ФАКЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам для сжигания аварийных сбросов газа и может быть использована в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известно устройство, содержащее оголовок, установленный к нему под углом факельный запальник, контрольный электрод, расположенный по оси оголовка.(1)
Недостатки устройства заключаются в сниженной термостойкости в условиях эксплуатации на факельных установках электрода контроля пламени и факельного запальника, а также низкой функциональной надежности контроля пламени в связи с изменением в широком диапазоне расхода и давления газовой смеси и, соответственно, колебаниями ядра плазмы пламени и температур по оси оголовка.
Наиболее близким по технической сущности решением является факельная установка, которая содержит факельный ствол, факельный оголовок, дежурную горелку, форсунку подачи дежурного газа, электрозапальник с закрепленным на корпусе электродом розжига и контроля пламени факела, в верхней части которого образован искровой разрядный промежуток. (2)
Недостатки данного устройства заключаются в низкой термостойкости и надежности из-за:
- изменений в широком диапазоне расхода и давления газовой смеси и, соответственно, изменением угла раскрытия конуса распыла плазмы пламени факельного оголовка и скачками температур в зоне электродов электрозапальника до высоких значений;
- возможности механических повреждений электродов электрозапальника;
- подверженности электродов электрозапальника воздействию спектра климатических условий, включая мощные выпадения осадков в виде дождей и снега, сопровождающиеся термоударами с перепадом температур до 850-1200°С;
- возможности прямых обливов жидкими горючими компонентами электродов электрозапальника;
- возможности механических нарушений расположения осей, дежурной горелки и электрозапальника в одной плоскости, что может привести к сбоям в розжиге факельного оголовка.
Указанные недостатки снижают эксплуатационную надежность факельной установки
Задачей полезной модели является повышение надежности факельной установки за счет повышения термостойкости, климатической и механической устойчивости.
Результат достигается тем, что в факельной установке, содержащей факельный ствол, факельный оголовок, дежурную горелку, форсунку дежурного газа, электрозапальник с закрепленным на корпусе электродом розжига и контроля пламени, в верхней части которого образован искровой разрядный промежуток, электрод розжига и контроля пламени размещен соосно в полости дежурной горелки, выполненной в виде соединенных между собой камеры смешения и диффузора, при этом электрод проходит через полость дежурной горелки до верхнего торца диффузора, причем верхний торец диффузора выполнен с косым срезом, направленным в сторону оси факельного оголовка, на нижнем уровне косого среза диффузора в плоскости перпендикулярной оси диффузора размещены не менее двух стабилизаторов пламени, выполненных в виде плохообтекаемых тел, по разные стороны от электрода розжига и контроля пламени и образующих с ним искровые разрядные промежутки, в стенке камеры смешения выполнено отверстие, в котором одним концом установлен патрубок подачи газа дежурной горелки, на другом конце которого установлен конфузор, на входе которого с зазором и соосно с патрубком подачи газа дежурной горелки установлена форсунка дежурного газа, причем ось патрубка подачи газа дежурной горелки и форсунки дежурного газа проходит через точку пересечения оси электрода розжига и контроля пламени с плоскостью, в которой размещены стабилизаторы пламени, и через плоскость косого среза верхнего торца диффузора без пересечения со стенками диффузора.
Кроме того, внутренний диаметр диффузора выполнен больше наружного диаметра камеры смешения и нижний срез диффузора расположен ниже верхнего среза камеры смешения с кольцевым зазором между ними.
Кроме того, внутренний диаметр нижнего среза камеры смешения выполнен большим наружного диаметра корпуса электрозапальника и нижний срез камеры смешения установлен с кольцевым зазором ниже места соединения электрода розжига и контроля пламени с корпусом электрозапальника.
На чертеже изображен общий вид факельной установки.
Устройство содержит:
- факельный ствол 1;
- факельный оголовок 2;
- дежурную горелку 3, состоящую из камеры смешения 4 и диффузора 5;
- электрозапальник 6, состоящий из токовода 7, корпуса 8, электрода розжига и контроля пламени 9, который установлен в корпусе 8 при помощи керамического электроизолятора (на чертеже не показан);
- стабилизаторы пламени 10;
- искровые разрядные промежутки 11 между электродом 9 и стабилизаторами 10 (Вид А);
- патрубок 12 подачи дежурного газа;
- конфузор 13 патрубка 12;
- форсунку 14 подачи газа на дежурную горелку 3;
- трубу 15 подачи дежурного газа на форсунку 14;
- кронштейны 16 для крепления электрозапальника 6, дежурной горелки 3 и трубы 15 на факельном стволе 1.
