(57)【要約】  【課題】  ベントスタックからの可燃性ガスの排出に支障を来たすことなく、ベントスタックの内部への大気の侵入を抑制することにより、可燃性ガスと混合させる不燃性ガスの供給量を低減させることができるベントスタックを提供する。  【解決手段】  燃焼施設に可燃性ガスＧ１を送気するガス送管に付設され、燃焼施設の通常運転時には、不要な可燃性ガスＧ１を不燃性ガスＧ２と混合させた後に、地上に立設された筒２の頂部開口３から大気に放出させるベントスタック１において、頂部開口３に、可燃性ガスとＧ１不燃性ガスＧ２の混合ガスＧを放出可能とするとともに、筒２内への大気の侵入を防止する蓋２０を設けた。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼施設に可燃性ガスを送気するガス送管に付設され、前記燃焼施設の通常運転時には不要な不燃性ガスと混合させた後に、地上に立設された筒の頂部開口から大気に放出させるベントスタックにおいて、
前記頂部開口に、前記可燃性ガスと前記不燃性ガスの混合ガスを放出可能とするとともに、上記筒内への大気の侵入を抑制する蓋を設けたことを特徴とするベントスタック。
【請求項２】
前記蓋は、前記筒の頂部内壁に設けられた逆流防止板上に載置されることを特徴とする請求項１に記載のベントスタック。
【請求項３】
前記蓋又は前記逆流防止板に前記混合ガスを流通させる通気孔が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベントスタック。
【請求項４】
前記ベントスタックの頂部内壁に前記蓋の位置ずれを防止する係合部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のベントスタック。
【請求項５】
前記蓋の上面に複数の突起部を設けたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のベントスタック。
【請求項６】
前記蓋は、導電性スチロールにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のベントスタック。
【請求項７】
前記蓋にアース線を設けることを特徴とする請求項６に記載のベントスタック。
【請求項８】
前記アース線は、前記蓋の落下を防止する安全帯を兼ねることを特徴とする請求項７に記載のベントスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラントや発電所等において発生する不要な可燃性ガスを燃焼させることなく、大気に放出させるベントスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント及び発電所等においては、可燃性ガスを燃焼施設に送る際に、燃焼施設が非常停止等することによりガス送管内に残留し、圧力が上昇した可燃性ガスを燃焼させることなく、緊急に大気に放出するベントスタックが設けられている。
【特許文献１】特開平１０−３１８４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなベントスタックは、煙突と同様に、垂直に設けられた筒からガスを排出するものであり、上述した緊急時を除く通常時には、ベントスタックの下端に連通するガス送管に設けた安全弁から漏出したメタン（ＣＨ４）ガス等の可燃性ガスに窒素（Ｎ２）ガス等の不燃性ガスを混合して、発火の恐れないように濃度を低下させてから頂部開口から大気に放出している。
しかしながら、ベントスタックの上端が常に開口しているため、特に強風時には、大気がベントスタックの内部深くまで侵入し、大気中の酸素と可燃性ガスとが混合して、可燃性ガスが燃焼しやすい環境が形成されてしまう。しかも、大気の侵入量は、天候に左右されるため、予測が困難である。そこで、ベントスタックから排出する可燃性ガスに対する不燃性ガスの供給量を、常に必要量の数倍程度とすることにより、大気がベントスタックの内部深くまで侵入した際にも可燃性ガスが発火する恐れがないようにしている。
