Факельный оголовок с газовым затвором. Стрелкин А.В., Филин В.Е

Предлагается факельный оголовок с подачей пара диаметром 30" с панелью розжига и контроля пламени пилотных горелок. Диаметр оголовка 30" выбран исходя из диаметра факельного ствола 800 мм, для сжигания максимального аварийного сброса 1630 кг/ч достаточно было бы оголовка диаметром 6".

Данные технологического процесса факельного сжигания

Примечания:

* Давление пара на входе в оголовок должно быть не менее 7 бар (изб.)
** Температура пара 250 °С (расчетная).

Примечания:

* Подача пара обеспечит полностью бездымное сжигание сбрасываемого газа.
** Уровни шума включают погрешность ±3 дБ. Уровни шума не включают пренебрежимо малое значение фонового шума. Фоновый шум должен быть как минимум на 10 дБ меньше расчитанных уровней шума в каждом диапазоне частот

Примечания:

* Продувочным газом может быть любой газ выше точки росы при внешних условиях без кислорода, без пара и без водорода.
** Паровая труба идущая по стволу факела должна быть в обязательном порядке изолирована с целью обеспечения необходимых параметров пара у факельного оголовка.

Основное предложение

• Факельный оголовок со вспомогательной подачей пара, оборудованный стабилизационным кольцом, ветрозащитным экраном, паровыми линиями, пилотными линиями и манифольдом
• Аэродинамический затвор
• 3 (три) ветрозащищенных пилотных горелки с высокоэнергетическим запальником. Каждая пилотная горелка оборудована единичной термопарой
• Соединительная кабельная коробка для соединения термопары с кабелем
• Стыковочные фланцы с прокладками и болтами (крепежными элементами), включая 10% запасных болтов и 2 набора прокладок на размер.
• Блок регулировки пилотного газа
• Ручная/Автоматическая комбинированная система зажигания (высокоэнергетическая и с генератором фронта пламени («бегущий огонь»)), включая высокоэнергетические электроды, кабели от трансформатора к электродам, трубопроводы розжига от блока розжига до пилотных горелок.
• 140 м удлинительного кабеля термопар
• 3x140 м кабель высокоэнергетического зажигания
• Техническая документация на русском языке, сертификат ГОСТ-Р.

Опционально:

• Оптическая система обнаружения пламени пилотных горелок
• Блок регулировки подачи пара

Экономичный факельный оголовок с подачей пара является экономически выгодным решением для достижения бездымного горения. Хотя оголовок эффективно использовался в течение некоторого времени, наш новый дизайн предлагает усовершенствованные технические характеристики.

• Эффективное Бездымное горение
• Усовершенствованная шумоизоляция и потребление пара
• Стабильность работы
• Минимизация износа
• Уменьшение опускания пламени

Бездымная работа:

Дым появляется при неполном сгорании газов, и нагоревший углерод поступает в атмосферу в виде дыма. Неполное сгорание является результатом недостаточного количества смешанного воздуха в центре факела для обеспечения полного сгорания. Факельный оголовок перемешивает воздух и газ внутри пламени и обеспечивает полное сгорание. Конструкция факельного оголовка состоит из многоточечной системы паровых сопел, установленных на коллектор (с уплотнительным кольцом) на вершине факельного оголовка. Для достижения бездымного горения факельный оголовок может эксплуатироваться только при использовании требуемого количества пара, при постоянном поддержании минимального расхода.

Стабильность:

Обычные трубчатые факелы демонстрируют неполное сжигание, и при высокой скорости на выходе могут погаснуть из-за недостаточной устойчивости пламени. Чтобы исключить эту проблему, компания предоставляет оголовок с удержанием пламени, который создает зону низкого давления на выходе. Эта зона низкого давления гарантирует как полное сжигание отработанных газов, так и устойчивость пламени при высокой скорости на выходе.

Опускание пламени:

При воздействии ветра на факельный оголовок, зона низкого давления создается на подветренной стороне факела. Данная зона низкого давления оттягивает пламя вниз, заставляя газы воздействовать и сгорать на корпусе, как показано на оголовке без кольца справа. Кольцо располагается по периметру факельного оголовка, который предназначен поднимать пламя вертикально и уменьшать опускание пламени. Результат дополнительной защиты - увеличение срока службы оголовка. Ветрозащитное ограждение также предоставляется в качестве дополнительной защиты.

Факельный оголовок с подачей пара

Ручная/автоматическая панель управления розжигом и контроля пламени, совмещенная, климато/взрывозащищенная

Ручная/Автоматическая системы зажигания для удаленного зажигания пилотных горелок.

Генератор бегущего огня и Высокоэнергетическая система зажигания с Блоком управления

Взрывозащищенный пульт управления зажиганием, выполнен из литого алюминия, подходит для зоны 2, группа газовой смеси II В, ТЗ, включает в себя следующие компоненты:

• 1 Селектор подачи/отключения питания
• 1 Индикатор подачи/отключения питания
• 1 Кнопка бегущего огня «Зажигание»
• 1 Трансформатор зажигания для бегущего огня
• 1 Кнопка проверки индикаторов
• 1 Селекторный переключатель на ручной или автоматический режим зажигания
• 3 Кнопки высокоэнергетического зажигания
• 6 Индикаторов включения/выключения для статуса пилота
• Свободный контакт для потребителей
• Когда термопара обнаруживает на своей пилотной горелке затухание пламени, она автоматически запускает последовательность повторного зажигания аварийной горелки

Соединительные коробки

Объем поставки входят следующие соединительные коробки из литого алюминия:

• Кол-во 1 CK верхнего уровня для термопар
• Кол-во 1 CK основания ствола для термопар
• Кол-во 1 CK верхнего уровня для высоковольтных кабелей
• Кол-во 1 CK основания факела с 3 высокоэнергетическими блоками зажигания

Кабели

В объем поставки входят следующие кабели:

• Компенсационный тефлоновый кабель для термопар (3 пары), изолированный вдоль факельного ствола.
• Компенсационный армированный ПВХ кабель для термопар (3 пары), изолированный, от факельного ствола до панели зажигания (длина определена предварительно)
• Высоковольтный термостойкий кабель Habia вдоль факельного ствола.
• Высоковольтный термостойкий кабель Draka от основания факельного ствола до панели зажигания (длина определена предварительно).

