RU160445U1

RU160445U1 - TORCH INSTALLATION HEAD

Info

Publication number: RU160445U1
Application number: RU2015142835/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Кузьмин; Денис Александрович Кузьмин
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2016-03-20

Abstract

Оголовок факельной установки, содержащий цилиндрическую трубу с прикрепленным к ней наружным усеченным конусом, расширяющемся в направлении потока газа, и внутренний усеченный конус, установленный с зазором по отношению к наружному и прикрепленный к нему с помощью установленных между конусами уголков, ребра которых направлены навстречу потоку газа, верхнее основание внутреннего усеченного конуса расположено выше основания наружного усеченного конуса, угол при вершине внутреннего усеченного конуса больше угла при вершине наружного усеченного конуса, отличающийся тем, что в предлагаемом оголовке к нижней части цилиндрической трубы прикреплен отвод с отверстием, внутренний усеченный конус имеет центральное отверстие, введен патрубок, который соединяет отверстия внутреннего усеченного конуса и отвода, напротив потока газа установлены стабилизаторы горения в виде обтекаемых тел из металлического прутка диаметром 20 мм в форме скоб, один конец которых крепится на наружных поверхностях наружного усеченного конуса, а другой конец на наружных поверхностях внутреннего усеченного конуса, оголовок находится внутри нижней части вертикальной вытяжной трубы.The tip of the flare unit, containing a cylindrical pipe with an external truncated cone attached to it, expanding in the direction of gas flow, and an internal truncated cone installed with a gap relative to the external one and attached to it using angles installed between the cones, whose ribs are directed towards the gas flow , the upper base of the inner truncated cone is located above the base of the outer truncated cone, the angle at the top of the inner truncated cone is greater than the angle at the top of the outer sectional cone, characterized in that in the proposed head to the bottom of the cylindrical pipe there is a tap with a hole, the inner truncated cone has a central hole, a pipe is inserted that connects the holes of the inner truncated cone and the outlet, combustion stabilizers are installed opposite the gas flow in the form of streamlined bodies from a metal bar with a diameter of 20 mm in the form of brackets, one end of which is mounted on the outer surfaces of the outer truncated cone, and the other end on the outer surfaces of the inner echennogo conical head part is inside the bottom of the vertical chimney.

Description

Заявляемая полезная модель относится к оголовкам факельных установок для сжигания аварийных, постоянных и периодических выбросов горючих газов и может быть использована в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.The inventive utility model relates to the heads of flare plants for burning emergency, continuous and periodic emissions of combustible gases and can be used in the petrochemical, oil refining and other industries.

Известен оголовок факельной установки в виде цилиндрической трубы (см. Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки - М.: Химия, 1979. - 184 с., ил.).The tip of the flare unit in the form of a cylindrical pipe is known (see Strizhevsky II, Elnatanov AI Flare units - M .: Chemistry, 1979. - 184 p., Ill.).

Оголовок работает следующим образом.The head works as follows.

Сжигаемый газ поступает в горелку, выполненную в виде цилиндрической трубы, и при выходе поджигается дежурными горелками.The burned gas enters the burner, made in the form of a cylindrical pipe, and when exited, it is ignited by the burners on duty.

К недостаткам данного оголовка факельной установки можно отнести то, что горение тяжелого углеводородного газа происходит с большим дымообразованием из-за плохого смешения газа с воздухом, а также то, что при сжигании горючих газов забалластированных инертными N₂ или CO₂происходят срывы пламени из-за плохой стабилизации пламени.The disadvantages of this head of the flare unit include the fact that the combustion of heavy hydrocarbon gas occurs with high smoke formation due to poor mixing of gas with air, as well as the fact that during the burning of combustible gases ballasted with inert N ₂ or CO ₂ , flame outages occur due to poor flame stabilization.

