(57)【要約】      （修正有）【課題】大気中でフレアガスを排出して燃焼させるフレア装置を提供する。【解決手段】フレアチップ５６は、フレアガス排出口を有するフレアガス導管１００と、燃焼用空気排出口を有する燃焼用空気導管１０２とを含む。燃やされるフレアガスの全てが、燃焼用空気排出口を通って排出された一体化された空気の柱の中へフレアガス排出口を通って排出される。フレアガス排出口及び燃焼用空気排出口は、フレアガス排出口から排出されたフレアガスが燃焼用空気排出口から排出された燃焼用空気の中へ内向きに排出され、燃焼用空気と混合されるように、互いに関して配置される。本質的に排出されたフレアガスの全てが、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気とフレア装置５０の外で混合され、それにより内面燃焼を防止する。【選択図】図３
2010286230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中にフレアガスを排出して燃焼させるフレア装置に関連して用いられるフレアチップであって、
第１端部、第２端部、及び前記第１端部を前記第２端部に接続する側壁を含むフレアガス導管と、
前記フレアガス導管に結合され、第１端部、第２端部、及び前記第１端部を前記第２端部に接続する側壁を含む燃焼用空気導管と
を備え、
前記フレアガス導管は、流体が流れるようにフレアガス源に接続されるように適合され、前記フレアガス導管の前記第２端部はフレアガス排出口を画定し、前記フレアガス導管及び前記フレアガス排出口は、前記フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てが前記フレアガス排出口を通って排出されることを可能にするのに十分な寸法であり、
前記燃焼用空気導管は、流体が流れるように燃焼用空気源に接続されるように適合され、前記燃焼用空気導管の前記第２端部は燃焼用空気排出口を画定し、前記燃焼用空気導管は、前記燃焼用空気排出口を通って排出される一体化された燃焼用空気の柱を生じる構造を有し、
前記フレアガス排出口及び前記燃焼用空気排出口は、本質的に前記フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てが、前記燃焼用空気排出口から排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに前記フレアガス排出口を通って排出されることができるように、且つ本質的に排出されたフレアガスの全てが、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と前記燃焼用空気導管及び前記フレアガス導管の外で混合されることができるように互いに関して配置されている、フレアチップ。
【請求項２】
前記燃焼用空気導管は、少なくとも部分的に前記フレアガス導管の中に配置され、前記フレアガス排出口及び前記燃焼用空気排出口は、本質的に前記フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てが、前記フレアガス排出口を通って、前記燃焼用空気排出口から排出された前記燃焼用空気の柱の周辺及び中へ内側に排出されることができるように、互いに関して配置される、請求項１に記載のフレアチップ。
【請求項３】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０５以下である、請求項２に記載のフレアチップ。
【請求項４】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０２以下である、請求項２に記載のフレアチップ。
【請求項５】
前記燃焼用空気導管の高さは前記フレアガス導管の高さと等しいか又はより大きい、請求項２に記載のフレアチップ。
【請求項６】
前記燃焼用空気導管の高さは前記フレアガス導管の高さより大きく、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は約０．０１である、請求項５に記載のフレアチップ。
【請求項７】
前記フレアガス導管の前記側壁は、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている前記フレアガス排出口に隣接する部分を含む、請求項１に記載のフレアチップ。
【請求項８】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約１０°から約９０°までの範囲の角度で、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項７に記載のフレアチップ。
【請求項９】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約２５°から約４５°までの範囲の角度で、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項８に記載のフレアチップ。
【請求項１０】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約３５°の角度で前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項９に記載のフレアチップ。
【請求項１１】
前記燃焼用空気導管の前記側壁は、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている前記燃焼用空気排出口に隣接する部分を含む、請求項１に記載のフレアチップ。
【請求項１２】
前記フレアガス導管及び前記燃焼用空気導管は各々円形断面を有し、前記燃焼用空気導管は前記フレアガス導管の中に少なくとも部分的に同心状に配置される、請求項１に記載のフレアチップ。
【請求項１３】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０５以下である、請求項１２に記載のフレアチップ。
【請求項１４】
前記フレアガス導管は、
流体が流れるようにフレアガス源に接続されるように適合された入口と、
前記フレアガス導管の中に取り付けられた流量分布部材と
を更に備える、請求項１２に記載のフレアチップ。
【請求項１５】
前記流量分布部材は前記フレアガス導管の中に配置された環状板である、請求項１４に記載のフレアチップ。
【請求項１６】
前記フレアガス導管は、流体が流れるようにフレアガス源に接続され、且つ前記フレアガス導管の垂直中心軸に対してある角度で前記フレアガス導管にフレアガスを注入するように適合された少なくとも１つの入口を含む、請求項１２に記載のフレアチップ。
【請求項１７】
前記フレアガス導管は少なくとも２つの入口を含み、各入口は流体が流れるようにフレアガス源に接続され、且つ前記フレアガス導管の垂直中心軸に対してある角度で前記フレアガス導管にフレアガスを注入するように適合されている、請求項１６に記載のフレアチップ。
【請求項１８】
大気中にフレアガスを排出して燃焼させるフレア装置に関連して用いられるフレアチップであって、
第１端部、第２端部、及び前記第１端部を前記第２端部に接続する側壁を含むフレアガス導管と、
少なくとも部分的に前記フレアガス導管の中に配置され、第１端部、第２端部、及び前記第１端部を前記第２端部に接続する側壁を含む燃焼用空気導管と
を備え、
前記フレアガス導管は、流体が流れるようにフレアガス源に接続されるように適合され、前記フレアガス導管の前記第２端部はフレアガス排出口を画定し、前記フレアガス導管及び前記フレアガス排出口は、前記フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てが前記フレアガス排出口を通って排出されることを可能にするのに十分な寸法であり、
前記燃焼用空気導管は、流体が流れるように燃焼用空気源に接続されるように適合され、前記燃焼用空気導管の前記第２端部は燃焼用空気排出口を画定し、前記燃焼用空気導管は、前記燃焼用空気排出口を通って排出される一体化された燃焼用空気の柱を生じる構造を有し、
前記フレアガス排出口及び前記燃焼用空気排出口は、本質的に前記フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てが、前記燃焼用空気排出口から排出された燃焼用空気の柱の周り及び中へ内向きに前記フレアガス排出口を通って排出されることができるように、且つ本質的に排出されたフレアガスの全てが、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と前記燃焼用空気導管及び前記フレアガス導管の外で混合されることができるように互いに関して配置されている、フレアチップ。
【請求項１９】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０５以下である、請求項１８に記載のフレアチップ。
【請求項２０】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０２以下である、請求項１８に記載のフレアチップ。
【請求項２１】
前記燃焼用空気導管の高さは前記フレアガス導管の高さと等しいか又はより大きい、請求項２０に記載のフレアチップ。
【請求項２２】
前記燃焼用空気導管の高さは前記フレアガス導管の高さより大きく、前記燃焼用空気導管の水力直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は約０．０１である、請求項２１に記載のフレアチップ。
【請求項２３】
前記フレアガス導管の前記側壁は、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている前記フレアガス排出口に隣接する部分を含む、請求項１８に記載のフレアチップ。
【請求項２４】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約１０°から約９０°までの範囲の角度で、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項２３に記載のフレアチップ。
【請求項２５】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約２５°から約４５°までの範囲の角度で、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項２４に記載のフレアチップ。
