ISIS-3Dを用いた低背型フレアチップからの風量、火炎高さ、放射量の評価

薄型フレアフィールドは、細長い火炎、内側の列に配置されたバーナーチップへの適切な空気供給、火炎から周囲のウインドフェンスへの高い放射束など、設計上の大きな課題をもたらす。Alion Science and Technology 社のエンジニアがZeeco Inc.のために行った最近の研究では、特別に設計されたウインドフェンスに囲まれた段階的な配管構成に400個以上のバーナーチップをまとめた大型の薄型ガスフレアで使用される独自のバーナーチップの性能解析に焦点を当てた。この論文では，このガスフレアの CFD 解析の結果を紹介し，CFD ツールが産業スケールの薄型フレアフィールドの煤煙形成，放射束，火炎形状，火炎高さをシミュレートできることを示す．この作業は、エチレンをバーナー先端から燃焼させるフレア試験と連動して行われました。これらのフレア試験で収集されたデータには、ビデオ、放射束、音響が含まれる。試験結果は、燃焼モデルの較正と、火炎高さと空気需要のCFD予測の検証に使用された。これに基づいて、予測された火炎の高さと空気需要が、2つの完全なフレアフィールドケースについて提供された。さらに、周囲のウインドフェンスへの放射束の推定も行った。

イントロダクション

フレアの性能に関する一連の計算が行われました。この計算の目的は、様々な条件下での空気需要を予測することでした。さらに，フレア周辺の熱放射プロ ファイルも決定した．この解析に使用した主な数値流体力学（CFD）ツールは ISIS-3D [1，2，3]である．以前は，パッケージの熱性能を予測するため に，さまざまなプール火災の解析に ISIS-3D が使用されてい ました [4]．最近では，ISIS-3D がフレア解析に適用されている．このアプリケーションでは，プロパンやエチレンを含む新しい混合燃料を扱うための新しい燃焼モデルが実装されています．この燃焼・輻射モデルと，無風および低風環境下でのシングルバーナーおよびマルチバーナー試験で測定された火炎サイズ，形状，輻射の測定値を比較しました．

CFD モデルには，実行するケースに応じて様々な詳細が 含まれている．シングルバーナーの場合，計算領域は 6 m x 6 m x 30 m を選択した．マルチバーナーでは，35m×35m×25m の計算領域を設定した．全領域の場合は，フレアフィールド全体を囲むウインドフェンスから 10m 程度の範囲に計算領域を拡張した．

フルフィールド計算

ピーク流のケースと横風のない持続的な混合ガスのケースの4つのフルフィールド計算が行われました。これらの計算のメッシュ密度は，混合ガスケースで 700,000 セル以上，ピークフローケースで 1,200,000 セルでした．シミュレーションの物理領域は、フェンス周辺から10m四方、全体の高さは25mでした。これらのケースの結果は、フレアの総空気消費量と、ウインドフェンスの2つの中間点への放射フラックスの評価に使用されました。

結論

この論文では，マルチチップロープロファイルフレアの過渡火炎解析について述べる．この研究の目的は，エチレンを燃焼させる持続流およびピーク流のケースにおける総空気需要量と予想火炎高さを予測することである．ISIS-3D CFDモデルを使用して、シングルバーナー試験とスリーバーナー試験のコンピュータシミュレーションを行い、モデル予測値を検証しました。モデルの検証に基づき、フルフィールドシミュレーションが行われました。フレアフィールドのすべてのバーナーと周囲のフェンスを含むフルフィールドシミュレーションが実施されました。ISIS-3Dの予測によると，限界ケースと考えられるピーク流量の場合，フェンスの上端を越えて火炎が延びたり，顕著な煙が発生したりするのを防ぐために，フェンスを通して十分な空気が巻き込まれることが示された．ウインドフェンスへの放射束は最大100,000W/m2と予測されました。