RU176312U1

RU176312U1 - TORCH PIPE BURNER

Info

Publication number: RU176312U1
Application number: RU2016145341U
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Никуличев
Original assignee: Николай Иванович Никуличев
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-01-16

Abstract

Полезная модель (далее ПМ) относится к области устройств для бездымного сжигания газов при постоянных, периодических и аварийных сбросах попутного нефтяного газа (ПНГ) в факельных установках и может быть использована в нефтяной, газовой, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Задачей данной ПМ является расширение диапазона бездымного сжигания газов, снижение температуры на элементах и конструкции в целом и повышение надежности и ресурса. Поставленная задача достигается за счет того, что в горелочном устройстве вовнутрь факельной трубы через ее стенку герметично заведен коллектор, на входе и выходе которого установлены эжекторы первой и второй ступени соответственно. В эжектор первой ступени через форсунку подается воздух высокого давления, а в эжектор второй ступени поступает как сжатый воздух с выхода первого эжектора, так и эжектируемый газ из факельной трубы. В результате, через центральную и периферийные горелки второй ступени эжектора в окружающую атмосферу с высокой кинетической энергией выбрасывается газовоздушная смесь, насыщенная кислородом для экологически чистого сжигания. При этом за счет прямоточности газовоздушного тракта решается задача упрощения, снижения температуры как элементов, так и конструкции в целом, и соответственно повышения долговечности и надежности устройства. 2ил.

The utility model (hereinafter referred to as the PM) relates to the field of devices for smokeless combustion of gases at constant, periodic and emergency discharges of associated petroleum gas (APG) in flare units and can be used in the oil, gas, petrochemical and oil refining industries. The objective of this PM is to expand the range of smokeless combustion of gases, lower temperatures on elements and the structure as a whole, and increase reliability and resource. The task is achieved due to the fact that in the burner inside the flare pipe, a collector is hermetically inserted through its wall, at the inlet and outlet of which ejectors of the first and second stages are installed, respectively. High pressure air is fed into the ejector of the first stage through the nozzle, and compressed air from the outlet of the first ejector and the ejected gas from the flare pipe are fed into the ejector of the second stage. As a result, through the central and peripheral burners of the second stage of the ejector, a gas-air mixture saturated with oxygen is emitted for environmentally friendly combustion into the surrounding atmosphere with high kinetic energy. Moreover, due to the direct flow of the gas-air duct, the problem of simplification, lowering the temperature of both the elements and the structure as a whole, and, accordingly, increasing the durability and reliability of the device, is solved. 2il.

Description

Полезная модель (далее ПМ) относится к области горелочных устройств факельной трубы для бездымного сжигания газов при постоянных, периодических и аварийных сбросах попутного нефтяного газа (ПНГ) в факельных установках и может быть использована в нефтяной, газовой, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.The utility model (hereinafter referred to as the PM) relates to the field of torch tube burners for smokeless combustion of gases at constant, periodic and emergency discharges of associated petroleum gas (APG) in flare units and can be used in the oil, gas, petrochemical and oil refining industries.

