ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к оголовкам факельной установки для сжигания аварийных выбросов газа и может быть использована в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, связанных с аварийным сжиганием газа.
Известен оголовок факельной установки (фирма NAO, США, бюллетень 38 В-1. Выставка: «Нефть и газ - 99» - М.), в котором на выходе по периферии установлены закручивающие лопатки, выполняющие роль стабилизаторов пламени. Оголовок надежно работает при скоростях сжигаемого газа, соответствующих значениям числа Маха М≤0,8. Этот оголовок содержит также сопла для ввода пара в центр оголовка и по его периферии.
Недостатком аналога является плохая стабилизация пламени и его срыв при сжигании забалластированных газов, что усугубляется вводом пара для дымоподавления. Ввод пара приводит также к большим экономическим потерям: годовые затраты на пар могут превышать первоначальную стоимость установки. Кроме того, увеличиваются затраты на эксплуатацию факельной трубы. Использование пара приводит к повышению шума факельной трубы.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является факельный оголовок, содержащий газоподводящую трубу, заглушенную сверху и имеющую продольные равноудаленные друг от друга отверстия (прорези) в верхней части. На каждом отверстии к трубе прикреплены щелевые выходные сопла, ориентированные к трубе тангенциально и имеющие выходные головки с изменением направления от вертикали примерно на 45°.
Истекающие из этих сопел длинные и плоские газовые струи хорошо смешиваются с воздухом, что приводит к бездымному сжиганию газа (см. патент США №4038024, МКИ F 23 С 11/00, публ. 26.07.1977). Стабилизация
пламени осуществляется в пограничных слоях, образующихся на стенках щелевых сопел.
Недостатками прототипа являются: плохая стабилизация пламени и возможность его срыва при сжигании забалластированных газов; возможность закупоривания узких щелевых сопел; конструктивная сложность.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения стабилизации горения особенно при сжигании забалластированных газов и упрощения конструкции.
Для достижения указанной задачи предлагается оголовок факельной установки, содержащий, как и наиболее близкий к нему известный, газоподводящую трубу, заглушенную сверху и имеющую в верхней части отверстия, равноудаленные друг от друга, в которых установлены выходные сопла.
В отличие от известного, в предлагаемом оголовке выходные сопла выполнены в виде втулок, установленных под углом к оси газоподводящей трубы и радиально расходящихся от нее, под каждым соплом к корпусу прикреплен уголок, обращенный вершиной наружу, ось которого параллельна оси сопла, периферийные концы уголков расположены выше заглушенного торца газоподающей трубы и к ним прикреплен верхним краем ветрозащитный экран, установленный соосно трубе, при этом над каждым соплом установлен стабилизационный радиальный пруток, один конец которого прикреплен к краю трубы, а другой - к уголку изнутри.
Благодаря наличию под соплами уголков происходит устойчивая стабилизация пламени, а возможность его срыва при истечении забалластированного газа с малой скоростью горения исключается благодаря радиальным пруткам, за которыми всегда образуются подсасывающие воздух зоны, в которых поддерживается стабилизация пламени в еще большем диапазоне скоростей горения.
На чертеже представлен предлагаемый оголовок факельной установки.
Оголовок содержит газоподающую трубу 1, которая заглушена днищем 2. В верхней части трубы 1 выполнены отверстия, равноудаленные друг от
друга, в каждом на которых под углом к оси трубы установлено сопло в виде втулки 3. Сопла радиально расходятся от оси трубы 1.
Под каждой втулкой 3 к корпусу прикреплен уголок 4, обращенный вершиной наружу. Оси уголков 4 параллельны осям втулок 3. Периферийные концы уголков 4 расположены выше торца трубы 1. Над каждой втулкой 3 установлен радиальный стабилизационный пруток 5, один конец которого прикреплен к днищу 2 трубы 1, а другой - к уголку 4 изнутри.
Уголки 4 охвачены ветрозащитным экраном 6, который своим верхним краем прикреплен к верхним концам уголков 4.
Устройство работает следующим образом.
Струи газа, выходящие из сопел 3 распространяются вдоль уголков 4. После розжига факельного оголовка над уголками образуется зона горячего газа, а, следовательно, и более легкого, чем атмосферный воздух. Из-за этого образуется «тяга» (конвекция) воздуха.
При движении воздуха вверх и поперечном обтекании уголков 4 образуются застойные зоны за уголками, в которых газ на границе газовой струи перемешивается с воздухом и образуется горючая газовоздушная смесь. Благодаря этому за уголками происходит устойчивая стабилизация пламени. Однако при больших скоростях истечения забалластированного с малой скоростью горения газа из сопел 3 возможен срыв пламени, который исключен благодаря стабилизационым пруткам 5, за которыми всегда образуются неподвижные зоны обратных токов, в которые подсасывается воздух, и в которых поддерживается стабилизация пламени в большом диапазоне скоростей газа.
При обтекании уголков 4 воздухом между их полками образуется зона пониженного давления, что вызывает распространение струй газа на большую длину вдоль уголков даже при малых скоростях истечения газа.
Это способствует лучшему перемешиванию газа с воздухом и бездымному сжиганию газа. Ветрозащитный экран 6 предотвращает сдув пламени
при боковых порывах ветра и усиливает «тягу» (вертикальное движение воздуха).
Одновременно экран 6 совместно с соплами 3 образует короткий эжектор, подсасывающий воздух в вертикальном направлении.
Указанные эффекты высокой устойчивости (стабилизации) пламени при сжигании забалластированных газов, отсутствие срывов пламени в диапазоне расхода газа от значений, близких к нулю до максимальных при плавном и мгновенном (залповом) увеличении расхода подтверждены экспериментально на оголовке факельной установки, имеющем 24 сопла диаметром 8 мм. Было получено устойчивое горение углеводородных газов с объемным содержанием азота до 87,3%.