このため、ベントスタックでは、常に大量の不燃性ガスを消費し、ランニングコストが嵩んでしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ベントスタックからの可燃性ガスの排出に支障を来たすことなく、ベントスタックの内部への大気の侵入を抑えることにより、供給する不燃性ガスの量を低減させることができるベントスタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るベントスタックでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明では、燃焼施設に可燃性ガスを送気するガス送管に付設され、燃焼施設の通常運転時には、不要な可燃性ガスを不燃性ガスと混合させた後に、地上に立設された筒の頂部開口から大気に放出させるベントスタックにおいて、頂部開口に、可燃性ガスと不燃性ガスの混合ガスを放出可能とするとともに、筒内への大気の侵入を抑制する蓋を設けるようにした。この発明によれば、ベントスタックの筒内への大気の侵入が抑えられるので、可燃性ガスと大気中の酸素とが混合して、発火する危険性を低減することができる。
【０００６】
また、蓋が筒の頂部内壁に設けられた逆流防止板上に載置されるものでは、既存のベントスタックであっても、頂部開口に容易に蓋を設置することができる。
また、蓋又は逆流防止板に混合ガスを流通させる通気孔が形成されるものでは、可燃性ガスと不燃性ガスの混合ガスを容易に大気に放出することができる。
また、ベントスタックの頂部内壁に蓋の位置ずれを防止する係合部を設けたものでは、強風時に蓋が逆流防止板上からずれ落ちることにより、大気がベントスタックの筒内に侵入する危険性を低減することができる。
また、蓋の上面に複数の突起部を設けたものでは、蓋の上面近傍を流れる風が突起部により乱流となり、蓋が風に吸い寄せられて、逆流防止板上からずれ落ちることが防止できる。
また、蓋が導電性スチロールにより形成されるものでは、蓋に静電気が帯電しづらくなり、静電気の火花が可燃性ガスに着火する危険性を低減することができる。
また、蓋にアース線を設けるものでは、蓋に帯電した静電気がアース線を介して放電することにより、静電気の火花が可燃性ガスに着火する危険性を低減することができる。
また、アース線が蓋の落下を防止する安全帯を兼ねるものでは、蓋がベントスタックの頂部開口から落下することを容易に防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明では、燃焼施設に可燃性ガスを送気するガス送管に付設され、燃焼施設の通常運転時には、不要な可燃性ガスを不燃性ガスと混合させた後に、地上に立設された筒の頂部開口から大気に放出させるベントスタックにおいて、頂部開口に、可燃性ガスと不燃性ガスの混合ガスを放出可能とするとともに、筒内への大気の侵入を抑制する蓋を設けるようにした。この発明によれば、ベントスタックの筒内への大気の侵入が抑えられるので、可燃性ガスと大気中の酸素とが混合して、発火する危険性を低減することができる。したがって、ベントスタックの筒内に送気する不燃性ガスの量を可燃性ガスの予想漏れ量に応じた量だけ供給すればよく、不燃性ガスの消費量が減少して、発電設備等のプラントのランニングコストを抑えることができる。
【０００８】
また、蓋が筒の頂部内壁に設けられた逆流防止板上に載置されるものでは、既存のベントスタックの頂部開口に容易に蓋を設置することができる。これにより、既存設備を有効利用することができるとともに、新たな設備コストの発生を抑えることができる。
また、蓋又は逆流防止板に混合ガスを流通させる通気孔が形成されるものでは、可燃性ガスと不燃性ガスの混合ガスを容易に大気に放出することができる。
また、ベントスタックの頂部内壁に蓋の位置ずれを防止する係合部を設けたものでは、強風時に蓋が逆流防止板上からずれ落ちることが防止されるので、ベントスタックの筒内への大気浸入を抑制できる。これにより、可燃性ガスがベントスタックの筒内で発火することが回避され、長期間にわたって発電設備等のプラントの安全性を確保することができる。
また、蓋の上面に複数の突起部を設けたものでは、蓋の上面近傍を流れる風が突起部により乱流となり、蓋が風に吸い寄せられて、逆流防止板上からずれ落ちることが防止できる。これにより、天候に左右されずに、不燃性ガスの使用量が低減できるとともに、プラントの安全性を確保することができる。
また、蓋が導電性スチロールにより形成されるものでは、蓋に静電気が帯電しづらくなり、静電気の火花が可燃性ガスに着火する危険性を低減することができる。これにより、長期間にわたって発電設備等のプラントの安全性を確保することができる。
