RU6601U1

RU6601U1 - TORCH UNIT FOR COMBUSTION OF RELEASE GASES

Info

Publication number: RU6601U1
Application number: RU97110265/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Ананьев; В.Г. Зайцев; К.В. Баклашов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Научно-производственная компания "Кедр-89"
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1998-05-16

Abstract

Факельная установка для сжигания сбросных газов, содержащая смонтированную на газопроводящем стволе факельную горелку с горелочным устройством, в корпусе которого установлена обечайка, образующая внешний и внутренний газоотводящие каналы, отличающаяся тем, что обечайка выполнена биконической в виде прямых усеченных конусов с общим основанием, при этом выходной участок обечайки выполнен в виде конического сопла, а входной участок образован конической поверхностью с углом при вершине не менее 15, при этом во внутреннем канале по высоте входного участка обечайки коаксиально установлены конусообразные обечайки-турбулизаторы, основания которых закреплены на боковой поверхности обечайки, а окружности сужений проходных сечений расположены со стороны выходного среза и лежат на конической поверхности, конгруэнтной конической поверхности входного участка обечайки, соединенной с корпусом посредством кольцевого днища с газовыпускными отверстиями, суммарная площадь проходных сечений которых составляет 0,1 - 0,3 площади входного проходного сечения горелочного устройства, при этом выходной срез внутреннего канала расположен выше среза корпуса горелочного устройства, снабженного установленным с образованием кольцевого зазора с его корпусом, ветрозащитным кожухом, при этом между срезами выходного участка корпуса и обечайки, а также над срезом ветрозащитного кожуха размещены дежурные горелки.A flare installation for burning waste gases, comprising a flare burner mounted on a gas-conducting trunk with a burner device, in the casing of which there is a shell forming external and internal gas outlet channels, characterized in that the shell is made biconical in the form of straight truncated cones with a common base, while the output the shell section is made in the form of a conical nozzle, and the inlet section is formed by a conical surface with an angle at the apex of at least 15, while in the inner channel, in height the cone-shaped shell-turbulators are coaxially installed, the bases of which are fixed on the side surface of the shell, and the circumferences of the narrowing of the bore sections are located on the side of the outlet cut and lie on the conical surface, the congruent conical surface of the inlet section of the shell connected to the housing by means of an annular bottom with gas outlet openings , the total area of the flow cross sections of which is 0.1 - 0.3 of the inlet flow area of the burner device, with In this case, the output section of the inner channel is located above the section of the burner body, equipped with an annular gap with its body, a windproof cover, and duty burners are placed between the sections of the output section of the body and the shell, as well as above the section of the windproof cover.

Description

Факельная установка для сжигания сбросных газов.Flare plant for the combustion of waste gases.

Полезная модель относится к газосжигающему оборудованию и может быть использовано для факельного сжигания сбросных газов, преимущественно высокого давления, в процессе добычи и переработки природного газа или нефти.The utility model relates to gas-burning equipment and can be used for flaring of waste gases, mainly of high pressure, in the process of extraction and processing of natural gas or oil.

Известны факельные установки для сжигания сбросных газов, в факельные горелки которых подается сбросный газ. Горелки этих установок снабжены рассекателем газа, см., например, А.С. СССР N 775521. кл. F23D 14/38. 1980 г; А.С. СССР N 1370369. кл. F 23D Д 14/38. 1988 г; патент Великобритании К 1460576. кл. F4T, 1977 г.).Flare plants for burning offgas are known in which flare burners are supplied with offgas. The burners of these units are equipped with a gas cutter, see, for example, A.S. USSR N 775521.cl. F23D 14/38. 1980 g; A.S. USSR N 1370369. cl. F 23D D 14/38. 1988 g; UK patent K 1460576. cl. F4T, 1977).

Для повышения полноты и надежности сгорания сбросных газов рассекатель выполнен в виде тела Коанда, что усложняет конструкцию горелки.To increase the completeness and reliability of the combustion of waste gases, the divider is made in the form of a Coanda body, which complicates the design of the burner.

Известна также факельная установка, горелочное устройство которой содержит установленную на азоподводящем стволе факельную горелку с дежурной горелкой и запальником, см. А.С. СССРМ 1663317, кл. F23b 14/20. 1991г.A flare unit is also known, the burner of which contains a flare burner with a pilot burner and an igniter mounted on an azo supply barrel, see A.S. USSR 1663317, class F23b 14/20. 1991

Наличие дежурной горелки позволяет повысить надежность работы факельной установки, однако при аварийном сбросе больших объемов качество и полнота сжигания газов снижается.The presence of an on-site burner allows to increase the reliability of the flare unit, however, in case of emergency discharge of large volumes, the quality and completeness of gas combustion decreases.