Известен оголовок факельной установки (Описание изобретения к Патенту RU 2328655 C1 «Способ бездымного сжигания газа в факельных установках и устройство для его осуществления»), содержащий горелку в виде заглушенной факельной трубы с выходными основными соплами, направленными под углом к оси факельной трубы, дополнительные сопла и уголковые стабилизаторы-завихрители. Основные сопла выполнены в виде секторов конического кольца, образованного коническим верхним днищем и кромками факельной трубы, разделенного на сектора закручивающими ребрами-стабилизаторами горения, установленными под углом 20-90° к радиальным плоскостям, и частично ограниченного снизу косынками. Дополнительные круглые сопла расположены в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, и направлены под углом 25-80° к оси факельной трубы. Вдоль дополнительных сопел снизу приварены уголковые стабилизаторы-завихрители, на наружных концах которых крепится кольцевой коллектор высоконапорного газа с соплами, расположенными в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, и направленными под углом 25-80° к оси факельной трубы. Недостатками аналога является то, что применена заглушенная коническим днищем факельная труба, что может привести к торможению потока сжигаемого газа на больших расходах, завихрениям и превышению температуры конструкции; применение коллектора и дополнительных сопел высоконапорного газа; в целом конструктивная сложность и снижена экономичность.Known tip of the flare unit (Description of the invention to Patent RU 2328655 C1 “Method for smokeless gas combustion in flare units and a device for its implementation”), containing a burner in the form of a plugged flare pipe with outlet main nozzles directed at an angle to the axis of the flare pipe, additional nozzles and corner stabilizers-swirlers. The main nozzles are made in the form of sectors of a conical ring formed by a conical upper bottom and the edges of the flare tube, divided into sectors by twisting combustion stabilizers, mounted at an angle of 20-90 ° to the radial planes, and partially bounded from below by scarves. Additional round nozzles are located in planes tangent to the cylindrical surface, coaxial with the flare pipe, and are directed at an angle of 25-80 ° to the axis of the flare pipe. Along the additional nozzles, corner stabilizers-swirlers are welded from below, at the outer ends of which an annular high-pressure gas manifold is mounted with nozzles located in planes tangent to the cylindrical surface coaxial with the flare pipe and directed at an angle of 25-80 ° to the axis of the flare pipe. The disadvantages of the analogue are that a flare pipe plugged with a conical bottom is used, which can lead to inhibition of the flow of combusted gas at high flow rates, turbulence and an increase in the temperature of the structure; the use of a manifold and additional nozzles of high-pressure gas; overall structural complexity and reduced efficiency.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является «Горелочное устройство факельной трубы» (Заявка на изобретение RU 94028425 А1) для сжигания технологических газов в факельных трубах нефтехимической промышленности, содержащее по меньшей мере один блок газовых горелок, включающий центральную горелку и расположенные вокруг нее периферийные горелки, центральная и периферийные горелки имеют общий коллектор подвода сжигаемого газа, выполненный, например, в виде кольцевого канала, образованного патрубком, установленным вокруг центральной горелки, вход в который сообщен с магистралью подвода сжигаемого газа, центральная горелка выполнена в виде патрубка, имеющего прямой и диффузорный на выходе участки, и сообщена с коллектором посредством отверстий, выполненных перед диффузорным участком, внутри центральной горелки установлен патрубок с образованием кольцевого канала на участке подвода сжигаемого газа, периферийные горелки выполнены в виде конфузорно-диффузорных патрубков и сообщены с коллектором посредством отверстий, выполненных вблизи горла в их конфузорной части и снабженных саморегулируемыми щелевыми форсунками.The closest technical solution (prototype) of the proposed utility model in terms of technical nature and the achieved result is a “Flare pipe burner device” (Application for invention RU 94028425 A1) for burning process gases in flare pipes of the petrochemical industry, containing at least one block of gas burners, including a central burner and peripheral burners located around it, a central and peripheral burners have a common burner gas supply manifold, made for example , in the form of an annular channel formed by a pipe installed around the central burner, the entrance to which is connected to the gas supply line, the central burner is made in the form of a pipe having direct and diffuser sections at the outlet, and communicated with the collector through holes made in front of the diffuser section , a nozzle is installed inside the central burner with the formation of an annular channel in the area of the gas supply, the peripheral burners are made in the form of confuser-diffuser nozzles and communicated with a collector by means of holes made near the throat in their confuser part and provided with self-regulating slotted nozzles.

Недостатками данного устройства являются недостаточная пропускная способности в широком диапазоне давлений сжигаемого газа от малых расходов до аварийных; сниженная надежность из-за вероятных «встречных» забросов пламени и повреждений конструкции высокими температурами; вероятность прогаров конфузорно-диффузорных патрубков при горизонтальных и вертикальных порывах ветра в различных направлениях; сложность из-за дополнительных конструктивных элементов и, соответственно, снижение ресурса.The disadvantages of this device are insufficient throughput in a wide range of pressures of the burned gas from low to emergency; reduced reliability due to probable “oncoming” refluxes of flames and structural damage by high temperatures; the likelihood of burnout of the diffuser nozzles with horizontal and vertical gusts of wind in various directions; complexity due to additional structural elements and, accordingly, a decrease in resource.

Задачей данной ПМ является расширение диапазона бездымного сжигания газов, снижение температуры на элементах и конструкции в целом и повышение надежности и ресурса.The objective of this PM is to expand the range of smokeless combustion of gases, lower temperatures on elements and the structure as a whole, and increase reliability and resource.