Ветрозащищенные пилотные горелки

Ветрозащитная пилотная горелка предлагает наилучшую для факельных пилотных горелок гибкость в определении пламени и розжиге вместе с проверенной высокой производительностью. Горелка способна сохранять горение при ветре в 160 миль/час.

В соплах пилотной горелки используются мощные электроды. Это высокотемпературные керамические электроды, которые помещены в защитную трубу из нержавеющей стали.

Ветрозащитная пилотная горелка

Указанное ниже устройство является устройством, зависимым от скорости потока газа и функционирующем при условии, что атмосферный воздух поступает в факельную систему вдоль внутренних стенок факельного оголовка. Это коническая конструкция, которая расположена внутри факельного оголовка. Она препятствует прохождению воздуха ниже по внутренней стенке и перенаправляет его движение вверх и в центр. Кроме того, уменьшение потока воздуха увеличивает и фокусирует поток продувочного газа в центр оголовка выдавливая любой атмосферный воздух из оголовка.

Стоимость эксплуатации повышается из-за расхода продувочного газа. Для демонстрации эффективности устройств в плане понижения требований к объему продувочного газа и, одновременно, в плане предотвращения попадания кислорода в факельную систему, было потроено три идентичных факельных ствола. Один из них оснащен молекулярным затвором, другой - данным устройством, а у третьего отсутствует какое-либо устройство. Факельные стволы эксплуатировались в течение 8 месяцев, и в процессе этого замерялось содержание кислорода б метров ниже факельного оголовка.

Как следует из вышеприведенной таблицы данных, данное устройство значительно снижает скорость продувочного газа. Для него достаточно 0,012 м/с продувочного газа для поддержания приемлемого уровня кислорода для любых неблагоприятных погодных условий. Минимальная скорость продувочного газа без устройства составляет от 0.06 до 0.15 м/с. Если требуется обеспечить нулевой доступ кислорода или защиту от потенциальных потерь продувочного газа, то следует использовать молекулярный затвор.

Блок регулировки подачи пара

Блок регулировки подачи пара предназначен для плавной регулировки подачи пара к оголовку в зависимости от расхода факельного газа.
Данный блок состоит из расходомера, датчика давления и управляющего пневматического клапана.
Данный блок должен управляться из АСУ ТП заказчика.
Компания предоставляет кривую зависимости подачи пара от расхода факельного газа.
Разработка программы управления не входит в объем поставки.
Для работы данного блока необходима информация о расходе факельного газа.
Расходомер факельного газа не входит в объем поставки.

Оптическая система обнаружения пламени пилотных горелок

Факельные системы спроектированы для сжигания взрывоопасных газов в условиях нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях. При погасании пламени взрывоопасные газы могут случайно сбрасываться в окружающую среду. Постоянное трение пламени факельной пилотной горелки - принципиальное требование для корректной эксплуатации системы и обеспечения безопасности. и настоящий момент, пламя многих пилотных горелок контролируется посредством использования термопар, которые должны монтироваться в факел. Данная система, несмотря на свою эффективность, может создавать трудности при сбое термопары. Сбой термопары может происходить на некоторых факелах из-за сочетания нагревания и окисления. Доступ к неисправным компонентам зачастую сложен и дорог. Когда система выведена из строя, статус безопасности для пилотной горелки не предоставляется.

Изобретение относится к оголовкам факельных установок для сжигания аварийных, постоянных и периодических выбросов горючих газов, может быть использовано в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности и позволяет повысить надежность и срок службы оголовка за счет устранения воздействия пламени на наружную поверхность основной горелки и ветрозащитного экрана. Оголовок факельной установки содержит основную горелку для сжигания сбрасываемого газа, дежурные горелки, ветрозащитное устройство, установленное соосно и образующее с ней кольцевой зазор, выполненное в виде цилиндра, открытого сверху и заглушенного снизу днищем, установленного на основной горелке, стенки цилиндра выполнены в виде обечайки и набора равномерно расположенных лопаток, установленных между обечайкой и днищем, лопатки выполнены в виде секторов цилиндра, причем наружные части лопаток касаются радиальных плоскостей. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2344347

Изобретение относится к оголовкам факельных установок для сжигания аварийных, постоянных и периодических выбросов горючих газов и может быть использовано в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известен оголовок факельной установки, содержащий основную горелку (цилиндрическую трубу), ветрозащитный экран, установленный в верхней части оголовка соосно с основной горелкой и образующий с ней кольцевой зазор, дежурные горелки (см. патент РФ 2095686, МПК F23D 14/38, опубл. 11.10.1997 г.) (аналог).

Данный оголовок работает следующим образом. Сжигаемый газ поступает в основную горелку в виде цилиндрической трубы и при выходе поджигается дежурными горелками. Ветрозащитный экран удерживает пламя в вертикальном положении. Однако этот ветрозащитный экран не защищает наружную поверхность основной горелки от воздействия пламени при боковом ветре. Это объясняется тем, что при боковом ветре с подветренной стороны оголовка образуется зона пониженного давления с отрывным рециркуляционным течением воздуха, в которую засасывается пламя вниз через кольцевой зазор. В результате теплового воздействия пламени снижается надежность и срок службы факельного оголовка.

Указанный недостаток частично устранен в факельных установках, описанных в каталоге промышленной организации «Генерация» стр.4 (см. сайт ПГ «Генерация» www.generation.ru) (прототип).