また、蓋にアース線を設けるものでは、蓋に帯電した静電気がアース線を介して放電することにより、静電気の火花が可燃性ガスに着火する危険性を低減することができる。これにより、更にプラントの安全性を確保することができる。
また、アース線が蓋の落下を防止する安全帯を兼ねるものでは、蓋がベントスタックの頂部開口から落下することを容易に防止することができる。これにより、長期間にわたり、不燃性ガスの使用量が低減と、ベントスタックの筒内での燃焼ガスの発火が回避できるとともに、蓋の落下による不慮の事故を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のベントスタックの実施形態について図を参照して説明する。
図１は、化学プラント或いは発電所等のシステム構成図であって、メタン（ＣＨ４）ガスＧ１を燃焼施設Ａ，Ｂに供給するシステムの一部を示す図である。
メタンガス（可燃性ガス）Ｇ１は、不図示のガスタンク等からガス送管１０内に導入され、圧力調整弁１３により適切な圧力に調整されて、燃焼施設に送気される。また、ガス送管１０からは、ガス送管１１が分岐し、ベントスタック１に導かれる。
そして、メタンガスＧ１が燃焼施設に送気される際には、安全弁１５から漏出するメタンガスＧ１があり、この漏出したメタンガスＧ１は、ベントスタック１に導かれ、大気に放出される。なお、メタンガスＧ１の予想漏れ量は、ＪＩＳ  Ｂ２００７の規定に基づいて求められる。
ここで、安全弁１５とは、ガス送管１０，１１内のメタンガスＧ１の圧力が所定の圧力以上となることを防止するための弁であって、ガス送管１０，１１内の圧力が所定圧力となると自動的に弁を開放することにより、メタンガスＧ１をベントスタック１に導くものである。なお、安全弁１５としては、バネなどを用いた機械式の弁であってもよく、また、ガス送管１０，１１内の圧力をセンサで検出し、その検出結果に基づいて弁を開放する電動式の弁であってもよい。
【００１０】
ベントスタック１は、図１に示すように、煙突のように地上に立設された円管形の筒２からメタンガスＧ１を排出するものであり、筒２の上端に頂部開口３を備え、筒２の下端にはガス送管１１と窒素ガス送管１２が連結される。
そして、燃焼施設の通常運転時には、安全弁１５から漏出するメタンガスＧ１をガス送管１１を介してベントスタック１の筒２内に導入し、同時に、窒素ガス送管１２を介して筒２内に窒素（Ｎ２）ガス（不燃性ガス）Ｇ２を導入する。これにより、メタンガスＧ１と窒素ガスＧ２とが混合し、メタンガスＧ１の濃度を燃焼の可能性のない程度まで低下させて、頂部開口３から大気に放出する。
【００１１】
なお、メタンガスＧ１は、無色・無臭であり、比重が空気比０．５５と軽い。燃焼範囲は空気（酸素を約２１％含有）中濃度で５．０〜１５．０％であり、最も激しい燃焼（爆発）をする濃度は９．５％で、爆発圧は７ｋｇｆ／ｃｍ２、爆発温度は２０００℃である。そして、一度濃度が薄くなったものは自然状態では濃くならない、という特徴がある。
そこで、上述したように、メタンガスＧ１を窒素ガスＧ２により希釈し、メタンガスＧ１の濃度が十分に低くなってから、頂部開口３から大気中に放出することにより、メタンガスＧ１が燃焼範囲に入って燃焼（爆発）する危険性を低減することができる。
このようにして、メタンガスＧ１は、発火等の恐れのない無害なものとして、大気中に拡散処分される。
なお、本実施形態においては、メタンガスＧ１には付臭剤が添加される。
【００１２】
図２は、ベントスタック１の頂部近傍を示す断面図である。
筒２の頂部内壁には、大気（外気）が簡単に筒２内の奥底まで侵入してしまわないように、円環形に形成された複数の逆流防止板４が設けられている。そして、最上段に形成された逆流防止板４上には、筒２内径よりも小さく、逆流防止板４の内径よりも大きい外径を有する円柱形の蓋２０が戴置される。また、蓋２０の上面は、筒２の頂部開口３の位置を略一致するように形成される。
蓋２０は、逆流防止板４上に戴置されただけであって、上方に移動可能である。蓋２０が上方に移動可能でないと、筒２内の混合ガス（メタンガスＧ１と窒素ガスＧ２）Ｇを大量に放出する際に、筒２内の圧力が異常に上昇して危険だからである。また、蓋２０は、混合ガスＧの圧力が所定以上となった際には、その圧力によって、上方向に移動可能な程度の重量に形成される。
【００１３】
このように、ベントスタック１の頂部開口３に蓋２０を設けたのは、以下の理由である。
