| 【発明の名称】 |
フレアスタックのシールガス供給方法およびその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】地作 博志
【氏名】森崎 靖典
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 フレアスタックの放散塔内にシールガスを供給することにより、可燃性ガスと空気との混合気体が放散塔内で爆発することを防止するフレアスタックのシールガス供給方法であって、上記放散塔頂部内の気体の酸素濃度を検出する工程と、検出した酸素濃度が一定値を越える場合、または、一定値未満であって増加している場合にシールガスを放散塔内に供給する工程とを含むフレアスタックのシールガス供給方法。
【請求項２】 可燃性ガスを燃焼して大気中に放散する放散塔と、放散塔の頂部に設置され、この頂部内の気体の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、放散塔内にシールガスを供給するシールガス供給手段と、検出した酸素濃度が一定値を越えたとき、または、この酸素濃度が増加しているとき、上記シールガス供給手段からシールガスを供給させる制御手段とを備えたフレアスタックのシールガス供給装置。
【請求項３】 上記可燃性ガスを放散塔に送給するガス送給手段と、放散塔頂部で可燃性ガスに着火する点火バーナと、ガス送給手段により放散塔に可燃性ガスが送給されたとき、点火バーナにより着火して可燃性ガスを燃焼させるバーナ制御手段とを備えた請求項２に記載のフレアスタックのシールガス供給装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は可燃性の廃ガスまたは放散ガスを燃焼させるフレアスタックにあって、その爆発を防ぐためにシールガス（パージガス）を供給するフレアスタックのシールガス供給方法およびその供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】フレアスタックとは、石油精製プラント、ＬＮＧ備蓄設備などで発生した可燃性の廃ガスまたは放散ガス（以下、可燃性ガス）を燃焼させて大気中に放散する設備である。フレアスタック設置の本来の目的は、例えばプラントの運転開始時や突発緊急時の放散ガスの燃焼処理であることから、フレアスタックは通常は使用されていない場合が多い。しかしながら、放散塔内には燃焼処理後の放散塔内のパージと、突発緊急時の放散ガスの安全な燃焼処理のために、連続的にシールガスを流し続けている。もし、燃焼処理後のパージ終了時点でシールガスの供給を停止すると、その後、塔頂部より放散塔内に空気が侵入することになる。塔頂部より空気が侵入するのは、塔頂部近辺を流れる風によって空気が放散塔内に巻き込まれる場合、昼夜間の温度差により上流側配管を含む塔内ガスが収縮する場合、または、降雨などの落下物が放散塔内に落下する際に空気が巻き込まれる場合などが考えられる。このように放散塔内に空気が存在する状態において、突発緊急的に放散ガスが流れて来る場合や、何らかの原因で可燃性ガスが漏洩して来る場合などが生じると、放散塔内で空気中の酸素と可燃性ガスとが混合し、爆発混合気を生成する恐れがある。したがって、もしこの爆発混合気の存在状態で塔頂部で何らかの原因で点火源が生じると爆発が起こってしまう。そこで、このような塔頂部からの侵入空気が原因で起こる爆発を回避するため、フレアスタックの放散塔内に不活性ガスであるシールガス（パージガス）を常時流し続け、爆発の恐れのある混合気の生成を阻止する方法が行われている。