Поставленная задача достигается за счет того, что в горелочном устройстве факельной трубы, содержащем факельную трубу, коллектор, центральную горелку и расположенные вокруг нее периферийные горелки, коллектор герметично заведен снаружи через стенку факельной трубы вовнутрь ее. На входе коллектора установлен эжектор первой ступени, состоящий из конфузора и форсунки сжатого воздуха. А на выходе коллектора установлен эжектор второй ступени, состоящий из диффузора, герметично соединенных с ним центрального и периферийных патрубков и центральной и периферийных горелок. При этом центральный патрубок заведен в центральную горелку, а периферийные патрубки заведены в периферийные горелки. Центральная и периферийные горелки установлены в устье факельной трубы.The task is achieved due to the fact that in the burner device of the flare pipe containing the flare pipe, the collector, the central burner and peripheral burners located around it, the collector is hermetically connected from the outside through the wall of the flare pipe into it. At the inlet of the collector, an ejector of the first stage is installed, consisting of a confuser and a nozzle of compressed air. And at the outlet of the collector, an ejector of the second stage is installed, consisting of a diffuser, hermetically connected to it central and peripheral pipes, and central and peripheral burners. In this case, the central pipe is introduced into the central burner, and the peripheral pipes are brought into the peripheral burners. The central and peripheral burners are installed at the mouth of the flare pipe.

В горелочном устройстве факельной трубы в устье факельной трубы может быть установлено от 1 до 3 горелок, в которые заведены от 1 до 3 патрубков второй ступени эжектора.In the torch tube burner device, from 1 to 3 burners can be installed at the mouth of the torch pipe, into which from 1 to 3 nozzles of the second stage of the ejector are inserted.

Технический результат расширения диапазона бездымного сжигания газов предлагаемого устройства ПМ достигается за счет двухступенчатого эжектора, герметично заведенного через стенку вовнутрь факельной трубы. При этом выполнено последовательное соединение выхода первой ступени эжектора со входом коллектора, выхода коллектора со входом второй ступени эжектора, а выход второй ступени эжектора установлен в устье факельной трубы. А за счет прямоточности газовоздушного тракта решается задача снижения температуры на элементах и конструкции в целом, а также повышения надежности и увеличения ресурса.The technical result of expanding the range of smokeless gas combustion of the proposed PM device is achieved by a two-stage ejector, tightly wound through the wall inside the flare pipe. In this case, a serial connection of the output of the first stage of the ejector with the input of the collector, the output of the collector with the input of the second stage of the ejector, and the output of the second stage of the ejector is installed at the mouth of the flare pipe. And due to the direct flow of the gas-air path, the problem of reducing the temperature on the elements and the structure as a whole, as well as improving reliability and increasing the resource, is solved.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлен эскиз горелочного устройства факельной трубы для бездымного сжигания газов.In FIG. 1 and FIG. 2 shows a sketch of a torch device of a flare pipe for smokeless combustion of gases.

