(57)【要約】【課題】従来よりも簡便な手段で低周波振動による周囲への影響を低減する。【解決手段】上端が開放状態で地上に立設された風防２と、該風防２の内側に設けられ、燃焼用空気が通過自在な空気導入部３と、当該空気導入部３の上に立設された煙突４と、当該煙突４内に設けられたバーナ５と、を備えるグランドフレアＡにおいて、風防２あるいは煙突４の高さ方向において、風防２及び煙突４に発生する振動の定在波の腹に相当する部位に音圧を外部に逃す複数の音圧逃し孔４ａを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開放状態で地上に立設された風防と、該風防の内側に設けられ、燃焼用空気が通過自在な空気導入部と、当該空気導入部の上に立設された煙突と、当該煙突内に設けられたバーナと、を備えるグランドフレアにおいて、
前記煙突あるいは前記風防の高さ方向において、前記煙突及び前記風防に発生する振動の定在波の腹に相当する部位に音圧を外部に逃す開口を備えることを特徴とするグランドフレア。
【請求項２】
前記開口は、前記煙突及び前記風防を前記煙突の高さ及び前記風防の高さとの和を管長とすると共に両端が開放された単一の開管とみなし、該開管に発生する振動の定在波の腹に相当する部位に設けられることを特徴とする請求項１記載のグランドフレア。
【請求項３】
前記定在波の腹に相当する部位は、前記開管に開口端補正を施して得られる実効的な管長に基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載のグランドフレア。
【請求項４】
前記定在波の腹に相当する部位には、前記開口が前記煙突あるいは前記風防の周方向に離散的に複数設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のグランドフレア。
【請求項５】
前記煙突あるいは前記風防の高さ方向において、前記定在波の腹に相当する部位に加えて、当該部位から一定距離離れた部位に補助開口を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のグランドフレア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グランドフレアに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、可燃性排ガスを煙突下端のバーナで燃焼処理し、煙突下端及びバーナの周囲が風防により囲まれたグランドフレアにおいて、煙突及び風防よりなるグランドフレア塔体から発生する低周波振動（音響振動）の固有振動数の変更、グランドフレア塔体の複数化、及びグランドフレア塔体内部への低周波振動吸収体設置の中から少なくとも１つを選択し、グランドフレア塔体の低周波騒音音圧レベルを低減することが開示されている。
【０００３】
また、この特許文献１には、上記固有振動数の変更、つまり低周波振動の高周波化を実現するための具体的な手段として、煙突の高さ方向において共鳴周波数により発生する音圧モードの「腹」となる位置に開口部（煙突開口部）を設けることが記載されている。すなわち、特許文献１に記載された技術は、煙突及び風防よりなるグランドフレア塔体から発生する低周波振動の固有振動数の変更、つまり低周波振動を煙突の本来の固有振動数よりも高い周波数に変移させることにより、低周波振動に起因して周囲の物体が共振・振動することを防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５６５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、低周波振動の周波数を高い周波数に変移させるために音圧モードの「腹」となる位置に、煙突の周方向において比較的広い範囲（９０°〜３６０°）かつ比較的大きな開口面積比（２５％以上）の煙突開口部を設ける。
【０００６】
しかしながら、煙突の機械的な強度を確保する必要から、煙突開口部の周方向における範囲や開口面積比は当然に制限されるので、上記従来技術には実用性に欠ける面がある。例えば、既存のグランドフレアに上記従来技術を適用しようとする場合、煙突開口部について十分な範囲や十分な開口面積比が得られなかったり、あるいは十分な範囲や十分な開口面積比を得るためには煙突に補強処理を施す必要が発生し得る。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便な手段で低周波振動による周囲への影響を低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、バーナと、該バーナの上方あるいは前記バーナが途中に位置するように立設された煙突と、前記バーナの側方あるいは前記煙突の下端を少なくとも囲うように立設された風防と、を備えるグランドフレアにおいて、前記煙突あるいは前記風防の高さ方向において、前記煙突及び前記風防に発生する音響振動の定在波の腹に相当する部位に音圧を外部に逃す開口を備える、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記開口は、前記煙突及び前記風防を前記煙突の高さ及び前記風防の高さとの和を管長とすると共に両端が開放された単一の開管とみなし、該開管に発生する音響振動の定在波の腹に相当する部位に設けられる、という手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記定在波の腹に相当する部位は、前記開管に開口端補正を施して得られる実効的な管長に基づいて設定される、という手段を採用する。