В этих установках оголовок содержит основную горелку в виде цилиндрической трубы, снаружи которой установлен соосно цилиндроконический ветрозащитный экран и дежурные горелки. Конический участок ветрозащитного экрана размещен в верхней части экрана и перекрывает кольцевой зазор между цилиндрической трубой и ветрозащитным экраном.

Принцип работы такого оголовка заключается в следующем. Сжигаемый газ поступает в основную цилиндрическую горелку оголовка и при выходе поджигается дежурными горелками. Цилиндрический ветрозащитный экран защищает наружную поверхность основной горелки от воздействия пламени при боковом ветре. Однако в этом случае тепловому воздействию подвергается наружная поверхность цилиндрического ветрозащитного экрана в результате опускания пламени с подветренной стороны в зону пониженного давления и рециркуляционного течения за экраном. Это приводит к тепловому воздействию на экран, снижает надежность и срок службы оголовка, требуется периодическая замена ветрозащитного экрана.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и увеличение срока службы оголовка путем устранения воздействия пламени при боковом ветре на наружные поверхности основной горелки и ветрозащитного экрана.

Для достижения указанной цели оголовок факельной установки содержит, как и наиболее близкий к ней прототип, основную горелку с установленным на ней соосно ветрозащитным устройством, образующим с ней (горелкой) кольцевой зазор, и дежурные горелки.

В отличие от известного оголовка ветрозащитный экран выполнен в виде цилиндра, открытого сверху и заглушенного снизу днищем, установленным на основной горелке, стенки цилиндра выполнены в виде обечайки, установленной сверху, и набора равномерно расположенных лопаток, установленных между обечайкой и днищем. Лопатки выполнены в виде секторов цилиндра, наружные части лопаток касаются радиальных плоскостей.

На фиг.1 представлен продольный разрез оголовка факельной установки, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Оголовок содержит основную горелку 1 и установленный на ней соосно ветрозащитный экран, образующий с ней кольцевой зазор 2 и дежурные горелки 3. Ветрозащитное устройство выполнено в виде цилиндра, открытого сверху и заглушенного снизу днищем 4. Стенки цилиндра выполнены в виде обечайки 5, установленной сверху, и набора равномерно расположенных лопаток 6. Лопатки выполнены в виде секторов цилиндра, наружные части лопаток касаются радиальных плоскостей 7.

Предлагаемый оголовок работает следующим образом.

Сжигаемый газ поступает в основную горелку 1 оголовка и при выходе поджигается дежурными горелками 3. При боковом ветре с наветренной стороны поток ветра поступает через зазоры между лопатками 6 внутрь ветрозащитного устройства в кольцевой зазор 2, приобретая вращательное движение. На подветренную сторону через зазор между лопатками 6 может выйти только небольшая часть поступившего воздуха, т.к. для выхода вращающемуся потоку воздуха необходимо изменить направление почти на противоположное, а это связано с преодолением большого гидравлического сопротивления. Чтобы создать такое движение воздуха в кольцевом зазоре 2, лопатки 6 установлены так, что обеспечивается касание их наружных частей и радиальных поверхностей 7, а внутренние части направлены тангенциально. Глухое днище 4 исключает движение воздуха из зазора 2 вниз. Все это приводит к движению воздуха вверх, что предотвращает опускание пламени и его воздействие на конструкцию оголовка. Обечайка 5 защищает пламя основной горелки 1 и дежурных горелок 3 от воздействия порывов ветра.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Оголовок факельной установки, содержащий основную горелку для сжигания сбрасываемого газа, дежурные горелки и ветрозащитное устройство, установленное соосно и образующее с ней кольцевой зазор, выполненное в виде цилиндра, открытого сверху и заглушенного снизу днищем, установленного на основной горелке, стенки цилиндра выполнены в виде обечайки и набора равномерно расположенных лопаток, установленных между обечайкой и днищем, лопатки выполнены в виде секторов цилиндра, причем наружные части лопаток касаются радиальных плоскостей.

Факельные системы и установки от ООО «Салюс» разработаны и изготавливаются в соответствии с современными требованиями безопасности и учитывают в своей конструкции все основные принципы энергосбережения, которые обладают всеми необходимыми сертификатами.

Применение современных факельных систем:

• Применяются на объектах сбора и подготовки продукции скважин нефтяных и газовых месторождений, объектах нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности, позволяют избежать применения морально и технически устаревших, металлоемких, дорогостоящих и зачастую небезопасных факельных систем;
• Используются при аварийных, постоянных и периодических сбросах, выходе оборудования из строя, отключении электроэнергии, плановом ремонте, а также для сжигания паров и органических веществ;
• Позволяют осуществлять высокоэффективное сжигание любых соотношений углеводородов, кислых и инертных газов за счет соответствующей модификации факельного оголовка;
• Выпускаются открытого, закрытого и мобильного типа.

Преимущества факельных систем

1. Уникальный струйный затвор

Уникальность. Конструкция факельных оголовков, используемых в системах СФС, включает в себя уникальный струйный затвор, не имеющий аналогов в мире и отменяющий необходимость в использовании лабиринтного затвора.

Ус транение горения внутри фак ельного оголовка. Факельный оголовок устраняет горение внутри, поскольку струйный затвор расположен у верхней кромки оголовка. Даже при минимальных расходах струйный затвор предотвращает попадание воздуха внутрь факельного оголовка.

Поэтому рекомендуемый нами расход затворного газа является фактическим расходом, при котором предотвращается внутреннее горение. Другие типы затворов, такие как лабиринтные затворы, не предотвращают внутреннее горение при рекомендуемых для них расходах затворного газа.

Без струйного затвора, расположенного у верхней кромки оголовка, происходит следующее:

• горение внутри оголовка;
• повышенный расход затворного газа для предотвращения внутреннего горения;
• уменьшенный срок службы оголовка;
• повышенный уровень теплового излучения.

