ФАКЕЛЬНЫЙ СТВОЛ
FLARE SHANK

Изобретение относится к области сжигания газов, а конкретно к факельным устройствам для сжигания аварийных, постоянных и периодических сбросных газов, и может быть использовано в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Одна из проблем эксплуатации таких факельных установок заключается в образовании разрежения у основания факельного ствола, которое недопустимо, и в больших расходах продувочного газа для устранения этого разрежения, что является экономически нецелесообразным.
Разработке устройств, направленных на исключение этих проблем, уделяется большое внимание.
Известно факельное устройство, реализующее способ бездымного сжигания газа на факельной установке (патент РФ 2248502 С2, МПК F23C 11/00, F23D 14/20, оп. 20.03.2005) [1]. В этом устройстве с помощью подвижного регулирующего элемента, установленного в оголовке, меняется площадь для выхода сбросного газа и за счет этого постоянно поддерживается избыточное статическое давление перед оголовком, большая скорость истечения сбросных газов и исключается диффузия воздуха в ствол. Недостатками этого устройства являются:
- ненадежная работа подвижного регулирующего элемента в условиях высоких температур, вибраций, резких изменений расходов газа;
- очень узкая щель (доли миллиметра) для прохода сбросного газа при малых сбросах, образуемая подвижным регулирующим элементом и ответной деталью оголовка.
Второй недостаток делает работу устройства невозможной при наличии в сбросных газах и парах твердых и смолистых веществ.
Известен факельный ствол, оснащенный оголовком, лабиринтным газовым затвором, установленным в верхней части ствола, и штуцером подвода продувочного газа внутрь лабиринтного газового затвора (Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. - М.: Химия, 1979. - 184 с., с.162) [2]. Лабиринтный газовый затвор при относительно небольших количествах продувочного газа затрудняет диффузию воздуха в факельную установку и таким образом устраняет образование в ней взрывоопасной газо-воздушной смеси. Однако при сбросе легких газов (более легких, чем воздух) факельный ствол под лабиринтным затвором оказывается заполненным легким сбросным газом, что приводит к образованию разрежения у основания факельного ствола и в коллекторе при отсутствии гидрозатвора. Если температуры сбросных газов и паров близки к температурам замерзания или кипения затворной жидкости, то гидрозатвор допускается не устанавливать («Правила устройства и безопасной эксплуатации факельных систем ПД 03-591-03»). Предельное разрежение у основания факельного ствола не должно превышать 500 Па. В ряде случаев разрежение в факельном коллекторе не допускается вообще. В этих случаях для устранения разрежения приходится подавать в коллектор большие расходы продувочного газа, что связано с большими экономическими затратами. В этом заключается недостаток известного факельного ствола [1].
Техническим результатом изобретения является поддержание избыточного давления у основания факельного ствола при сбросе газов более легких, чем воздух, повышение экономичности, надежности и срока службы факельного ствола.
Указанный технический результат достигается в факельном стволе, содержащем оголовок, газовый затвор, установленный в верхней части факельного ствола, штуцер подвода продувочного газа и дополнительный газовый затвор, установленный у основания факельного ствола или в факельном коллекторе перед факельным стволом, причем штуцер продувочного газа установлен непосредственно за дополнительным газовым затвором.
Кроме того, дополнительный газовый затвор представляет собой усеченный конус.
На фиг.1 представлен продольный разрез факельного ствола с дополнительным газовым затвором, установленным у основания факельного ствола; на фиг.2 - продольный разрез факельного ствола с дополнительным газовым затвором, установленным в факельном коллекторе перед факельным стволом.
Факельный ствол содержит оголовок 1, газовый затвор 2, ствол 3, дополнительный газовый затвор 4, штуцер подвода продувочного газа 5. Сбросный газ подводится к факельному стволу по факельному коллектору 6.
Предлагаемый факельный ствол работает следующим образом.
Продувочный газ, более тяжелый, чем воздух, подается в ствол 3 через штуцер 5, установленный за дополнительным газовым затвором 4, закрепленным у основания факельного ствола 3. Участок ствола высотой Н заполняется тяжелым продувочным газом, и в основании ствола и в коллекторе 6 образуется избыточное статическое давление, равное при малых скоростях продувки величине
пр.г
a
ΔP≈(ρ-ρ)gH,
пр.г
где ρ - плотность продувочного газа;
a
ρ - плотность атмосферного воздуха;
g - ускорение силы тяжести;
Н - высота ствола между газовыми затворами 1 и 4.
Сбросный газ, более легкий, чем воздух, проходит при малых сбросах в виде пузырей или в виде тонкой струи через «пробку» тяжелого продувочного газа, при этом в основании факела сохраняется избыточное давление. При больших расходах сбросного газа избыточное давление в основании ствола определяется потерями давления, пропорциональными скоростному напору сбросного газа.
При скорости в факельном стволе легкого сбросного газа меньшей, чем 0,05 м/с, возможна диффузия тяжелого продувочного газа в факельный коллектор через дополнительный газовый затвор 4. В связи с этим и минимальный расход продувочного газа определяется его скоростью в факельном стволе и соответствует скорости 0,05 м/с. По экономическим затратам на продувочный газ эта величина соответствует нижнему пределу, устанавливаемому «Правилами устройства и безопасной эксплуатации факельных систем ПБ 03-591-03».
Газовые затворы 2 и 4 могут быть как газостатическими лабиринтными, описанными выше [2], так и более простыми, менее подверженными забиванию твердой фазой или конденсатом аэродинамическими затворами в виде усеченного конуса, как показано на фиг.1 и 2.
Дополнительный аэродинамический газовый затвор эффективно работает при установке его и в вертикальных трубопроводах, и в горизонтальных, поэтому он может быть установлен в факельном стволе у его основания (фиг.1) или в факельном коллекторе (фиг.2).