Известен также оголовок факельной установки, содержащий цилиндрическую трубу с прикрепленным к ней наружным усеченным конусом, расширяющемся в направлении потока газа, и внутренний конус, установленный с зазором по отношению к наружному и прикрепленный к нему с помощью уголков, ребра которых направлены навстречу потоку газа. Верхнее основание внутреннего конуса расположено выше основания наружного конуса. Угол при вершине внутреннего конуса больше угла при вершине наружного конуса. Уголки установлены между конусами, причем в наружном конусе между полками уголков выполнены окна для прохода воздуха, а к наружному конусу прикреплены желобовковые или уголковые стабилизаторы пламени. Концы стабилизаторов пламени установлены на обечайке (цилиндрической или конической), (патент Российской Федерации на полезную модель №90533 U1, F23D 14/38).Also known is the tip of the flare unit, containing a cylindrical pipe with an external truncated cone attached to it, expanding in the direction of gas flow, and an internal cone installed with a gap in relation to the external one and attached to it using angles whose ribs are directed towards the gas flow. The upper base of the inner cone is located above the base of the outer cone. The angle at the apex of the inner cone is greater than the angle at the apex of the outer cone. Corners are installed between the cones, and in the outer cone between the shelves of the corners there are windows for the passage of air, and grooved or corner flame stabilizers are attached to the outer cone. The ends of the flame stabilizers are mounted on the shell (cylindrical or conical), (patent of the Russian Federation for utility model No. 90533 U1, F23D 14/38).

Принцип работы данного оголовка факельной установки заключается в следующем.The principle of operation of this head of the flare unit is as follows.

Сжигаемый газ поступает в цилиндрическую трубу факельного оголовка. Затем он направляется в кольцевой зазор между конусами, рассекается уголками на ряд струй, которые проходят над уголковыми или желобковыми стабилизаторами пламени. Т.к. угол при вершине внутреннего конуса больше угла наружного конуса, то канал между конусами получается сужающимся, следствием этого являются уменьшенные гидравлические потери. Этому же способствует и выполнение внутреннего конуса с острой вершиной. Обечайка фиксирует положение стабилизаторов пламени и одновременно служит противоветровым экраном. Окна облегчают проток воздуха между струями газа, что обеспечивает хорошее смешение газа и воздуха. Кроме того, наличие окон облегчает сборку узла, состоящего из конусов и уголков. То, что основание конуса расположено выше основания конуса, увеличивает площадь контакта струй газа и воздуха, подсасываемого газом снизу. Выполнение конуса с острой вершиной облегчает его изготовление. Недостатками этого оголовка являются:The gas to be burned enters the cylindrical tube of the flare head. Then it is sent to the annular gap between the cones, cut by angles into a series of jets that pass over the corner or flute flame stabilizers. Because the angle at the apex of the inner cone is greater than the angle of the outer cone, the channel between the cones turns tapering, resulting in reduced hydraulic losses. The implementation of the inner cone with a sharp peak contributes to this. The shell fixes the position of the flame stabilizers and at the same time serves as an anti-wind screen. Windows facilitate the flow of air between the jets of gas, which provides a good mixture of gas and air. In addition, the presence of windows facilitates the assembly of a node consisting of cones and corners. The fact that the base of the cone is located above the base of the cone increases the contact area of the jets of gas and air sucked in by the gas from below. The implementation of a cone with a sharp peak facilitates its manufacture. The disadvantages of this tip are:

- сложность изготовления, в части фиксации положения стабилизаторов пламени и обечайки;- the complexity of manufacturing, in terms of fixing the position of the flame stabilizers and shell;

- небольшая высота обечайки не оберегает пламя от задувания ветром;- a small height of the shell does not protect the flame from blowing by the wind;

- недолговечность конструкции, при малых скоростях истечения тяжелых углеводородных газов, сжигаемый газ стекает с уголковых или желобковых стабилизаторов, и горит на обеих сторонах стабилизаторов и обечайке, служащей ветрозащитным экраном, что приводит к их прогоранию и разрушению конструкции в целом;- the fragility of the structure, at low velocities of the discharge of heavy hydrocarbon gases, the combusted gas flows off from the corner or groove stabilizers, and burns on both sides of the stabilizers and the shell, which serves as a wind shield, which leads to their burnout and destruction of the structure as a whole;

- дымообразование при горении из-за недостаточного поступления атмосферного воздуха к пламени из центральной части оголовка;- smoke during combustion due to insufficient intake of atmospheric air to the flame from the central part of the head;

- недостаточная стабилизация пламени, приводящая к срыву пламени, особенно при сжигании горючих газов забалластированных инертными N₂или CO₂.- insufficient flame stabilization, leading to flame failure, especially when burning combustible gases ballasted with inert N ₂ or CO ₂ .

Предлагаемой полезной моделью решаются задачи упрощения изготовления оголовка факельной установки, с одновременным увеличением долговечности и обеспечением достаточного количества воздуха и хорошего смешения с горючим газом для бездымного горения и повышение стабилизации пламени для обеспечения возможности сжигания горючих газов забалластированных инертными N₂ или CO₂.The proposed utility model solves the problem of simplifying the manufacture of the flare head, while increasing durability and ensuring sufficient air and good mixing with combustible gas for smokeless combustion and improving flame stabilization to enable the burning of combustible gases ballasted with inert N ₂ or CO ₂ .