За прототип полезной модели полезной моделью принята факельная установка, с горелочным устройством содержащим смонтированную на газоподводящем стволе факельную горелку, корпус которой разделен обечайкой на внешний и внутренний каналы, см. А.С. СССР N 1455129, кл. F23D 14/38).As a utility model prototype, the utility model is a flare unit with a burner containing a flare burner mounted on a gas supply barrel, the casing of which is divided by a shell on the external and internal channels, see A.S. USSR N 1455129, class F23D 14/38).

Для повышения качества сжигания при изменении расхода сбросных газов во внешнем канале установлены поворотные заслонки, которые открываются при авар шном сбросеTo improve the quality of combustion when changing the flow rate of exhaust gases, rotary dampers are installed in the external channel, which open during emergency discharge

Полезная модельUtility model

М.КЛ.6 F23D 1-420: F23D1438M.KL.6 F23D 1-420: F23D1438

больших объемов газа.large volumes of gas.

Однако, факельная установка, известная из прототипа, ненадежна в -эксплуатации из-за конструктивных недостатков, в частности поворотные узлы заслонок трудно защитить от коррозии, что приводит к быстрому их выход} из строя, заклиниванию заслонок и к аварийным ситуациям.However, the flare unit, known from the prototype, is unreliable in operation due to design flaws, in particular, the rotary units of the shutters are difficult to protect against corrosion, which leads to their rapid failure}, shutter jamming and emergency situations.

Технической задачей, решаемой полезной моделью является повышение надежности и качества сжигания сбросных газов в широком диапазоне расходов.The technical problem solved by the utility model is to increase the reliability and quality of the combustion of waste gases in a wide range of costs.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в факельной установке для сжигания сбросных газов, содержащей смонтированную на газопроводящем стволе факельную горелку с юрелочным устройством, в корпусе которого установлена обечайка, образ тощая внешний и внутренний газоотводящие каналы, согласно полезной модели, обечайка выполнена биконтгческой в виде прямых усеченых конусов с общим основанием, при -этом выходной участок обечайки выполнен в виде кошгческого сопла, а входной участок образован конической поверхностью с углом при вершине не менее 15°. при этом во внутреннем канале по высоте входного лчастка обечайки коаксиально установлены конусообразные обечайки турбулизаторы, основания которых закреплены на боковой поверхности обечайки, а окружности сужений проходных сечений, расположены со стороны выходного среза и лежат на конической поверхности, конгруэнтной конической поверхности входного -частка обечайки, соединенной с корпусом посредством кольцевого днища с газовыпускными отверстиями, суммарная площадь проходных сечений которых составляет 0.1 -ь 0,3 площади входного проходного сечения горелочного устройства, при этом выходной срез внутреннего канала расположен выше среза корпуса горелочного устройства, снабженного установленным с образованием кольцевого зазора с его корпусом, ветрозащитным кожухом, при этом между срезами выходного участка корпуса и обечайки, а также над срезом ветрозащитного кожл-ха размещены дежурные горелки.The solution to this problem is ensured by the fact that in a flare installation for burning waste gases containing a flare burner mounted on a gas-conducting trunk with a trimmer device in the casing of which there is a shell that forms a thin external and internal gas outlet channels, according to a utility model, the shell is made bicontical in the form of straight lines truncated cones with a common base, while the outlet section of the shell is made in the form of a cosh nozzle, and the inlet section is formed by a conical surface with an angle at ershine not less than 15 °. at the same time, cone-shaped turbulence shells are coaxially installed in the inner channel along the height of the input shell part of the shell, the bases of which are fixed on the side surface of the shell, and the circumferences of the narrowing of the passage sections are located on the side of the output section and lie on the conical surface, the congruent conical surface of the input section of the shell connected with a housing by means of an annular bottom with gas outlet openings, the total area of passage sections of which is 0.1 -0.3 of the inlet passage area cross section of the burner device, while the output slice of the inner channel is located above the cut of the burner body, equipped with an annular gap with its body, a windproof casing, while between the sections of the output section of the casing and the shell, as well as above the cut of the windshield duty burners.

