多点接地フレアの騒音試験・予測手法

1970年代に開発されたマルチポイント・グラウンド・フレア（MPGF）は、その物理的なレイアウトが名前の由来となっています。フレアーの炎が高架上にあるのではなく、複数の圧力補助フレアーの先端が勾配に取り付けられたフィールドに炎が広がります。先端は、上流の圧力とガスの流量が増加すると開き、圧力と流量が減少すると閉じるように段階的に配置されています。

MPGFは重炭化水素系で圧力が高い場合によく使用されますが、様々なガス組成に使用できます。高圧力は、他のアシスト媒体では困難な完全な無煙運転を可能にします。MPGFの各チップは、空気へのアクセスを妨げないため、フレアガスの高い出口速度による勢いで、完全燃焼に必要な空気を巻き込むことができます。MPGFは、最大限の無煙性能を発揮する一方で、放射線の影響やフレア周辺の広い無菌エリアの必要性を最小限に抑えるように設計されています。フィールドの周囲にフェンスを設置することで、フレア炎の視界を遮ることができ、放射線の低減とフレアリング作業が一般の人にとって迷惑になる可能性を低減するという2つの目的を果たすことができます。図1は、典型的なMPGFの設置例です。

概要

国内外での多点式フレアーの需要増加に伴い、フレアーからの騒音発生が議論の焦点となっています。現在、騒音予測や騒音理論値に関する業界標準はなく、フレアメーカーごとに異なることが多いのが現状です。

Zeeco 。長年にわたり、マルチポイント地上フレアの騒音測定試験を数多く実施してきました。この論文では、業界屈指の騒音コンサルタントと共同で実施した試験と試験結果について取り上げます。また、複数の音速および亜音速の流量における様々なガスからの騒音発生についても詳述します。さらに、ジェット騒音と燃焼騒音の影響や、様々な距離における騒音の計算についても、詳細な情報と分析を提供します。

Zeeco は、試験データから相関された関係に基づいて、多点式地上フレアの騒音予測に関して燃焼業界内の基準を設定することを望んでいる。

テストセットアップ

テストはオクラホマ州ブロークン・アローにあるZeecoのテスト施設で行われた。この試験セットアップでは、4インチのオリフィスを使用してガス流量を測定した。オリフィス内の上流圧力はデジタル圧力トランスミッタで測定し、温度は熱電対で測定した。オリフィスを横切る差圧は差圧トランスミッタで測定した。

二次流量測定の検証のため、チップの圧力とガス温度も記録した。チップの圧力はデジタル圧力トランスミッタを使用して記録した。ガス温度は熱電対を使用して記録した。上記のデータはすべて、データ収集システム（DAQ）を使用して同時に記録されました。DAQにはウェザーステーションも接続され、試験全体を通して風速、風向、周囲温度、大気圧、相対湿度を測定し、解析において大気減衰を正確に考慮できるようにしました。

使用した燃料は、タルサ天然ガス（TNG）とプロパンである。

騒音測定は、2台のNorsonics NOR140 Type I 騒音計を用いて、フレア先端の東側100'-0 "と200'-0 "の距離で記録されました。テストポイントの間、同時に測定するために、各距離に1台のメーターが置かれた。各測定ポイントは60秒であった。

バックグラウンドノイズの量を最小限に抑えるため、テストは夜間に行われ、必要でない機器（コンプレッサー、フォークリフトなど）はすべて停止させ、騒音結果の汚染を避けました。

Zeeco 、テキサス州ヒューストンにある著名な騒音コンサルタントであるHoover & Keith社と提携した。Hoover & Keith社のコンサルタントは、すべてのテストに立ち会い、データ分析に携わりました。

さらなるテスト

10Log対20Log解析
10Log対20Log解析では、20Log関数による解析の方がより正確なトレンド相関を示していますが、より高い燃料流量を含むテストでは、参照した経験則データから小さな範囲外のノイズ値を外挿する際の誤差をよりよく理解することができます。また、燃料流量の範囲を大きくすることで、経験則に基づく最適な燃料流量をより理解することができます。

音響効率

一定の出口面積で燃料流量を増加させると音響効率が増加することが確認されており、実際の因果関係を明らかにするためにさらなる試験が必要である。同じフォーマットで多数の燃料ガスを使用した試験を行うことは有益である。この情報は、発熱量や分子量の異なる燃料ガス間に存在する傾向を分析するためのより多くの証拠を提供する。さらに、燃料のブレンドや不活性な混合物によって、観察された現象にさらなる理解が得られるでしょう。前述の音響効率試験により、多点式地上フレアの騒音レベルをより正確に予測できる可能性があります。

燃焼と排気

燃焼と排気の試験では、どの周波数帯がそれぞれの騒音メカニズムによって支配されているかを知ることができますが、分子量と音速の異なる多数の燃料ガスを試験することが有益です。燃料流量を一定に保ちながら燃料出口付近を調整することで、燃焼と排気の騒音メカニズムをより深く理解することができ、燃焼騒音の影響の大きさをよりよく理解することができます。これは、燃焼を一定に保ちながら、燃料出口速度と各噴射音を段階的に減少させることで容易に実現できます。