【請求項２６】
前記フレアガス導管の前記側壁の前記フレアガス排出口に隣接する部分は、約３５°の角度で前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている、請求項２５に記載のフレアチップ。
【請求項２７】
前記燃焼用空気導管の前記側壁は、前記燃焼用空気導管の垂直中心軸に向かって内向きに先細になっている前記燃焼用空気排出口に隣接する部分を含む、請求項１８に記載のフレアチップ。
【請求項２８】
前記フレアガス導管及び前記燃焼用空気導管は各々円形断面を有し、前記燃焼用空気導管は前記フレアガス導管の中に少なくとも部分的に同心状に配置される、請求項１８に記載のフレアチップ。
【請求項２９】
前記燃焼用空気導管の高さは、前記フレアガス導管の高さと等しいか、より大きいか、又はより小さく、前記燃焼用空気導管の高さが前記フレアガス導管の高さより小さい場合、前記燃焼用空気導管の直径に対する前記燃焼用空気導管と前記フレアガス導管との高さの差の比は０．０５以下である、請求項２８に記載のフレアチップ。
【請求項３０】
前記フレアガス導管は、
流体が流れるようにフレアガス源に接続されるように適合された入口と、
前記フレアガス導管の中に取り付けられた流量分布部材と
を更に備える、請求項２８に記載のフレアチップ。
【請求項３１】
前記流量分布部材は前記フレアガス導管の中に配置された環状板である、請求項３０に記載のフレアチップ。
【請求項３２】
前記フレアガス導管は、流体が流れるようにフレアガス源に接続され、且つ前記フレアガス導管の垂直中心軸に対してある角度で前記フレアガス導管にフレアガスを注入するように適合された少なくとも１つの入口を含む、請求項２８に記載のフレアチップ。
【請求項３３】
前記フレアガス導管は少なくとも２つの入口を含み、各入口は流体が流れるようにフレアガス源に接続され、且つ前記フレアガス導管の垂直中心軸に対してある角度で前記フレアガス導管にフレアガスを注入するように適合されている、請求項３２に記載のフレアチップ。
【請求項３４】
フレアガス及び燃焼用空気をフレア装置から排出する前に、フレアガスの大部分を燃焼用空気とフレア装置の内部で予備混合しないで、フレアガスと燃焼用空気との混合物をフレア装置の内部で燃やす方法であって、
（ａ）一体化された燃焼用空気の柱をフレア装置から大気中に排出することと、
（ｂ）本質的に排出されたフレアの全てが排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と前記フレア装置の外で混合されるように、本質的にフレア装置によって燃やされるフレアガスのすべてを、フレア装置から大気中に及び排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに排出することと、
（ｃ）排出されたフレアガス、排出された燃焼用空気、及び外部大気中の空気の混合物に点火すること
を含む方法。
【請求項３５】
前記フレア装置によって燃やされるフレアガスの全てが、前記フレア装置から大気中に且つ前記燃焼用空気の排出された柱の中へ内向きに排出される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記燃焼用空気は、前記フレアガスが前記フレア装置から大気中に排出される半径方向の速度より小さい半径方向の速度で前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記燃焼用空気は少なくとも１５．２４メートル／秒の軸方向の速度で前記フレア装置から大気中に排出される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記燃焼用空気は、約１５．２４メートル／秒から約６０．９６メートル／秒までの範囲の軸方向の速度で前記フレア装置から大気中に排出される、請求項３７の方法。
【請求項３９】
前記燃焼用空気は、約３６．５７６メートル／秒から約４５．７２メートル／秒までの範囲の軸方向の速度で前記フレア装置から大気中に排出される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記燃焼用空気は、約４５．７２メートル／秒の軸方向の速度で前記フレア装置から大気中に排出される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
本質的に前記フレア装置によって燃やされる前記フレアガスの全てが、前記排出された燃焼用空気の柱の周りに及び前記排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに、前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
本質的に前記フレア装置によって燃やされる前記フレアガスの全てが、約１０°から約９０°までの範囲の角度で、前記排出された燃焼用空気の中へ内向きに、前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
本質的に前記フレア装置によって燃やされる前記フレアガスの全てが、約２５°から約４５°までの範囲の角度で、前記排出された燃焼用空気の中へ内向きに、前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
本質的に前記フレア装置によって燃やされる前記フレアガスの全てが、約３５°の角度で前記排出された燃焼用空気の中へ内向きに、前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記フレア装置によって燃やされるフレアガスの全てが、前記排出された燃焼用空気の柱の周りに及び前記排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに、前記フレア装置から大気中へ排出される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
排出されたフレアガス、排出された燃焼用空気、及び／又は前記フレア装置に隣接する外部大気中の空気の前記混合物の一部の静圧を低下させることを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項４７】
排出されたフレアガス、排出された燃焼用空気、及び／又は前記フレア装置に隣接する外部大気中の空気の前記混合物の一部の静圧は、前記燃焼用空気排出口の領域に低圧帯を作ることによって低下される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記低圧帯は、前記フレアガスを、前記排出された燃焼用空気の周りに環状の旋回パターンで前記フレア装置から排出させることによって、前記フレア装置に隣接して作られる、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記フレア装置の中へ前記燃焼用空気を吹きつけることを更に含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ガスフレアは、一般に、製造施設、精製所、処理工場などにおいて、通気の要求、操業停止、不調及び／又は非常事態によって進路を変えられた可燃性廃ガス及び他の可燃性ガス流を処理するために設置される。このようなフレアは、しばしば無煙の方法で作動するように義務付けられており、無煙の方法は、排出されて燃焼される可燃性ガス（「フレアガス」）がガスを十分に酸化するのに十分な空気と混合されることを確実にすることによって達成されてきた。典型的なフレア装置は、地面より上に高く伸びることができるフレアスタックと、フレアスタックに取り付けられたフレアチップとを含む。
【０００２】
エアアシストフレアでは、フレアスタックを通して空気を上へ吹きつけるために、単数又は複数のブロワーが使用される。蒸気アシストフレアでは、フレア装置の周りからの空気を増やすべく、必要な原動力及びエントレインメントエネルギ−を提供するために蒸気が使用される。所望の結果を達成するために、押込空気及び蒸気の両方を利用するフレアもある。
【０００３】
煙を除去するか又は著しく減少させるように設計され、操作されることに加えて、フレアは、内面燃焼が防止されるように設計され、操作されることを必要とする。内面燃焼、すなわち、フレアチップ及び他の構造物の内部でのフレアガス及び空気の一部の燃焼は、フレア装置の耐用年数を相対的に短くすることがある。フレア装置又はその一部を修理及び／又は交換することは費用がかかり、結果として対応する施設又は工場の、損失の大きい中断になる可能性がある。
【０００４】
エアアシストフレアチップでは、ブロワー又はファンによって、フレアチップの下部を通して空気が吹き込まれる。所望の燃焼の度合いを達成するために必要とされる空気の化学量論量は、用途によって異なる。結果として、ブロワー又はファンの数及びその馬力はフレアによって異なる。フレアガスの流量は、フレアガスを排出させるものによって異なる。通常は、施設又は工場内で生成されるか又は使用される全可燃性ガスの比較的小さい割合のみが常時排出される。一方、多くの用途で、フレア装置は工場又は施設のすべての操業停止に対応するように設計される必要があり、大量の可燃性ガスが比較的短時間で排気されることを必要とする。したがって、多くのフレアは、比較的高流量のフレアガスに対応するべく設計され、必要なブロワーの数及び寸法を含む。
【０００５】
典型的なフレアチップでは、空気及びフレアガスは、概ね同軸で大気中に排出される。このようなフレアチップは、乱流及び拡散に依存して、安定した燃焼プロセスのために空気及びガスを十分に混合する。残念なことに、このような混合システムは、すべての用途で可能な限り効率的であるとは限らない。フレアガス流の外側にある外部大気中の空気は、風及び他の要素によってフレアガスとの混合を阻止されることがある。
【０００６】
あるフレアでは、フレアガスはフレアチップから排出された燃焼用空気の流れの内部に注入され、排出された燃焼用空気をいくつかの特定部分へと分割する。フレアガスはまた、排出された燃焼用空気／フレアガスの流れの周りに環状に注入される。フレアチップに隣接する火炎エンベロ−プの内部に直接フレアガスを与えるという点で、この方法は有効である。予備混合され又は曝気された流れは、フレアチップの排出口に直接隣接し且つ火炎エンベロ−プの内部で生成される。しかしながら、本発明によれば、ある状況では、フレアガス又は火炎エンベロ−プが、混合プロセスの早い段階で、予備混合され又は曝気された流れの流出を明らかに制限又は阻止することがあることが発見された。これにより、フレアチップの排出端部から更に離れている火炎エンベロ−プの中へ混合されることができる排出された燃焼用空気の量が最小化される可能性がある。