//ЈЖГ// Ј ЖЖ

Благодаря наличию на входе внешнего канала кольцевого днища, снабженною газовыггускными отверстиями, формируется периферийный газовый поток с невысокой скоростью, воспламеняемый дежурными горелками, который надежно поддерживает устойчивое горение основного потока при аварийных сбросах с большими расходами. При этом, в случае увеличения скорости основного газового потока, проходящего по внутреннему каналу, происходит интенсивная турбулизация пограничного слоя струи и более интенсивный подсос воздуха через кольцевой зазор между корпусом и ветрозащитным кожухом, чем обеспечивается лучшее перемешивание выходящей свободной струи газа с атмосферным воздухом и повышает полноту и качество сжигания сбросных газов.Due to the presence of an annular bottom equipped with gas discharge openings at the inlet of the external channel, a peripheral gas flow is formed at a low speed, ignited by standby burners, which reliably maintains stable combustion of the main flow during emergency discharges at high flow rates. In this case, in the case of an increase in the speed of the main gas flow passing through the internal channel, there is an intensive turbulence of the jet boundary layer and more intensive air intake through the annular gap between the body and the windproof casing, which ensures better mixing of the outgoing gas stream with atmospheric air and increases the completeness and the quality of the combustion of waste gases.

На чертеже представлен общий вид факельной установки.The drawing shows a General view of the flare unit.

Факельная установка содержит газоподводящий ствол 1 с факельной горелкой 2, корпус 3 которой разделен обечайкой 4 с кольцевым днищем 5 на внешний 6 и внутренний каналы 7. В кольцевом днище 5 выполнены газовыпускные отверстия 8. Обечайка 4 выполнена бикогогческой в виде прямых усеченых конусов с общим основанием, при этом выходнойThe flare unit contains a gas supply barrel 1 with a torch burner 2, the casing 3 of which is divided by a ring 4 with an annular bottom 5 into an external 6 and an internal channel 7. In the annular bottom 5, gas outlets are made 8. The ring 4 is made bicogic in the form of straight truncated cones with a common base at the same time

участок обечайки 4 выполнен в виде когагческого сопла, а входной участок образован конической поверхностью с углом при вершине конуса этой поверхности не менее 15°. Кроме того, во внутреннем канале по высоте входного участка обечайки 4 установлен ряд. подобных по форме, турбулизирующих конусообразых(сопловых) обечаек 9, основания которых закреплены на обечайке 4, а окружности сужений находящиеся в плоскости проходных сечений, расположены со стороны выходного среза горелки и принадлежат конусной поверхности, конгруэнтной конусной поверхности обечайки. Выходной срез внутреннего канала 7 расположен выше ( на велшшну а ) выходного среза наружного канала б, при этом суммарная площадь проходных сечений газовыпускных отверстий 8 составляет 0.1 4- 0.3 площади проходного сечения горелочного устройства. На выходном л астке корпуса 3 установлен (с образованиемthe section of the shell 4 is made in the form of a cohesive nozzle, and the input section is formed by a conical surface with an angle at the apex of the cone of this surface of at least 15 °. In addition, a row is installed in the inner channel along the height of the inlet portion of the shell 4. similar in shape, turbulizing cone-shaped (nozzle) shells 9, the bases of which are fixed on the shell 4, and the circumferences of the constrictions located in the plane of the passage sections, are located on the side of the outlet cut of the burner and belong to the conical surface congruent to the conical surface of the shell. The output section of the inner channel 7 is located above (on the aperture a) the output section of the external channel b, while the total area of the passage sections of the gas outlet openings 8 is 0.1 4-0.3 the area of the passage section of the burner device. On the output side of the case 3 is installed (with the formation

кольцевого зазора) ветрозащитный кожух 10. На срезе выходного участка корпуса 3 и на срезе ветрозащитного кожуха 10 установлены дежурные горелки 11 и 12.annular gap) windproof casing 10. On the slice of the output section of the housing 3 and on the slice of the windproof casing 10 are installed duty burners 11 and 12.

Факельная установка работает следующим образом.Flare installation works as follows.