На чертеже буквой «а» обозначен конус распыла газовоздушной смеси на выходе патрубка 12 подачи дежурного газа.
Корпус 8 электрозапальника 6 через кронштейны 16 гальванически соединен с «массой» факельного ствола 1.
На корпус 8 электрозапальника 6 с помощью кронштейнов (не показаны) соосно установлены - камера смешения 4 и диффузор 5 дежурной горелки 3, в полости которых соосно размещен электрод розжига и контроля пламени 9.
Нижний срез диффузора 5 установлен несколько ниже верхнего среза камеры смешения 4 с зазором, образованным за счет того, что внутренний диаметр диффузора больше наружного диаметра камеры смешения.
Верхний торец диффузора 5 выполнен с косым срезом в сторону оси факельного оголовка 2. Это сделано, во-первых, чтобы направить поток пламени дежурной горелки 3 в сторону сбросного газа факельного оголовка 2 для его успешного воспламенения; во-вторых, чтобы одновременно обеспечить защиту и устойчивость потока пламени дежурной горелки 3 при порывах боковых ветров.
Внутренний диаметр камеры смешения 4 выбран больше наружного диаметра корпуса 8 электрозапальника 6. Нижний срез камеры смешения 4 расположен ниже места соединения электрода розжига и контроля пламени 9 с корпусом 8.
На нижнем уровне косого среза верхнего торца диффузора 5 в плоскости, перпендикулярной его оси, установлены стабилизаторы пламени 10. Стабилизаторы пламени 10 выполнены в виде, по меньшей мере, двух плохообтекаемых тел и размещены по разные стороны от электрода розжига и контроля пламени 9 для образования двух искровых разрядных промежутков 11.
Длина электрода розжига и контроля пламени 9 выбрана с выносом над стабилизаторами пламени 10 в полость диффузора 5 и до его верхнего торца для размещения в зоне ядра пламени дежурной горелки 3.
В отверстии стенки камеры смешения 4 установлен один конец патрубока 12 подачи газа дежурной горелки, на другом конце которого установлен конфузор 13 для подачи газа от форсунки дежурного газа 14. Форсунка дежурного газа 14 установлена соосно с патрубком 12 с зазором по отношению к конфузору 13 для эжекции воздуха и образования газовоздушной смеси по тракту «патрубок 12 - камера смешения 4». Угол наклона оси патрубка 12 с конфузором 13 и форсунки дежурного газа 14 по отношению к оси дежурной горелки 3 выбран таким образом, что ось патрубка 12 с конфузором 13 и форсунки дежурного газа 14 проходит через точку пересечения оси электрода розжига и контроля пламени 9 с плоскостью, в которой размещены стабилизаторы пламени 10. При этом, ось патрубка 12 и форсунки 14 проходит через плоскость косого среза верхнего торца диффузора 5 без пересечения с его стенками. В результате, поток газовоздушной смеси в границах конуса распыла «а» на выходе патрубка 12 проходит через искровые разрядные промежутки 11.
Также, в конструкции токовода 7 возможно применение изгиба в сторону факельного оголовка 2 для создания направленного потока пламени дежурной горелки в сторону газовоздушной смеси факельного оголовка 2 с целью его успешного воспламенения.
На чертеже показаны кронштейны 16 для установки конструкции на факельный ствол.
Устройство работает следующим образом.
К электроду розжига и контроля пламени 9 электрозапальника 6 через токовод 7 с помощью коммутирующего устройства автоматики (не показано) поочередно подводятся либо импульсное напряжение розжига около 20кВ для розжига газовоздушной смеси дежурной горелки 3, либо напряжение 115 В 50 Гц для контроля воспламенения газовоздушной смеси дежурной горелки 3 с использованием принципа детекторного эффекта пламени.
Напряжения розжига и контроля пламени подаются на электрод розжига и контроля пламени 9 электрозапальника 6 по отношению к «массе» факельной установки.
Одновременно с подачей напряжений осуществляют подачу дежурного газа через форсунку дежурного газа 14 в камеру смешения 4 дежурной горелки 3, где по тракту «конфузор 13 - патрубок 12 - камера смешения 4» образуется дежурная газовоздушная смесь.
В случае воспламенения газовоздушной смеси и появлении на электроде розжига и контроля пламени 9 сигнала «пламя» напряжение розжига автоматически отключается и на электрод розжига и контроля пламени 9 постоянно в течение всей продолжительности времени горения пламени в диффузоре 5 подается напряжение 115 В 50 Гц для непрерывного контроля наличия пламени.