【０００３】従来より、フレアスタックへのパージガス供給装置としては、例えば特公昭５３−１０１７３０号公報に記載されたものが知られている。この装置は、フレアスタックの放散塔に接続された可燃性ガスの送給管の途中にパージガス供給配管を接続し、この配管よりパージガスを供給する構成である。例えば可燃性ガスの流動をセンサで検知し、流動を検知しないときは、常時、パージガスをパージガス供給配管から可燃性ガスの送給管に供給している。また、可燃性ガスの流動がない場合でパージガスの供給が不具合のとき、酸素センサで送給管内に入り込んできた空気を検出することにより、爆発のおそれがある場合を検知して、パイロットバーナの点火を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来のフレアスタックへのパージガス（シールガス）の供給装置にあっては、以下の不都合が生じていた。第１に、年間を通じても頻度の少ないプラントの運転開始時、または突発緊急時での爆発の可能性を想定して、常時、シールガスを供給しているが、省エネルギの観点から、改善すべき課題である。すなわち、フレアスタックへの最適なシールガスの供給方式が求められていた。第２に、酸素濃度センサの配設位置は、可燃性ガスの送給管の支管で、かつ、フレアスタックの放散塔の頂部から離れたその下部であった。ところが、上述のように、フレアスタックでの爆発は、点火源が生じる塔頂部付近で爆発混合気が生成されていて、そこに点火があって初めて爆発が起こるものである。すなわち、仮に塔下部のみに爆発混合気が生成されていても、点火源が生じるのは塔頂部であるから、爆発は起こらない。よって、フレアスタックでの爆発は、塔頂部付近で爆発混合気を生成しないようにすれば良い。このように放散塔内に爆発混合気を生成する酸素が侵入するのは塔頂部の開口部である。したがって、酸素濃度センサの配置位置は、塔頂部付近が適していることとなる。換言すると、従来のシールガス供給装置では、塔頂部付近の空気侵入状態を把握していなかったので、常時、シールガスを供給し続けなければならなかった。
【０００５】
【発明の目的】そこで、この発明の目的は、放散塔でのガス爆発を確実に回避することができるシールガスの供給技術を提供することである。また、この発明の他の目的は、必要なときにシールガスを供給することにより、その供給量を削減し、省エネルギを達成するシールガス供給技術を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、フレアスタックの放散塔内にシールガスを供給することにより、可燃性ガスと空気との混合気体が放散塔内で爆発することを防止するフレアスタックのシールガス供給方法であって、上記放散塔頂部内の気体の酸素濃度を検出する工程と、検出した酸素濃度が一定値を越える場合、または、一定値未満であって増加している場合にシールガスを放散塔内に供給する工程とを含むフレアスタックのシールガス供給方法である。このシールガスとしては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを使用する。
【０００７】請求項２に記載の発明は、可燃性ガスを燃焼して大気中に放散する放散塔と、放散塔の頂部に設置され、この頂部内の気体の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、放散塔内にシールガスを供給するシールガス供給手段と、検出した酸素濃度が一定値を越えたとき、または、この酸素濃度が増加しているとき、上記シールガス供給手段からシールガスを供給させる制御手段とを備えたフレアスタックのシールガス供給装置である。
【０００８】請求項３に記載の発明は、上記可燃性ガスを放散塔に送給するガス送給手段と、放散塔頂部で可燃性ガスに着火する点火バーナと、ガス送給手段により放散塔に可燃性ガスが送給されたとき、点火バーナにより着火して可燃性ガスを燃焼させるバーナ制御手段とを備えた請求項２に記載のフレアスタックのシールガス供給装置である。
【０００９】
【作用】請求項１に記載の発明では、まず、放散塔頂部内の気体中の酸素濃度を検出する。そして、検出した酸素濃度が一定値を越える場合、または、一定値未満であって増加している場合、例えば酸素濃度が既定値以下になるまで、シールガスを放散塔内に供給する。このように、フレアスタックの放散塔内にシールガスを供給することにより、放散塔内で可燃性ガスと空気との爆発混合気が生成されないようにし、仮に突発緊急的なガス放散があっても爆発のおそれを確実に回避することができる。なお、シールガスの供給量は放散塔の口径、処理する可燃性ガスの種類などにより異なる。また、放散塔の頂部の気体中の酸素濃度を検出しているため、頂部での爆発混合気の生成のおそれを確実に回避することができる。また、その頂部での気体の酸素濃度が増加しているとき、シールガスを供給するため、その爆発混合気の生成を迅速に回避することができる。