Устранение горения внутри факельного ствола. При использовании лабиринтного затвора происходит попадание воздуха внутрь ствола и внутреннее горение. По результатам испытаний при расчетной скорости затворного газа и использовании лабиринтного затвора уровень содержания кислорода составляет 6% на дне лабиринтного затвора. При таком уровне кислорода не обеспечивается защита лабиринтного затвора или факельного оголовка. Образование воспламеняемой газовой смеси внутри лабиринтного затвора и факельного оголовка приводит к горению внутри и очень короткому сроку службы.

Струйный затвор устраняет горение внутри факельного ствола, поскольку струйный затвор расположен у верхней кромки оголовка, и значительно увеличивает срок его службы.

Значительное понижение расхода затворного газа. Использование струйного затвора значительно понижает потребление затворного газа. Так, например, для факельного оголовка диаметром 900 мм рекомендуемый расход затворного газа составляет:

Устранение необходимости в футеровке и дренаже. Футеровка, выложенная внутри лабиринтного затвора, обычно трескается и падает вниз, забивая дренажное отверстие. В результате конденсат и дождевая вода собираются внутри лабиринтного затвора.

Во­первых, сбрасываемый газ будет проходить через жидкую пробку, захватывая жидкость, что приведет к выбросу через факельный оголовок горящих капель. Во­вторых, при минусовых температурах жидкая пробка замерзает и не пропускает сбрасываемый газ. Это представляет собой чрезвычайную опасность и может вызвать аварию на предприятии. В связи с этим, для лабиринтного затвора необходим электро­ или пароподогрев.

Струйный же затвор находится у среза оголовка и таким образом устраняет необходимость в футеровке, дренаже и использовании электро­ или пароподогрева.

Устранение необходимости в частом профилактическом ремонте и обслуживании. В результате вышеуказанных проблем для лабиринтного затвора требуется более частый профилактический ремонт, а также проверка толщины стенок и удаление конденсата и футеровки со дна затвора.

Применение струйного затвора устраняет необходимость в частом профилактическом ремонте и обслуживании факельного оголовка и ствола.

Отсутствие коррозии и экономия металла на изготовлении затвора. Лабиринтный затвор обычно производится из низкоуглеродистой стали. В результате того, что в лабиринтном затворе собирается конденсат, зачастую с коррозионными частицами, а также происходит горение внутри, стенки лабиринтного затвора подвергаются сильной коррозии и прогорают насквозь.

Струйный затвор производится из такой же нержавеющей стали, что и верхняя часть факельного оголовка. В результате устраняются проблемы с коррозией и необходимость в частых профилактических ремонтах. Кроме того, значительно уменьшается расход металла на изготовление затвора.

1. Уникальная конструкция факельного оголовка

Увеличение срока службы за счет использования конического козырька. Факельный оголовок снабжен специальным козырьком, защищающим верхнюю часть оголовка и создающим воздушную камеру. Козырек предотвращает соприкосновение пламени с оголовком при боковом ветре, когда пламя наклоняется к одной стороне оголовка. Таким образом, козырек снижает температуру воздействия на оголовок, тем самым значительно увеличивая его срок службы. Создание воздушной камеры с помощью козырька также является важным фактором.

Если одна сторона оголовка подвергается воздействию пламени в течение длительного времени, температура металла может повыситься до опасного уровня. Благодаря воздушной камере тепло отводится (рассеивается) от металла, поддерживается низкая температура поверхности и увеличивается срок службы. Еще одно преимущество использования козырька заключается в защите пламени дежурной горелки при боковом ветре, который может сорвать это пламя.

1. Уникальная конструкция дежурных горелок

Улучшение безопасности и надежности за счет использования двойной системы розжига. Горелки могут поставляться в одном из трех исполнений:

• горелки для электроискрового розжига;
• горелки для розжига бегущим огнем;
• горелки с двойным розжигом (электроискровой и бегущий огонь), обеспечивающие наибольший уровень безопасности работы установки.

Увеличение срока службы горелок и термопар. Срок службы дежурных горелок и термопар значительно увеличен благодаря использованию специальной улучшенной конструкции козырька горелки, а также благодаря тому, что дежурная горелка защищена коническим козырьком факельного оголовка. Кроме того, каждая термопара имеет свой собственный защитный кожух. Все вышеуказанное приводит к тому, что срок службы дежурных горелок и термопар значительно превышает срок службы горелок других конструкций.

Значительное понижение расхода пилотного газа. Благодаря уникальной конструкции дежурной горелки расход пилотного газа по меньшей мере в три раза меньше, чем расход газа в любых других горелках, что приводит к значительной годовой экономии.

Специальные оголовки для факельных систем

Для бездымного сжигания сбрасываемых газов используются специальные оголовки следующих типов:

1. Факельные оголовки с подачей пара

В факельных системах с подачей пара в зависимости от диаметра оголовка пар может подаваться:

• по центру,
• по кольцу,
• по кольцу и по центру,
• по двум кольцам и по центру.

Для значительного уменьшения расхода пара и улучшения полноты сгорания в факельных оголовках применяется усовершенствованная система подачи пара. При этом пар подается в зависимости от расхода сбрасываемого газа как в центральную паровую форсунку, так и в малое и большое паровые кольца.

1. Факельные оголовки с подачей воздуха

Факельные системы с подачей воздуха являются современным и высокоэкономичным способом обеспечения требуемой бездымности. При этом устраняется необходимость в дорогостоящем паровом коллекторе, его теплоизоляции и дренаже конденсата.

С учетом того, что устраняется необходимость в использовании пара, достигается очень значительная экономия, равная несколькиммиллионамрублей.

Факельная система с подачей воздуха включает в себя оголовок специальной конструкции, воздуходувку, датчик расхода и систему управления воздуходувкой.

1. Скоростные факельные оголовки

Скоростные факельные оголовки представляют собой оголовки с одиночным или множественными соплами для реактивного смешивания с воздухом.

Скоростные факельные оголовки обеспечивают бездымность в верхнем диапазоне аварийного сброса, при этом не требуется подача пара или воздуха.

