ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к устройству факельных установок, в частности к оголовкам факельных установок для сжигания постоянных, периодических и аварийных выбросов газа, и может быть использована в нефтегазодобывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен факельный оголовок для бездымного сжигания углеводородных газов, использующий «эффект Коанда» (Oil & Gas. I., 1973, v. 71, 47, p. 71-72; Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. - М: Химия, 1979, 184 с., ил., с. 64), в котором газ высокого давления поступает в пространство между двумя концентрическими трубами и, выходя через кольцевую щель с внешней стороны горелки тела обтекания со скоростью звука, эжектирует воздух. Смесь газа с воздухом под воздействием эффекта Коанда присасывается к головке горелки, эжектируя воздух, и сгорает без образования дыма.
Однако в известном устройстве большая скорость истечения сжигаемого газа высокого давления вызывает интенсивный шум; невозможно бездымно сжигать газ низкого давления при отсутствии газа высокого давления, способного истекать со звуковой скоростью; кроме того большое аэродинамическое сопротивление атмосферному ветру, вызванное большими осевыми и диаметральными размерами головки горелки способствует большой ветровой нагрузке и недостаточной стабилизации пламени при сильных порывах ветра.
Известен факельный оголовок (патент РФ №2386897 С2, F23D 14/20, F23G 13/08, опубл. 20.04.2010), содержащий подвижный газовый затвор (горелку) в виде тела обтекания, который способен менять проходное сечение оголовка при изменении расхода газа и создающий газовые струи, проходы между корпусом оголовка и газовым затвором в зону горения для газов низких давлений или других давлений, постоянных или других расходов, различной формы с длиной, превышающей ширину. Газовый затвор выполнен подъемным и/или поворотным и имеет форму в виде или стержня, или пластины, или конуса, или призмы, или тела обтекания длиной, превышающей ширину. Однако в известном устройстве создается большое аэродинамическое сопротивление атмосферному ветру, вызванное большими осевыми и диаметральными размерами подвижного газового затвора в виде тела обтекания с длиной, превышающей ширину, а также недостаточная стабилизация пламени при сильных порывах ветра, невозможность бездымного сжигания газа низкого давления при отсутствии газа высокого давления, способного истекать со звуковой скоростью.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является факельный оголовок (патент РФ 157492, МПК F23D 14/20, опубликовано: 10.12.2015, Бюл. №34), содержащий ствол, газовый затвор, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, выполненный в виде тела обтекания и меняющий проходное сечение сбросных газов при изменении расхода, на верхнем срезе газового затвора по периметру установлен буртик, диаметр которого меньше диаметра верхнего среза газового затвора, при этом высота части газового затвора, возвышающейся над срезом ствола, при максимальном его перемещении вверх, включая буртик, не превышает диаметра верхнего среза газового затвора. Газовый затвор выполнен в виде тела обтекания, реализующего эффект Коанда.
Однако известный факельный оголовок имеет большой вес подвижного газового затвора, вызывающий большие инерционные силы. Наличие буртика на верхнем срезе подвижного газового затвора, увеличивающего его вес и инерционность. При предельно малых сбросах газа при полностью закрытом подвижном газовом затворе через щель, образованную короблением затвора и среза газоподводящего ствола возникает дымление.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание высокоэффективного оголовка факельной установки, обеспечивающего бездымное сжигание газа.
Технический результат, на достижения которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в уменьшении веса и инерционности подвижного газового затвора и в устранении дымления во всем диапазоне сбросов газа, включая предельно малые, без принудительной подачи воздуха или водяного пара, или воды или их комбинации и в обеспечении надежной стабилизации пламени, в том числе при сильных порывах ветра.
Технический результат достигается тем, что в оголовке факельной установки, содержащем газоподводящий ствол, газовый затвор в виде тела обтекания высотой, не превышающей его диаметра, реализующий эффект Коанда, и установленный на тяге с возможностью перемещения вдоль своей оси для изменения проходного сечения сбросных газов при изменении расхода, новым является то, что тяга снабжена пружиной с упором, газовый затвор выполнен в виде полой чаши, обращенной дном в сторону газоподводящего ствола, а на внутренней поверхности вышеупомянутого газоподводящего ствола, у его верхнего среза, установлен турбулизатор в виде кольцевого ребра или кольца.
На чертеже представлен предлагаемый оголовок факельной установки.
