、図２に示すように、２０〜９０度未
満の範囲内となるように設けられている。上記旋回角度
βは０〜２０度未満の範囲内でもよいが、実質的に０〜
２０度の旋回角度βを有する円形のヘッダー管５は、そ
の製作が困難であるため、上記範囲内の場合は、第２の
実施の形態（後述する）が採用される。なお角度βは、
逆方向の接線に対して上記角度範囲内となるように設け
てもよい。すなわち角度βは、図２において反時計回り
となっているが、時計回りとなるように設けてもよい。
また、上記各孔部５ａの開口方向は、上記の角度範囲内
で、全て同一となるようにされているが、場所によって
は、変化させることもできる。また、上記蒸気供給管６
からヘッダー管５に供給される蒸気Ａは、例えばフレア
スタック１内に黒煙防止用として供給されている蒸気Ａ
が使用され、この蒸気Ａの温度は、１５０〜４００°Ｃ
の範囲内であり、またその圧力は、１〜１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の範囲内である。

【００２４】上記第１の実施の形態によると、蒸気Ａが
蒸気供給管６からヘッダー管５に供給され、このヘッダ
ー管５の各孔部５ａから蒸気Ａを噴射している状態にお
いて、安全弁などから放出された不要なガスは、スタッ
ク筒身２を通りフレアバーナ３へ導かれこの頂上部にお
いて燃焼処理される。なおガス放出時における蒸気流量
は、ガス流量に対して７％（重量％、以下同じ）の割合
にされている。また蒸気Ａは、フレアバーナ３の頂上部
においてその噴射による誘因効果によって上昇流を発生
させ、さらに円筒部３ｂの内壁面と、環状邪魔板４とで
囲まれた領域（図１のイ位置にて示す）には、上記上昇
流に加えて外壁面に沿って下降する蒸気Ａによる渦流Ｂ
が発生することから、円筒部３ｂ内の上記領域において
も空気の侵入を阻止する。

【００２５】ガスが放出されない場合でも蒸気Ａを噴射
しているため、その上昇流の上方から侵入する空気を遮
断するとともに、上記領域に侵入しようとする空気も遮
断する。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を、図に
基づいて説明する。なお、上述の第１の実施の形態と同
一の部材には同一の符号を付して説明する。すなわち図
４および図５に示すように、フレアスタック（燃焼放散
筒）７は、地面上に設置されたスタック筒身２と、この
スタック筒身２の上部に設けられ、ガスを大気中に放出
する前に燃焼処理を行うフレアバーナ８とから構成され
ている。さらにこのフレアバーナ８の補助バーナとし
て、パイロットバーナ（図示せず）がフレアバーナ８の
隣に設置されている。

【００２７】上記フレアバーナ８は、その下端部に設け
られたフランジ部８ａと円筒部８ｂとからなり、この円
筒部８ｂの頂部の内壁面に沿って、略円錐形状でその傾
斜角度がフレアスタック７の中心軸に対して３０〜４５
度の範囲内となるように成形された環状邪魔板４が設け
られ、フレアバーナ８の円周方向に沿ってかつ上記邪魔
板４の上部近傍の高さ位置から水平方向でフレアバーナ
８内の軸心方向に向けて突出するノズル体９が平面視で
放射状に複数設けられている。また各ノズル体９の先端
部は、邪魔板４の上端面に沿って所定間隔置きに配置さ
れるとともに、各先端部には、蒸気もしくは不活性ガス
を上方へ向けて噴射し得る孔部９ａが設けられている。
さらに上記各ノズル体９には環状の蒸気供給管１０が接
続されており、供給される蒸気Ａは、図１および図２に
示す第１の実施の形態と同様に、例えばフレアスタック
７内に黒煙防止用として供給されている蒸気Ａが使用さ
れる。

【００２８】また邪魔板４の傾斜角度、角度α、蒸気温
度、蒸気圧力、ガス流量に対する蒸気流量の割合は、図
１および図２に示す第１の実施の形態と同様の構成とな
っている。ただし、平面視において蒸気Ａが噴霧される
範囲の角度すなわち旋回角度βは、図５に示すように、
邪魔板４の接線に対して０〜２０度の範囲内となるよう
に設けられている。なお第１の実施の形態のように、ヘ
ッダー管５の外周面の接線方向に孔部５ａを加工するこ
とは容易ではないが、上記ノズル体９の場合は、その各
突出方向が接線方向と直交していることから、ノズル体
９の先端部に上記接線方向の孔部９ａを加工することは
容易である。これにより旋回角度βを上記角度範囲内と
した。勿論、角度βは０〜９０度未満の範囲内も採用可
能であるので、上記第１の実施の形態を満足する方向に
噴射角度を設けてもよい。また角度βは、逆方向の接線
に対して上記角度範囲内となるように設けてもよい。す
なわち角度βは、図５において反時計回りとなっている
が、第１の実施の形態と同様に時計回りとなるように設
けてもよい。また、上記各孔部９ａの開口方向は、上記
の角度範囲内で、全て同一となるようにされているが、
場所によっては、変化させることもできる。

