Оголовок 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. Оголовок включает разъемный корпус, инжекционную дежурную горелку, защитный экран. В верхней части корпуса установлены осевой завихритель с наклонно расположенными лопастями и выполненной в виде диффузора выходной частью, а также кольцевая перегородка с образованием кольцевой полости между корпусом оголовка и кольцевой перегородкой. В кольцевой полости выполнены чередующиеся воздухоподводящие и газоподводящие каналы, при этом выходная часть кольцевой перегородки и выходная часть воздухоподводящих каналов имеют наклон к центральной части оголовка. В нижней части воздухоподводящих каналов выполнены отверстия для сообщения с атмосферой, а в нижней части газоподводящих каналов - отверстия для соединения с полостью оголовка. В кольцевом пространстве между осевым завихрителем и кольцевой перегородкой установлен кольцевой завихритель с изогнутыми лопастями, которые выполнены с наклоном в противоположную от наклона лопастей осевого завихрителя сторону. Газовый затвор представляет собой расположенные друг под другом с образованием кольцевых камер, по меньшей мере, три конфузорных патрубка, причем диаметр верхнего конфузорного патрубка больше диаметра нижнего и меньше среднего, верхний и средний конфузорные патрубки расположены с образованием кольцевой дросселирующей щели, а патрубок для подачи затворного газа расположен между верхним и средним конфузорными патрубками. Оголовок надежен в эксплуатации и даст возможность обеспечить эффективное сжигание газа со сниженным шумом при его горении и расходом затворного газа. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Известен оголовок факельной установки, включающий цилиндрический корпус и установленный в нем осесимметричный затвор для предотвращения поступления атмосферного воздуха в виде пакета диафрагм, герметично прикрепленных к корпусу оголовка, дежурную горелку. Диафрагмы имеют кольцевые проходные сечения, которые плавно уменьшаются в направлении движения потока газа и образуют выходной канал [Пат. №2046255, кл. F 23 L 17/02, 1995 г.].

Недостатки этого оголовка заключаются в следующем. Диафрагмы создают сопротивление потоку газа и способствуют образованию завихрений на острых кромках, что сопровождается повышенным шумом и вибрацией. Кольцевые проходные сечения для продувки газа создают разреженное осевое пространство, в результате чего происходит подсасывание воздуха, что ведет к проскоку пламени внутрь оголовка, а это снижает ресурс и безопасность факельного оголовка. К этому же приводит проскальзывание воздуха по внутренним стенкам оголовка вследствие резкого снижения скорости газа после затвора.

Наиболее близким к заявляемому объекту является оголовок факельной установки, включающий цилиндрический корпус, выполненный в средней части по ходу движения газа с коническим расширением, переходящим в коническое расширение, дежурную горелку. В нижней части корпуса установлен газовый затвор, при этом корпус оголовка снабжен патрубком для подачи затворного газа, расположенным выше уровня газового затвора [Авт. свид. №2003925, кл. F 23 D 14/20, 1993 г.].

Недостаток этого оголовка - низкая эффективность сжигания и низкая надежность оголовка из-за образования горючей смеси в корпусе оголовка, способствующего проскоку пламени внутрь корпуса, а также из-за перегрева корпуса. Кроме того, оголовок при горении создает сильный шум. Кроме того, для обеспечения закрутки газа требуется большой расход и входная скорость затворного газа.

Изобретение направлено на повышение эффективности сжигания газа в оголовке с одновременным повышением его надежности, снижением шума при его горении и уменьшением расхода затворного газа.

Это достигается тем, что в оголовке факельной установки, включающем корпус с патрубком для подачи затворного газа и расположенным в нижней его части газовым затвором, дежурную горелку, в верхней части корпуса установлены осевой завихритель с наклонно расположенными лопастями и выполненной в виде диффузора выходной частью, а также кольцевая перегородка с образованием кольцевой полости между корпусом оголовка и кольцевой перегородкой, в которой выполнены чередующиеся воздухоподводящие и газоподводящие каналы, выходная часть кольцевой перегородки и выходная часть воздухоподводящих каналов выполнены с наклоном к центральной части оголовка, в нижней части воздухоподводящих каналов выполнены отверстия для сообщения с атмосферой, а в нижней части газоподводящих каналов - отверстия для соединения с полостью оголовка, в кольцевом пространстве между осевым завихрителем и кольцевой перегородкой установлен кольцевой завихритель с изогнутыми лопастями, которые выполнены с наклоном в противоположную от наклона лопастей осевого завихрителя сторону, при этом газовый затвор представляет собой расположенные друг под другом с образованием кольцевых камер, по меньшей мере, три конфузорных патрубка, причем диаметр верхнего конфузорного патрубка больше диаметра нижнего и меньше - среднего, а патрубок для подачи затворного газа расположен между верхним и средним конфузорными патрубками.

Целесообразно выходную часть верхнего конфузорного патрубка выполнить расширяющейся.