Поставленная задача решается тем, что оголовок факельной установки содержит, как и наиболее близкий к нему известный, цилиндрическую трубу с прикрепленным к ней наружным усеченным конусом, расширяющемся в направлении потока газа, и внутренний конус, установленный с зазором по отношению к наружному и прикрепленный к нему с помощью уголков, ребра которых направлены навстречу потоку газа. Верхнее основание внутреннего конуса расположено выше основания наружного конуса. Угол при вершине внутреннего конуса больше угла при вершине наружного. Уголки установлены между конусами. В отличие от известного оголовка факельной установки, в предлагаемом оголовке к нижней части цилиндрической трубы прикреплен отвод с отверстием, внутренний усеченный конус имеет центральное отверстие, введен патрубок, который соединяет отверстия внутреннего усеченного конуса и отвода для прохода воздуха с центральной части оголовка к пламени: за счет подсоса воздуха в зону горения и тяги, образующейся из-за разницы высот и разных давлений атмосферного воздуха на торцах патрубка, это заставляет перемещаться воздух наверх, для обеспечения бездымного сгорания горючего газа. Для стабилизации и предотвращению срыва пламени при сжигании горючих газов забалластированных инертными N₂ или CO₂, характеризующихся малой скоростью горения, напротив потока газа установлены стабилизаторы горения, каждый из которых представляет собой обтекаемое тело из металлического прутка диаметром 20 мм в форме скоб, один конец которых крепится на наружных поверхностях наружного усеченного конуса, а другой конец на наружных поверхностях внутреннего усеченного конуса. За стабилизаторами образуются зоны пониженного давления, куда подсасывается воздух, и в которых поддерживается очаги пламени во всем диапазоне скоростей горения горючего газа, происходит хорошее смешение горючего газа с воздухом. Для исключения стекания тяжелых углеводородных газов вниз и горения его на конструкции оголовка, при малых скоростях истечения, оголовок находится внутри нижней части вертикальной вытяжной трубы в которой из-за разницы высот и разных давлений атмосферного воздуха на торцах образуется тяга которая заставляет перемещаться сброс горючего газа наверх. Перемещение атмосферного воздуха внутри вытяжной трубы за счет: тяги и подсоса воздуха к пламени обеспечивает достаточное количество воздуха для бездымного сгорания горючего газа. Вытяжная труба защищает пламя от ветрового воздействия на всю длину пламени. Отсутствие в предлагаемой конструкции уголковых или желобковых стабилизаторов скрепленных с обечайкой упрощает конструкцию оголовка предотвращает касание пламени конструкции оголовка.The problem is solved in that the head of the flare unit contains, like the closest known to it, a cylindrical pipe with an external truncated cone attached to it, expanding in the direction of gas flow, and an internal cone installed with a gap relative to the external one and attached to it with the help of corners, the ribs of which are directed towards the gas flow. The upper base of the inner cone is located above the base of the outer cone. The angle at the apex of the inner cone is greater than the angle at the apex of the outer. Corners are installed between the cones. In contrast to the known head of the flare unit, in the proposed head to the bottom of the cylindrical pipe there is a tap with a hole, an inner truncated cone has a central hole, a pipe is inserted that connects the holes of the inner truncated cone and the outlet for air to pass from the central part of the cap to the flame: due to air leakage into the combustion zone and draft generated due to the difference in heights and different pressures of atmospheric air at the ends of the nozzle, this forces the air to move upward, to ensure smokeless combustion of combustible gas. To stabilize and prevent flame failure during the combustion of combustible gases ballasted with inert N ₂ or CO ₂ , characterized by a low burning rate, combustion stabilizers are installed opposite the gas flow, each of which is a streamlined body of a metal bar with a diameter of 20 mm in the form of brackets, one end of which mounted on the outer surfaces of the outer truncated cone, and the other end on the outer surfaces of the inner truncated cone. Behind the stabilizers, zones of reduced pressure are formed, where air is drawn in, and in which foci of flame are maintained in the entire range of combustible gas burning rates, a good mixing of the combustible gas with air occurs. To prevent heavy hydrocarbon gases from flowing down and burning on the head structure, at low flow rates, the head is located inside the bottom of a vertical exhaust pipe in which a draft is formed at the ends due to the difference in altitudes and different atmospheric air pressures, which causes the discharge of combustible gas to move up . The movement of atmospheric air inside the exhaust pipe due to: traction and suction of air to the flame provides enough air for smokeless combustion of combustible gas. An exhaust pipe protects the flame from wind exposure over the entire length of the flame. The absence of angle or groove stabilizers fastened to the shell in the proposed design simplifies the design of the head and prevents the flame from touching the head.

