ФАКЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА БЕЗДЫМНАЯ ПАРФЕНОВА Российский патент 2015 года по МПК F23D14/20 

Изобретение относится к устройству факельных установок бездымного сжигания сбросов факельных газов без применения водяного пара и может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности для полного термического обезвреживания горючих: углеводородов (до углекислого газа СО₂ и воды Н₂О), H₂S (до окислов серы и воды) при их сбросе в атмосферу.

Факельные установки (далее - ФУ) представляют собой сооружения различных типов: вертикальные, горизонтальные, наземные закрытые, коаксиальные и другие для сжигания сбросов горючих газов или горючих примесей (в сточных водах) окружающим воздухом. В факельных установках самыми уязвимыми являются оголовки, называемые также факельными горелками (далее - оголовки). Из оголовков большинства ФУ сбросные газы выходят со скоростью прямо пропорциональной их объемному расходу. Недостатком таких ФУ является что при низкой скорости выхлопа газов, что происходит 99% времени эксплуатации, факел пламени с температурой 800-2200°C от ветра накрывает обечайку оголовка. Аустенитный металл оголовков, допускаемый для кратковременной работы при температуре до 1000-1100°C, не выдерживает длительно высокую температуру, т.е. конструкции оголовков теряют устойчивость с деформацией формы и коррозией. При длительной меньшей температуре происходит высокотемпературная коррозия, которая через несколько месяцев повреждает оголовок с необходимостью ремонта или замены. Футеровка оголовков жаростойким бетоном не решает проблемы ресурса работы, так как бетон не выдерживает резких изменений температур при увеличении сбросов, охлаждения от осадков или изменений направления ветра.

Существуют ФУ с принудительной подачей воздуха в оголовки воздуходувками, установленными у основания ФУ. Воздух от воздуходувки поступает в оголовок по вертикальной трубе факельного ствола. Температура горения газов от таких оголовков бывает также выше критической для применяемых материалов, поэтому и они работают незначительное время между ремонтами. Стоимость таких сооружений в разы превосходит стоимость типовых ФУ, они распространены в развитых странах, в России их всего несколько ед.

Наиболее близким по технической сущности является оголовок по патенту США №5846068. В описании и формуле изобретения этого патента указано, что цель изобретения - защита оголовков от разрушений при горении газов внутри и улучшение сжигания подачей воздуха в газы на выходе из оголовка. Для улучшения горения сбросов увеличением подачи воздуха указывают размеры проходов для воздуха, в несколько раз превышающие размеры проходов для газов, а воздух подают внутрь выхлопов газов. Такая организация полного сжигания создает возможность любой температуры до 2200°C включительно с разрушением оголовка. В патенте США №5846068 критикуют прототип без принудительной подачи воздуха указанием возможности сгорания газов внутри оголовка. Это обоснование надуманно, т.к. атмосферный воздух, случайно и в каком-то незначительном количестве поступивший в оголовок, сжигает в 16 раз меньшее количество газов, практически не повреждает оголовок. По патенту №5846068 выполняется сжигание газов в принудительно подаваемом воздухе непосредственно над оголовком, в зоне горения создается температура выше температуры в мартеновской печи, плавящей все металлы, кроме вольфрама.

Задача - создание ФУ для длительной работы оголовков.

Задача решается тем, что выполняют отвод пламени от оголовков и охлаждение оголовков воздухом от вентиляторов или сжатым воздухом со стороны или от воздуходувок или от других типов подаваемому в пространство между предлагаемой обечайкой и оголовком. Обечайки могут быть снаружи или/и внутри оголовка. Воздух нагнетают по воздуховодам в пространство между собственно оголовком и обечайкой, герметично прилегающей к оголовку во всех частях, но имеющей щелевой (или другой формы) проход для воздуха рядом с оголовком. Выход воздуха выполнен через проход между стенкой верха оголовка и верхом предлагаемой обечайки. Выходящий из указанного зазора воздух с расчетной скоростью обтекает верхнюю часть оголовка и охлаждает его, одновременно отводя пламя от оголовка вверх. Воздух из пространства обечаек в меньшем количестве, чем нужно для сжигания значительного количества газов, высокой скоростью "сдувает" струю последних от оголовка. Существующие оголовки коаксиальных ФУ с воздуходувками можно реконструировать, чтобы направлять воздух не внутрь оголовков, а для отвода вверх газов и охлаждения поверхности реконструируемых оголовков. Обечайки для прохода воздуха рядом с прочной частью оголовков могут быть снаружи или/и изнутри оголовков.

На Фиг. 1 - пример принципиальной конструкции оголовка предлагаемой вертикальной ФУ - факела вертикального, работающего следующим образом. Сбросы газов 1 из факельной системы поступают через факельный ствол 2 в оголовок 3, на выходе из которого происходит горение 4 газа 1 в атмосферном воздухе. Снаружи вокруг оголовка 3 выполнена обечайка 5, в пространство между которыми через воздуховоды 6 нагнетают воздух 9, откуда воздух 9 выходит с необходимой скоростью через щелевой зазор 10, отклоняя газы 1 от оголовка 3. С увеличением расхода сбросов газов влияние ветра 11 на форму пламени уменьшается, пламя само стабилизируется вертикально от оголовка. При этом устраняется конвекционный нагрев оголовка, одновременно охлаждаемого изнутри повышенным расходом сбросного газа. Тепловое излучение пламени 4 газов во все стороны составляет 13-30% от всей энергии сгорания, а малый угол падения теплового излучения на обечайки 5 и оголовок 3 уменьшает поглощение тепла и нагрев металла оголовка.