従来は、頂部開口３から筒２内に常に大気が侵入しており、このため、筒２でメタンガスＧ１が燃焼範囲に入ってしまう危険があった。なお、逆流防止板４を設けた場合であっても、大気の侵入を確実に抑えることができなかった。また、大気の侵入量は、天候に左右され、予測不可能である。そこで、メタンガスＧ１が燃焼範囲に入らないようにするために必要な窒素ガスＧ２の量（必要量）の４〜５倍程度の窒素ガスＧ２を常に筒２内に供給する必要があった。
そこで、ベントスタック１の頂部開口３に蓋２０を設けて、大気の筒２内への侵入を抑制するようにしている。
【００１４】
図３は、蓋２０の斜視図である。蓋２０の下面には、側面に通じる複数の通気孔２１が形成される。筒２内から少量の混合ガスＧを放出する際に、蓋２０を上方に移動させることなく、通気孔２１を介して混合ガスＧを大気に放出させるためである。通気孔２１は、筒２の頂部開口３から筒２の奥まった位置に形成されるので、通気孔２１を介して大気が筒２内に侵入することは殆どない。また、蓋２０を設けることにより、筒２内の圧力が大気圧よりも高くなっているので、大気が筒２内に侵入しづらくなる。
なお、蓋２０に通気孔２１を形成する場合の他、逆流防止板４に複数の通気孔を設けてもよいが、既存のベントスタック１に蓋２０を載せる場合には、蓋２０に通気孔２１を設けた方が逆流防止板４の加工等を伴わないため、コスト等の面で有利である。
【００１５】
図４は、係合部を示す模式図である。図４に示すように、筒２の内壁であって、蓋２０の側面に対向する部分には、蓋２０の位置ずれを防止する係合部５が設けられる。蓋２０は、筒２の頂部開口３を完全に密閉することなく、所定の間隔が開くように形成されているため、蓋２０は、水平方向にも移動できる。しかし、蓋２０の移動量が大きくなると、逆流防止板４上から蓋２０の一部が外れて、大気が筒２内に大量に侵入してしまう可能性がある。筒２内への大気の侵入は、混合ガスＧの発火の危険性を高めてしまうため、筒２の内壁に係合部５を設け、蓋２０が水平方向にずれないようにしている。
具体的には、図４に示すように、筒２の内壁に複数の板バネを設け、蓋２０を水平方向からバネで付勢する。なお、板バネに限らず、蓋２０と所定の距離で離間する部材を設けて、蓋２０の移動量を規制するだけでもよい。
なお、係合部５は、蓋２０の水平方向の移動量を規制するに過ぎず、蓋２０の上方への移動は可能となっている。
【００１６】
また、蓋２０は、導電性スチロールで形成される。蓋２０を導電性スチロールにより形成することにより、軽量であるが静電気が帯電しづらい蓋２０が形成される。蓋２０が軽量であると、蓋２０の上方への移動は容易となり、混合ガスＧの放出に有利である。一方、蓋２０に静電気が帯電しづらいと、静電気の火花が混合ガスＧに着火する危険性を低減することができる。
更に、蓋２０には、アース線３０が接続される。アース線３０の一端は蓋２０の上面に接続され、他端は筒２の外壁側面に接続される。これにより、蓋２０に帯電した静電気が筒２を介して放電されて、蓋２０と筒２との間で静電気による火花が発生することなく、混合ガスＧに着火する危険性を低減することができる。
また、アース線３０は、蓋２０の落下を防止する安全帯としても機能する。仮に、大量の混合ガスＧを放出する際や、強風の影響により、蓋２０が頂部開口３から飛び出してしまった場合であっても、蓋２０が地上まで落下せず、不慮の事故を回避することができる。
なお、本実施形態では、既存のベントスタック１に蓋２０を後付けするために、アース線３０の一端を蓋２０の上面に、他端を筒２の外周側面に接続している。しかし、ベントスタック１の建設時から蓋２０を設ける場合には、アース線３０の一端を蓋２０の下面に、他端を筒２の内壁側面に接続してもよい。アース線３０の長さを調整することにより、蓋２０がベントスタック１の頂部開口３から飛び出してしまうことを防止することもできるからである。
【００１７】
また、蓋２０が配置されるベントスタック１の頂部開口３は、地上よりも高い位置にあり、周辺に障害物がないため、蓋２０の上面が風に曝されている。そして、風速が所定以上になると、蓋２０が風により持ち上げられる現象が発生する。これは、蓋２０の上面に沿って流体（空気）が移動することにより、蓋２０の上面の圧力が低下し（ベルヌーイの定理）、これにより蓋２０が上方に持ち上げられてしまうからである。