【００１１】
また、本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記定在波の腹に相当する部位には、前記開口が前記煙突あるいは前記風防の周方向に離散的に複数設けられる、という手段を採用する。
【００１２】
また、本発明では、第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記煙突あるいは前記風防の高さ方向において、前記定在波の腹に相当する部位に加えて、当該部位から一定距離離れた部位に補助開口を設ける、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、煙突及び風防に発生する音響振動の定在波の腹に相当する部位に音圧を外部に逃す開口を備えるので、当該開口について従来技術のように音響振動の周波数を高周波するための開口に比較して開口面積比を小さくすることが可能であり、よって従来よりも簡便な手段で音響振動による周囲への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡの構成を示す垂直断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡの構成を示す水平断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡにおける低周波振動（音響振動）の音場を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るグランドフレアＡは、プラントにおいて余剰に発生した可燃性ガスを処理対象として燃焼処理するための設備である。このグランドフレアＡは、例えばＬＮＧ基地に備えられ、ＬＮＧタンクで不可避的に発生するＢＯＧガス（ボイルオフガス）を燃焼処理する。
【００１６】
また、このグランドフレアＡは、図１及び図２に示すように、基礎１、風防２、空気導入部３、煙突４、複数のバーナ５、供給管６、第１制御弁７、第２制御弁８、第３制御弁９及びパイロットバーナ１０を少なくとも備えている。なお、上記風防２は一般に「フェンス」とも呼ばれ、また煙突４は「スタック」とも呼ばれている。
【００１７】
基礎１は、上面が水平面となるように地上に構築されたコンクリート構造物である。風防２は、上端が開放状態で地上に立設された円筒体である。より詳しくは、風防２は、基礎１の上面との間に隙間が存在しない状態で基礎１上に垂直状態に設置された円筒体である。さらに言うと、風防２の下端は全周において基礎１の上面と接触した状態であるが、風防２の上端は完全に開放状態である。
【００１８】
空気導入部３は、上記風防２の内側に当該風防２に対して同心状に構築された略円筒状の開口である。例えば、空気導入部３は、所定間隔を空けて円環状に配置された複数の支柱によって構成されており、基礎１の上面から所定の高さに亘って、また略全周に亘って燃焼用空気の通過が自在である。
【００１９】
煙突４は、上記空気導入部３の上に垂直姿勢で設けられた円筒体である。この煙突４は、上記空気導入部３と同一径であり、所定の長さを有している。なお、煙突４の長さ（高さ）は、複数のバーナ５で発生する火炎が外部から視認できないように、つまり煙突４の上端が火炎の上端よりも高くなるように設定されている。
【００２０】
バーナ５は、上記煙突４の内部、かつ当該煙突４内において上記空気導入部３の上端よりも若干高い位置（水平位置）に所定間隔を空けて複数設けられている。このような複数のバーナ５は、風防２の上端から風防２内に取り込まれ、さらに空気導入部３を介して煙突４内に取り込まれた燃焼用空気を酸化剤として、上述した可燃性ガス（処理対象）を燃焼させる。
【００２１】
供給管６は、複数のバーナ５に可燃性ガス（処理対象）を供給する配管である。この供給管６は、風防２を貫通して当該風防２内に引き込まれ、さらに空気導入部３を介して煙突４内に引き込まれるが、図２に示すように、風防２を貫通する前段階で第１分岐管６ａ、第２分岐管６ｂ及び第３分岐管６ｃに分岐して風防２内に引き込まれる。
【００２２】