Факельный ствол

При использовании открытых факельных систем возможно применение следующих типов стволов:

• мачтовые
• самонесущие
• со сдвоенныеми стволами
• на растяжках

Самонесущие

Мачтовые

На растяжках

Со сдвоенными стволами

Стандартный комплект поставки факельной системы

• факельная установка: факельный оголовок, факельный ствол, лестницы и площадки с ограждениями, дежурные горелки и система розжига и контроля пламени;
• блок подготовки и редуцирования газа;
• трубопровод пилотного газа;
• факельный сепаратор или расширительная камера;
• емкость дренажная с насосной станцией откачки жидкости;
• система автоматизации и контроля.

Комплектность поставки определяется по согласованию с заказчиком, в комплект поставки могут входить дополнительные опции.

Выбор высоты факельного ствола

Производятся расчеты теплового, шумового воздействия горения на окружающую среду и расчеты рассеивания хвостовых газов для служб охраны труда и здоровья, экологических территориальных органов.

Данные по тепловому излучению для выбора высоты ствола

Факельные установки закрытого типа

Преимущества закрытых факелов:

• нет дыма;
• не нужен пар;
• нет теплового излучения;
• нет видимого пламени;
• нет запаха;
• низкий уровень шума;
• простота в эксплуатации;
• высокая надежность;
• минимальное обслуживание.

Современные закрытые факельные системы имеют три очень важных преимущества:

• Обеспечивают бездымное сжигание наиболее тяжелых трудносжигаемых газообразных отходов, а также влагосодержащих отходов с низкой теплотворной способностью без использования дорогостоящего пара, воздуходувок или открытых горелок и насадок;
• Могут быть реконструированы в факельную систему термического окисления путем добавления регулятора тяги к свободной естественной тяге воздуха многофорсуночных многоструйных горелок;
• В одной камере сгорания (общей или конструкции «камера в камере») возможно сжигание нескольких разных потоков газообразных или жидких сбросов.

Эффективность удаления продуктов сгорания газообразных и жидких отходов для факельных систем термического окисления превышает 99,9% – это лучший показатель сокращения выбросов окислов серы (SOx), окислов азота (NOx), а также других летучихканцерогенныхвыбросов.

Закрытая факельная система может быть оснащена одной из двух типов систем утилизации тепла: это может быть предварительный нагрев (через теплообменник) потока холодных отходов с целью более эффективного их сжигания или котел для получения водяного пара.

В закрытых факельных системах достигнут высочайший уровень безопасности и надежности. Это обеспечивается сочетанием передовых методов проектирования с современным высокотехнологичным производством.

В системах автоматизации закрытых факельных систем применены самые современные технические решения и разработки: автоматические схемы взаимоблокировок, жидкостные затворы, сканеры пламени, работающие в ультрафиолетовом диапазоне, отказоустойчивые системы запуска и останова, световая сигнализация, многоступенчатые горелочные головки со встроенными огнепреградителями и устройствами предотвращения детонации, а также дежурные горелки с дистанционными генераторами искры и УФ­сканерами.

Полностью автоматизированное многоступенчатое функционирование многофорсуночных, многоструйных горелок с естественной тягой обеспечивает надежное сокращение выбросов с объектов добычи нефти и газа, нефтеперерабатывающих, химических и нефтехимических заводов, а также других предприятий обрабатывающих и перерабатывающих отраслей промышленности.

Применяются на объектах сбора и подготовки продукции скважин нефтяных и газовых месторождений, объектах нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности, позволяют избежать применения морально и технически устаревших, металлоемких, дорогостоящих и зачастую небезопасных факельных систем;

Используются при аварийных, постоянных и периодических сбросах, выходе оборудования из строя, отключении электроэнергии, плановом ремонте, а также для сжигания паров и органических веществ;

Позволяют осуществлять высокоэффективное сжигание любых соотношений углеводородов, кислых и инертных газов за счет соответствующей модификации факельного оголовка;

Выпускаются открытого, закрытого и мобильного типа.

Уникальная система розжига со свечой непосредственно на дежурной горелке не имеет аналогов в мире. Система розжига надежно работает при любых погодных условиях и температурах – в дождь, снег, при ураганных ветрах.

Дежурные горелки со специальными защитными козырьками обеспечивают полную защиту пламени даже в условиях ураганных дождей и ветров. Для контроля наличия пламени в дежурных горелках используются находящиеся внутри и защищенные специальным козырьком термопары. Вследствие этого срок службы дежурных горелок и термопар значительно превышает срок службы горелок других конструкций, а благодаря уникальности конструкции расход пилотного газа многократно меньше, чем расход газа в любых других горелках, что ведет к значительной экономии.

Уникальный струйный затвор не имеет аналогов в мире и значительно более эффективен и экономичен, чем лабиринтный затвор. Его конструкция защищена американским патентом, поэтому никакая другая компания не может использовать такой затвор и не имеет опыта его применения. Наш факельный оголовок исключает горение пламени внутри, поскольку струйный затвор расположен у верхней кромки оголовка. Благодаря используемым высококачественным материалам и особенностям конструкции оголовок имеет длительный срок службы с минимальными расходами на обслуживание.

Уникальные стабилизаторы пламени, благодаря которым выходящий газ завихряется, придавая стабильность пламени. При этом предотвращается отрыв и задувание пламени при любых колебаниях расхода газа, при максимальных выбросах и при любых погодных условиях.

Специальный козырек защищает верхнюю часть оголовка и создает воздушную камеру, что предотвращает соприкосновение пламени с оголовком при боковом ветре, тепло отводится от металла путем рассеивания, поддерживается низкая температура поверхности факельного оголовка. Благодаря этому срок службы наших оголовков значительно превышает срок службы оголовков, изготовленных другими российскими производителями факелов.

