JPS6118088B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスの流通径路における水封装置の
改良に関する。本発明の装置は、とくにフレア装
置の逆火防止のための設備として有用である。

ガスの流通径路において水封を施す場合、水封
装置をガスが通過する過程において、ガスの液中
への分散が不均一または大気泡になると、これに
起因して液面に大きな波動を生じ、さらにガス流
量が増大すると大きな吹き上が波動にまで達す
る。その結果、水封装置からの排出管におけるガ
スの流れは大きな脈動流となる。このような現象
は極力防ぎたい。たとえば、フレア装置に送るガ
スの流路には、逆火防止のため水封ドラムをおく
が、その作用が適切でないと、バーナーの熱焼焔
が大きくなつたり小さくつたりする息付き現象が
起つたり、不連続な騒音を発生したりして、地域
の住民に不安感を与えるといつた社会環境上の問
題がある。

一般に水封装置は、基本的な構成として、水封
液を収容する槽、槽内の上方から下方に向つての
び下端が液面下に開口するガス導入管および槽上
部のガス排出管からなつており、ガス導入管の下
端は鋸歯状の切り欠きにしたり、たて方向のスリ
ツトを多数設けたりして、そこからガスが液中に
吹き出すようになつている。

その水封作用を詳細に観察したところ、次のよ
うな現象がみられた。すなわち、ガスの流速が比
較的低い場合には気泡が大きくなり断続的に上昇
するため、ガス導入管のある槽の中心部付近で液
面が上下動しやすい。ガスの流速が中程度になる
と、液面が傾斜し、左右に振動をはじめる。さら
にガス流速が高まると、液滴の部分的な吹き上げ
が断続的に起る。このときガス排出管内のガス流
は脈動流となるため、フレア装置の熱焼炎が大き
くなつたり小さくなつたりする息付き現象が生じ
たり、不連続的な騒音を発生したりする。吹き上
げがはなはだしくなると、大量の水封液が排出管
中を上昇しては落下するという繰り返しによる振
動現象にまで発展する。したがつて、水封装置に
おいては、このような現象は避けなければならな
い。

水封装置におけるこのような欠点をなくすに
は、ガスをできるだけ小さな気泡として均一に水
中に吹き出させ、液面の波動を最小限に止めるべ
きことがわかつた。そこで、これまでも種々の改
良の努力がなされており、たとえばガス導入管の
液面下の部分に多数の孔をうがつたり、下端に半
径方向にひろがる多孔板をとりつけてその下方か
らガスを吹き出させる構造をとつたものなどが提
案されている。しかし、いずれも十分効果的とは
いえなかつた。

本発明はこのような事情にかんがみ、前記した
ガスの小気泡を均一に吹き出させる方策を考え、
ガス流速の広い範囲にわたつて液面の波動が起ら
ないような水封を研究した成果として生まれたも
のである。

本発明を、ガス水封装置の代表的な例を示す第
１図について説明すれば、水封液２を収容する槽
３に、槽内の上方から下方に向つてのび下端４１
が液面下に開口するガス導入管４を設けるととも
に槽３の上方にガス排出管５をそなえてなる水封
装置１において、ガス導入管４の下端４１よりは
上方であつて液面WLよりは下の位置に、先端を
閉塞された周囲に多数のガスの吹出し口６１，６
１，……を有するガス分散管６をほぼ水平に放射
状にとりつけたものである。

ガス導入管の下端４１は、従来の水封装置にお
けるものと同様に開放されているが、これは何ら
かの原因で一時的に大量のガスが流れて来た場合
にも、圧力損失を増大させることなく速やかに水
封を通して送り出すためのものである。下端４１
の形状は、図示した鋸歯状切り欠きなどを採用し
て、ガスをなるべく細分化して水封液中に分散放
出させるようにする。脚の長さＨは、通常のガス
流量範囲ではガスが分散管６の吹出し口６１を通
つて放出され導入管４の下端４１に達しないよう
に設計する。

ガス分散管６の管径および本数、ならびにガス
吹出し口６１の孔径および個数は、主としてこの
水封装置に許容される圧力損失と波動の程度にも
とづいて決定される。一般には圧力損失をできる
だけ小さくし、なおかつ水封液の波動を極力抑制
することが望まれるが、この二つの現象は相反す
る。

すなわち、圧力損失を小さくするには、径の大
きい分散管を少数本ガス導入管の外周にとりつけ
た方がよいが、気泡の均一性は悪くなり、波動が
生じる。一方、波動を小さくするには、逆に可能
な限り多数の分散管を設けて水封液の水平断面に
均一に気泡を放出させればよいが、ガス導入管の
外周に並び得る分散管の本数が多くなると、その
径は小さいものとなり、分散管の管路総断面積ま
でも小さくなつて、分散管による圧力損失がより
大きくなる。この相反する現象の両方を比較的満
足させるには、ガス導入管の外周上に、８本配列
し得る最大管径の分散管を設けるのがよい。