【００２９】上記第２の実施の形態によると、蒸気Ａが
ノズル体９に供給され、このノズル体の各孔部９ａから
蒸気Ａを噴射している状態において、安全弁などから放
出された不要なガスは、スタック筒身２を通りフレアバ
ーナ８へ導かれこの頂上部において燃焼処理される。ま
た蒸気Ａは、フレアバーナ８の頂上部においてその噴射
による誘因効果によって上昇流を発生させる。さらに円
筒部８ｂの内壁面と、環状邪魔板４とで囲まれた領域
（図４のイ位置にて示す）には、上記上昇流に加えて外
壁面に沿って下降する蒸気Ａによる渦流Ｂが発生するこ
とから、円筒部８ｂ内の上記領域においても空気の侵入
を阻止する。

【００３０】ガスが放出されない場合でも蒸気Ａを噴射
しているため、その上昇流の上方から侵入する空気を遮
断するとともに、上記領域に侵入しようとする空気も遮
断する。

【００３１】したがって、上記各実施の形態において、
邪魔板４より下方では、空気が侵入せず爆発性混合気体
は形成されない。また、ガスを上下方向に迂回させない
ことから、従来の逆火防止装置のように、ガスを上下方
向に迂回させる形態と比べ、フレアスタック１、７の圧
力損失を抑えることができ、これによりフレアスタック
１、７を小口径化できる。

【００３２】上記各実施の形態では、孔部５ａから蒸気
Ａを噴射しているが、蒸気Ａの代わりに窒素、二酸化炭
素などの不活性ガスを採用してもよい。上記各実施の形
態では、放出されるガス流量に対する蒸気流量の割合
を，７％としているが，これは３〜３０％の範囲内のい
ずれの割合でもよい。

【００３３】上記第２の実施の形態では、ノズル体９
が、フレアバーナ８の円周方向に沿ってかつ邪魔板４の
上部近傍の高さ位置から水平方向でフレアバーナ８内の
軸心方向に向けて突出するように設けられているが、図
６で示すように、ノズル体９の高さ方向の導入位置を変
更しかつノズル体９の形状を変更してもよい。すなわち
ノズル体９を、邪魔板４の下方部位置からフレアバーナ
８内に水平方向で導入した後、９０度上向きに屈曲させ
て、各ノズル体９の先端部が邪魔板４の上端面に沿って
配置するように設けてもよい。

【００３４】

【発明の効果】上記した本発明のフレアスタックによる
と、フレアバーナ内に邪魔板およびヘッダー管もしくは
ノズル体を設け、これらの孔部から蒸気もしくは不活性
ガスを噴射することにより円筒部内への空気の侵入を阻
止できることから、本発明のフレアスタックは、従来の
逆火防止装置を設ける場合と比べてその製作コストを削
減することができる。またガスをフレアスタック内部で
上下方向に迂回させない構造となっているため、圧力損
失を抑えることができ、これによりフレアスタックを小
口径化できる。さらにヘッダー管もしくはノズル体に供
給される蒸気は、黒煙防止用として供給されている蒸気
を使用しているため、特別に専用の蒸気供給管を設ける
必要がない。以って全体のコストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるフレアスタ
ックの要部横断面図である。

【図２】同フレアスタックの水平断面図である。

【図３】同フレアスタックにおける蒸気もしくはフレア
スタックの噴霧範囲の角度を示す要部横断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態におけるフレアスタ
ックの要部横断面図である。

【図５】同フレアスタックの水平断面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の変形例におけるフ
レアスタックの要部横断面図である。

【図７】従来例におけるフレアスタックの要部横断面図
である。

【図８】同フレアスタックの円筒部内を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ フレアスタック ３ｂ 円筒部 ４ 環状邪魔板 ５ ヘッダー管 ５ａ 孔部 Ａ 蒸気 α 角度 β 旋回角度 ７ フレアスタック ８ フレアバーナ ８ｂ 円筒部 ９ ノズル体 ９ａ 孔部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 正美 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 小山 利次 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 白井 直樹 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理ガスが導入される筒状体の頂部の
   内壁面に沿ってその内径が上方に向かうにつれしだいに
   小径となるテーパ状リング部材を設け、このテーパ状リ
   ング部材の上端面に沿って環状の管体を設け、この管体
   に、蒸気もしくは不活性ガスを上方へ向けて噴射し得る
   孔部を設けたことを特徴とするフレアスタック。
2. 【請求項２】 被処理ガスが導入される筒状体の頂部の
   内壁面に沿ってその内径が上方に向かうにつれしだいに
   小径となるテーパ状リング部材を設け、このテーパ状リ
   ング部材の上端面に沿って、蒸気もしくは不活性ガスを
   上方へ向けて噴射し得る孔部を有するノズル体を所定間
   隔置きに複数個配置したことを特徴とするフレアスタッ
   ク。
3. 【請求項３】 テーパ状リング部材の傾斜角度が、筒状
   体の中心軸に対して３０〜４５度の範囲内となるように
   なしたことを特徴とする請求項１または２記載のフレア
   スタック。
4. 【請求項４】 孔部から噴霧される蒸気もしくは不活性
   ガスが平面視で旋回するように構成したことを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載のフレアスタック。
5. 【請求項５】 被処理ガス流量に対する蒸気流量の割合
   を、３〜３０％（重量％）の範囲内となるようになした
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフレ
   アスタック。