第１分岐管６ａの先端には第１グループ（第１ステージ）を構成する複数のバーナ５ａが接続され、第２分岐管６ｂの先端には第２グループ（第２ステージ）を構成する複数のバーナ５ｂが接続され、また第３分岐管６ｃの先端には、第３グループ（第３ステージ）を構成する複数のバーナ５ｃが接続されている。なお、図２では、便宜上、風防２を省略している。
【００２３】
また、上記供給管６には、第１制御弁７が設けられ、第２分岐管６ｂには第２制御弁８が設けられ、第３分岐管６ｃには第３制御弁９が設けられている。第１制御弁７は、グランドフレアＡで可燃性ガスを燃焼処理する必要が生じた場合に開状態に設定され、グランドフレアＡでの可燃性ガスの処理が必要ない場合には閉状態に設定される。
【００２４】
第２制御弁８及び第３制御弁９は、グランドフレアＡで処理する可燃性ガスの量に応じて開閉される制御弁である。すなわち、第２制御弁８及び第３制御弁９は、可燃性ガスの量が比較的少ない場合は閉状態とされ、可燃性ガスの量が多くなると開状態とされる。なお、このような第１制御弁７、第２制御弁８及び第３制御弁９は、プラントの運転を制御する制御装置（プラント制御装置）によって開閉状態が制御される。
【００２５】
パイロットバーナ１０は、第１ステージのバーナ５ａを着火させるために別途設けられた着火専用バーナであり、当該バーナ５ａの近傍に設けられている。なお、第２ステージのバーナ５ｂ及び第３ステージのバーナ５ｃには、着火専用バーナが設けられていない。第２ステージのバーナ５ｂ及び第３ステージのバーナ５ｃの着火は、当該第２ステージのバーナ５ｂ及び第３ステージのバーナ５ｃへの可燃性ガス（処理対象）の供給が開始されることにより、第１ステージのバーナ５ａの火炎が燃え移ることにより行われる。なお、このパイロットバーナ１０も上記プラント制御装置によって制御される。
【００２６】
さらに、本グランドフレアＡの特徴的構成について説明すると、上記煙突４には、風防２及び煙突４が共振することによって発生する低周波振動（音響振動）を低減するために、当該低周波振動の音圧を外部に逃す音圧逃し孔４ａ（開口）が形成されている。上記低周波振動は、複数のバーナ５が発する燃焼音を主音源とし、風防２及び煙突４が全体として１つの開管Ｂと見なすことができる風防２及び煙突４の固有振動数で共振することによって発生する音響振動である。
【００２７】
風防２及び煙突４からなる上記開管Ｂは、図３に示すように、両端が開放端、かつ、基礎１を基準とする風防２の高さＨ１と同じく基礎１を基準とする煙突４の高さＨ２との和を管長とする音場である。すなわち、この開管Ｂは、風防２を基礎１の上面で折り返して得られるような形状を備えている。個のような開管Ｂ（音場）には、当該開管Ｂ（音場）が共振することによって、管長を半波長とすると共に両端を「節」とする基本波の定在波が発生する。
【００２８】
ここで、上記開管Ｂ（音場）には、基本波の定在波以外にも高調波の定在波が発生し得る。しかしながら、周囲環境への影響が最も大きい低周波振動は基本波であり、よって上記音圧逃し孔４ａは、煙突４の高さ方向において、基本波の定在波の「腹」相当する位置（部位）に設けられている。例えば、上記高さＨ１を１０ｍ、上記高さＨ２を３０ｍとした場合、上記高調波の周波数は約４Ｈｚとなる。このような極低周波の振動は、可聴域から外れているものの、周囲環境への影響が最も大きいので低減が要求されている。
【００２９】
また、上記音圧逃し孔４ａは、煙突４の周方向において、離散的に複数設けられている。例えば、煙突４の周方向における音圧逃し孔４ａの間隔は局所的に間隔が異なるものではなく、一定間隔である。さらに、煙突４の周方向に配列する複数の音圧逃し孔４ａは、すべて同一形状かつ同一サイズであり、異なる形状や異なるサイズではない。なお、煙突４の周方向に複数の音圧逃し孔４ａを設けた場合、煙突４において環状に音圧逃し孔４ａが設けられた部位の機械的強度が低下するので、音圧逃し孔４ａの形状については、当該機械的強度の低下を極力抑えるような形状（例えば円形）が好ましい。
【００３０】
次に、本グランドフレアＡの作用・効果について詳しく説明する。
本グランドフレアＡでは、可燃性ガスの燃焼処理が必要な事態となると、プラント制御装置によって第１制御弁７が閉状態から開状態に設定され、さらにプラント制御装置によってパイロットバーナ１０が作動させられることによって、第１ステージのバーナ５ａが着する。また、可燃性ガスの量が比較的多い場合、プラント制御装置は、上記第１制御弁７に加えて、第２制御弁８及び第３制御弁９をも開状態に設定し、第２ステージのバーナ５ｂ及び第３ステージのバーナ５ｃをも着火させる。
【００３１】
このようにして本グランドフレアＡが稼働を開始すると、複数のバーナ５は、各々に空気導入部３を介して外気から取り入れた燃焼用空気を酸化剤として可燃性ガス（処理対象）を燃焼させるが、この燃焼に伴って煙突４内では騒音（燃焼音）が発生する。そして、この燃焼音が主因となって風防２及び煙突４が自らの固有振動数で共振して低周波振動を発する。
【００３２】