Сбросной газ высокого давления по газоподводящему стволу 1 поступает в корпус 3 факельной горелки 2. где обечайкой 4 разделяется на два потока. Основной высокоскоростной поток газа проходит по внутреннему каналу 7 и поступает в объем, ограниченный ветрозащитным кожухом 10, где смешиваясь с воздухом, подсасываемым через кольцевой зазор, образует газовоздушную смесь. Надежное поджигание и устойчивое сгорание этого основного потока обеспечивается за счет горения перефирийного низкоскоростного газового потока, который в количестве до 12°о or общего объема сбросного газа riociynaei во внешний канал 6, дросселируется, проходя через газовыпускные отверстия 8 и, выходя при пониженном давлении со скоростью 50-100 МС из внешнего канала 6. легко воспламеняется от дежурной горелки 11. образуя факел в виде, равномерно распределенного по периметру юрелки фронта пламени.High pressure waste gas through the gas supply barrel 1 enters the housing 3 of the torch burner 2. where the shell 4 is divided into two streams. The main high-speed gas flow passes through the internal channel 7 and enters the volume limited by the windproof casing 10, where, mixed with air sucked in through the annular gap, it forms a gas-air mixture. Reliable ignition and stable combustion of this main stream is ensured by combustion of the peripheral low-velocity gas stream, which in the amount of up to 12 ° or the total volume of waste gas riociynaei into the external channel 6 is throttled passing through the gas outlet 8 and exiting under reduced pressure at a speed 50-100 MS from the external channel 6. easily ignites from the standby burner 11. forming a torch in the form of a uniformly distributed around the perimeter of the flash front of the flame.

При больших расходах, при обтекании струей газа обечаек - турбулшаторов 9, образукпся Birxpn. являющиеся источниками турбулентности. В результате вихреобразования. в струе газа развиваются когерентные В1гхревые структуры, т. е. крупномасштабные ( по отношению к поперечном} сечению струи) период гческие вихревые образования ( сгустки зав гхрешюсти). которые взаимно взанмодейств тот на фоне мелкомасштабной турбулентности. Экспериментально установлено, что у среза выходного частка ( выполненного в виде сопла) образуются тонкие кольцевые Birxpn. которые сливаются между собой с образованием более крупных кольцевых вихрей из которых развиваются трехмерные структуры, распадающиеся в дальнейшем на беспорядочные клубки, (см.. например. С.М. Белоцерковский и А.С. Гиневсюгй Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных Birxpefi, издательская фирма - Физико-математ1гческая литература 1995г.. с. 16-49.): (1).At high costs, when a gas stream flows around shells - turbulators 9, Birxpn is formed. are sources of turbulence. As a result of vortex formation. coherent B1-hot structures develop in the gas stream, that is, large-scale (with respect to the cross-section of the stream) periodic vortex formations (clumps of dead matter). which mutually interact against the background of small-scale turbulence. It was experimentally established that at the exit section cut (made in the form of a nozzle) thin ring Birxpn are formed. which merge with each other with the formation of larger annular vortices from which three-dimensional structures develop, which later break up into disordered tangles (see, for example, S.M. Belotserkovsky and A.S. , publishing company - Physics and mathematics literature 1995. S. 16-49.): (1).

Турбулизация струи газа, истекающей из внутреннего канала 7 способствует интенсификации перемешивания газа с воздухом, эжектируемым из кольцевого пространства между корпусом горелки и ветрозащитным колпаком. Это приводит к образованию в объеме, ограниченном ветрозащитным кожухом 10, газовоздушной смеси, воспламененяемой от факела пламени перефирийного низкоскоростного газового потока. Таким образом, даже при больплгх расходах, в объеме ограшгченном ветрозащитным кожухом 10, успевает образоваться газовоздушная смесь, которая воспламенясь, образует горящий слой смешения вокруг основной газовой струи. Следует отметить, что при болышгх расходах, струя сбросного газа истекающая из внутреннего канала 7, находится под воздействием акуспгчесшк возмущений, генерируемых обечайками-турбулнзаторами 9. Как отмечается в (1). см. с. 37, при ак стическом облучении струи можно добиться шестикратного увеличения ее эжектир тощей способности.The turbulization of the gas stream flowing from the internal channel 7 contributes to the intensification of the mixing of the gas with the air ejected from the annular space between the burner body and the windproof hood. This leads to the formation in the volume limited by the windproof casing 10 of the gas-air mixture ignited from the flame flame of the peripheral low-velocity gas stream. Thus, even at large costs, in the volume limited by the windproof casing 10, a gas-air mixture has time to form, which, when ignited, forms a burning mixing layer around the main gas stream. It should be noted that at high flow rates, the exhaust gas stream flowing out of the internal channel 7 is under the influence of apertures generated by turbulence shells 9. As noted in (1). see p. 37, with the active irradiation of the jet, a six-fold increase in its ejective capacity can be achieved.