第２図は８本のガス分散管を設けたところをあ
らわす。同図Ａは平面図であり、Ｂは側面図にお
いて手前の３本のガス分散管を除いて示した図で
ある。

ところで、市販の規格管を用いてこの最大８本
の分散管をとりつけた場合でも、その管路総断面
積は、導入管路断面積の約60％にしかならないの
で、上記の目的からすれば、ガス分散管の組を間
隔を最小とするようにして２段または３段以上設
けることが好ましい。第３図に、実用装置に用い
た８本組×２段のガス分散管を、第２図と同様に
して示す。多段に構成する場合は、図示したよう
に、上下のガス分散管が重ならないように設け、
気泡の合流を防ぐとともに均一な放出ができるよ
う配慮すべきである。

ガス分散管のとりつけ方には、このほか、第４
図や第５図に示すものなど、種々の変更態様があ
り得る。

次に、ガス分散管のガス吹き出し口に関して述
べる。吹き出し口の総面積は、ガス導入管の管路
断面積の1.2倍までの範囲からえらぶのが適当で
ある。一般に吹き出し口の総面積が小さい方が、
ガスの均一な分散には有利であるが、当然に圧力
損失は大きくなる。総面積を大きくすれば圧力損
失は小さくてすむが、上記の限度を超えて大きく
してもそれほど圧力損失の低下には役立たない
し、ガス量が少ないときに偏流が起つて水封液面
の波動が生じることが経験された。従つて、ここ
でも許容される圧力損失の程度を考慮して、均一
は分散放出をはかるよう設計をすればよい。ガス
分散管の組を間隔を最小とするように多段に設け
れば、１段あたりのガス吹き出し口面積を比較的
小さくして分散性を高め、全体としては圧力損失
をあまり大きくしないで済む利益が得られる。

ガス分散管の軸方向に沿う吹き出し口の分布
は、分散管を導入管にとりつけた根元から先端に
近づくにつれて開口比が大きくなるようにする。
水封槽の横断面を中心から等しい幅の環状帯で区
切つて考えれば、各帯の面積は外周に近づくほど
大きくなる。分散管は放射状に設けてあり、均一
な分散放出を実現するには、その面積の変化に比
例させた開口比を分散管に与えるべきことは容易
に理解されるであろう。

このような開口比を実現するには、分散管の軸
方向に沿つて吹き出し口のピツチを変化させるこ
とと、孔径を変化させることの二通りの手段があ
るが、後に記す理由で前者が有利である。すなわ
ち、分散管の先端に向うにつれて、吹き出し口の
間隔をせばめて行く。第６図はその一例を示す。

周方向についていえば、第６図Ｂに示すよう
に、８方向程度に全周にわたつて吹き出し口を設
けるとよい。ガス流量が小さいときは分散管内に
も水封液が浸入しており、たとえば最上部とその
両側の吹き出し口だけが使われるが、ガス流量が
増大すると分散管内の水は次第に追い出され、側
面の吹き出し口から、さらには下方のものからも
ガスが吹き出し、このようにして安定な分散放出
が行なわれる。

ガス吹き出し口の孔径は、気泡が大きいと水封
液面の波動が生じやすいことから、一般には小さ
い方が好ましいといえる。しかし孔径を小さくす
るほど多数の削孔を要することになり、加工の労
力が過大になるばかりでなく、隣接する吹き出し
口の間隔が小さくなつて気泡の合体が起るので、
期待したほどの効果は得られなくなる。経験によ
れば、直径３〜15mm、とくに５〜10mm程度が適当
である。なお、適当な孔径の範囲が限られている
ということは、前記したガス分散管の軸方向に沿
つて変化する開口比を与える手段として、ガス吹
き出し口の孔径を変化させることに制約があるこ
とを意味する。

ガス分散管の長さＬには、とくに制約はない。
適当な孔径の吹き出し口を、与えるべきガス吹き
出し口総面積の形成に必要な個数、狭すぎない間
隔をもつて設ける上で必要な長さは、各実装置に
ついて容易に決定されるであろう。

本発明のガス水封装置についての以上の説明
は、槽が立型で円形の横断面をもつものの中心に
１本のガス導入管がある場合を対象にしたが、本
発明にはもちろん、それ以外の態様もあり得る。
たとえば、第７図に示すように、ガス導入管４を
複数本に分け、それぞれに適宜本数のガス分散管
６，６，６……をとりつけて、大容量の装置をつ
くることができる。また、第８図ＡおよびＢに示
すように、横型の水封槽３を用い、やはりガス導
入管を、図では４２，４２，４２の３本として示
したように何本かに分岐させてもよい。この場
合、各分散管の組の間を仕切板７，７で仕切るこ
とが推奨される。それにより、水封液２の横方向
の流動を妨げ、液面の波動とくに槽の長手方向の
振動を防止できる。

本発明のガス水封装置は、ガスが小さな気泡に
分かれて槽内に均一に分散放出されるので、液面
の波動がほとんど問題にならず、通過ガスの流量
が変動しても、水封装置に脈動が起るという心配
はない。ガスの流量の変動幅が大きくても、それ
に対するフレキシビリテイ−が大きく、常に安定
な状態で水封を行なうことができる。