На фиг. 1 представлен разрез предлагаемого оголовка факельной установки. На фиг. 2 представлен вид сверху предлагаемого оголовка факельной установки.In FIG. 1 shows a section of the proposed flare unit head. In FIG. 2 shows a top view of the proposed flare unit head.

Оголовок факельной установки содержит цилиндрическую трубу 1, отвод 2 с отверстием d, к верхней части трубы 1 прикреплен наружный усеченный конус 3, расширяющийся в направлении потока газа. Внутри него установлен внутренний усеченный конус 4, прикрепленный к наружному усеченному конусу 3 с помощью уголков 5, ребра которых направлены навстречу потоку газа. Между наружным усеченным конусом 3 и внутренним усеченным конусом 4 образован кольцевой зазор b. Основание внутреннего усеченного конуса 4 расположено выше верхнего основания наружного усеченного конуса 3. Внутренний усеченный конус 4 имеет центральное отверстие d. К нижней части цилиндрической трубы 1 прикреплен отвод 2 с отверстием. Патрубок 6 соединяет отверстия внутреннего усеченного конуса 4 и отвода 2 для прохода воздуха. Напротив потока газа установлены стабилизаторы горения 7, каждый из которых представляет собой обтекаемое тело из металлического прутка диаметром 20 мм в форме скоб, один конец которых крепится на наружных поверхностях наружного конуса 3, а другой конец крепится на наружных поверхностях внутреннего усеченного конуса 4. Оголовок находится внутри нижней части вытяжной трубы 8, вертикальные оси оголовка и вытяжной трубы совпадают.The tip of the flare unit contains a cylindrical pipe 1, an outlet 2 with a hole d, an outer truncated cone 3 attached to the top of the pipe 1, expanding in the direction of gas flow. Inside it, an internal truncated cone 4 is mounted, attached to the outer truncated cone 3 with the help of angles 5, the ribs of which are directed towards the gas flow. An annular gap b is formed between the outer truncated cone 3 and the inner truncated cone 4. The base of the inner truncated cone 4 is located above the upper base of the outer truncated cone 3. The inner truncated cone 4 has a central hole d. An outlet 2 with an opening is attached to the bottom of the cylindrical pipe 1. The pipe 6 connects the holes of the inner truncated cone 4 and exhaust 2 for the passage of air. Opposite the gas flow, combustion stabilizers 7 are installed, each of which is a streamlined body of a metal rod with a diameter of 20 mm in the form of brackets, one end of which is attached to the outer surfaces of the outer cone 3, and the other end is attached to the outer surfaces of the inner truncated cone 4. The head is inside the bottom of the exhaust pipe 8, the vertical axis of the head and the exhaust pipe coincide.