В предложенном устройстве этот эффект достигается путем рационального размещения по высоте внутреннего пространства обечайки 4 обечаек-турбулизаторов 9 (т.е. по существу - путем настройки генератора и резонатора).In the proposed device, this effect is achieved by rational placement along the height of the inner space of the shell 4 of the shells-turbulators 9 (i.e. essentially by tuning the generator and resonator).

При выходе струи газа из кожуха 10. дальнейшее догорание газа происходит при интенсивном перемешивании высокоскоростного турбулпзированного газовою потока с окружающим атмосферным воздухом, при этом длина факела значительно меньше по сравнению с аналогичными устройствами, что обусловлено хтсазанными выше эффектами. Дальнейшее устойчивое горение основного потока газа поддерживается также горящим потоком газа, истекающим из внешнего канала б, который в данном случае надежно воспламеняется дежурной горелкой 12, формируя стабилизированный факел. Возможность срыва пламени на срезе внутреннего канала 7 предотвращается за счет расположения этого среза выше выходного среза внешнею канала 6. Выполнение обечайки 4 в виде конусообразной поверхности с углом при вершине образующего ее конуса не менее 15°. способствует образованию вихрей без чрезмерного зажатия основной газа, этому способствует также то. что окружностиWhen a gas stream exits the casing 10. Further gas burnout occurs with vigorous mixing of a high-speed turbulized gas stream with ambient air, while the length of the torch is much shorter compared to similar devices, due to the above effects. Further stable combustion of the main gas stream is also supported by a burning gas stream flowing from the external channel b, which in this case is reliably ignited by the standby burner 12, forming a stable torch. The possibility of flame failure on a slice of the inner channel 7 is prevented by the location of this slice above the output slice of the outer channel 6. The shell 4 is made in the form of a cone-shaped surface with an angle at the apex of the cone forming it at least 15 °. contributes to the formation of vortices without excessive clamping of the main gas, this also contributes. what circles

проходных сечений сужений обечаек - гурбулшаторов 9. лежат на конусной поверхности, конгруэнтной поверхности обечайки 4. Кроме того, если по каким-либо чрезвычайным причинам, падает подача газа в газоподводящий ствол 1, обечайки - турбулшаторы 9 в этом случае, выполняют функцию ловушек холодного воздуха, аккумулируя спускающийся по стенке обечайки 4 холодный воздух в кольцевых пристеночных областях этой обечайки (в зонах примыкания к ней обечаек 9) и далее направляя избыток воздуха в центральщто область горелочного устройства, где воздух подхватывается восходящим потоком газа и удаляется из ствола. Это предотвращает образование взрывоопасной смеси в газоподводящем стволе 1.passage sections of the narrowing of the shells - gurbulshatora 9. lie on the conical surface, the congruent surface of the shell 4. In addition, if, for any emergency, the gas supply to the gas supply barrel 1 decreases, the shells - turbulators 9 in this case, perform the function of cold air traps accumulating cold air descending along the wall of the shell 4 in the annular near-wall regions of this shell (in the areas adjacent to the shells 9) and then directing the excess air to the central area of the burner, where the air is grabs upward gas flow and is removed from the trunk. This prevents the formation of an explosive mixture in the gas supply barrel 1.

Таким образом, в предложенной факельной установке обеспечивается полное и надежное сжигание как малых, так и больших расходов сбросных газов.Thus, in the proposed flare unit, a complete and reliable combustion of both small and large waste gas costs is ensured.

Claims

A flare installation for burning waste gases, comprising a flare burner mounted on a gas-conducting trunk with a burner device, in the casing of which there is a shell forming external and internal gas outlet channels, characterized in that the shell is made biconical in the form of straight truncated cones with a common base, while the output portion of the sleeve is formed as a conical nozzle, and the inlet portion is formed by a conical surface with an apex angle of at least 15 ^o, wherein the inner channel height The cone-shaped shell-turbulators are coaxially mounted coaxially installed, the bases of which are fixed on the side surface of the shell, and the circumferences of the narrowing of the flow sections are located on the side of the output section and lie on the conical surface, the congruent conical surface of the inlet section of the shell, connected to the housing via an annular bottom with gas outlet openings , the total area of the flow cross sections of which is 0.1 - 0.3 of the inlet flow area of the burner device, p and wherein the output section of the inner channel is located above the cutoff burner body, provided with a set to form the annular gap with its housing casing windscreen, wherein the inter-slice output portion of the housing and the sleeve, as well as on the wind shield has cut burner duty.