Устройство включает: факельную трубу 1, коллектор 2, центральную горелку 3 эжектора второй ступени, периферийные горелки 4 эжектора второй ступени, конфузор 5 эжектора первой ступени, форсунку сжатого воздуха 6 эжектора первой ступени, диффузор 7 эжектора второй ступени, центральный патрубок 8 эжектора второй ступени, периферийные патрубки 9 эжектора второй ступени.The device includes: a flare pipe 1, a collector 2, a central burner 3 of a second stage ejector, peripheral burners 4 of a second stage ejector, a confuser 5 of a first stage ejector, a compressed air nozzle 6 of a first stage ejector, a diffuser 7 of a second stage ejector, a central nozzle 8 of a second stage ejector , peripheral nozzles 9 of the ejector of the second stage.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Газ на сжигание подается в факельную трубу 1. Одновременно на вход эжектора первой ступени, состоящего из форсунки сжатого воздуха 6 и конфузора 5, подается воздух высокого давления. С выхода эжектора первой ступени сжатый воздух поступает на вход коллектора 2. Суммарный расход воздуха на выходе коллектора увеличивается в соответствии с расчетным коэффициентом эжекции. С выхода коллектора сжатый воздух поступает на вход эжектора второй ступени, который состоит из диффузора 7, центрального патрубка 8, периферийных патрубков 9, центральной горелки 3 и периферийных горелок 4. Входные концы патрубков 8 и 9 герметично установлены в выходной срез диффузора 7, а выходные концы заведены на вход прямоточных горелок 3 и 4. Сжатый воздух с выхода коллектора поступает через диффузор 7 и патрубки 8 и 9 на вход горелок 3 и 4. За счет эжекции, потоками сжатого воздуха во вход горелок 3 и 4 вовлекается газ из факельной трубы 1. Потоками газовоздушной смеси и пламенем с выхода горелок 3 и 4 эжектируется и вовлекается в процесс горения газ из объема устья факельной трубы 1. По тракту горелок происходит интенсивное смешивание газа с воздухом и выброс газовоздушной смеси с верхнего среза факельной трубы в атмосферу. За счет кинетической энергии газовоздушной смеси и пламени над верхним срезом факельной трубы в процесс сжигания интенсивно вовлекается окружающий атмосферный воздух. Суммарная повышенная скорость факела пламени и образование зоны разрежения обеспечивают дополнительный подсос воздуха из окружающей атмосферы, насыщение газовоздушной смеси воздухом и бездымное горение. Стабильность подачи сжатого воздуха по тракту двухступенчатого эжектора, не зависящая от окружающих условий, и вовлечение в процесс смешивания и горения газовоздушной смеси в горелках 3 и 4 последней ступени эжектора гарантируют насыщение кислородом сбросной смеси в расширенном диапазоне давлений и расходов и обеспечивает стехиометрическое горение и бездымность.Gas for combustion is supplied to the flare pipe 1. At the same time, high pressure air is supplied to the inlet of the first stage ejector, consisting of a compressed air nozzle 6 and a confuser 5. From the outlet of the ejector of the first stage, compressed air enters the inlet of the manifold 2. The total air flow at the outlet of the manifold increases in accordance with the calculated ejection coefficient. From the outlet of the manifold, compressed air enters the inlet of the second stage ejector, which consists of a diffuser 7, a central nozzle 8, peripheral nozzles 9, a central burner 3 and peripheral burners 4. The input ends of the nozzles 8 and 9 are hermetically installed in the outlet slice of the diffuser 7, and the output the ends are led to the inlet of the direct-flow burners 3 and 4. Compressed air from the outlet of the collector enters through the diffuser 7 and nozzles 8 and 9 to the inlet of the burners 3 and 4. Due to ejection, gas is drawn from the flare pipe 1 by the flow of compressed air into the inlet of the burners 3 and 4 . Stream E-gas mixture and flame output burners 3 and 4 is ejected and is involved in the process of combustion gas from the scope of the mouth of the flare pipe 1. By tract burners there is intense mixing of gas with air and gas mixture with release of the upper edge of the flare tube into the atmosphere. Due to the kinetic energy of the gas-air mixture and the flame above the upper cut of the flare pipe, ambient air is actively involved in the combustion process. The total increased speed of the flame and the formation of a rarefaction zone provide additional air intake from the surrounding atmosphere, saturation of the gas-air mixture with air and smokeless combustion. The stability of the compressed air supply through the path of the two-stage ejector, independent of environmental conditions, and the involvement of the gas-air mixture in the burners 3 and 4 of the last stage of the ejector guarantee saturation of the waste mixture with oxygen in an extended range of pressures and flows and ensures stoichiometric combustion and smokelessness.

При выбросе горящей газовоздушной смеси с верхнего среза горелок продолжается увеличение скорости потока, а также вовлечение газа на сжигание по всему объему устья факельной трубы, а за счет кумулятивного эффекта интенсивное смешивание газа с атмосферным воздухом, насыщение горючей смеси кислородом и стехиометрическое сжигание. Суммарная повышенная скорость потока создает зону разряжения и дополнительный подсос воздуха из окружающей среды. Соответственно происходит расширение диапазона бездымного сжигания сбрасываемых газов.When the burning gas-air mixture is ejected from the upper cut of the burners, the flow rate continues to increase, as well as the involvement of gas for combustion throughout the mouth of the flare pipe, and due to the cumulative effect, intensive mixing of the gas with atmospheric air, saturation of the combustible mixture with oxygen and stoichiometric combustion. The total increased flow rate creates a rarefaction zone and an additional intake of air from the environment. Accordingly, there is an expansion of the range of smokeless combustion of discharged gases.