Оголовок факельной установки работает следующим образом. Сжигаемый газ поступает в отвод 2, цилиндрическую трубу 1 оголовка. Затем он направляется в кольцевой зазор b между наружным усеченным конусом 3 и внутренним усеченным конусом 4, рассекается уголками 5 на ряд струй, которые проходят через стабилизаторы горения 7. За стабилизаторами горения 7 образуются зоны пониженного давления куда подсасывается воздух, в которых поддерживается очаги пламени во всем диапазоне скоростей горения газа, забалластированного инертными N₂ или CO₂ происходит хорошее смешение горючего газа с атмосферным воздухом. Патрубок 6 соединяет отверстие d отвода 2 с центральным отверстием d внутреннего усеченного конуса 4 и обеспечивает проход воздуха к пламени с центральной части оголовка за счет: подсоса воздуха в зону горения и тяги, образующейся из-за разницы высот и разных давлений атмосферного воздуха P₃>P₄ на торцах патрубка 6, это заставляет перемещаться воздух наверх для обеспечения бездымного сгорания горючего газа. В вытяжной трубе 8 из-за разницы высот и разных давлений атмосферного воздуха P₁>Р₂ на торцах вытяжной трубы 8 образуется тяга которая заставляет перемещаться наверх сброс горючего газа, в том числе тяжелого углеводородного. Перемещение воздуха за счет тяги внутри вытяжной трубы 8 и подсос воздуха к пламени обеспечивает достаточное количество воздуха для бездымного сгорания горючего газа. Вытяжная труба 8 полностью защищает пламя от ветрового воздействия.The head of the flare unit works as follows. The combustible gas enters the outlet 2, the cylindrical tube 1 of the head. Then it is sent to the annular gap b between the outer truncated cone 3 and the inner truncated cone 4, is cut by angles 5 into a series of jets that pass through the combustion stabilizers 7. Behind the combustion stabilizers 7, zones of reduced pressure are formed where air is sucked up, in which the foci of flame are maintained in over the entire range of combustion rates of a gas ballasted with inert N ₂ or CO ₂ , a good mixing of the combustible gas with atmospheric air occurs. The pipe 6 connects the opening d of the outlet 2 with the central hole d of the inner truncated cone 4 and ensures the passage of air to the flame from the central part of the head due to: air suction into the combustion zone and draft due to the difference in heights and different atmospheric pressures P ₃ > P ₄ at the ends of the pipe 6, this forces the air to move upward to ensure smokeless combustion of combustible gas. In the chimney 8, due to the difference in altitude and different atmospheric pressures P ₁ > P ₂ , a draft is formed at the ends of the chimney 8 which causes the discharge of combustible gas, including heavy hydrocarbon gas, to move upward. The movement of air due to traction inside the exhaust pipe 8 and the suction of air to the flame provides a sufficient amount of air for smokeless combustion of combustible gas. The exhaust pipe 8 completely protects the flame from wind exposure.

Таким образом, предлагаемый оголовок факельной установки снабжен отводом, патрубком с естественной тягой для прохода атмосферного воздуха в зону горения из центральной части оголовка, наличием стабилизаторов горения газа, забалластированного инертными N₂ или CO₂ в виде обтекаемых тел, упрощение конструкции в связи отсутствием деталей непосредственно контактирующих с пламенем (уголковых или желобковых стабилизаторов скрепленных с обечайкой), вытяжной трубой с естественной тягой атмосферного воздуха, которая полностью защищает пламя от ветрового воздействия, простотой изготовления. Конструкция оголовка факельной установки обеспечивает подвод атмосферного воздуха в зону горения с внешней и внутренней стороны пламени, обеспечивает хорошее смешение сжигаемого газа с атмосферным воздухом, в том числе тяжелых углеводородных газов, отличается повышенной стабилизацией пламени при сжигании газов, забалластированных инертными N₂ или CO₂, противоветровой устойчивостью и долговечностью из-за отсутствия деталей непосредственно контактирующих с пламенем.Thus, the proposed tip of the flare unit is equipped with a tap, a pipe with natural draft for the passage of atmospheric air into the combustion zone from the central part of the tip, the presence of gas stabilizers, ballasted with inert N ₂ or CO ₂ in the form of streamlined bodies, simplifying the design due to the absence of parts directly in contact with the flame (corner or groove stabilizers fastened to the shell), exhaust pipe with natural draft of atmospheric air, which completely protects the flame about t wind exposure, ease of manufacture. The design of the head of the flare unit ensures the supply of atmospheric air to the combustion zone from the external and internal sides of the flame, provides good mixing of the combusted gas with atmospheric air, including heavy hydrocarbon gases, and is characterized by increased stabilization of the flame when burning gases ballasted with inert N ₂ or CO ₂ , anti-wind resistance and durability due to the lack of parts directly in contact with the flame.

Claims

The tip of the flare unit, containing a cylindrical pipe with an external truncated cone attached to it, expanding in the direction of gas flow, and an internal truncated cone installed with a gap relative to the external one and attached to it using angles installed between the cones, whose ribs are directed towards the gas flow , the upper base of the inner truncated cone is located above the base of the outer truncated cone, the angle at the top of the inner truncated cone is greater than the angle at the top of the outer sectional cone, characterized in that in the proposed head to the bottom of the cylindrical pipe there is a tap with a hole, the inner truncated cone has a central hole, a pipe is inserted that connects the holes of the inner truncated cone and the outlet, combustion stabilizers are installed opposite the gas flow in the form of streamlined bodies from a metal bar with a diameter of 20 mm in the form of brackets, one end of which is mounted on the outer surfaces of the outer truncated cone, and the other end on the outer surfaces of the inner echennogo conical head part is inside the bottom of the vertical chimney.