【０００７】
また、フレアガス及び燃焼用空気を、ガス及び空気がフレア装置から排出されて点火される前に、フレア装置の内部で予備混合することも可能である。しかしながら、ある用途では、この方法は内面燃焼につながり、フレアチップの耐用年数を著しく短くする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明によれば、フレアガスを大気中に排出して燃焼させるフレア装置が提供される。本発明のフレア装置と関連して使用するために、改良されたフレアチップが提供される。フレアガス及び燃焼用空気をフレア装置から排出する前に、フレアガスの大部分をフレア装置の内部で燃焼用空気と予備混合しないで、フレアガスと燃焼用空気との混合物をフレア装置の中で燃やす方法も提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフレアチップは、フレアガス導管と、フレアガス導管に結合された燃焼用空気導管とを含む。フレアガス導管は、第１端部と、第２端部と、第１端部を第２端部に接続する側壁とを含み、フレアガス導管は、流体が流れるようにフレアガス源に接続されるべく適合され、フレアガス導管の第２端部は、フレアガス排出口を画定する。フレアガス導管及びフレアガス排出口は、フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てがフレアガス排出口から排出されることを可能にするのに十分な寸法である。燃焼用空気導管は、第１端部と、第２端部と、第１端部を第２端部に接続する側壁とを含み、前記燃焼用空気導管は、流体が流れるように燃焼用空気源に接続されるべく適合され、前記燃焼用空気導管の前記第２端部は、燃焼用空気排出口を画定する。燃焼用空気導管は、一体化された燃焼用空気の柱を燃焼用空気排出口から排出させる構造を有する。
【００１０】
本発明のフレア装置のフレアガス排出口及び燃焼用空気排出口は、フレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの本質的に全てが、フレアガス排出口を通って、燃焼用空気排出口から排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに排出されることができるように、且つ、排出されたフレアガスの本質的に全てが、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と燃焼用空気導管及びフレアガス導管の外で混合されることができるように、互いに対して配置される。
【００１１】
本発明の方法は、以下のステップ、
（ａ）一体化された燃焼用空気の柱がフレア装置から大気中へ排出されるステップと、
（ｂ）排出されたフレアガスの本質的に全てが、排出された燃焼用空気及び外部大気中の空気とフレア装置の外で混合されるように、フレア装置によって燃やされるフレアガスの本質的に全てが、フレア装置から大気中へ、且つ、排出された燃焼用空気の柱の中へ内向きに排出されるステップと、
（ｃ）排出されたフレアガスと排出された燃焼用空気と外部大気中の空気との混合物が点火されるステップと
を含む。
【００１２】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読むことによって直ちに当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術のフレア装置の正面断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明のフレア装置の一構成の正面立面図である。
【図４Ａ】図３に示されるフレア装置のフレアチップの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるフレア装置の正面断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの線４Ｃ−４Ｃに沿った断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｂの線４Ｄ−４Ｄに沿った断面図である。
【図４Ｅ】燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差と燃焼用空気導管の水力直径とを示す、図４Ａ〜４Ｄに示されるフレア装置の一部の拡大詳細図である。
【図５Ａ】本発明のフレア装置の更なる構成を示す正面断面図である。
【図５Ｂ】本発明のフレア装置の更なる構成を示す正面断面図である。
【図６Ａ】本発明のフレア装置の他の構成を示す正面断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示されるフレア装置の一部の拡大詳細図である。
【図７Ａ】本発明のフレア装置の他の構成を示す正面断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示されるフレア装置の一部の拡大詳細図である。
【図８Ａ】フレアガスがどのように旋回させられることができるかを示す、図４Ａ〜４Ｅに示されるフレア装置の正面断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂに沿った断面図である。
【図９Ａ】関連する流れメカニズムを説明するために本発明のフレア装置に関連して使用することができる３Ｄ座標系を更に示す。
【図９Ｂ】関連する流れメカニズムを説明するために本発明のフレア装置に関連して使用することができる３Ｄ座標系を更に示す。
【図９Ｃ】関連する流れメカニズムを説明するために本発明のフレア装置に関連して使用することができる３Ｄ座標系を更に示す。
【図１０Ａ】本発明のフレア装置の他の実施形態を示す正面断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの線１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面図である。
【図１１】本発明のフレア装置の更に他の実施形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明のフレア装置の代替的な構成を示す。
【図１３】本発明のフレア装置の代替的な構成を示す。
【図１４Ａ】本発明のフレア装置によって生成される火炎のパターンを示す。
【図１４Ｂ】本発明のフレア装置の計算流体力学シミュレーションによって推定されるフレアガス体積分率の等高線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面、特に図１及び２を参照すると、使用されるフレア装置の実施例は、全体として符号１０で表わされる。図１に示されるように、フレアチップ１２は、フレアスタック１４の頂端部と、フレアチップ１２に可燃性ガス流を送るためにフレアスタック１４を通って延びる可燃性ガス導管１６とに取り付けられる。パイロット組立体１８が、フレア装置から排出された空気と可燃性ガスとの混合物に点火するためにフレア装置１０に取り付けられる。
【００１５】
従来技術のフレア装置１０は、排出端部２２を有する外側管状部材２０から成る。燃焼用空気ブロワー２４が、フレアスタック１４に取り付けられる。矢印２３で示されるように、ブロワー２４は空気を、フレアスタック１４を通し、フレアチップ１２内を通して上方へ移動させる。排出端部２８を有する第１の内側管状部材２６が、外側管状部材２０の内部に配置され、第１の内側管状部材と外側管状部材との間に環状の空気排出空間３０を形成する。排出端部３４を有する第２の内側管状部材３２が、第１の内側管状部材２６の内部に配置される。第２の内側管状部材３２は、第２の内側管状部材と第１の内側管状部材２６との間に環状の可燃性ガス排出空間３６を形成する。可燃性ガス排出空間３６は、環状空気排出空間３０に直接隣接して設けられる。第２の内側管状部材３２はまた、付加的な空気排出空間４０として好ましくは機能する内部空間３８を含む。複数の空気そらせ板４２及び４４が、環状空気排出空間３０及び空気排出空間４０の内部に配置される。
【００１６】
矢印４６で示されるように、可燃性ガスは、可燃性ガス排出空間３６から大気中に、真っ直ぐ出る環状のパターンで、すなわち、フレア装置１０の垂直中心軸（縦軸）４７に概ね平行な方向に排出される。そらせ板４２及び４４は、空気排出空間３０及び４０から排出された空気を、可燃性ガスに直接隣接して旋回させ、それにより、排出された空気と周囲空気とがフレア装置内部の可燃性ガスの中に侵入して可燃性ガスと混合するのを防止し、フレア装置内で燃焼するのを防止する。
【００１７】
図面の図１及び２に示される従来技術のフレア装置は、１９９８年１２月８日に発行され、引用により本願明細書に含まれるものとする米国特許５，８４６，０６８号に記載され、図示される。このようなフレア装置は多くの用途に有効であるが、異なる又は補足的な混合メカニズムが望ましい場合がある。
【００１８】
本発明によれば、フレア装置の外でのフレアガスと空気の迅速な混合は、非常に効率的な方法で達成することができる。利用される混合方法は、フレアガス及び燃焼用空気が、フレア装置からガス及び空気を排出する前に、フレア装置の内部でフレアガス及び燃焼用空気の大部分を予備混合しないで、効果的且つ効率的に混合されることを可能にする。
【００１９】
次に図３を参照すると、大気中にフレアガスを排出して燃焼させるための本発明のフレア装置が図示され、全体として符号５０で表わされる。フレア装置５０は、フレア基部５２、フレアスタック５４、フレアチップ５６、フレアガス配送管５８、パイロット組立体６０、及び燃焼用空気ブロワー６２を含む。
【００２０】
フレア基部５２は、基部プラットフォーム７０と、基部プラットフォームから延びる複数の基部ア−ム７２とを含む。基部プラットフォーム７０は、地面又は何らかの構造体（図示せず）に取り付けることができる。基部ア−ム７２は、フレアスタック５４に取り付けられ、フレアスタックの下部から直接空気が導き入れられることを可能にするために、フレアスタックを地面から離して保持する。
【００２１】
