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

	Максимальный сброс
Расход, кг/ч	1630
Температура, °С	25
Давление на входе в ствол (избыточное), кПа	70
Молекулярный вес, кг/кмоль	44-57
Состав факельного газа, % об.
CH 4 -С2Н6	1.0
СЗН8	до 97.0
iC 4 H 10	до 97.0
nС4Н10	до 98.0
С5Н14	до 0,5
Диаметр входного патрубка, мм	800
Бездымность	Да
Пар для бездымной работы	да
Скорость ветра, м/с	4
Конструктивные требования
Расчетное давление (избыточное)	3.5 кг/см²
Расчетная температура	-52 °С / + 38 °С
Максимальная скорость ветра	4 м/с
Сейсмичность	6 баллов
Условия площадки
Температура воздуха	-52 °С / +38 °С
Атмосферное давление	1 атм
Энергоресурсы
Пилотный газ	Природный газ
Продувочный газ	Природный газ
Газ для розжига	Требуется
Сжатый воздух для розжига	требуется
Пар	Да*
Электроэнергия	220/380В, 50Гц, 3ф. (пульт управления)
Электроклассификация	ГОСТ 15150-69

Примечания:

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

Рабочие характеристики
Расчетный расход, кг/ч	1630	1630
Молекулярный вес, кг/кмоль	44	57
Температура газа	25	25
Низшая теплотворная способность (БТЕ/ф3)	2332	2980
Перепад давления в факельном оголовке. кПа (изб.)	10	10
Скорость на выходе, Mach (м/с)	0.005	0.006
Бездымность*	Да	Да
Тепловое излучение (на расстоянии 50 м от основания факела)	<1.4 кВт/м²	<1.4 кВт/м²
Уровень шума (на расстоянии 50 м от основания факела)**	80 дБА	80 дБА

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

Конструкционные материалы
Секция	Mатериал
Оголовок пилота	310 SS
Линия зажигания	310 SS
Основная линия	310 SS
Верхний кронштейн	310 SS
Нижний кронштейн	316L SS
Смеситель	316L SS
Фильтр	316L SS
Высоковольтный запальник	Khantal
Кабели	310 SS
Проектные данные
Общая длина	2.60 метров
Bес	40 кг
Кол-во термопар	1 duplex
Длина термопар	5 м
Потребление энергоносителей
Топливо на пилот	1,6 Нм³/ч на пилотную горелку (природный газ) при 1 Бар

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.

(Постановление Госгортехнадзора РФ от 05.06.2003 N 56. Об утверждении Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности (Зарегистрировано в Минюсте РФ 20.06.2003 N 4812))

3.6.124. Установка и снятие заглушек должны регистрироваться в специальном журнале за подписью лиц, проводивших их установку и снятие, и проверяться лицами, ответственными за подготовку и проведение ремонта.

3.7. Требования к устройству и эксплуатации
факельных систем

3.7.1. Общие положения

3.7.1.1. Требования настоящего подраздела Правил безопасности распространяются на факельные системы объектов обустройства нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.
3.7.1.2. Комплектность факельных систем, конструкция оборудования и оснастки, входящих в их состав, условия эксплуатации должны соответствовать требованиям, установленным Госгортехнадзором России.
Для дожимных насосных станций по согласованию с территориальными органами Госгортехнадзора России допускается упрощенная факельная установка для аварийного сжигания газа при ремонтных работах.
3.7.1.3. Проектирование, строительство и реконструкция факельных систем должны проводиться специализированными организациями.
3.7.1.4. Электроприемники факельных систем (устройства контроля пламени, запальные устройства, системы КИПиА) по надежности электроснабжения относятся к потребителям первой категории.
3.7.1.5. Запрещается направлять на установки сброса углеводородные газы и пары при объемной доле в них сероводорода более 8%.