Уникальные факела реактивного смешивания представляют собой разнесенные факельные форсунки. Такие факельные оголовки обеспечивают бездымное горение для тяжелых углеводородов при различных давлениях и расходах без использования подачи пара.

Полная взаимозаменяемость с российскими факельными системами.

1.6.1. Факельные установки открытого типа

Открытые факельные системы СФНР применяются при аварийных, постоянных и периодических сбросах. Открытые факельные системы СФНР обеспечивают высокоэффективное сжигание любых объемов углеводородов, кислых и инертных газов, низкий уровень тепловой радиации и экологичность.

Преимущества факельных систем

1. Уникальный струйный затвор

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="9 src="> Факельный оголовок устраняет горение внутри оголовка, так как струйный затвор расположен у верхней кромки оголовка. Даже при минимальных расходах струйный затвор предотвращает попадание воздуха внутрь факельного оголовка. Рассчитанный и рекомендуемый нами расход затворного газа является фактическим расходом, при котором предотвращается внутреннее горение. Другие типы затворов, такие как лабиринтные затворы либо затворы других конструкций, не предотвращают внутреннее горение при рекомендуемых для них расходах затворного газа.

100%" style="width:100.0%;border-collapse:collapse;border:none">

Факельный ствол без затвора

Факельный ствол с лабиринтным затвором, либо с другими затворами,
и с обеспечением видимого пламени

Факельный ствол со струйным затвором НАО

DIV_ADBLOCK927">

Струйный затвор находится у среза оголовка и таким образом устраняет необходимость в футеровке, дренаже и использовании электро - или пароподогрева.

В результате вышеуказанных проблем для лабиринтного затвора требуется более частый профилактический ремонт, а также проверка толщины стенок и удаление конденсата и футеровки со дна затвора.
Применение струйного затвора устраняет необходимость в частом профилактическом ремонте и обслуживании факельного оголовка и ствола.

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="13 src="> Факельный оголовок имеет значительно больший срок службы, чем оголовки других конструкций благодаря тому, что он снабжен специальным козырьком, защищающим верхнюю часть оголовка. Козырек предотвращает наружное воздействие пламени на оголовок при вялых режимах сброса и боковом ветре, когда пламя наклоняется к одной стороне оголовка. Таким образом, козырек снижает температуру, которой подвергается факельный оголовок, тем самым значительно увеличивая срок службы оголовка.

Еще одно преимущество использования козырька заключается в защите дежурной горелки от воздействия основного пламени факельной системы.

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="13"> Дежурные горелки могут поставляться в одном из трех исполнений:
– горелки для электроискрового розжига;
– горелки для розжига бегущим огнем;
– горелки с двойным розжигом (электроискровой и бегущий огонь)

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="13 src="> Срок службы дежурных горелок и термопар значительно превышает срок службы горелок других конструкций благодаря использованию специальной улучшенной конструкции козырька горелки, а также благодаря тому, что дежурная горелка защищена коническим козырьком факельного оголовка. Кроме того, каждая термопара имеет свой собственный защитный кожух.

left " width="100%" style="width:100.0%;border-collapse:collapse">

пар выключен

пар включен

Для бездымного сжигания сбрасываемых газов используются специальные оголовки следующих типов:

1. Факельные оголовки с подачей пара

В факельных системах с подачей пара в зависимости от диаметра оголовка пар может подаваться:

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="13 src="> По кольцу

https://pandia.ru/text/78/555/images/image001_300.gif" alt="*" height="13 src="> По двум кольцам и по центру

Для значительного уменьшения расхода пара и улучшения полноты сгорания в факельных оголовках применяется усовершенствованная система подачи пара. При этом пар подается в зависимости от расхода сбрасываемого газа как
в центральную паровую форсунку, так и в малое и большое паровые кольца.

2. Факельные оголовки с подачей воздуха

Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллекторе , его теплоизоляции и дренаже конденсата. С учетом того, что устраняется необходимость в использовании пара, достигается очень значительная экономия, достигающая миллионов рублей в год. Факельная система с подачей воздуха включает в себя оголовок специальной конструкции, воздуходувку, датчик расхода и систему управления воздуходувкой.

3. Скоростные факельные оголовки

100%" style="width:100.0%;border-collapse:collapse;border:none">

Тип оголовка

Назначение скоростного оголовка и его особенности

Бездымный оголовок с одиночным или множественными соплами. Требуется давление на входе в ствол более 0,01 МПа.

Бездымный оголовок с одиночным или множественными соплами. Требуется давление на входе в ствол более 0,05 МПа

Системы розжига и управления

1. Наименование основных типов дежурных горелок для розжига факелов

Примечание:
Возможна поставка отдельно системы розжига (панель управления, дежурные горелки) для установки на существующую факельную систему.

2. Технические параметры дежурных горелок.

Электроискровой розжиг:

Топливный газ 40 МДж/м3
Количество 1.2 нм3 /час
Давление 0.7 кг/см2
Эл./питание 220 В – 50Гц

Розжиг бегущим огнем:
Газ дежурной горелки Природный газ
Топливный газ 40 МДж/м3
Количество 1.2 нм3 /час
Давление газа для бегущего огня 0.7 кг/см2
Давление воздуха для бегущего огня 1.4 кг/см2
Эл./питание 220 В - 50 Гц
Макс. расстояние ствола от панели розжига Без ограничений

3. Наименование основных типов панелей управления для дежурных горелок

Примечание:
1. Все панели могут быть поставлены также во взрывобезопасном исполнении
2. Для панелей управления розжига бегущим огнем рекомендуется взрывобезопасное исполнение

Стволы для факельных систем СФНР

При использовании открытых факельных систем возможно применение следующих типов стволов:

Выбор высоты факельного ствола

В таблице приведен размерный ряд стволов для факельных систем СФНР.
Факельный оголовок рассчитывается для каждого заказа индивидуально и таким образом обеспечивается долговечность службы всей факельной системы. Все параметры заказа уточняются при заполнении опросного листа и в договоре на поставку продукции

Основные типоразмер диаметров стволов и оголовков

Стрелкин Алексей Викторович, начальник отдела экспертов НК ООО «НТЦ «НефтеМетСервис»

Филин Владимир Евгеньевич, зам.генерального директора ООО «Техэкспертиза»

В статье описываются требования к разным элементам факельных установок, в том числе оголовкам, даны расчеты по оптимальному размеру ствола.