フレアスタック５４は、円形横断面を有する導管である。フレアスタックは、第１端部７４と、第２端部７６と、第１端部を第２端部に接続する側壁７７とを含む。燃焼用空気は、第１端部７４を通ってフレアスタック５４の内部７８へ、フレアスタックの内部通ってフレアチップ５６の内部８０へ送られる。従来の連結フランジ７９が、フレアスタック５４の第２端部７６に取り付けられる。
【００２２】
燃焼用空気ブロワーは、フレアスタック５４の内部７８に、フレアスタック５４の第１端部７４に隣接して取り付けられる。ブロワーは、フレアスタック５４の第１端部７４の周りの大気８１からの外気を、フレアスタック５４の内部７８及びフレアチップ５６の内部８０を通して強制的に送り込む。
【００２３】
フレアガス配送管５８もまた、円形横断面を有する導管である。フレアガス配送管５８は、フレア装置５０によって放出されるフレアガス源（図示せず）に直接又は間接的に取り付けられた第１端部８２と、フレアチップ５６に取り付けられた第２端部８４とを含む。フレアガスは、フレアガス配送管５８の内部８７を通ってフレアチップ５６に送られる。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「フレアガス」は、フレア装置５０によって排出されて燃焼される可燃性ガスを意味する。
【００２４】
パイロット組立体６０は、フレア装置５０に取り付けられたパイロット燃料導管８８と、パイロット燃料導管に結合された従来のパイロットガス・空気ミキサ−９０と、パイロットバーナー９２とを含む。パイロット燃料は、パイロット燃料源（図示せず）から導管８８（導管８８ａ）を通ってミキサ−９０へ送られる。ミキサ−９０は、パイロット燃料を空気と混合する。パイロット燃料と空気との混合物は、ミキサ−９０から導管８８（導管８８ｂ）を通ってパイロットバーナー９２へ送られる。パイロット点火装置（図示せず）が、点火火炎（図示せず）を生成するために、フレア装置５０に取り付けられた点火導管９４に接続される。点火火炎は、点火導管９４を通ってパイロットバーナー９２に送られる。図３は１つのパイロット組立体６０のみを示すが、当業者には、燃やされるガスの量及び他の要素に応じて２つ以上のこのような組立体を使用できることが理解されるであろう。
【００２５】
次に図４Ａ〜４Ｅを参照すると、フレアチップ５６は、フレアガス導管１００と、燃焼用空気導管１０２とを含む。フレアチップ５６、フレアガス導管１００、及び燃焼用空気導管１０２はそれぞれ、垂直な中心軸１０３、１０４、及び１０５を含む。垂直中心軸１０３、１０４、及び１０５はまた、各々がそれぞれの導管の縦軸である。図１１に示される実施形態を除いて、フレア装置５０、フレアガス導管１００、及び燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸（縦軸）１０３、１０４、及び１０５は一致する。フレアガス導管１００はまた、垂直中心軸１０４と概ね平行である垂直な外側軸１０７を含む。同様に、燃焼用空気導管１０２はまた、垂直中心軸１０５と概ね平行である垂直な外側軸１０９を含む。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、例えば「垂直」及び「水平」などのフレア装置５０と関連して使用される方位に関する用語は、図面に示されるようにフレア装置の方位に基づく。
【００２６】
フレアガス導管１００は、円形横断面を有し、内部１０６と、第１端部１０８と、第２端部１１０と、フレアガス導管の第１端部をフレアガス導管の第２端部に接続する側壁１１２とを含む。フレアガス導管１００の第２端部１１０は、フレアガス排出口１１４を画定する。フレアガス導管１００及びフレアガス排出口１１４は、フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスの全てがフレアガス排出口を通って排出されることを可能にするのに十分な寸法である。側壁１１２のフレアガス排出口１１４に隣接する部分１１５が、燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって内向きに先細になっている。フレアガス導管１００の側壁１１２は、側壁１１２内に開口部１１６を含む。フレアガス配送管５８の第２端部８４は、フレアガス導管１００の側壁１１２に、側壁にある開口部１１６を覆って取り付けられ、それによってフレアガスがフレアガス配送管の内部８７からフレアガス導管の内部１０６へ送られることを可能にする。フレアガス導管１００の第１端部１０８は、開口部１２０を有する底壁１１８を含む。
【００２７】
燃焼用空気導管１０２は、円形横断面を有し、内部１２６と、第１端部１２８と、第２端部１３０と、フレアガス導管の第１端部をフレアガス導管の第２端部に接続する側壁１３２とを含む。燃焼用空気導管１０２の第２端部１３０は、燃焼用空気排出口１３４を画定する。燃焼用空気導管１０２は、一体化された燃焼用空気の柱１３３を燃焼用空気排出口１３４から排出させる構造を有する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、一体化された燃焼用空気の柱は、その中に大量のフレアガスを含まない燃焼用空気の流れ又は柱（すなわち、フレア装置から排出される前にフレア装置の内部で燃焼用空気とフレアガスとの可燃性混合物を形成するのに十分な量のフレアガスを含まなかった燃焼用空気の流れ又は柱）を意味する。大量のフレアガス（すなわち、燃焼用空気導管１０２の内部で燃焼用空気とフレアガスとの可燃性混合物を生成するのに十分であるか又は十分であろう量のフレアガス）が、燃焼用空気導管１０２内で燃焼用空気と混合されることも、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気の柱の内部に直接燃焼用空気導管１０２の内部から注入されることもない。好ましくは、フレアガスは、燃焼用空気導管１０２内で燃焼用空気と混合されることも、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気の柱の内部に直接燃焼用空気導管１０２の内部から注入されることもない。
【００２８】
側壁１３２の燃焼用空気排出口１３４に隣接する部分１３５が、燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５及び全体的なフレアチップ５６の垂直中心軸１０３に向かって内向きに先細になっている。燃焼用空気導管１０２の第１端部１２８は、第１端部１２８に取り付けられたフランジ１３６を含み、フランジ１３６はフレアスタック５４の第２端部７６に取り付けられたフランジ７９と相補的である。フランジ１３６は、燃焼用空気導管の内部１２６がフレアスタックの内部７８と流体連通するように、燃焼用空気導管１０２の第１端部１２８をフレアスタック５４の第２端部７６に密封して接続するためにフランジ７９に接続される。
【００２９】
燃焼用空気導管１０２は、燃焼用空気導管の第２端部１３０がフレアガス導管の第２端部１１０を僅かに越えて延びるように、フレアガス導管１００内に配置される。言い換えれば、燃焼用空気導管１０２の高さは、フレアガス導管１００の高さよりわずかに大きい。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、フレアガス導管１００、燃焼用空気導管１０２、又は他のいかなる部品の「高さ」も、導管がフレアチップ５６の垂直中心軸１０３に沿って大気８１中に延びる範囲を意味する。燃焼用空気導管１０２は、フレアガス導管１００内に最後まで延びてはいない。詳細には、燃焼用空気導管の第１端部１２８がフレアガス導管の第１端部１０８より下に配置されるように、燃焼用空気導管はフレアガス導管１００の底壁１１８にある開口部１２０を通って延びる。燃焼用空気導管１０２は、フレアガス導管１００の内部で少なくとも部分的に同心状に配置される。
【００３０】
フレアガス導管１００の中への燃焼用空気導管１０２の位置付けによって、環状のフレアガス排出空間１４０が、フレアガス導管の内部１０６で燃焼用空気導管の周りに延在する。燃焼用空気導管１０２の内部１２６は、燃焼用空気排出空間１４２として機能する。ガスケット１４６が、側壁１３２と開口部１２０の縁１４７との間にシ−ルを形成してフレアガスがそれを通って漏出するのを防止するために、フレアガス導管１００の底壁１１８内にある開口部１２０の縁１４７に又は縁１４７に隣接して含まれる
図４Ａ及び４Ｂ（更に、後述する図８Ａ、１１及び１４Ｂ）に矢印１５０で示されるように、一体化された燃焼用空気の柱１３３は、燃焼空気路１０２の燃焼用空気排出空間１４２（内部１２６）を通って送られ、その燃焼用空気排出口１３４を通って大気８１に排出される。燃焼用空気排出空間１４２（内部１２６）内の燃焼用空気の中心部分１５２は、燃焼用空気排出口１３４から軸方向に排出される。燃焼用空気排出空間１４２（内部１２６）内の燃焼用空気１５４の外側環状部分は、燃焼用空気排出口１３４に隣接する側壁１３２の内向きに先細にされた部分１３５によって、燃焼用空気の中心部分１５２に向かって内側に向けられる。更に以下に述べるように、燃焼用空気の柱は、燃焼用空気排出口１３４を通って大気８１に排出された時点では一体化された燃焼用空気の柱であるが、一旦燃焼用空気排出口を通って排出されると、フレアガス排出口１１４からのフレアガスとの混合によって、必ずしも一体化されたままではない。燃焼用空気の柱１３３は、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された後、必ずしも一体化された燃焼用空気の柱ではないが、燃焼用空気が消費されるまで上方へ火炎を貫通する。
【００３１】
フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスの本質的に全ては、フレアガス導管１００の環状フレアガス排出空間１４０（内部１０６）を通って送られ、フレアガス流１６２として、フレアガス導管のフレアガス排出口１１４を通って大気８１に排出される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、排出されるフレアガスの「本質的に全て」は、フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスの僅かな部分を除くその全て（すなわち、フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスのうち、燃焼用空気導管１０２の内部で燃焼用空気とフレアガスとの可燃性混合物を生成するのにとうてい十分ではない量のフレアガスを除くすべて）を意味する。言い換えれば、燃焼用空気導管１０２の内部で燃焼用空気と混合された、フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスは、燃焼用空気導管の中で可燃性混合物を形成するのに十分でない。好ましくは、図面に矢印１６０で示されるように、フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスの全て（１００％）は、フレアガス導管１００の環状フレアガス排出空間１４０（内部１０６）を通って送られ、フレアガス流１６２として、フレアガス導管のフレアガス排出口１１４を通って大気８１に排出される。
【００３２】
フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４の互いに対する位置付けとフレアガス導管１００の側壁１１２の内向きに先細にされた部分１１５とによって、フレアガス流１６２は、燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ内向きに（燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって）フレアガス排出口１１４を通って排出される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気の柱１３３の「周り」は、燃焼用空気の柱を完全に囲むこと、燃焼用空気の柱を部分的に囲むこと、又は燃焼用空気の柱を断続的に囲むことを意味する。図示のように、フレアガス流１６２は、好ましくは燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気の柱１３３の周りに完全に環状のパタ−ンで、フレアガス排出口１１４を通って排出される。
【００３３】
フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４の互いに対する位置付けによって、フレアガス流１６２は、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ内向きに、排出されたフレアガスを排出された燃焼用空気と混合させるように、フレアガス排出口１１４を通って排出される。フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４の互いに対する位置付けによって、排出されたフレアガス本質的にすべて（すなわち、フレア装置５０によって排出されるフレアガスのうち、燃焼用空気導管１０２の内部で燃焼用空気とフレアガスとの可燃性混合物を生成するのにとうてい十分ではないであろう量のフレアガスを除くすべて）が、排出された燃焼用空気か又は外部大気中の空気と燃焼用空気導管１０２及びフレアガス導管１００の外で混合される。フレア装置５０によって排出されて燃焼されるフレアガスと燃焼用空気とは、フレア装置からフレアガス及び燃焼用空気を排出する前にフレア装置の内部で（例えば、燃焼用空気導管１０２又はフレアガス導管１００の中で）フレアガスの大部分（すなわち、可燃性混合物を形成するのに十分な量のフレアガス）を燃焼用空気と予備混合しないで、互いに十分に混合される。フレアチップ５６の排出端部の外周部は、空気及びガスの混合点として使用される。このようにして、例えば、内面燃焼及びフラッシュバックを最小にするか又は防止することができる。
【００３４】
フレアガスが燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気の柱１３３の中へ内向きに（燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって）フレアガス排出口１１４から排出されるという事実によって、排出されたフレアガス流１６２の大部分（好ましくは大半）は、燃焼用空気の柱１３３に入り込む。これにより、排出されたフレアガス流１６２は、排出された燃焼用空気流又は柱１３３によって破砕されるか又は細切れにされ、排出されたフレアガスの本質的に全てと排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気との燃焼用空気導管の外での迅速且つ効率的な混合が促進される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、外部大気中の空気は、フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４の周りの大気からの空気を意味する。混合プロセスを燃焼用空気導管１０２及びフレアガス導管１００の外で起こさせることによって、フレアガス流は、一方の側で燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気に曝され、他方の側で大気８１からの外気にさらされる。２つの異なる空気混合面がフレアガスに対して提供される。環状ガス流はいまやその内側及び外側の界面の両側に空気があるので、これにより実質的にガス及び空気の界面積がおよそ２倍になる。外気は、排出されたフレアガス及び燃焼用空気流に引き込まれる。排出されたフレアガス流１６２の速度は、混合物に空気を引き込むのを助ける。排出及び混合の時点で、大量の空気が利用可能である。結果として、非常に迅速且つ効率的な混合プロセスが起こる。
【００３５】
燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４を通って排出される一体化された燃焼用空気の柱１３３の質量は、それによって燃焼用空気の柱の大部分が少なくとも最初に直面する排出されたフレアガスの部分を上方へ貫通するのに十分である。結果として、排出された燃焼用空気は、早い段階で容易にフレアガスによって覆われず、それにより大量の排出された燃焼用空気がフレアガスに送られ、フレアチップの排出端部から更に離れてフレアガスと混合されることが可能になる。
【００３６】
燃焼用空気導管１０２の第２端部１３０は概ね、フレアガス導管１００の第２端部１１０と隣接している。燃焼用空気導管１０２の高さは、フレアガス導管１００の高さと等しいか、より大きいか、より小さいことができる。しかしながら、フレア装置からフレアガス及び燃焼用空気を排出する前に、フレアガスの大部分がフレア装置５０の内部で燃焼用空気と混合されないことを保証するために、燃焼用空気導管１０２の高さに対するフレアガス導管１００の高さは限定される。詳細には、燃焼用空気導管１０２の高さがフレアガス導管１００の高さより小さい場合、燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差の比は０．０５以下である。好ましくは、燃焼用空気導管１０２の高さがフレアガス導管１００の高さより小さい場合、燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差の比は０．０２以下である。より好ましくは、燃焼用空気導管１０２の高さは、フレアガス導管１００の高さ以上である。最も好ましくは、燃焼用空気導管１０２の高さはフレアガス導管１００の高さより大きく、燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差の比は約０．０１である。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、燃焼用空気導管１０２の水力直径は、燃焼用空気導管の断面積の４倍を燃焼用空気導管の濡れ縁長さ（すなわち、燃焼用空気排出口１３４の周囲の長さ）で除したものによって定められる。図４Ａ〜４Ｅに示されるように燃焼用空気導管が円形断面を有する場合、水力直径は燃焼用空気導管の直径と同じである。
【００３７】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｅに示されるように、図示されるフレア装置５０の燃焼用空気導管１０２の高さは、フレア装置のフレアガス導管１００の高さよりわずかに大きく、すなわち、燃焼用空気導管は、フレア装置の垂直中心軸１０４に沿って大気８１中に、フレアガス導管がフレア装置の垂直中心軸に沿って大気中に延びるよりも更に少し延びている。図４Ｅを詳細に参照して、図示されたフレア装置５０における燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差の比を説明する。図４Ｅに「Ｌ」で示される燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差が９．５３ミリメートル（０．３７５インチ）であり、図４Ｅに「Ｄ」で示される燃焼用空気導管の水力直径が７５．２センチメートル（２９．６２５インチ）であると仮定すると、燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管との高さの差の比は約０．０１である。燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との相対的高さは、先に述べたパラメ−タの範囲で変えることができる。
【００３８】
フレアガス導管１００の側壁１１２のフレアガス排出口１１４に隣接する部分１１５は、好ましくは、図面に角度アルファ（α）として示される約１０°から約９０°までの範囲の角度で、フレアガス導管の垂直外側軸１０７から燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって内向きに先細になっている。角度アルファ（α）は、より好ましくは、約２５°から約４５°までの範囲にある。角度アルファ（α）が約２５°以上であるとき、より大きな混合度が生じることができる。燃焼用空気をフレアチップに送り込むことができない場合、例えば、動力損失の場合には、約４５°以下の角度アルファ（α）が逆流のないフレアの動作を保証するのを助ける。逆流は、地表面において不燃焼可燃性ガスの望ましくない危険な状態を引き起こす可能性がある。図４Ａ〜４Ｅに示される実施形態では、図４Ｂに最もよく示されるように、角度アルファ（α）は約３５°である。角度アルファ（α）は、図面に示されるように、フレアガスが燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気の中へ内向きにフレアガス排出口１１４から大気８１の中へ排出される角度に概ね対応する。