Кроме того, верхняя часть корпуса оголовка снабжена защитным экраном в виде конической обечайки.

В конической обечайке выполнены окна для сообщения с атмосферой.

Корпус оголовка выполнен разъемным.

В качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

На чертеже изображен предлагаемый оголовок факельной установки.

Оголовок включает в себя разъемный корпус 1, в верхней части которого соосно с ним установлен осевой завихритель 2 с наклонно расположенными лопастями. Оптимальный угол наклона лопастей составляет 7-10°. Выходная часть осевого завихрителя выполнена в виде диффузора 3. Кроме того, в верхней части оголовка выполнена кольцевая перегородка 4 с образованием кольцевой полости 18 между ней и корпусом 1 оголовка. В кольцевой полости 18 выполнены чередующиеся воздухоподводящие 5 и газоподводящие 6 каналы, при этом в нижней части воздухоподводящих каналов выполнены отверстия 7 для сообщения с атмосферой, а в нижней части газоподводящих каналов - отверстия 8, соединяющие каналы с полостью оголовка. Целесообразно выходную часть кольцевой перегородки и выходную часть воздухоподводящих каналов выполнить с наклоном к центральной части оголовка.

В кольцевом пространстве между осевым завихрителем 2 и кольцевой перегородкой 4 установлен кольцевой завихритель 9 с изогнутыми лопастями, которые выполнены с наклоном 12-15° в противоположную от наклона лопастей осевого завихрителя сторону.

В нижней части оголовка установлен газовый затвор, представляющий собой расположенные друг под другом, по меньшей мере, три конфузорных патрубка 10-12 с образованием кольцевых камер, причем диаметр d₁ верхнего конфузорного патрубка 10 больше диаметра d₃ нижнего патрубка 12 и меньше диаметра d₂ среднего патрубка 11. Выходная часть верхнего конфузорного патрубка 10 выполнена расширяющейся. Верхний 10 и средний 11 конфузорные патрубки расположены с образованием кольцевой дросселирующей щели 13. Оголовок снабжен патрубком 14 для подачи затворного газа в кольцевую камеру, образованную верхним и средним конфузорными патрубками.

В верхней части оголовка установлена в качестве дежурной горелки инжекционная горелка 15. Верхняя часть корпуса оголовка снабжена защитным экраном 16 в виде конической обечайки для отражения теплового и акустического излучения и защиты дежурной горелки 15 от перегрева. В конической обечайке выполнены окна 17.

Оголовок работает следующим образом.

Из ствола факельной установки сжигаемый газ подается в нижний конфузорный патрубок 12 газового затвора, где он разгоняется за счет сужения сечения, смешивается с затворным газом, который поступает по патрубку 14 через кольцевую дросселирующую щель 13, предотвращая попадание воздуха в ствол факельной установки за счет увеличения скорости газа при прохождении через верхний конфузорный патрубок 10. Из патрубка 10 поток газа, имея максимальную скорость, попадает в полость корпуса оголовка, расширяется и перераспределяется на осевой поток, куда попадает основная часть газа, и периферийный. Расширяющаяся выходная часть патрубка 10 обеспечивает равномерное распределение газа в кольцевом завихрителе и газоподводящих каналах.

Осевой поток газа с более высокой скоростью поступает в осевой завихритель 2, где поток закручивается и с высокой линейной скоростью и достаточной для смешивания с воздухом центробежной составляющей выбрасывается на сжигание, образуя ядро пламени. При этом диффузор 3, установленный на выходе завихрителя, притормаживает поток газа, стабилизируя пламя и предотвращая его срыв.

Периферийный поток газа с более низкой скоростью попадает в кольцевой завихритель 9, где закручивается в противоположном осевому потоку направлении, проводит через сужающуюся кольцевую камеру, образованную диффузором 3 осевого завихрителя и выходной частью кольцевой перегородки 4, в виде кольцевого потока смешивается на выходе из корпуса оголовка с воздухом, истекающим из воздухоподводящих каналов 5, куда воздух подсасывается через отверстия 7 в корпусе оголовка, и сжигается на выходе с отрывом от верхней кромки корпуса оголовка. При этом образуется кольцевое пламя, охватывающее осевой поток газа и разбрасывающееся по периферии. Последнее способствует более интенсивному перемешиванию сжигаемого газа с окружающим воздухом и улучшает горение, обеспечивая полноту сгорания газа.

Другая часть периферийного потока газа попадает в газоподводящие каналы 6 кольцевой полости через отверстия 8, смешивается с атмосферным воздухом на выходе из оголовка и сгорает в виде вертикальных струй выше верхней кромки корпуса оголовка.

Экран 16 отражает тепловые и акустические излучения, защищая дежурную горелку 15 от перегрева и атмосферных осадков. При этом через окна 17 подсасывается воздух, который смешивается с газом из газоподводящих каналов и повышает эффективность горения. Инжекционная горелка, используемая в качестве дежурной, дает возможность подготавливать горючую смесь непосредственно в верхней части оголовка, обеспечивая устойчивое горение.