В настоящее время на объектах капитального строительства и технического перевооружения факельного хозяйства, согласно заданию на проектирование, проектируем факельную установку и ее обвязку. Значительная часть технологических установок (ДНС, УПС, УПВСН) подключена к существующей системе газосбора, таким образом, факельные установки служат только для аварийного сжигания попутного газа и для сжигания небольших объемов газа со сбросов с предохранительных пружинных клапанов (ППК).

Сбрасываемый предохранительными устройствами газ должен отводиться в систему или на факел (свечу). Предлагаю установку одного факела аварийного сжигания на существующей системе газосбора от группы технологических установок, а на технологической установке устанавливаем свечу для сжигания малых, периодических сбросов газа от предохранительных клапанов и при опорожнении технологических емкостей.

Согласно принципиальной схеме, продукция скважин поступает в сепаратор нефтегазовый поз. НГС, где при избыточном давлении 0,3 МПа осуществляется сепарация газа. Давление поддерживается регулирующим клапаном «до себя», который устанавливается на газовой линии. Газ, выделившийся в НГС, подается в газосепаратор. В газосепараторе ГС происходит отделение конденсата (капельной жидкости) от газа, после чего попутный нефтяной газ направляется до врезки в существующий газопровод в систему газосбора. В аварийном режиме (компрессорная по трассе или ГПЗ не принимает газ) газ поступает на проектируемую общую факельную установку для группы дожимных насосных станций размещаемою в районе ДНС-10. Факельная установка укомплектована стволом факельным, оголовком факельным со средствами контроля и автоматизации. Условия применения: газ по системе газосбора до факельной установки при ДНС-10 должен транспортироваться под своим давлением (без компрессора) и давление в точке подключения газопровода от технологической установки к общей системе газосбора должно быть не более 0,3 Мпа.

Газ, выделившийся в дренажной емкости при сбросе с предохранительных клапанов и при опорожнении емкостного оборудования (поз. ЕПн-1) отводится на свечу для сжигания малых, периодических сбросов газа.

Розжиг на свече происходит следующим образом, при срабатывании предохранительного клапана на емкости, датчик давления установленный на отводящем трубопроводе от ППК дает сигнал в систему розжига, также возможно подать сигнал на розжиг по положению затвора обратного клапана на свече.

Состав оборудования свечи:

1. Оголовок Dу80.

2. Ствол h=5,0м, Dу 100;

3. Клапан обратный;

4. Автоматизированная система управления розжигом и контролем пламени АСУ РКП. Типовое оборудование факельной установки на группу ДНС:

1. Факельная установка;

2. Емкость подземная дренажная для сбора конденсата с двумя насосами;

3. Электрифицированные задвижки

Особенности рассматриваемой установки:

Полная автоматизация процесса «электророзжиг – контроль пламени»;

Неограниченное количество и быстродействие запусков факела;

На следующем рисунке приведена расчетная схема факельной установки с оголовком прямоточного типа. Факельная установка содержит ствол факела 1, факельный оголовок 2 и входной штуцер 3. Зачастую для расчетов принимают часто используемое отношение:

- высота факельного ствола, м;

Диаметр факельного ствола, м.

При этом коэффициент местного сопротивления при повороте потока после входного штуцера 3 принимают ξ пов =1

При сжигании предельных легких углеводородов: метана, этана, пропана хорошо зарекомендовали себя оголовки прямоточного типа.

При сжигании тяжелых углеводородов, а особенно непредельных, без применения специальных средств подавления дыма (подача водяного пара, дополнительного воздуха) образуется гораздо меньше дыма при применении специальных струйных факельных оголовков. Данный оголовки отличаются от прямоточных тем, что сбросной газ выходит в атмосферу не через цилиндрический срез факельного оголовка, а через ряд сопел, при этом обеспечивается хорошее смешение с воздухом и, как следствие, хорошее, а зачастую и бездымное сгорание.

Исходными данными для расчета диаметра факельной установки являются: состав газа, его плотность ρ и избыточное давление ∆:

- атмосферное давление, Па.

Для газа можно применять модель несжимаемой жидкости, используя простые уравнения:

– скорость газа, м/с;

– площадь поперечного сечения, м 2 .

– диаметр проходного сечения.

Число Рейнольдса:

– кинематический коэффициент вязкости, стокс.

Современные факельные установки должны соответствовать следующим требованиям:

Бездымное или малодымное сжигание газа;

Быстрый и безотказный розжиг;

Возможность управления с отдаленного места (операторной);

Возможность передачи параметров работы установки оператору и на верхний уровень АСУТП, принятие автоматикой решений в случае выхода установки за рамки нормального режима.

В соответствии с существующей теорией горения газов, чем больше молярная масса газа, тем сложнее обеспечить бездымное сгорание. Особенно много дыма бывает у ненасыщенных углеводородных газов. Для обеспечения бездымного сгорания применяют много способов. В основном они направлены на обеспечение максимального перемешивания сжигаемого газа с воздухом. При этом, согласно данным экспериментов, чем выше скорость газа, исходящая из сопла, тем с большей молярной массой можно бездымно сжечь газ.

Эффективным способом дымоподавления является подача в зону горения пара, но в большинстве случаев такая возможность отсутствует. Не нашло большого применения и применение воздуходувок, так как при этом увеличиваются капитальные и эксплуатационные затраты.

Конструкция большинства производимых оголовков в настоящее время представляет собой трубу из жаростойкой стали с кинетическим газовым затвором внутри, который служит для исключения проникновения пламени в ствол установки, для чего необходимо применение продувочного газа.