Оголовок факельной установки содержит газоподводящий ствол 1, через который поступает сжигаемый газ. Газовый затвор 2, установленный на тяге 3 с возможностью перемещения вдоль оси, выполнен в виде полой чаши, обращенной дном в сторону гзоподводящего ствола 1, образуя со стороны газоподводящего ствола 1 тело обтекания, реализующее эффект Коанда, а с наружной стороны - полость 4 для стабилизации пламени. Тяга 3 проходит через центрирующее отверстие 5 в диафрагме 6, в которой имеются окна 7 для прохода сжигаемого газа. К тяге 3 подсоединена пружина 8, нижний конец которой установлен на упоре 9, а верхний упирается в диафрагму 6. На внутренней поверхности газоподводящего ствола 1, у его верхнего среза, установлен турбулизатор газа 10.
В предлагаемом техническом решении приводом газового затвора частично является гравитационная сила от веса газового затвора 2 и пружина 8, действующая на него. В оголовке факельной установки предельно уменьшен вес газового затвора 2, за счет выполнения его в виде полой чаши, обращенной дном в сторону газоподводящего ствола 1. Требуемая сила для создания давления под газовым затвором 2, необходимого для бездымного горения, создается в основном не весом газового затвора 2, а пружиной 8, действующей на него. Стабилизация пламени при любых порывах ветра осуществляется полостью 4 в газовом затворе 3. Для бездымного сжигания газа при самых малых сбросах, когда газ истекает из неизбежных щелей между подвижным газовым затвором 2 и верхним срезом газоподводящего ствола 1, на внутренней поверхности, у его верхнего среза, установлен турбулизатор 10 истекающего через щели газа.
Устройство работает следующим образом:
Поток сжигаемого газа 2 по газоподводящему стволу 1 факельного оголовка, пройдя через окна 7 в диафрагме 6, поступает под газовый затвор 2, поднимает его, за счет повышающегося давления и через образовавшуюся щель между верхним срезом газоподводящего ствола 1 и обтекаемой поверхностью газового затвора 2 истекает в атмосферу, прилипая за счет эффекта Коанда, к обтекаемой поверхности газового затвора 2.
Скорость истечения газа в атмосферу определяется избыточным давлением под газовым затвором 2 и определяется его весом и пружинной 8, установленной на тяге 3, поэтому скорость истечения газа и избыточное давление под газовым затвором 2 являются постоянными во всем диапазоне расходов сжигаемого газа. Вес газового затвора 2, тяги 3 с упором 9 и пружины 8 выбираются так, чтобы обеспечить дозвуковую скорость истечения газа, но достаточно большую (больше чем 60 м/с), чтобы горение газа было бездымным без принудительной подачи воздуха или водяного пара, или воды или их комбинации. Дозвуковое истечение газа в атмосферу обеспечивает малошумное сжигание газа.
Устойчивая стабилизация пламени во всем диапазоне расходов сжигаемого газа и при любых порывах ветра обеспечивается полостью 4 газового затвора 2. При боковом ветре в полости 4 образуются зоны отрыва потока 11 смеси воздуха с газом, на которых происходит стабилизация пламени при любой скорости ветра.
Для увеличения скорости горения при самых малых сбросах, когда газ истекает из неизбежных щелей между подвижным газовым затвором 2 и верхним срезом газоподводящего ствола 1, на его внутренней поверхности у верхнего среза установлен турбулизатор 10 газа истекающего через щели. Турбулизатор 10 выполнен, например, в виде кольцевого ребра или в виде кольца, прикрепленного к внутренней поверхности газоподводящего ствола 1.
Таким образом, надежная стабилизация пламени обеспечивается выполнением газового затвора 2 в виде полой чаши, в полости 4 которой создаются зоны обратных токов, а также турбулизатором 10 на внутренней поверхности газоподводящего ствола 1. Кроме того, выполнение газового затвора 2 полым уменьшает его вес, при этом приводом газового затвора частично является гравитационная сила от веса газового затвора 2 и частично пружина 8, действующая на него.
Таким образом, оголовок факельной установки отличается малым аэродинамическим сопротивлением при боковом обдуве ветром, обеспечивает бездымное и малошумное сжигание газа во всем диапазоне расходов без принудительной подачи воздуха или водяного пара, или воды или их комбинации, обладает малым весом подвижного газового затвора 1.