Таким образом, предлагаемая конструкция факельного оголовка обеспечит формирование трехъярусного пламени факела: ядро осевого пламени с вращением сжигаемого потока газа образует верхний ярус, сжигаемый кольцевой поток газа с вращением в противоположную сторону образует средний ярус, нижний ярус сжигаемого потока образуется вертикальными струями газа без вращения. Распределение газа для сжигания по ярусам горения способствует охвату максимального объема воздуха для обеспечения полноты сгорания смеси, а также снижение температуры ядра пламени и его размеров, что обеспечит экологичность сжигания газа. Кроме того, при такой организации пламени нижние ярусы поглощают и отражают акустические и тепловые излучения верхних ярусов и, кроме того, подогревают газовоздушные смеси верхних ярусов до их восгорания, улучшая эффективность сжигания.

Щелевое дросселирование затворного газа снижает расход затворного газа, что обеспечит устойчивое горение в дежурном режиме и предохранит оголовок от проскока воздуха внутрь факельной установки.

Рассечение периферийного пристеночного кольцевого потока газа на отдельные струи снижает шум при горении, увеличивает эффективность смешивания отдельных струй газа с атмосферным воздухом, повышая эффективность сжигания.

Диффузор на выходе оголовка обеспечит расширение потока и безотрывное истечение струй газового потока на выходе из оголовка, при этом пламя и форма пламени факела формируются выше кромки оголовка, что повышает устойчивость пламени и снижает шумность работы оголовка, уменьшает нагрев корпуса и повышает надежность оголовка. Защитный экран в виде конической обечайки, установленной в верхней части корпуса оголовка, отражает тепловые и акустические излучения. Кроме того, это позволит установить дежурную горелку ниже конической обечайки, что предотвратит дежурную горелку от перегрева и неблагоприятных атмосферных условий. Использование инжекционной горелки в качестве дежурной обеспечит приготовление горючей смеси непосредственно в верхней части оголовка, что способствует повышению надежности оголовка. (Традиционное использование дежурной горелки требует подготовки горючей смеси за пределами факельной установки, что ведет к неустойчивому горению и, следовательно, к низкой надежности оголовка).

1. Оголовок факельной установки, включающий корпус с патрубком для подачи затворного газа и расположенным в нижней его части газовым затвором, дежурную горелку, отличающийся тем, что в верхней части корпуса установлены осевой завихритель с наклонно расположенными лопастями и выполненной в виде диффузора выходной частью, а также кольцевая перегородка с образованием кольцевой полости между корпусом оголовка и кольцевой перегородкой, в полости выполнены чередующиеся воздухоподводящие и газоподводящие каналы, выходная часть кольцевой перегородки и выходная часть воздухоподводящих каналов выполнены с наклоном к центральной части оголовка, в нижней части воздухоподводящих каналов выполнены отверстия для сообщения с атмосферой, а в нижней части газоподводящих каналов - отверстия для соединения с полостью оголовка, в кольцевом пространстве между осевым завихрителем и кольцевой перегородкой установлен кольцевой завихритель с изогнутыми лопастями, которые выполнены с наклоном в противоположную от наклона лопастей осевого завихрителя сторону, при этом газовый затвор представляет собой расположенные друг под другом с образованием кольцевых камер, по меньшей мере, три конфузорных патрубка, причем диаметр верхнего конфузорного патрубка больше диаметра нижнего и меньше среднего, верхний и средний конфузорные патрубки расположены с образованием кольцевой дросселирующей щели, а патрубок для подачи затворного газа расположен между верхним и средним конфузорными патрубками.

2. Оголовок по п.1, отличающийся тем, что выходная часть верхнего конфузорного патрубка выполнена расширяющейся.

3. Оголовок по п.1 или 2, отличающийся тем, что верхняя часть корпуса оголовка снабжена защитным экраном в виде конической обечайки.

4. Оголовок по п.1, отличающийся тем, что в конической обечайке выполнены окна.

5. Оголовок по п.2, отличающийся тем, что в конической обечайке выполнены окна.

6. Оголовок по п.3, отличающийся тем, что в конической обечайке выполнены окна.

7. Оголовок по п.1, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

8. Оголовок по п.2, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

9. Оголовок по п.3, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

10. Оголовок по п.4, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

11. Оголовок по п.5, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

12. Оголовок по п.6, отличающийся тем, что корпус оголовка выполнен разъемным.

13. Оголовок по п.1, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

14. Оголовок по п.2, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

15. Оголовок по п.3, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

16. Оголовок по п.4, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

17. Оголовок по п.5, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

18. Оголовок по п.6, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

19. Оголовок по п.7, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

20. Оголовок по п.8, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

21. Оголовок по п.9, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

22. Оголовок по п.10, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

23. Оголовок по п.11, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.

24. Оголовок по п.12, отличающийся тем, что в качестве дежурной горелки установлена инжекционная горелка.