ВЕТРОЗАЩИТНЫЙ ДЕФЛЕКТОР
WIND-PROOF DEFLECTOR

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено, например, в газовой промышленности при разработке устройств для сжигания газов с повышенным содержанием соединений сероводорода и окислов углерода.
Основными проблемами, возникающими при сжигании продувочных и попутных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения, на газоконденсатных месторождениях, является обеспечение максимально возможной полноты сгорания газов, получение продуктов сгорания с минимальным содержанием сероводородных соединений, не превышающих предельно допустимые нормы, а также исключение возможности сдувания ветром факела пламени горелки.
Известен ветрозащитный дефлектор, смонтированный на факельной головке, представляющий собой профилированную обечайку, выполненную из изолированных пластин в виде геометрического тела, преимущественно тела вращения, причем между пластинами имеются зазоры (Ветрозащитный дефлектор фирмы СПГ Прематехник ГмбХ, Москва, ул.Вавилова, 69/75, оф.428, дочерняя фирма компании СПНГ Штайнер-Прематехник-Газтек ГмбХ в Зигене. Каталог фирмы Прематехник «Факельные системы», 2010 г., стр.18 - прототип).
Указанный ветрозащитный дефлектор работает следующим образом.
На наветренной стороне, непосредственно перед плоскими пластинами дефлектора, энергия ветра создает воздушную пробку. После того, как воздух пройдет между вертикальными пластинами, в результате резкого расширения поперечного сечения возникают сильные завихрения, которые гасят энергию ветра.
Таким образом, на наветренной стороне факельной трубы предотвращается создание пробки, а на противоположной стороне не создается разрежения, что не позволяет пламени отклониться вниз.
Основными недостатками данного дефлектора являются значительные габариты и вес, также недостаточно высокая полнота сгорания сжигаемых компонентов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание ветрозащитного дефлектора, конструкция которого позволит обеспечить защиту факела пламени от воздействия ветровых нагрузок, в частности от задувания факела порывами ветра, и обеспечит эффективное смесеобразование сжигаемых компонентов с воздухом.
Поставленная задача решается за счет того, что в предложенном ветрозащитном дефлекторе, содержащем профилированную обечайку, выполненную из изолированных пластин в виде геометрического тела, преимущественно тела вращения, причем между пластинами имеются зазоры, и установленную с кольцевым зазором при помощи кронштейнов на факельную горелку, согласно изобретению пластины обечайки образуют винтовую поверхность с числом образующих, равным числу пластин.
В варианте исполнения пластины установлены под углом 15-75°, преимущественно 45°, к основанию обечайки.
Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении пластины располагаются практически горизонтально, с образованием поперечных щелей, что снижает эффективность работы данного устройства.
Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении пластины ветровой защиты будут располагаться практически вертикально, что также приводит к образованию продольных вертикальных щелей и снижению эффективности работы устройства.
В варианте исполнения ширина пластины составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27, периметра геометрического тела, а зазор между ними составляет примерно ту же величину.
Нижнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин, за счет увеличения его проницаемости.
Верхнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования, и соответственно, приводит к ухудшению условий работы горелки.
Нижнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования, и соответственно, приводит к ухудшению условий работы горелки.
Верхнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит снижение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин, за счет увеличения его проницаемости.
В варианте исполнения количество пластин составляет 28-40, преимущественно 36.
Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении не достигается требуемая равномерность распределения воздуха по факелу горелки.
Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит рост габаритных размеров профилированной обечайки.
В варианте исполнения, расстояние от пластин до внешней поверхности оголовка составляет (0,1-0,5)D, где D - диаметр профилированной обечайки ветровой защиты.
Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит снижение эффективности работы горелки за счет ухудшения условий смесеобразования.
Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит значительное ухудшение массово-габаритных характеристик наконечника факела.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенного ветрозащитного дефлектора.
Ветрозащитный дефлектор для защиты пламени факельной горелки 1 от сдувания ветром содержит расположенную с радиальным зазором 2 по отношению к факельной горелке 1 профилированную обечайку 3. Профилированная обечайка 3 установлена при помощи кронштейнов (не показаны) на горелку 1 и выполнена из изолированных пластин 4 в виде геометрического тела, например цилиндра, при этом между пластинами 4 имеются зазоры 5. Пластины образуют винтовую поверхность 6 с числом образующих, равным числу пластин 4. Внутри профилированной обечайки 3, в выходной части 7 наконечника, факельной горелки, установлены запальная 8 и дежурная 9 горелки.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Пластины 4 профилированной обечайки 3 расположены в виде винтовой поверхности с числом образующих, равным числу пластин 4, при этом пластины 4 обечайки 3 располагаются таким образом, что зазоры 5 между ними для входа и выхода потока пресекаются при их проецировании на вертикальную плоскость.
При нормальной безветренной работе факела поток воздуха поступает в зону горения через зазоры 5 и перемешивается со сжигаемым газом, подаваемым через наконечник 7. Образовавшаяся смесь газа с воздухом воспламеняется при помощи запальной горелки 8 и сгорает. Для исключения несанкционированного выброса газа через факел установлена дежурная горелка 9.
При сильных порывах ветра поток воздуха также поступает внутрь профилированной обечайки 3 через зазоры 5 между пластинами 4, но за счет расположения пластин 4 по винтовой поверхности внутри обечайки 3 поток меняет свое направление, тормозится и не задувает факел.
Проведенные авторами и заявителем аналитические и экспериментальные исследования, математическое моделирование и испытания полноразмерного образца предложенного ветрозащитного дефлектора подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит обеспечить надежную работу факела в любых условиях, увеличить полноту сгорания газов, содержащих примеси, в частности соединения сероводорода и окислы углерода, и повысить эффективность работы наконечника факела в целом.