На Фиг. 2 - пример наземной закрытой ФУ (ЗФУ) - факел наземный закрытый, который может иметь много оголовков. В примере показан один оголовок 3, в который подают сжигаемый газ 1 по трубе 2 и из оголовка 3 сгорающий 4 сверху. Оголовок 3 имеет обечайку 5, через щель 10 которой выходит охлаждающий воздух 9, поступающий со стороны по трубе 6 в факел наземный закрытый.

На Фиг. 3 - пример горизонтальной ФУ (ГФУ) - факел горизонтальный, состоящий из основного корпуса 2, оголовка 3, обечайки 5 вокруг оголовка 3 с полостью для протока охлаждающего воздуха 9, подаваемого по воздуховоду 6. В основной корпус 2 подают горючий газ 1 и подают по трубе 14 жидкость с органическими загрязнителями 13, выходящую затем вместе с газом 1 через оголовок 3 для горения 4 со сжиганием горючих примесей 13 к воде в окружающем воздухе. Охлаждающий воздух 9 высокой скорости из прохода 10 наружной обечайки 5 охлаждает оголовок 3 и отводит пламя 4, налагаемое ветром, от оголовка 3.

На Фиг. 4 - пример коаксиальной ФУ - факела коаксиального, реконструируемого по предлагаемому изобретению с наружным стволом 6 для воздуха 9 снаружи оголовка 3 и обечайкой 5, где проходит воздух 9 от воздуходувки 7. Воздух 9 с расчетной скоростью обтекает оголовок 3, в который по внутреннему (коаксиальному) стволу 2 поступает горючий газ 1, выходящий из оголовка 3 и сгорающий 4 в окружающем воздухе. Из полости между обечайкой 5 и прочной стенкой оголовка 3 воздух 9 выходит через проход 10, отводя пламя 4 вверх от оголовка 3, и охлаждает последний.

На Фиг. 5 - пример конструкции предлагаемого оголовка вертикальной ФУ - факела вертикального. Сбросы газов 1 факельной системы поступают через факельный ствол 2 в оголовок 3, на выходе из которого происходит горение 4 газа 1 в атмосферном воздухе. Снаружи вокруг прочной части оголовка 3 и с участком внутри прочной части оголовка 3 выполнена обечайка 5, в которую выполнены воздуховоды 6. В прочной части оголовка 3 между наружной и внутренней частями обечайки 5 для воздуха 9 выполнены проходы 12. Воздух 9 нагнетают от вентиляторов 7 в начальные части воздуховодов 6 через обратные клапаны 8. Воздух 9 проходит в пространство между внутренней частью обечайки 5 и оголовком 3, откуда воздух 9 выходит с необходимой скоростью через щелевой зазор 10, отклоняя газы 1 от оголовка 3. С увеличением расхода сбросов газов влияние ветра 11 на форму пламени уменьшается, пламя 4 стабилизируется вертикально от оголовка. Устраняется конвекционный нагрев оголовка 3, одновременно охлаждаемого изнутри сбросным газом 1. Тепловые излучения пламени 4 имеют значительно меньшие величины, а малый угол падения теплового излучения на обечайки 5 и оголовок 3 снижают восприятие тепла и нагрев металла оголовка.

На Фиг. 6 показана принципиальная конструкция оголовка вертикальной ФУ - факела вертикального, работающего следующим образом. Сбросы газов 1 из факельной системы поступают через факельный ствол 2 в оголовок 3, на выходе из которого происходит горение 4 газа 1 в атмосферном воздухе. Снаружи прочной части оголовка 3 и с участком внутри прочной части оголовка 3 выполнена обечайка 5, в которую выполнены воздуховоды 6. В прочной части оголовка 3 между наружной и внутренней частями обечайки 5 для воздуха 9 выполнены проходы 12. В начальные части воздуховодов 6 от известных источников нагнетают воздух 9, проходящий далее в пространстве между обечайкой 5 и оголовком 3, откуда воздух 9 выходит с необходимой скоростью через щелевые проходы 10, отклоняя газы 1 от оголовка 3. С увеличением расхода сбросов газов влияние ветра 11 на форму пламени уменьшается, пламя 4 стабилизируется вертикально от оголовка. Прекращается конвекционный нагрев оголовка 3, а малый угол падения теплового излучения на обечайку 5 и оголовок 3 снижают поглощение тепла и нагрев металла оголовка.

Изобретение относится к устройству факельных установок и может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности для полного сжигания сбросов факельных горючих газов. Оголовок бездымной факельной установки снабжен дополнительной обечайкой вокруг или/и внутри оголовка, в пространство между которыми принудительно подают воздух с его выходом сверху для ограждения оголовка от наложения ветром пламени горящих газов на оголовок, и для охлаждения их теплонапряженных поверхностей, и для обеспечения бездымного сжигания сбросов газов, при этом воздух подают от вентиляторов снаружи факельных стволов факельных установок или подают сжатый воздух со стороны или от воздуходувок. Изобретение позволяет обеспечить длительное сжигание всех видов сбросных газов, повысить сроки эксплуатации между ремонтами. 6 ил.

Бездымная факельная установка, отличающаяся тем, что ее оголовок снабжен дополнительной обечайкой вокруг или/и внутри оголовка, в пространство между которыми принудительно подают воздух с его выходом сверху для ограждения оголовка от наложения ветром пламени горящих газов на оголовок, и для охлаждения их теплонапряженных поверхностей, и для обеспечения бездымного сжигания сбросов газов, при этом воздух подают от вентиляторов снаружи факельных стволов факельных установок или подают сжатый воздух со стороны или от воздуходувок.