【００３９】
燃焼用空気導管１０２の側壁１３２の燃焼用空気排出口１３４に隣接する部分１３５は、好ましくは、図面に角度ベ−タ（β）として示される約１０°から約９０°までの範囲の角度で、燃焼用空気導管の垂直外側軸１０９から燃焼用空気導管の垂直中心軸１０５に向かって内向きに先細になっている。より好ましくは、角度ベ−タ（β）は、角度アルファ（α）から約１５°以内にあり、且つ、約４５°より小さい。図４Ａ〜４Ｅに示される実施形態では、最もよく図４Ｂに示されるように、角度ベ−タ（β）は約３５°である。角度ベ−タ（β）は、図面に示されるように、燃焼用空気の外側環状部分１５４が燃焼用空気排出口１３４から大気８１中に排出される角度に概ね対応する。側壁１３２の部分１３５を燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって内向きに先細にする目的は、燃料及び空気の混合を補助するためである。燃焼用空気の柱にフレアガスを誘導するのをある程度助ける縮流部（ベナコントラクタ）が作られてもよい。
【００４０】
図３〜７Ｂに示される構成では、単一のフレアガス配送管５８が、フレア装置５０によって放出されるフレアガスをフレアチップ５６に送るために利用される。フレアガスは、フレアガス配送管５８の内部８７を通り、フレアガス導管の側壁１１２の開口部１１６を通り、環状フレアガス排出空間１４０に送られる。フレアガス排出口１１４を通って大気中へ排出される前に、フレアガスが環状フレアガス排出空間１４０の全体にわたって極めて均一に分配されることを保証するために、フレアガス導管１００は流量分布部材１７０を更に備える。図面に示される実施形態では、流量分布部材１７０は、燃焼用空気導管１０２の側壁１３２の外側１７４に取り付けられた環状板１７２である。環状板１７２は、好ましくは燃焼用空気導管１０２の側壁１３２に取り付けられ、フレアガス導管１００の側壁１１２にある開口部１１６の最上部１７６に隣接して、環状フレアガス排出空間１４０の内部に配置される。環状板１７２は、環状フレアガス排出空間１４０の中へ約半分だけ、燃焼用空気導管１０２の側壁１３２から垂直に延伸し、それにより、環状板１７２の最外縁１８０とフレアガス導管１００の側壁１１２の内側１８２との間にすきま１７８を残している。したがって、フレアガスがフレアガス配送管５８によってフレアガス導管１００の側壁１１２内に開口部１１６を通って環状フレアガス排出空間１４０に送られるとき、環状板１７２は燃焼用空気導管１０２の周りで環状フレアガス排出空間の全体にわたってフレアガスを分散させるのを助ける。分散したフレアガスは、環状板１７２の最外縁１８０と燃焼用空気導管１０２の側壁１１２との間の環状すきま１７８を通過し、最終的にフレアガス排出口１１４を通って大気中に出る。
【００４１】
次に図５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、７Ａ及び７Ｂを参照して、フレアガス導管１００及び燃焼用空気導管１０２の様々な構成を説明する。
【００４２】
図５Ａ及び５Ｂは、燃焼用空気導管１０２の高さがフレアガス導管１００の高さより小さい場合の燃焼用空気導管１０２の高さに対するフレアガス導管１００の高さの変化を示す。図５では、燃焼用空気導管の水力直径に対する燃焼用空気導管とフレアガス導管１００との高さの差の比は約０．０５である。図５Ｂでは、燃焼用空気導管１０２の水力直径に対する燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差の比は約０．０２である。例えば、図５Ａに示される構成では、図５Ａに「Ｌ」で示される燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差は３．８１センチメートル１．２７センチメートル（１．５インチ）であり、図５Ａに「Ｄ」で示される燃焼用空気導管１０２の水力直径は７５．２４７５センチメートル（２９．６２５インチ）である。図５Ｂに示される構成では、図５Ｂに「Ｌ」で示される燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差は（０．５インチ）であり、図５Ｂに「Ｄ」で示される燃焼用空気導管の水力直径は７５．２４７５センチメートル（２９．６２５インチ）である。図５Ａに示される構成及び図５Ｂに示される構成の両方において、燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との相対的高さは、フレア装置５０からフレアガス及び燃焼用空気を排出する前にフレアガスの大部分がフレア装置５０の内部で燃焼用空気と混合されるようになってはいない。
【００４３】
また、フレアガス導管１００の側壁１１２の内側１８２と燃焼用空気導管１０２の側壁１３２の外側１７４との間の水平距離、すなわち、環状フレアガス排出空間１４０の幅１８６は変えることができる。幅１８６を減少させることにより、フレア装置５０の性能が無煙性能のために最適化されることを可能にしてもよい。幅１８６を増大することにより、より大きい水理学的容量を可能にしてもよい。
【００４４】
図６Ａ、６Ｂ、７Ａ及び７Ｂは、角度アルファ（α）及び角度ベ−タ（β）がどのように変わることができるかを示す。図６Ａ及び６Ｂに示される構成では、角度アルファは７５°であり、角度ベ−タは７５°である。図６Ｂに最もよく示されるように、図６Ａ及び６Ｂに示される構成では、燃焼用空気導管１０２の高さはフレアガス導管１００の高さより小さい。燃焼用空気導管１０２の直径に対する燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差の比は約０．０１である。
【００４５】
図７Ａ及び７Ｂは、角度アルファ（α）が２０°であり、角度ベ−タ（β）が２０°である構成を示す。この場合もやはり、７Ｂに最もよく示されるように、燃焼用空気導管１０２の高さはフレアガス導管１００の高さより大きい。燃焼用空気導管１０２の直径に対する燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差の比は約０．０１である。
【００４６】
次に図８Ａ及び８Ｂを参照して、フレア装置５０の他の構成を図面と記載により説明する。この構成では、フレアガスに半径方向速度を与え、フレアガスを環状フレアガス排出空間１４０の中で旋回させて、フレアガス排出口１１４から渦巻き模様で排出させるために、フレアガスは、フレアガス導管１００の垂直中心軸１０４に対してある角度でフレアガス導管１００に注入される。フレアガスをフレアガス排出口１１４から渦巻き模様で排出させることにより、燃焼用空気排出口１３４を通って排出された燃焼用空気柱１３３の周り及び中でフレアガスが旋回させられる。旋回するフレアガスは、軸方向速度、半径方向速度、及び接線速度を有する。
【００４７】
図８Ａ及び８Ｂに示される構成では、フレアガス導管１００の側壁１１２は、各々がフレアガス導管１００の側壁１１２から外側に延びる一対の接線方向の入口１９０を含む。各入口１９０は、各入口１９０に取り付けられたフランジ１９２を含む。別個のフレアガス配送管５８（図示せず）を、各入口１９０と接続して使用することができる。詳細には、各フレアガス配送管５８の第２端部８４は、第２端部８４に取り付けられたフランジを含むことができ、このフランジは、フレアガス配送管を環状フレアガス排出空間１４０に流体が流れるように接続するために、対応する入口１９０のフランジ１９２に取り付けられる。図示されるように、フレアガスが入口１９０を通ってフレアガス導管に注入される角度は、フレアガス導管１００の垂直中心軸１０４に対して約９０°である。環状フレアガス排出空間１４０にあるフレアガスに接線速度を与え、フレアガスをその中で旋回させることにより、燃焼用空気排出口１３４の直ぐ上に低圧帯を生じ、この低圧帯が燃焼用空気排出口よりも上で静圧を低下させる。低圧帯は、大気からの燃焼用空気及び燃焼用空気の排出による燃焼用空気を低圧帯に向かって流れさせることによって、混合を促進する。このような混合は、本発明のフレア装置の無煙性能を改善する。必要に応じて１つのみの入口又は２つ以上の入口１９０を使用することができる。燃焼用空気の排出による燃焼用空気を、同様に旋回させることができる。例えば、旋回羽根として公知の螺旋フライト又は通路を、それを通って流れるそれぞれの流れに渦巻きを伝えるために、フレアガス導管１００か又は燃焼用空気導管１０２に加えてもよい。空気が単独で旋回させられてもよいし、フレアガスが単独で旋回させられてもよいし、或いは、空気とフレアガスの両方が旋回させられてもよい。後者の場合、空気及びフレアガスは、同じ方向又は反対方向に旋回させられ得る。一方の流れが時計回りの方向に旋回させられ、他方が逆時計回りの方向に旋回させられる場合、対向する渦が生じる。
【００４８】
図４Ａ及び９Ａ、９Ｂ及び９Ｃを詳細に参照して、先に記載された混合及び旋回のメカニズムを更に説明する。図４Ａ、９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、本発明のフレア装置５０に対応し、フレア装置５０に関連するいくつかの流れベクトルを示す三次元座標系を明らかにする。図示のように、本発明のフレア装置５０は、軸方向座標（流れ成分）２００と、半径方向座標（流れ成分）２０２と、接線座標（流れ成分）２０４とを含む。これらの座標（以下「流れ成分」と証する）は、図９Ａに最もよく示される。軸方向の流れ成分２００はそれぞれ、全体的なフレア装置、フレアガス導管１００、及び燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０３、１０４、及び１０５と一致する。半径方向の流れ成分２０２は、垂直中心軸１０３、１０４、及び１０５に向かって延び、且つ垂直中心軸１０３、１０４、及び１０５に対して垂直であり、すなわち、その延びが垂直中心軸１０３、１０４、及び１０５に対して９０°の角度を成す。接線方向の流れ成分２０４は、燃焼用空気排出口１３４の周囲から半径方向の成分に対して９０°に向けられる。これらの３つの成分は、いかなる方向の移動をも三次元で説明するのに十分であり、当業者に「円筒座標」系としてとして一般に知られる座標系に関連する。
【００４９】