Таким образом, в предлагаемом устройстве ПМ достигается последовательное принудительное наращивание по тракту двухступенчатого эжектора объема воздуха и скоростного напора газовоздушной смеси от первой ступени до второй ступени, далее до устья факельной трубы и до сброса в окружающую атмосферу с выходного среза факельной трубы и далее в атмосферном пространстве.Thus, in the proposed PM device, a sequential forced build-up of a two-stage ejector of air volume and a high-pressure head of the gas-air mixture from the first stage to the second stage, then to the mouth of the flare pipe and to discharge into the surrounding atmosphere from the outlet cut of the flare pipe and further into the atmospheric space is achieved .

Для проверки поставленной задачи проведены натурные испытания устройства для бездымного сжигания газов с параметрами: условный диаметр факельной трубы 800 мм; высота факельной установки 30 м; давление на входе в форсунку 0,58-0,6 МПа; расход воздуха высокого давления через форсунку 1700 м³/ч; расход воздуха со второй ступени эжектора до 10000 м³/ч. Состав сбросного газа - этан 55%, пропан 37%; ШФЛУ 8%. Расход газа до 16000 м³/ч. На Фиг. 1 - режим горения до установки устройства, на Фиг. 2 - сжигание ШФЛУ после монтажа испытуемого образца с подачей воздуха.To verify the task, full-scale tests of the device for smokeless combustion of gases were carried out with the parameters: conditional diameter of the flare pipe 800 mm; flare height 30 m; pressure at the inlet to the nozzle 0.58-0.6 MPa; high-pressure air flow through the nozzle 1700 m ³ / h; air consumption from the second stage of the ejector up to 10000 m ³ / h The composition of the waste gas is ethane 55%, propane 37%; NGL 8%. Gas consumption up to 16000 m ³ / h. In FIG. 1 - combustion mode before installing the device, FIG. 2 - combustion of NGL after installation of the test sample with air supply.

Результаты испытаний, Фиг. 1 и Фиг. 2.Test Results FIG. 1 and FIG. 2.

Визуально снизилось сажеобразование пламени факельной установки; улучшилась прозрачность тела пламени; уменьшилась краснота и высота видимого пламени; соответственно, снизилась инфракрасная составляющая, которая является признаком твердых включений в виде копоти. Тепловое излучение на расстоянии 20 м от основания снизилось с 4,8 кВт/м² до 2,4 кВт/м². Обеспечен режим бездымного сжигания в соответствии с приказом ФСЭТАН (Росхтехнадзор) от 26.12.2012 г. №779. Одновременно, прямоточность высокотемпературных потоков, отсутствие элементов, вызывающих поверхностное горение обеспечили поддержание пониженной температуры в течение гарантийного срока эксплуатации.Visually reduced soot formation of the flame of the flare unit; flame body transparency improved; the redness and height of the visible flame decreased; accordingly, the infrared component decreased, which is a sign of solid inclusions in the form of soot. Thermal radiation at a distance of 20 m from the base decreased from 4.8 kW / m ² to 2.4 kW / m ² . The regime of smokeless combustion was ensured in accordance with the order of the Federal Service for Environmental Protection and Economics of Russia (Roskhtechnadzor) dated 12.26.2012 No. 779. At the same time, the direct flow of high-temperature flows, the absence of elements that cause surface combustion ensured the maintenance of a low temperature during the warranty period of operation.

Источники информации.Information sources.

1. Описание изобретения к Патенту RU 2328655 C1 «Способ бездымного сжигания газа в факельных установках и устройство для его осуществления».1. Description of the invention to Patent RU 2328655 C1 “Method for smokeless gas combustion in flare installations and a device for its implementation”.

2. «Горелочное устройство факельной трубы», Заявка на изобретение RU 94028425 А1.2. "Torch device of a flare pipe", Application for invention RU 94028425 A1.

Claims

1. A torch tube burner device comprising a torch tube, a collector, a central burner and peripheral burners located around it, characterized in that the collector is hermetically connected from the outside through the wall of the torch pipe into it, and a first stage ejector consisting of a confuser and nozzles of compressed air, an ejector of the second stage consisting of a diffuser, hermetically connected central and peripheral nozzles and a central and peripheral mount c, whereby the central pipe is led into the central burner, and the peripheral tubes into the peripheral burner wound, and the central and peripheral burners installed at the mouth of the flare tube.

2. The burner device of the flare pipe according to claim 1, characterized in that from the mouth of the flare pipe can be installed from 1 to 3 burners, into which from 1 to 3 nozzles of the second stage of the ejector are inserted.