このように、蓋２０が持ち上げられると、その際に大気が筒２内に侵入してしまい、混合ガスＧと混合して、発火の危険性がある。また、特に強風時には、蓋２０が頂部開口３から飛び出してしまい、全く蓋２０が機能しなくなる事態もあり得る。
そこで、蓋２０の上面に多数の突起部２２を設けることにより、蓋２０の上昇を抑えている。すなわち、蓋２０の上面に多数の突起部２２を設けることにより、蓋２０の上面に沿って流れる気体の流れが乱流となり、流速が低下する。これにより、蓋２０の上面の圧力が低下しづらくなり、蓋２０の上昇を防止することができる。
なお、ベントスタック１に、上面に多数の突起部２２が設けられた蓋２０と、突起部２２のない蓋２０とを取り付けて、数ヶ月に及ぶ実験を行った結果、突起部２２のない蓋２０の場合には、強風の日に蓋の落下が頻発したが、上面に多数の突起部２２が設けられた蓋２０の場合には、台風の日以外には蓋２０の落下が発生しなかった。
【００１８】
以上、説明したように本発明のベントスタック１によれば、燃焼施設の通常運転時において、頂部開口３にメタンガスＧ１と窒素ガスＧ２の混合ガスＧを放出可能とするとともに、筒２内への大気の侵入を抑制する蓋２０を設けるようにしたので、メタンガスＧ１と大気中の酸素とが混合して、発火する危険性を低減することができる。また、ベントスタック１の筒２内に大気が侵入しづらいので、供給する窒素ガスＧ２の量をメタンガスＧ１の量に応じた量だけ供給すればよく、窒素ガスＧ２の消費量が減少して、発電設備等のプラントのランニングコストを抑えることができる。
図５は、ベントスタック１の頂部開口３に蓋２０を設けた場合と、設けなかった場合の筒２内の酸素濃度を比較した図であり、蓋２０の有無に関わらず、筒２には同量のメタンガスＧ１と窒素ガスＧ２が供給された場合である。
図５に示すように、蓋２０を設けた場合には、蓋２０を設けなかった場合に比べて、明らかに筒２内の酸素濃度を低く抑えることができる。すなわち、大気の侵入が低く抑えられている。したがって、窒素ガスＧ２により、効果的にメタンガスＧ１の発火の危険性を低減することができる。言い換えれば、少ない窒素ガスＧ２によりメタンガスＧ１の発火の危険性を低減することができる。
【００１９】
更に、筒２内のメタンガスＧ１の量を正確に測定することにより、より窒素ガスＧ２の量を低減させることができる。すなわち、メタンガスＧ１の漏れ量は、上述したように、ＪＩＳ  Ｂ２００７の規定に基づいて求めている。求めた漏れ量は、実際の漏れ量よりも多い場合が少なくない。したがって、窒素ガスＧ２の供給量は、常に過剰になってしまう。そこで、メタンガスＧ１の量を測定するセンサ（流量センサ）をガス送管１１設けることにより、より正確に窒素ガスＧ２の供給量を規定することができ、窒素ガスＧ２の消費量を抑えることも可能である。
【００２０】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、可燃性ガスとしてメタンガスを用いた場合について説明したが、これに限らず、水素（Ｈ２）ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、エタン（Ｃ２Ｈ８）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス等であってもよい。
また、不燃性ガスとして窒素ガスを用いた場合について説明したが、これに限らず、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】プラント構成図
【図２】ベントスタックの頂部近傍を示す断面図
【図３】蓋を示す面
【図４】係合部を示す図
【図５】ベントスタックの筒内の酸素濃度を比較した図
【符号の説明】
【００２２】
Ａ，Ｂ  燃焼施設、  １  ベントスタック、  ２  筒、  ３  頂部開口、  ４  逆流防止板、  ５  係合部、  １０，１１  ガス送管、  １５  安全弁、  ２０  蓋、  ２１  通気孔、  ２２  突起部、  ３０  アース線（安全帯）、  Ｇ  混合ガス、  Ｇ１  メタンガス（可燃性ガス）、  Ｇ２  窒素ガス（不燃性ガス）
【図１】
2005164092.tif 000003
【図２】
2005164092.tif 000004
【図３】
2005164092.tif 000005
【図４】
2005164092.tif 000006
【図５】
2005164092.tif 000007