ここで、上述したように風防２及び煙突４は、振動体として見た場合に、基礎１を基準とする風防２の高さＨ１と基礎１を基準とする煙突４の高さＨ２との和を管長とする単一の開管Ｂと見なすことができる。この開管Ｂは、直径が互いに異なる風防２と煙突４とから構成されるので、より正確には途中で太さが変わる開管であるが、この太さの変化は低周波振動の波長（周波数）に大きな影響を与えるものではなく、低周波振動の波長（周波数）は、主に開管Ｂの管長に依存する。
【００３３】
また、より詳細には、開管Ｂでは、閉管とは異なり、両端が開放されているので、各開放端について開放端補正を施すことにより開管Ｂの実際の管長よりも若干短い実効的な管長に基づいて低周波振動の波長（周波数）を推定する必要がある。このような開放端補正の量は、開管Ｂの開放端の半径に例えば０．６を乗算することによって得られる。なお、上記開放端補正は、周知のように管径に依存するので、風防２の上端に相当する開管Ｂの下端には、風防２の半径に基づいて開口端補正を行い、一方、煙突４の上端に相当する開管Ｂの上端には、煙突４の半径に基づいて開口端補正を行う。
【００３４】
このような開管Ｂ内には、図３の右模式図に示すように、上述した実効的な管長に基づく波長（周波数）かつ開放端である両端が「節」となる音響定在波（基本波）が発生する。そして、本グランドフレアＡでは、開管Ｂの高さ方向（風防２及び煙突４の高さ方向）において、上記音響定在波（基本波）の「腹」に相当する位置（高さ）に複数の音圧逃し孔４ａが管状に形成されている。
【００３５】
音響定在波（基本波）において、「腹」は音圧レベルが最も大きくなる部位であり、一方、「節」は音圧レベルの最も小さい部位である。複数の音圧逃し孔４ａは、開口なので、このような音圧レベルが最も大きくなる音響定在波（基本波）の「腹」から音圧を開管Ｂ外（煙突４の外側）に逃す、つまり「腹」における音響定在波（基本波）の音圧を下げて低周波振動の振動レベルを下げる作用を奏する。
【００３６】
すなわち、このような複数の音圧逃し孔４ａを備える本グランドフレアＡによれば、従来技術のように低周波振動の周波数を高周波するのではなく、音圧を開管Ｂ外（煙突４の外側）に逃すことによって低周波振動の振動レベルを下げるので、音圧逃し孔４ａの開口面積比を従来よりも小さくすることが可能である。したがって、本グランドフレアＡによれば、煙突４の補強処理の必要性も低減されるので、従来よりも簡便な手段で低周波振動による周囲への影響を低減することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、開管Ｂに発生する音響定在波（基本波）の「腹」に相当する位置（高さ）にのみ、煙突４の周方向に沿って複数の音圧逃し孔４ａを設けた。しかしながら、音響定在波（基本波）の音圧レベルは、開管Ｂの高さ方向において「腹」から離れるに従って緩やかに低下するので、「腹」から一定距離離れた腹近傍部位に追加の音圧逃し孔を補助開口として設けてもよい。例えば、「腹」から一定距離離れた上下両方の近傍部位、つまり開管Ｂの高さ方向において「腹」に相当する部位を挟んで上下２つの位置に煙突４の周方向に沿って複数の補助開口を設けることが考えられる。
【００３８】
（２）上記実施形態では、開管Ｂに発生する音響定在波（基本波）の「腹」に相当する位置（高さ）が煙突４に該当する位置だったので、当該煙突４に複数の音圧逃し孔４ａを設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、風防２の高さが煙突４の高さよりも高い場合には、音響定在波（基本波）の「腹」に相当する位置（高さ）が風防２に該当する位置となる場合があるので、このような場合には音圧逃し孔は風防２に形成されることになる。
【００３９】
（３）上記実施形態では、開管Ｂに発生する音響定在波（基本波）の「腹」に相当する位置（高さ）に煙突４の周方向に沿って複数の音圧逃し孔４ａを設けたが、本発明はこれに限定されない。煙突４の周方向に沿って連続的に延在する単一の長孔として音圧逃し孔４ａを設けてもよい。
【００４０】
（４）上記実施形態では、第１〜第３分岐管６ａ〜６ｃを設けることにより複数のバーナ５を第１〜第３グループ（第１〜第３ステージ）にグループ分けしたが、本発明はこれに限定されない。複数のバーナ５は、全体として１つのグループを構成してもよく、または２あるいは４以上のグループ数にグループ分けされていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ  グランドフレア、Ｂ  開管、１  基礎、２  風防、３  空気導入部、４  煙突、４ａ  音圧逃し孔（開口）、５  バーナ、６  供給管、７  第１制御弁、８  第２制御弁、９  第３制御弁、１０  パイロットバーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015068505.tif 000005