Die in den 1970er Jahren entwickelten Multi-Point Ground Flares (MPGF) verdanken ihren Namen ihrem physischen Aufbau. Statt der Fackelflamme auf einer erhöhten Struktur wird die Flamme in einem ebenen Feld aus mehreren druckunterstützten Fackelspitzen ausgebreitet. Die Spitzen sind dann in Stufen angeordnet, die sich bei steigendem Druck und Gasfluss öffnen und bei sinkendem Druck und Fluss schließen.
MPGF werden häufig für schwere Kohlenwasserstoffe mit hohem verfügbarem Druck eingesetzt; sie können jedoch für eine Vielzahl von Gaszusammensetzungen verwendet werden. Der hohe Druck trägt dazu bei, einen vollständig rauchfreien Betrieb zu erreichen, was mit anderen Hilfsmedien schwierig sein kann. Jede Spitze in einem MPGF hat ungehinderten Luftzugang, so dass der Impuls der hohen Austrittsgeschwindigkeit des Fackelgases die für eine vollständige Verbrennung erforderliche Luft mitreißen kann. MPGF sind so konzipiert, dass sie ein Maximum an rauchfreier Leistung bieten und gleichzeitig die Strahlungsbelastung und die Notwendigkeit eines großen sterilen Bereichs um die Fackel herum minimieren. Die Installation eines Zauns um das Feld kann die Sicht auf die Fackelflamme blockieren und dient so dem doppelten Zweck, die Strahlung zu reduzieren und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Abfackeln eine Belästigung für die Öffentlichkeit darstellt. Abbildung 1 ist ein Beispiel für eine typische MPGF-Installation.
Abstrakt
Mit der zunehmenden Nachfrage nach Multi-Point Ground Flares im In- und Ausland ist die Lärmentwicklung durch diese Fackeln zu einem Schwerpunkt der Diskussion geworden. Derzeit gibt es keine festen Industriestandards für Lärmprognosen und theoretische Lärmwerte, die oft zwischen den Fackellieferanten variieren.
Im Laufe der Jahre hat Zeeco zahlreiche Lärmmessungen an Multi-Point Ground Flares durchgeführt. In diesem Beitrag werden die Tests und Testergebnisse behandelt, die in Zusammenarbeit mit einem der führenden Lärmberater in der Branche erzielt wurden. Darüber hinaus wird die Lärmerzeugung durch verschiedene Gase bei verschiedenen Schall- und Unterschall-Durchflussraten im Detail behandelt. Weitere Informationen und Analysen werden zur Verfügung gestellt, um die Auswirkungen von Düsenlärm im Vergleich zu Verbrennungslärm zu erörtern, sowie zur Berechnung des Lärms in verschiedenen Entfernungen.
Zeeco hofft, innerhalb der Verbrennungsindustrie Standards für die Lärmprognose von Mehrpunkt-Bodenfackeln auf der Grundlage der aus den Testdaten abgeleiteten Zusammenhänge zu setzen.
Testaufbau
Die Tests wurden in der Prüfeinrichtung von Zeecoin Broken Arrow, Oklahoma, durchgeführt. Bei diesem Testaufbau wurde der Gasfluss mit einer 4-Zoll-Durchflussöffnung gemessen. Der Vordruck in der Blende wurde mit einem digitalen Drucktransmitter und die Temperatur mit einem Thermoelement gemessen. Der Differenzdruck über der Blende wurde mit einem Differenzdrucktransmitter gemessen.
Zur Überprüfung der sekundären Durchflussmessung wurden auch Spitzendruck und Gastemperatur aufgezeichnet. Der Spitzendruck wurde mit einem digitalen Druckmessgerät aufgezeichnet. Die Gastemperatur wurde mit einem Thermoelement aufgezeichnet. Alle vorgenannten Daten wurden gleichzeitig mit einem Datenerfassungssystem (DAQ) aufgezeichnet. An das DAQ war auch eine Wetterstation angeschlossen, die während des gesamten Versuchs Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Umgebungstemperatur, Luftdruck und relative Luftfeuchtigkeit maß, was eine genaue Berücksichtigung der atmosphärischen Dämpfung in der Analyse ermöglichte.
Die verwendeten Testbrennstoffe waren Tulsa Natural Gas (TNG) und Propan.
Die Lärmmessungen wurden in einem Abstand von 100'-0" und 200'-0" östlich der Fackelspitze mit zwei Norsonics NOR140 Typ I Lärmmessgeräten durchgeführt. Ein Messgerät wurde in jeder Entfernung platziert, um während der Testpunkte gleichzeitig zu messen. Jeder Messpunkt dauerte 60 Sekunden.
Um den Hintergrundlärm so gering wie möglich zu halten, wurden die Tests nachts durchgeführt, wobei alle unwichtigen Geräte (Kompressoren, Gabelstapler usw.) abgeschaltet wurden, um eine Kontamination der Lärmergebnisse zu vermeiden.
Zur Unterstützung der Tests arbeitete Zeeco mit Hoover & Keith zusammen, einem renommierten Lärmgutachter mit Sitz in Houston, Texas. Ein Berater von Hoover & Keith war während aller Tests anwesend und an der Datenanalyse beteiligt.
Weitere Tests
10Log- vs. 20Log-Analyse
Während die 10Log- vs. 20Log-Analyse eine genauere Trendkorrelation zeigt, wenn sie mit Hilfe einer 20Log-Funktion analysiert wird, würde ein Test mit höheren Kraftstoffdurchflussraten ein besseres Verständnis des Fehlers ermöglichen, der bei der Extrapolation von Geräuschwerten außerhalb eines kleinen Bereichs außerhalb der referenzierten empirischen Daten auftritt. Ein größerer Bereich von Kraftstoffdurchflussraten würde auch ein besseres Verständnis der optimalen Kraftstoffdurchflussraten für die Verwendung als empirische Referenz ermöglichen.
Akustischer Wirkungsgrad
Da mit steigendem Brennstoffdurchsatz bei gleichbleibender Austrittsfläche eine zunehmende akustische Effizienz beobachtet wird, sind weitere Tests erforderlich, um die tatsächliche Ursache zu ermitteln. Die Prüfung desselben Formats mit einer Vielzahl von Brenngasen wäre von Vorteil. Diese Informationen würden mehr Anhaltspunkte für die Analyse von Trends zwischen Brenngasen mit unterschiedlichen Heizwerten und Molekulargewichten liefern. Darüber hinaus würden Kraftstoffmischungen und inerte Gemische zusätzliche Erkenntnisse zu den beobachteten Phänomenen liefern. Die oben erwähnte Prüfung der akustischen Effizienz könnte möglicherweise eine genauere Methode zur Vorhersage von Lärmpegeln an mehreren Bodenfackeln liefern.
Verbrennung vs. Entlüftung
Während die Verbrennungs- und Entlüftungstests Aufschluss darüber geben, welche Frequenzbereiche von den jeweiligen Geräuschmechanismen dominiert werden, wäre es von Vorteil, eine Vielzahl von Brenngasen mit unterschiedlichen Molekulargewichten und Schallgeschwindigkeiten zu testen. Die Anpassung der Kraftstoffaustrittsflächen bei konstantem Kraftstoffdurchsatz würde zu einem besseren Verständnis der Geräuschmechanismen von Verbrennung und Entlüftung führen und ein besseres Verständnis des Ausmaßes der Auswirkungen von Verbrennungsgeräuschen ermöglichen. Dies würde durch eine schrittweise Verringerung der Kraftstoffaustrittsgeschwindigkeit und des entsprechenden Strahlgeräuschs bei gleichbleibender Verbrennung erleichtert werden.
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