На конце трубы установлены дежурные горелки и ветрозащитный козырек. Устройство розжига может быть как на оголовке, так и стволе, в том числе на основании ствола или вообще за ограждением установки. К дежурным горелкам при этом подходят запальные трубопроводы. Контроль пламени осуществляют термопарами, ионизационными зондами, оптическими, акустическими или газодинамическими датчиками. Каждый производитель по-своему решает, как организовать выход газа из оголовка и обеспечить бездымное сгорание сбросного газа.

Установленные в щели лопатки обеспечивают турбулентность потока, при котором и происходит перемешивание газа с воздухом. Площадь щели рассчитывается таким образом, чтобы скорость потока газа была в диапазоне от 0,2 до 0,5 скорости звука в газе для газов с плотностью менее 0,8 плотности воздуха и от 0,2 скорости звука до 120 м/с для газов с большей плотностью.

Если давление газа на входе в ствол недостаточно для обеспечения таких скоростей, то оголовок проектируется по типу горелки бытовой газовой плиты с диффузионным горением газа.

В таких горелках пропан или пропан-бутановая смесь, то есть газ с достаточно большой молярной массой сгорает бездымно.

Для обеспечения быстрого и безотказного розжига было решено отказаться от высоковольтных систем, в которых розжиг горючей смеси производится искрой в свече зажигания, в связи с затрудненным воспламенением холодной горючей смеси в зимнее время. После проведения экспериментов забраковали и самососную систему «бегущий огонь», при которой блок розжига с инжектором, готовящим горючую смесь газа с воздухом, находится на существенном расстоянии от дежурных горелок оголовка и дежурные горелки поджигаются фронтом пламени, проходящим по запальному трубопроводу.

Основная причина – сложность обеспечения стехиометрического состава горючей смеси в инжекторе (для каждого состава топливного газа необходимо свое соотношение «газ – воздух») и высокая вероятность потухания фронта пламени в длинных запальных трубопроводах.

Наилучшим и практически безотказным способом оказался розжиг калильной свечой, установленной внутри запальной горелки на расстоянии 100 мм от выхода горючей смеси. Розжиг калильной свечой хорошо зарекомендовал себя в жидкостных горелках, но для газовых систем стал применяться сравнительно недавно.

Для контроля пламени установили термопары (такой способ применяют ведущие зарубежные фирмы). Для обеспечения их длительной работы пришлось заказывать специальную конструкцию с увеличенной длиной и повышенной термостойкостью клеммной головки. С целью повышения срока службы системы розжига, не стали объединять дежурную и запальную горелки в единую запальную горелку, работающую в пилотном режиме (серийно выпускаемые запальные горелки изготавливаются, как правило, из обычной нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т, не предназначенной для длительного воздействия пламени). То есть в пламени находятся только дежурные горелки из специальной жаростойкой стали, а запальные горелки после розжига дежурных гаснут, сохраняя свой ресурс.

Система розжига и контроля включает в себя:

Блок подготовки и подачи на дежурные и запальные горелки топливного газа, помещенный в теплоизолированный обогреваемый шкаф;

Инжектор, готовящий горючую смесь для дежурных горелок;

Блоки запальной и дежурной горелок с термопарой контроля пламени;

Систему АСУ на базе промышленного контроллера.

Система АСУ состоит из трех блоков: шкафа АСУ, панели местного розжига и пульта оператора. Шкаф АСУ с панелью местного розжига взрывозащищенных исполнений устанавливаются за ограждением установки, пульт оператора в операторной. Связь шкафа АСУ с пультом оператора и с верхним уровнем АСУТП осуществляется по интерфейсу RS-485.

Управление возможно в ручном и автоматическом режиме. Особенностью АСУ является то, что она не только осуществляет розжиг и контроль работы факельной установки, но и может принимать сигналы с датчиков всего факельного хозяйства: температуру и уровень конденсата в факельном сепараторе и дренажной емкости, расход и количество продувочного и сбросного газа с архивированием данных в режиме кольцевого буфера. Стоимость АСУ при этом возросла незначительно,

однако такие дополнительные функции позволят проектировщикам и заказчикам существенно уменьшить затраты на обустройство и время на проектирование.

При нарушении режима, например, потухании пламени, АСУ самостоятельно осуществит его розжиг. При уменьшения расхода продувочного газа ниже нормативного – подаст сигнал в АСУТП о необходимости подачи в факельный коллектор инертного газа. При переполнении дренажной емкости – подаст сигнал о необходимости включении насоса откачки.

Пульт оператора оснащен сенсорной панелью с удобной и понятной мнемосхемой, на которой изображаются данные с датчиков и наименование текущей операции процесса розжига с обратным отсчетом времени до ее окончания.

Объемный расход и скорость истечения, сжигаемого на факельной установке попутного нефтяного газа измеряется экспериментально, либо, при отсутствии прямых измерений, Wv рассчитывается по формуле:

Wv = 0,785 ∙ U · d02

U - скорость истечения ПНГ из выходного сопла факельной установки, м/с (по результатам измерений); d0 - диаметр выходного сопла, м (по проектным данным факельной установки).

При отсутствии прямых измерений скорость истечения принимается:

при периодических и аварийных сбросах:

Uзв - скорость распространения звука в ПНГ.

Массовый расход сбрасываемого на факельной установке газа рассчитывается по формуле:

Wg = 2826U · d02 ∙ pг

рг - плотность ПНГ, кг/м3.

Объемный расход продуктов сгорания, покидающих факельную установку:

W ПР = W v *W пс *(___________)

WV - объемный расход (м/с) сжигаемого на факельной установке;

WПС - объем продуктов сгорания;

Тг - температура горения.

Использованная литература:

1. ФЗ № 116.

2. ПБ 03-591-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации факельных систем.

3. РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ ФАКЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.