図９Ａは、フレア装置５０に関連して、三次元の流れベクトル２１０の軸方向、半径方向、及び接線方向の流れ成分２００、２０２、及び２０４それぞれへの分解を示す。図示のように、流れベクトル２１０は、接線方向の成分の結果として、フレア装置５０の垂直中心軸１０３からずらされる。或いは同等に、軸方向、半径方向、及び接線方向の流れ成分がベクトル２１０に対して示される原点に与えられると、ベクトル２１０が生じる。
【００５０】
排出されたフレアガス流１６２が本発明のフレア装置によって排出された燃焼用空気流又は柱１３３に向けられるために、排出されたフレアガスは、半径方向の流れ成分を含む。燃焼用空気は、垂直中心軸１０４及び軸方向の流れ成分２００に沿って真っ直ぐ出るパターンで燃焼用空気排出口１３４から排出され、比較的小さい外側環状部分１５４を除いて、燃焼用空気の流れの中には本質的に半径方向の成分はない。フレアガス排出口１１４から排出されるフレアガスの流れにおける半径方向成分の結果、排出されたフレアガスは、燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気流又は柱１３３に向けられ、燃焼用空気流又は柱１３３と混合される。
【００５１】
更なる説明として、排出されたフレアガスの流れ方向がフレアガス導管１００の垂直中心軸１０４と完全に一直線にされない場合は、接線方向の成分が存在する。フレアガスの十分な部分が燃焼用空気排出の周囲で接線方向の成分を有する場合、渦巻きの流れパターンが生成される。図９Ｃは、引き込みベクトル２１２が（典型的な）円周のまわりで対称であるときに生じる渦巻きを示す。説明の便宜上、６つのベクトル２１２のみが示される。図示のように、流れが、より小さい程度の半径方向に対し、更に小さい程度の接線方向に対し、主に軸方向であっても（図９Ａに各成分ベクトルの寸法で示されるように）、接線方向の成分の結果として渦が生じる。要するに、排出された燃焼用空気の半径方向の成分（もしあれば）と比較して排出されたフレアガスのより大きな半径方向の成分により、排出されたフレアガスが排出された燃焼用空気に向けられ、これらの成分が軸方向の流れに重ね合わされても重ね合わされなくても、接線方向の成分の差が渦をもたらす。燃焼用空気排出口１３４を通る燃焼用空気の流れは主に軸方向の流れを有するので、排出されたフレアガス内にある少量の半径方向の成分でさえ混合を開始し、接線方向の成分が各々の強さに正比例して渦を生成する。
【００５２】
次に図１０Ａ及び１０Ｂを参照して、フレア装置５０の代替的な構成を説明する。この構成では、円形断面の代わりに、フレアガス導管１００及び燃焼用空気導管１０２は各々、正方形断面を有する。導管の垂直中心軸１０３及び１０４が重なるように、燃焼用空気導管１０２は少なくとも部分的にフレアガス導管１００の内部に配置される。燃焼用空気導管１０２とフレアガス導管１００との高さの差の比を算出するのには、燃焼用空気導管の直径ではなく水力直径が利用される。用語「水力直径」は先に定められている。円形断面及び正方形断面に加えて、フレアガス導管１００及びフレア装置５０の燃焼用空気導管１０２は、同様に他の断面形状を有することができる。
【００５３】
上記のフレア装置５０の構成では、燃焼用空気導管１０２は、少なくとも部分的にフレアガス導管１００の内部に配置され、例えば、環状又は正方形のフレアガス排出空間１４０を燃焼用空気導管とフレアガス導管との間に作り出している。しかしながら、フレア装置の付加的な構成を利用することができる。例えば、図１１に示すように、フレア装置５０の燃焼用空気導管１０２及びフレアガス導管１００は、直線状の構成を有することができる。
【００５４】
図１１に示すように、フレアガス導管１００及び燃焼用空気導管１０２は各々、矩形断面を有する。燃焼用空気導管１０２は、フレアガス導管１００に取り付けられ、フレアガス導管１００に直接隣接して配置されている。フレアガス導管１００の側壁１１２の後部２２０は、フレアガス導管の垂直中心面２２３に向かって内向きに先細になる、フレアガス排出口１１４に隣接する部分２２２含む。上記の構成のように、フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４は、本質的にフレア装置によって排出されて燃焼されるフレアガスの全て（好ましくは全て）が、燃焼用空気排出口から排出された燃焼用空気の柱１３３の中へフレアガス排出口を通って内向きに排出され、燃焼用空気の柱１３３と混合されることができるように、互いに対して配置される。フレアガス排出口１１４及び燃焼用空気排出口１３４は、本質的に排出されたフレアガスの全て（好ましくは全て）が、燃焼用空気導管１０２及びフレアガス導管１００の外で、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と混合されるように、互いに対して配置される。フレアガス導管１００の側壁１１２のフレアガス排出口１１４に隣接する部分２２２は、約１０°から約９０°までの範囲の、好ましくは約２５°から約４５°までの範囲の角度で燃焼用空気導管１０２の垂直中心軸１０５に向かって内向きに好ましくは先細になっている。
【００５５】
図１２及び１３は、全体的なフレア装置５０の代替的な構成を示す。図１２及び１３に示されるフレア装置５０のフレアチップ５６は、図面の図３及び４Ａ−４Ｅに示されるフレアチップと同じ構成を有する。しかしながら、図１２に示される構成では、フレアスタック５４の第１端部７４は、２つの入口２２８Ａ及び２２８Ｂを含み、各々が入り口内に配置された燃焼用空気ブロワー６２を有する。これにより、例えば、他方のブロワーがスイッチを切られている間、一方のブロワーは低待機状態で作動することができ、したがって、フレア装置５０と関連した燃焼用空気ブロワー全体の待機馬力を低下させる。
【００５６】
図１３では、フレアガス配送管５８は、異なる構成を有するセクションを含む。この構成では、フレアガス配送管５８の下部２３０は、フレアスタック５４の周りに延びて、フレアスタック５４を覆い、すなわち、フレアスタック５４は、少なくとも部分的にフレアガス配送管５８の内部に配置され、フレアスタック５４の外側２３４とフレアガス配送管の内側２３６との間に環状のフレアガス供給空間２３２を作り出している。フレアガス配送管５８の下部２３０は、第１端部２３８と、第２端部２４０と、第１端部を第２端部に接続する側壁２４２とを含む。第２端部２４０は、フレアスタック５４の周りで封止されている。側壁２４２は、側壁２４２内に開口部２４４を含む。フレアガス配送管５８の下部２３０の第１端部２３８は、流体が流れるようにフレアガス源（図示せず）に接続される。
【００５７】
また、図１３に示される構成のフレアガス配送管５８は、第１端部２４８と、第２端部２５０と、第１端部を第２端部に取り付ける側壁２５２とを有する上部セクション２４６を含む。フレアガス配送管５８の上部セクション２４６の第１端部２４８は、フレアガス配送管５８の下部２３０の側壁２４２にある開口部２４４に取り付けられ、流体が流れるように開口部２４４と連通する。フレアガス配送管５８の上部セクション２４６の第２端部２５０は、フレア装置５０のフレアガス導管１００の側壁１１２にある開口部１１６に取り付けられ、流体が流れるように開口部１１６と連通する。図１３に示されるフレアガス配送管５８の構成は、フレア装置５０に全体的な安定性をもたらし、いくらかの構造的な利点を有する可能性がある。
【００５８】
フレア装置の付加的な構成を使用することができ、具体的な用途に応じて、フレア装置に修正を加えることができる。ガスフレアは一般に、それらが機能しなければならない機械システムに応じて、比較的簡単であるか、極めて複雑であり得る。例えば、高分子量ガスが燃やされることを必要とする場合などのいくつかの用途では、フレア装置は、周辺制御用の機構、すなわち、火炎が風又は他の外部要因によって吹き飛ばされないようにするのを助けるために使用することができる機構を含むことができる。一例として、周囲境界を作り出すためにフレアガス導管１００の外側から大気中に蒸気又は空気を注入し、フレア装置から排出されたフレアガスと燃焼用空気との混合物を収容するのを助けることができる。燃焼用空気導管１０２及びフレアガス導管１００は、排出されたフレアガスの周囲に燃焼用空気の環状コアを注入するための第２の環状燃焼用空気排出空間及び開口部を生成するために、第３の導管の内部に配置されることができる。他の構成では、フレア装置に空気を誘導するためにフレア装置の内部に蒸気を注入することができ、すなわち、空気のための原動力として蒸気を使用することができる。他の構成では、複数のフレアチップ５６を使用することができる。例えば、比較的小さいフレアチップ５６を、比較的小量のガスを燃やすために設けることができ、比較的大きいフレアチップ５６を、比較的大量のガスを燃やすために設けることができる。
【００５９】
上記のように、本発明のフレア装置５０は、フレアガス及び燃焼用空気をフレア装置から排出する前に、フレアガスの大部分を燃焼用空気とフレア装置の内部で予備混合しないで、フレアガス及び燃焼用空気の混合物を燃やすために使用することができる。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、「フレアガス及び燃焼用空気をフレア装置から排出する前に、フレアガスの大部分を燃焼用空気とフレア装置の内部で予備混合しないで」は、燃焼用空気及びフレアガスをフレア装置から排出する前にフレア装置の内部で燃焼用空気と予備混合されるフレアガスがもしあるならば、その量はフレア装置の内部で可燃性混合物を形成するのに十分でないことを意味する。本質的に排出されたフレアガスの全て（すなわち、燃焼用空気導管１０２の内部で燃焼用空気とフレアガスとの可燃性混合物を生成するのにとうてい十分でないフレアガスの量を除く、排出されたフレアガスの全て）は、燃焼用空気導管及びフレアガス導管１００の外で、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気と混合される。
【００６０】
フレア装置５０の動作において、燃焼用空気は、フレア装置の燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４を通って大気８１中に排出される。上記のように、また図４Ａ及び４Ｂ（更に、図８Ａ、１１及び１４Ｂ）に矢印１５０で示されるように、一体化された燃焼用空気の柱１３３がフレア装置５０から大気中へ排出される。空気の中心部分１５２及び空気の外側環状部分１５４が、燃焼用空気排出口１３４から大気８１中に排出される。燃焼用空気の柱１３３の大部分は、上方へ突き抜けるが、すぐに環状フレアガス排出流１６２が注入され、燃焼用空気排出口１３４を通って大気中へ排出された後、長い間、一体化された燃焼用空気の柱のままではあり得ない。