液面の波動が生じ難いから、水封液の液深
WSLをきわめて小さくできる。従来の装置では
10cm以上のWSLを必要としていたが、本発明に
よれば５cm以下で十分である。WSLは小さい方
が波動が小さくなることが、本発明者らの実験に
より確認されている。従つて、小さいWSLは通
過ガスの圧力損失を軽減するばかりでなく、安定
な水封という本発明の目的に向けて、さらに寄与
している。

このほかの利点としては、急激に多量のガスが
装置に達しても、その構造上、円滑に通過させ得
ることが挙げられる。

本発明の装置は、その構造からみて製作が容易
であり、建設費は低廉ですむ。水封の対象となる
任意のガスに対して適用できるが、とくに石油精
製、石油化学そのほか、工程の都合で変動する量
の可燃性の余剰ガスが生じるプラントにおいてこ
れを燃焼させて処理する、フレア装置に至る流路
の水封装置として最もよくその機能を発揮する。

又、本発明の装置は、微細な気泡層を均一に形
成するので気液の接触効率が非常に良く、気液接
触装置としても機能する。

実施例 第３図に示す構造のガス分散管をそなえた第１
図のタイプの水封装置を組み立て、種々の流速で
空気を流通させて変動データを測定した。データ
は、波動状況を表現できると考えられる、水封装
置の入口における空気圧力の変動幅、出口におけ
る空気圧力の変動幅および水封液圧の変動幅を、
槽内における各ガス流速との関係で整理してみ
た。（ガス吹き出し口の孔径は５mm、WSLは100
mmである。） 比較のため、ガス導入管の下部に径３mmの孔を
多数うがつて下端を鋸歯状に切つただけのもの
（従来技術１）、およびガス導入管の下端に半径方
向にひろがる円板をとりつけ、径３mmの孔を多数
うがつとともに円板の周縁に下方にのびる短いス
カートを与えたもの（従来技術２）を用い、いず
れもWSL＝100mmにおいて、同様な空気流通実験
を行なつた。

データのプロツトを、第９図Ａ，ＢおよびＣに
示す。これらのグラフから、本発明によれば、広
いガス流速範囲にわたつて安定な水封が行なえる
ことが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のガスの水封装置の概要を示
す断面図である。第２図は、本発明の装置の特徴
部分をなすガス分散管のとりつけ方の一例を示
す。Ａは平面図であり、Ｂは側面図において手前
の分散管をとり除いた図である。第３図は、第２
図のガス分散管を上下２段に設けた場合を示す。
ＡおよびＢは、第２図ＢおよびＡに対応する図で
ある。第４図および第５図は、いずれもガス分散
管のとりつけ方の別の諸態様を示す図であつて、
第４図のＡおよびＢ、ならびに第５図のＡ，Ｂお
よびＣは平面図であり、第４図Ｃおよび第５図Ｄ
は側面図である。第６図は、ガス分散管の１本に
ついてガス吹き出し口の配置を示した拡大断面図
であつて、Ａは縦断面、Ｂは横断面をそれぞれあ
らわす。第７図は、ガス導入管とガス分散管との
別の組み合わせを示す斜視図である。第８図は、
本発明の水封装置のさらに別の態様を示す図であ
つて、Ａは垂直方向の、Ｂは水平方向の、いずれ
も断面図である。第９図は本発明のガスの水封装
置の性能を従来技術によるものと比較して示した
グラフであつて、Ａは装置入口のガスの圧力変動
幅、Ｂは装置出口のガスの圧力変動幅、そしてＣ
は水封液圧の変動幅を、いずれもガスの流速の値
で整理したものである。 １……水封装置、２……水封液、３……槽、４
……ガス導入管、５……ガス排出管、６……ガス
分散管、６１……ガス吹き出し口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水封液を収容する槽に、槽内の上方から下方
   に向つてのび下端が液面下に開口するガス導入管
   を設けるとともに、槽の上方にガス排出管をそな
   えてなる、フレア装置の逆火防止設備としてのガ
   スの水封装置において、ガス導入管の下端よりは
   上方であつて液面よりは下の位置に、先端が閉塞
   され周囲にガスの吹き出し口を多数、その開口比
   がガス分散管の先端に近づくにつれて増大するよ
   うに設けたガス分散管をほぼ水平に放射状にとり
   つけたことを特徴とする装置。 ２ ガス分散管をガス導入管の上下方向で複数の
   位置に設けた特許請求の範囲第１項の装置。 ３ 各段におけるガスの吹き出し口が、ガス導入
   管の管路断面積の1.2倍までの総開口面積を有す
   る特許請求の範囲第１項の装置。 ４ ガス吹き出し口の直径が３〜15mm、好ましく
   は５〜10mmの範囲内である特許請求の範囲第１項
   の装置。 ５ 槽が縦型である特許請求の範囲第１項の装
   置。 ６ 槽が横型である特許請求の範囲第１項の装
   置。 ７ ガス導入管が複数本あり、それぞれにガス分
   散管がとりつけてある特許請求範囲第１項の装
   置。