【００１０】請求項２に記載の発明では、酸素濃度検出手段が、放散塔の頂部内の気体中の酸素濃度を検出する。制御手段は、この検出した酸素濃度が一定値を越えたこと、または、一定値未満でもこの酸素濃度が増加していることを判断し、これらの場合、シールガス供給手段により放散塔内にシールガスを供給する。このシールガスの供給は、例えば酸素濃度が既定値以下に下がるまで行われる。したがって、塔頂部での爆発の恐れのある混合気の生成を確実にかつ迅速に防止することができる。
【００１１】請求項３に記載の発明では、ガス送給手段が可燃性ガス（廃ガスまたは放散ガス）を放散塔に送給する。このとき、バーナ制御手段は、点火バーナにより、放散塔頂部でこの可燃性ガスに着火する。そして、可燃性ガスを燃焼させ、大気中に放散させる。
【００１２】
【発明の実施の態様】以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。図１〜図４は、この発明に係るフレアスタックのシールガス供給装置およびシールガス供給方法の一実施例を説明するための図である。図１に示すように、フレアスタック１０は、直立して所定高さ位置に所定口径の開口を有する放散塔１と、この放散塔１に可燃性ガスを送出する可燃性ガス送給管７と、この可燃性ガス送給管７にシールガスを供給するシールガス供給管８とで構成されている。可燃性ガス送給管７の一端は放散塔１の下部に接続されるとともに、その他端は石油精製プラントにおける放散ガスなどの可燃性ガスの供給源に可燃性ガス放散弁６を介して連通、接続されている。可燃性ガスとしてはメタンガスなどがある。また、シールガス供給管８の一端は可燃性ガス送給管７の途中で放散塔１への接続側の端部と可燃性ガス放散弁６との間に接続されている。シールガス供給管８の他端はシールガス供給弁５を介してそのシールガス供給源に連通、接続されている。このシールガスとしては不活性ガス、例えば窒素ガスなどが使用される。さらに、上記可燃性ガス送給管７で可燃性ガス放散弁６と放散塔１との接続部との間には、可燃性ガスの濃度を測定する可燃性ガス濃度計３が介設されている。この可燃性ガス濃度計３では可燃性ガス送給管７内の可燃性ガスの濃度を連続して計測し、その出力信号を制御装置４に出力している。
【００１３】そして、放散塔１の頂部には点火バーナ９が配設され、この点火バーナ９により可燃性ガスを燃焼させて大気中に放散させることができる。より具体的には、図示していないが頂部にはトーチが配設され、トーチにより点火バーナ９への点火を行うことができる構成である。また、点火バーナ９は放散塔１の開口縁から開口内方に突出するように設置されている。なお、設置される点火バーナ９の数は単数でも複数でもよく、複数の場合は各点火バーナ９は開口の円周方向に沿って所定間隔毎に設置されるものとする。さらに、この放散塔１の頂部には頂部内の気体中の酸素濃度を検出する酸素濃度計（Ｏ２センサ）２が固設されている。この酸素濃度計２は、気体中の酸素濃度を連続して検出し、その検出値を信号として制御装置４に出力している。酸素濃度計２の設置位置は、放散塔１の開口径にも依存するが、空気巻き込みの状況を実測して選定すべきである。例えば開口の径の２〜５倍までの位置、より具体的には、放散塔１の塔頂から１〜２ｍ程度の高さとすることが好適である。この酸素濃度計２として、例えば吸引装置を有する隔膜ガルバニ電池式酸素濃度計を使用することができる。この種の酸素濃度計の濃度検出特性は、飽和曲線的な特性を有している。そして、測定ガスが酸素濃度計２の検出端子に達してから、酸素を検知して、正しい酸素濃度の出力を示すまでには３秒程度の遅延が生じている。そこで、この遅延対策として、酸素濃度計２の出力を下記の制御装置４で極短時間（１０〜３０ｍｓ）毎にスキャンして、常時、その値を直前の値と比較して、出力の増減により、制御対象物に信号を発するように構成している。また、この酸素濃度計２にあっては、頂部にてガスを採取するためのサンプリング配管の長さは可能な限り短くするものとする。