В процессе горения происходит удержание ядра пламени в диффузоре 5 на уровне стабилизаторов 10 в зоне действия электрода контроля пламени 9, а также в зоне газовоздушной смеси факельного оголовка 2.
Одновременно с фиксацией сигнала «пламя» включается подача основного сбросного газа через факельный ствол 1 и факельный оголовок 2 и происходит его воспламенение от пламени дежурной горелки 3.
В случае погасания пламени дежурной горелки 3 и отсутствии сигнала «пламя» с электрода розжига и контроля пламени 9, автоматикой факельной установки вновь циклически будет подаваться на электрод розжига и контроля пламени 9 напряжение розжига или напряжение контроля пламени.
За счет размещения нижнего среза камеры смешения 4 ниже места соединения электрода розжига и контроля пламени 9 с корпусом 8 обеспечивается защита электрода розжига и контроля пламени 9 и керамического изолятора от климатических воздействий и возможных обливов жидкими фракциями нефтепродуктов. Через зазор между стенками камеры смешения 4 и корпуса электрозапальника 8 происходит дополнительная эжекция воздуха в камеру смешения 4 для повышения полноты сгорания газовоздушной смеси и охлаждения стенок камеры смешения 4.
Зазор между внутренней поверхностью стенки диффузора 5 и наружной поверхностью камеры смешения 4 обеспечивает охлаждение дополнительным потоком воздуха стенок диффузора 5, а также повышает полноту сгорания газовоздушной смеси при крайних верхних значениях по расходу.
Вынос косого среза верхнего торца диффузора 5 выше стабилизаторов пламени 10 обеспечивает формирование ядра пламени дежурной горелки 3 в границах полости диффузора 5, защиту срыва пламени от порывов ветра в условиях эксплуатации, а также устойчивый охват плазмой пламени дежурной горелки 3 электрода розжига и контроля пламени 9 и контроль пламени.
При осевом расположении электрода розжига и контроля пламени 9 в зоне пламени дежурной горелки 3 величина выпрямленного (детектируемого) тока максимальна.
Предлагаемое конструктивное решение расположения электрода розжига и контроля пламени 9, диффузора 5, стабилизаторов пламени 10 и камеры смешения 4 обеспечивает, во-первых, розжиг газовоздушной смеси от электрического разряда на искровых разрядных промежутках 11, во-вторых, контроль пламени за счет расположения верхней части электрода розжига и контроля пламени 9 в зоне ядра пламени в полости косого среза диффузора 5 и, в-третьих, охлаждение электрода розжига и контроля пламени 9 потоками газовоздушной смеси и воздуха и отвод тепла от верхней части электрода розжига и контроля пламени 9, находящейся в зоне пламени.
Размещение внутри полости дежурной горелки 3 состоящей из диффузора 5 и камеры смешения 4 электрода розжига и контроля пламени 9 с элементами его установки в корпусе электрозапальника 6 обеспечивает защиту узлов электрозапальника 6 от климатических осадков, обливов нефтепродуктами, ударных и других механических нагрузок.
После розжига дежурной газовоздушной смеси основной поток пламени не пересекает стенки диффузора 5 за счет выбранного угла наклона оси «форсунка 14 - патрубок 12 с конфузором 13» по отношению к оси дежурной горелки 3 и косого среза верхнего торца диффузора 5, что защищает его стенки от перегрева и прогара.
Таким образом, в факельной установке обеспечено совмещение функций «электророзжиг дежурной горелки - контроль пламени дежурной горелки - розжиг факела».
Обеспечено повышение надежности розжига газовоздушной смеси факельного оголовка и контроля пламени дежурной горелки, достигнуто повышение термостойкости и механической прочности за счет многоступенчатой продувки газо-воздушной смесью и размещения электрода и узлов электрозапальника внутри массивного корпуса дежурной горелки, а также защиты от открытого пламени факела, от термоударов, от климатических воздействий и обливов нефтепродуктами.
В итоге, получено повышение надежности факельной установки за счет повышения термостойкости, климатической и механической устойчивости.
Достоинства заявляемого устройства факельной установки подтверждены положительными результатами испытаний в натурных условиях, а также при опытно-промышленной эксплуатации факелов на попутном нефтяном газе на ДНС-1/1 С ЦЦНГ-1 ЗАО «Геология» и ОАО «ШЕШМАОЙЛ» в Республике Татарстан, на ЦДНГ-1 предприятия ОАО «БАШНЕФТЬ».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №1218261, МПК F23Q 9/00, F23N 5/12
2. Патент РФ №2344345, F23D 14/20, F23Q 9/08