ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК F23L17/02 

Изобретение относится к оголовкам факельной установки для сжигания аварийных выбросов газа и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, связанных с аварийным сжиганием газа.

Для поддержания факельной установки в постоянной готовности к приему аварийных выбросов газа в оголовки постоянно подают продувочный газ, предотвращающий поступление внутрь установки через оголовок атмосферного воздуха, образующего в смеси с газом взрывоопасную смесь.

Известен оголовок факельной установки, включающий цилиндрическую трубу и установленный в ней осесимметричный затвор для предотвращения поступления атмосферного воздуха в факельную установку. Затвор выполнен в виде цилиндра, герметично прикрепленного к стенке цилиндрической трубы при помощи кольцевой пластины [1]
Принцип работы оголовка сводится к следующему.

Продувочный газ из факельной установки поступает в оголовок, а затем через цилиндр поступает на сжигание для поддержания дежурного пламени. В режиме подачи продувочного газа подается минимально возможное его количество, которое препятствует поступлению атмосферного воздуха через оголовок в факельную установку. При таких расходах скорость газа по сечению цилиндрической трубы неравномерна: максимальная скорость по центру и минимальная (практически равная нулю) у внутренней стенки, вследствие чего атмосферный воздух, как более тяжелый газ, через верхний срез оголовка опускается по внутренней его поверхности вниз, но дальнейшее его поступление через цилиндр в факельную установку предотвращено ввиду того, что скорость в цилиндре выше скорости в цилиндрической трубе за счет меньшей площади сечения.

Известен также оголовок факельной установки, включающий цилиндрическую трубу и установленный в ней осесимметричный затвор для предотвращения поступления атмосферного воздуха в факельную установку. Затвор выполнен в виде пакета диафрагм, герметично прикрепленных к цилиндрической трубе. Внутренние кромки диафрагм образуют выходной канал [2]
Принцип работы такого оголовка аналогичен предыдущему. Предотвращение поступления воздуха в факельную установку обеспечено за счет повышенной скорости прохождения продувочного газа через выходной канал затвора.

Однако известные оголовки обладают низкой экономичностью за счет повышенного расхода продувочного газа и вследствие этого повышенной загазованностью окружающей среды продуктами сгорания продувочного газа. Это объясняется повышенной скоростью продувочного газа.

Целью изобретения является повышение экономичности оголовка и снижение загазованности окружающей среды за счет уменьшения расхода продувочного газа путем снижения его скорости. Цель достигается тем, что в известном оголовке факельной установки, включающем цилиндрическую трубу и установленный в ней осесимметричный затвор в виде пакета диафрагм, герметично прикрепленных к цилиндрической трубе, с отверстиями образующих выходной канал затвора, согласно изобретению, отверстия диафрагм выполнены кольцевыми с уменьшающимися в направлении потока газа размерами, а кромки диафрагм кольцевого выходного канала затвора расположены по лемнискатам, при этом кромки последней на выходе затвора диафрагмы расположены в точках лемнискат с нулевой кривизной.

Указанный эффект подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными авторами с различными конструкциями оголовка с затворами.

Результаты исследований приведены в таблице. Как видно из таблицы, относительная скорость запуска, при которой исключается проскок атмосферного воздуха, у предлагаемого оголовка (N 26) в два и более раз меньше, чем у известных оголовков (N 25 и 28).

Результаты эксперимента подтверждаются и теоретически. Воздух, имея большую плотность ρ₂, чем плотность продувочного газа ρ₁, проваливается через верхний срез оголовка в виде отдельных комков. На каждый такой комок действуют силы тяжести и поддерживающая (Архимедова), пропорциональные кубу характерного линейного размера комка L³, и сила сопротивления, пропорциональная квадрату линейного размера комка L².

Рассматривая равновесие комка воздуха, покоящегося относительно стенок трубы, и учитывая, что для турбулентного режима течения сила сопротивления про- порциональна величине ρ₁ω₁L² (где ρ₁ и ω₁ плотность и скорость продувочного газа), и что характерный размер комка пропорционален размеру проходного сечения затвора для предотвращения проскока воздуха (у кольцевого сечения ширина кольца в 5-6 раз меньше диаметра осевого сечения), можно получить следующий критерий подобия, который назовем относительной скоростью при турбулентном режиме:
= ·
Из формулы следует, что даже при одинаковой относительной скорости ω_т, при меньшем размере комка должна быть и меньше скорость продувочного газа.

Аналогичное положение и для ламинарного режима.

ω_л= · ·
На чертеже приведена конструкция оголовка факельной установки.

Оголовок факельной установки включает цилиндрическую трубу 1 и установленный в нем осесимметричный затвор для предотвращения поступления атмосферного воздуха в виде пакета диафрагм 2, герметично прикрепленных к цилиндрической трубе 1. Диафрагмы 2 имеют кольцевые проходные сечения 3, которые плавно уменьшаются в направлении движения потока газа и образуют выходной канал. Кромки диафрагм 2, образующих кольцевой выходной канал, лежат на участках кривых лемнискат, которые в полярных координатах описываются уравнением
ρ a где ρ радиус-вектор;
ϕ полярный угол;
а параметр, определяющий размеры кривой.

Кромки последней в направлении потока диафрагмы расположены на участках лемнискат с нулевой кривизной.

Принцип работы оголовка факельной установки заключается в следующем.

Продувочный газ снизу поступает в оголовок, а затем, проходя через кольцевые проходные сечения 3, выводится через верхнюю часть цилиндрической трубы 1 из оголовка на сжигание и поддержание дежурного горения.

Поступление атмосферного воздуха внутрь факельной установки исключается за счет повышенной скорости прохождения продувочного газа через выходной канал за счет меньшей площади кольцевых проходных сечений 3.

Расположение кромок диафрагм на участках лемнискат позволяет обеспечить выравнивание скорости продувочного газа за диафрагмами, что позволяет снизить скорость газа, исключая при этом проскок атмосферного воздуха внутрь факельной установки.

Изобретение относится к оголовкам факельной установки для сжигания аварийных выбросов газа и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, связанных с аварийным сжиганием газа. Оголовок факельной установки содержит цилиндрическую трубу, в которой установлен затвор в виде пакета диафрагм, герметично прикрепленных к трубе. Диафрагма имеет кольцевые проходные отверстия, размеры которых уменьшаются в направлении движения потока газа. Кромки диафрагм, образующих кольцевой выходной канал затвора, расположены на участках лемнискат. Кромки проходного отверстия последней в направлении потока газа диафрагмы расположены в точках лемнискат с нулевой кривизной. Изобретение уменьшает расход продувочного газа путем снижения его скорости. 1 ил. 1 табл.

ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, содержащий цилиндрическую трубу и установленный в ней осесимметричный затвор в виде пакета диафрагм с отверстиями, герметично прикрепленных к цилиндрической трубе и образующих выходной канал затвора, отличающийся тем, что отверстия диафрагм выполнены кольцевыми с уменьшающимися в направлении потока газа размерами, а кромки диафрагм кольцевого выходного канала затвора в продольных сечениях расположены по лемнискатам, при этом кромки последней на выходе затвора диафрагмы расположены в точках лемнискат с нулевой кривизной.