【００１４】制御装置４は、例えばこのフレアスタック１０を制御するコントロール室に設置されており、図３に示すように、公知のパソコンまたはワークステーションなどで構成されている。すなわち、制御装置４は、中央演算処理装置ＣＰＵ、プログラムなどの記憶装置ＲＯＭ、演算処理用のメモリＲＡＭ、入出力装置Ｉ／Ｏなどで構成されている。また、この制御装置４には上記酸素濃度計２の出力信号、可燃性ガス濃度計３の出力信号の他にも可燃性ガス放散弁６の開閉信号などが入力されている。そして、この制御装置４からは制御信号がシールガス供給弁５および点火バーナ９にそれぞれ出力されている。すなわち、これらの点火バーナ９の着火・消火、および、シールガス供給弁５の開閉は、制御装置４により制御されるよう構成されている。また、このシールガス供給弁５の開度を可変とするように構成し、シールガスの供給量を制御することも可能である。
【００１５】図２は、この発明の一実施例に係るフレアスタックのシールガス供給装置を、その機能を実現する手段として示すブロック図である。この図２に示すように、制御装置４では、Ｏ２センサ（酸素濃度計）２からの出力（ディジタル信号出力）をある設定値（酸素濃度を示す）αと比較し、また、その前後する出力値の差値を算出し、この差値を判定値βと比較する。これらの結果、放散塔１の頂部の気体中の酸素濃度が設定値α以上を示す場合、または、設定値α未満であるが、差値が判定値β以上である場合、シールガス供給弁５を開としている。これは、放散塔１の頂部の内部に爆発混合気が生成されることを未然に防止するためである。この場合の設定値αは可燃性ガスとの間で爆発混合気が生成される可能性を排除するための値であり、例えば可燃性ガスがメタンガスの場合は５％とする。また、判定値βは塔頂部の気体中の酸素濃度が増加傾向にある場合を示すためのものであり、例えば出力の差値が増加したことを示す値とする。
【００１６】以下、上記構成に係るフレアスタックのシールガス供給装置の作用を説明する。例えばプラントの運転開始時、突発緊急時などの可燃性ガス放散弁６が開放されているときは、制御装置４により、点火バーナ９への点火が行われ、この点火バーナ９により可燃性ガスは放散塔１の頂部で燃焼して大気中に放散される。そして、このように可燃性ガス放散弁６が開放されたとき、制御装置４により、シールガスの供給が開始される。さらに、点火バーナ９が消火された燃焼終了後で一定時間（例えば、放散塔の高さにもよるが５〜１０分）が経過した後、シールガスの供給が停止される。シールガスにより放散塔１内部をパージ（清掃）するものである。このシールガスの供給は例えば放散塔内流速で０．１〜０．２ｍ／秒で行うものとする。また、このシールガスの供給量はシールガス供給弁５の開度を調整することにより、可変制御することもできる。ここで、可燃性ガス放散弁６が閉止され、かつ、点火バーナ９が消火されているときは、酸素濃度計２、可燃性ガス濃度計３からの各出力は連続して制御装置４に供給されているものである。
【００１７】そして、この酸素濃度計２では、フレアスタック１０の放散塔１の頂部での気体を採取してその気体中の酸素濃度を計測（分析）する。この酸素濃度の計測値が可燃性ガスの爆発限界値以下で、かつ安全性を見込んで定めた設定値α、例えば可燃性ガスがメタンガスであれば５％以上か否かを判断する。５％以上であれば、シールガス供給弁５を速やかに開放し、これが５％未満となるまでシールガスを供給する。また、この酸素濃度の計測値が５％未満であれば、その直前の計測値と比較して酸素濃度が増加傾向にあるか否かを判断する（差値ΔＯｉを判定値βと比較する）。例えば当該計測値が直前（１０ミリ秒前）の計測値から増加していれば、直ちにシールガスを供給する。設定値α未満であるが頂部気体の酸素濃度が上昇傾向にある場合、シールガスを供給して爆発混合気の生成を未然に防止するものである。シールガスの供給は、まず所定量まで増量し、その後、酸素濃度が減少していけば、このシールガスの供給量を減少させることもできる。上記酸素濃度の計測値が５％未満で、酸素濃度が増加傾向になければ、シールガスの供給は現状を維持し（供給停止または少量の供給でもよい）、引き続き酸素濃度の推移を見守る。さらに、上記酸素濃度が設定値より高いとき、点火指令がなされた場合、酸素濃度が設定値未満に下がるまでその点火バーナ９の点火を遅延するものとする。放散塔１頂部での不慮の爆発を避けるためである。