【００６１】
本質的にフレア装置５０によって排出されて燃焼される（すなわち、燃やされる）フレアガスの全て（すなわち、フレア装置から排出される前にフレア装置の内部で燃焼用空気と共に可燃性混合物を形成するのにとうてい十分ではないフレアガスの一部を除く、フレア装置によって燃やされるフレアガスの全て）が、排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ内向きにフレアガス排出口１１４から大気中へ排出され、燃焼用空気の柱１３３と混合される。本質的に排出されたフレアガスの全て（すなわち、フレア装置から排出される前にフレア装置の内部で燃焼用空気と共に可燃性混合物を形成するのにとうてい十分でない一部のフレアガスを除く、排出されたフレアガスの全て）は、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気とフレア装置５０の外で混合される。好ましくは、フレア装置５０によって燃やされるフレアガスの全てが、排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ内向きにフレアガス排出口１１４から大気中へ排出され、燃焼用空気の柱１３３と混合される。好ましくは、排出されたフレアガスの全てが、排出された燃焼用空気又は外部大気中の空気とフレア装置５０の外で混合される。排出されたフレアガスと、排出された燃焼用空気と、外部大気中の空気との混合物は、その後、フレア装置５０の外で点火される。パイロット組立体６０は、混合物に点火するために使用される。フレアガスが燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４から排出された燃焼用空気の中へ内向きに（燃焼用空気導管の垂直中心軸１０５に向かって）フレアガス排出口１１４から排出されるという事実によって、排出されたフレアガス流１６２は、排出された燃焼用空気柱１３３に入り込む。
【００６２】
フレアガスがフレアガス排出口１１４から排出される全体的な速度及び圧力は、放出される必要があるフレアガスの量及びその搬送圧に応じて変わる。例えば、フレアガス導管１００内のフレアガスの圧力は、一般的に約２０６８４〜２７５７９パスカル（３〜４ポンド／平方インチ）であるが、用途に応じて、このような量より大きいか又は小さいことができる。燃焼用空気がフレア装置５０から大気中へ排出される軸方向速度は、特定のレベルに維持することができる。好ましくは、燃焼用空気は、少なくとも１５．２４メートル／秒（５０フィ−ト／秒）の軸方向速度で、フレア装置５０から大気中へ排出される。より好ましくは、燃焼用空気がフレア装置５０から大気８１に排出される軸方向速度は、約１５．２４メートル／秒（約５０フィ−ト／秒）から約６０．９６メートル／秒（約２００フィ−ト／秒）までの範囲にあり、更に好ましくは、約３６．５７６メートル／秒（約１２０フィ−ト／秒）から約４５．７２メートル／秒（約１５０フィ−ト／秒）までの範囲にある。最も好ましくは、燃焼用空気は、約４５．７２メートル／秒（約１５０フィ−ト／秒）の軸方向速度で、フレア装置５０から大気中へ排出される。
【００６３】
フレアガスは、排出された燃焼用空気の柱１３３の中へ内向きに、約１０°乃至約９０°の範囲、好ましくは約２５°乃至約４５°の範囲の角度で、好ましくはフレア装置５０から大気中へ排出される。最も好ましくは、フレアガスは、排出された燃焼用空気の中へ内向きに約３５°の角度でフレア装置５０から大気８１中へ排出される。
【００６４】
上記のように、一体化された燃焼用空気の柱１３３がフレア装置から大気中へ排出される。燃焼用空気は、燃焼用空気の中心部分１５２に向かって内側に向けられた燃焼用空気の外側環状部分１５４を除いて、フレア装置５０から大気中へ軸方向に排出される。フレアガスは、排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ、フレア装置５０から大気８１中に排出される。１つの構成では、フレアガスは、排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ、旋回する環状パタ−ンでフレア装置５０から大気８１中に排出される。排出された燃焼用空気の柱１３３の周り及び中へ、環状パタ−ンでフレアガスを旋回させることにより、燃焼用空気排出口より上に低圧帯が生成され、それによって燃焼用空気排出口より上の圧力を低下させる。
【００６５】
次に図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、本発明のフレア装置によって、本発明の方法に従って生成される火炎が示される。図１４Ａは、フレア装置５０によって、本発明の方法に従って生成される火炎のパターンを示す。示されるように、火炎の基部での初期の迅速な混合によって、火炎は、比較的短く、真っ直ぐで、煙を出さない。
【００６６】
図１４Ｂは、本発明のフレア装置５０によって生成することができるフレアガスの体積分率の等高線を示す断面図である。より詳細には、図１４Ｂは、フレアガスが燃焼生成物及び／又は外部大気中の空気に溶け込むことができる程度を示す、プロパンの周囲の流体との混合の計算流体力学シミュレ−ションである。フレアガスの全てが、フレアガス排出口１１４から排出されると、急速且つ効率的に燃焼用空気及び／又は外部大気中の空気と混合されることができる。図１４Ｂに示すように、排出された燃焼用空気の中央の柱１３３は、火炎エンベロ−プの真ん中に（示された濃度領域の間に）ある。燃焼用空気の柱１３３の長さ及び幅は、燃やされるフレアガスのタイプ、フレアガスの排出速度、及び風などの環境条件を含むプロセスの条件によって変化する。外部大気中の空気８１が、火炎周辺から引き込まれる。符号２６０で示される等高線は、プロパンの５０％の体積分率を示す。この等高線はフレアガス排出口１１４の近くに生じ、従って迅速な燃料の混合を示している。同様に、等高線２６２は、プロパンの４０％の体積分率を示す。等高線２６４はプロパンの３０％の混合物を示し、一方、等高線２６６はプロパンの２０％の混合物を示す。最後に、等高線２６８は、プロパンの１０％の混合物を示す。
【００６７】
このように、フレアガスは、フレア装置によって排出されると、急速且つ効率的に空気と混合される。軸方向中心に空気の詰まったコアを有するよく混合された希薄な排出物が、急速に形成される。本発明によれば、一体化された燃焼用空気の柱を火炎エンベロ−プの中心に直接排出することによってより良好な混合が達成されることが発見された。一体化された燃焼用空気の柱を火炎エンベロ−プの中心に直接排出することによって達成される全体的な混合は、多くの状況で、燃焼用空気とフレアガスの両方を火炎エンベロ−プの中心に排出することによって達成される全体的な混合よりも良好である。
【００６８】
燃焼用空気導管１０２の燃焼用空気排出口１３４を通って排出された一体化された燃焼用空気の柱１３３の質量は、それによって燃焼用空気の柱の大部分が少なくとも最初に直面する排出されたフレアガスの部分を上方へ貫通するのに十分である。これは、中央の燃焼用空気の流れが、フレアガスに対して伸ばされた又は長形のトロイド（ドーナツ）形状を作り出すことができることを保証するのに役立つ。排出された燃焼用空気は、内側混合面領域を作り出すために、環状フレアガス流の中央に配置される。また、ガスエンベロ−プの外側に外側面が作り出され、そこで外部大気中の空気が混合のために火炎に引き込まれる。このように、２つの異なる混合面が、空気をフレアガスと混合するために作り出される。排出された燃焼用空気は、初期にフレアガス又は火炎エンベロ−プによって容易に覆われ又は封入されず、それにより大量の排出された燃焼用空気が、中央に送られ、フレアチップの排出端部から更に離れ、火炎エンベロ−プの長さの全体にわたってフレアガスと混合されることが可能になる。空気の表面積を増大することによって、空気へのガスの混合速度もまた増大される。
【００６９】
完全な無煙の燃焼が起こることを可能にするフレアガスと空気との理論混合比を達成するために提供されなければならない燃焼用空気の量は、他のフレア装置に関して必要とされる燃焼用空気の量よりも実質的に少なくなり得る。例えば、プロパンを燃焼する場合、従来のチップにおける無煙火炎のために必要な空気の量は約３０％の化学量論比である。本発明のフレア装置は、例えば、同じ作業を達成するために、約１３％の化学量論比を使用し得る。これは、所要の空気流と、流れに所要の空気流を届けるのに必要とされるブロワーを駆動するために必要な電力との両方を著しく低減する。
【００７０】
本発明のフレア装置及び方法は、大量のフレアガスを効率的且つ効果的に燃やすために使用することができる。多種多様なガスを燃やすことができる。例えば、本発明のフレア装置は、低分子量（４０の以下の分子量を有するガスを含む）を燃やす必要があるエチレン工場及び他の施設に関して非常に有効である。本発明のフレア装置及び方法は、グラウンドフレア、ユーティリティーフレア、及び、良く混合された又は無煙の火炎がそれに関連して必要とされる他のいかなるフレアをも含む、ほとんどのタイプのフレアと関連することができる。
【００７１】
本発明のフレア装置は、デザインがシンプルで、製造が容易である。
【００７２】
本発明を更に説明するために、以下の実施例を提供する。
【００７３】
（実施例）
本発明のフレア装置５０は、約３８１００キログラム／時間（約８４，０００ポンド／時間）のプロパンを、プロパンの完全燃焼のために理論的に必要とされる理論空気量の約１３％を示す、約９６３立方メートル／分（約３４，０００標準立方フィ−ト／分）の空気で、煙を出さずに燃焼するように操作された。図１４Ａに示される火炎の外形が作り出された。従来の空気フレアの技術は、理論的な化学量論比の約３０％又は２倍以上の空気を必要としてきた。換言すれば、本発明の技術は、無煙の動作を達成するのに従来の空気量の約半分を必要とした。
【００７４】
したがって、本発明は、目的を達成し、記載された目標及び効果だけでなく発明に内在する目標及び効果を達成するのによく適合している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【外国語明細書】
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