【００１８】また、可燃性ガス放散弁６から可燃性ガスの漏洩が生じた場合、可燃性ガス濃度計３でこれを検知する。例えば可燃性ガスの濃度が規定値を上回る場合や、可燃性ガスの濃度が増加傾向にあるときは、制御装置４はシールガス供給弁５を開放して所定量のシールガスを速やかに供給する。これにより、放散塔１の頂部での酸素との爆発混合気の生成を未然に防止する。また、同時に、制御装置４は、可燃性ガスが漏洩しており、可燃性ガス放散弁６などについての点検を行う必要があることを告知するための警報を発する。そしてまた、この漏洩ガスを点火処理する場合は、酸素濃度計２により計測した酸素濃度が既定値以下であることを確認してから、点火バーナ９を点火する。
【００１９】以下、図４のフローチャートを参照してガス爆発の防止のためのフレアスタック１０のシールガスの供給制御の一例についてさらに説明する。まず、制御装置４が起動されると、メモリなどが初期化され（Ｓ４１）、ＲＯＭに格納された設定値α、判定値βが読み込まれる（Ｓ４２）。設定値αは気体中の酸素濃度の爆発限界値により設定された値である。判定値βは酸素濃度が上昇傾向にあるか否かを判定するものであり、例えば連続した計測値の差値が正の場合を示す。これらの設定値α、判定値βは共に変更可能としてある。次に、酸素濃度計２からの計測値（酸素濃度）Ｏｉを読み込む（Ｓ４３）。そして、この計測値Ｏｉと設定値αとを比較し（Ｓ４４）、計測値が設定値以上の場合シールガス供給弁５を開放する（Ｓ４７）。これにより、爆発混合気の生成を回避するものである。計測値Ｏｉが設定値α未満のときは、直前の計測値Ｏｉ−１との差値ΔＯｉを算出する（ΔＯｉ＝Ｏｉ−１−Ｏｉ）（Ｓ４５）。そして、この差値ΔＯｉを判定値βと比較する（Ｓ４６）。差値ΔＯｉが判定値β以上の場合（正の場合）は、気体中の酸素濃度が増加上昇傾向にあるため、シールガス供給弁５を開放してシールガスを供給し（Ｓ４７）、爆発混合気の生成を防止する。また、差値ΔＯｉが判定値βを下回る場合、シールガスの供給は行わず、このプログラムを終了する。なお、このプログラムは例えば１０ｍｓ毎に実行されるものとする。
【００２０】また、上記実施例にあっては、フレアスタックのシールガス供給装置において上記可燃性ガス送給管７には可燃性ガス放散弁６が介装されていたが、この可燃性ガス放散弁が設置されていないフレアスタックについてもこの発明は適用することができる。このような構成の場合は、放散塔に接続される可燃性ガス送給管に可燃性ガス濃度計や管内微圧計や管内流速計を設置して、これらの検出条件に基づいて（微小圧力や流速などが検出された場合）シールガスを速やかに供給して放散塔頂部での酸素との爆発混合気の生成を未然に防止することとなる。また、この場合にあっても、放散塔頂部で漏洩ガスを点火処理する場合、酸素濃度計での酸素濃度の計測値が既定値以下であることを確認してから、点火バーナにより点火するものとする。
【００２１】
【発明の効果】この発明によれば、放散塔の頂部に侵入する空気を素速く検出することができるため、全体として少ないシールガス量で、空気の侵入を防止することが可能となる。また、塔頂部での爆発のおそれを完全に回避することができる。同時に、従来に比べてシールガスの供給量を大幅に削減することができる。また、上記実施例にあっては、酸素濃度計により上記判定を行うことができ、その設置および保守点検費用が安価である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８１６６６９６
【氏名又は名称】北九州エル・エヌ・ジー株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４２１５
【弁理士】
【氏名又は名称】安倍 逸郎
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１０２３（Ｐ２０００−１７１０２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４４４７８ |
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