3.7.2. Устройство факельных установок

3.7.2.1. Конструкция факельной установки должна обеспечивать стабильное горение в широком интервале расходов газов и паров, предотвращать попадание воздуха через верхний срез факельного ствола.
3.1.2.2. В составе факельной установки должны быть предусмотрены:
- - факельный ствол;

- - средства контроля и автоматизации;

- - подводящие трубопроводы газа на запал и горючей смеси;
- - дежурные горелки с запальниками;
- - устройство для отбора проб.
В составе упрощенной факельной установки для дожимных насосных станций должны быть предусмотрены:
- - факельный ствол;
- - оголовок с газовым затвором;
- - дистанционное электрозапальное устройство;
- - подводящие трубопроводы газа;
- - устройства для отбора проб;
- - средства контроля и автоматики.
3.7.2.3. Материалы факельного оголовка, дежурных горелок, обвязочных трубопроводов, деталей крепления следует выбирать с учетом их возможного нагрева от теплового излучения факела.
Обвязочные трубопроводы на участке факельного ствола необходимо выполнять из бесшовных жаропрочных труб.
3.7.2.4. Розжиг факела должен быть автоматическим, а также дистанционно управляемым.
3.7.2.5. Факельная установка должна быть оснащена устройством регулирования давления топливного газа, подаваемого на дежурные горелки.
3.7.2.6. Высота факельного ствола определяется расчетом по плотности теплового потока и с соблюдением условия исключения возможности загрязнения окружающей территории продуктами сгорания.
3.7.2.7. Конструкция крепления растяжек факельного ствола должна обеспечить их защиту от возможного повреждения, в том числе транспортными средствами.
3.7.2.8. Устройство лестниц и площадок должно обеспечивать удобство и безопасность при монтаже и ремонте факельного оголовка и другого оборудования, расположенного на разной высоте факельного ствола.

3.7.3. Требования к территории и сооружениям

3.7.3.1. Факельную установку следует размещать с учетом розы ветров, минимальной длины факельных трубопроводов и с учетом допустимой плотности теплового потока.
3.7.3.2. Расстояние между факельными стволами определяется из условия возможности производства ремонтных работ на одном из них при работающем соседнем факеле.
3.7.3.3. Расстояние между факельным стволом и зданиями, сооружениями объектов обустройства следует определять, исходя из допустимой плотности теплового потока и противопожарных норм.
3.7.3.4. Территория вокруг факельного ствола, а также всех сооружений факельной установки должна быть спланирована, к ним должен быть обеспечен подъезд.
3.7.3.5. Территория вокруг факельного ствола в радиусе его высоты, но не менее 30 м ограждается и обозначается. В ограждении должны быть оборудованы проходы для персонала и ворота для проезда транспорта. Количество проходов должно равняться числу факельных стволов, причем путь к каждому стволу должен быть кратчайшим.
3.7.3.6. При размещении факельных систем в малообжитых районах допускается вместо ограждения выполнять обвалование высотой не менее 1 м и шириной по верху не менее 0,5 м.
3.7.3.7. Все оборудование факельной установки, кроме оборудования факельного ствола, должно размещаться вне ограждения (обвалования).
3.7.3.8. Не допускается устройство колодцев, приямков и других углублений в пределах огражденной территории.

3.7.4. Требования к оборудованию, коммуникациям,
средствам автоматизации

3.7.4.1. Для отдельных факельных систем следует предусматривать один факельный коллектор и одну факельную установку.
Общие факельные системы должны иметь два факельных коллектора и две факельные установки для обеспечения безостановочной работы.
Специальные факельные системы не должны иметь связи с отдельными и общими факельными системами.
3.7.4.2. При сбросах в общую факельную систему газов, паров и их смесей, не вызывающих коррозии более 0,1 мм в год, допускается обеспечивать факельные установки одним коллектором.

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.

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.

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.

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.

Проектируем и изготавливаем факельные установки с обеспечением бездымности сжигания газа, в вертикальном, горизонтальном и мобильном исполнении. Изготавливаем свечи рассеивания, производим строительно-монтажные, шеф-монтажные и пусконаладочные работы факельного оборудования.

Концепция и достигнутый результат в изготовлении бездымных факельных установок.

1. Бездымность работы факельного оголовка в диапазоне расходов от 0 до 3 700 000 м 3 /сут. и плотности сжигаемого газа до 1,4 кг/м 3 (с содержанием тяжелых фракций) только с помощью конструкции оголовка, без применения дополнительного оборудования. Срок службы 20 лет.

Обеспечение бездымности факельного оголовка с помощью дополнительного оборудования при больших сбросах, до 10 000 000 м 3 /сут. и большой плотности сжигаемого газа, в том числе, с содержанием нефтяного тумана и капельных ШФЛУ. Срок службы 20 лет

2. Универсальность дежурной горелки, возможность ее работы на любом составе и параметрах сбросного газа, используя его как топливный, в том числе, при большом содержании инертных (Азота). Срок службы до 20 лет.

3. Полная автоматизация процессов запуска и работы факельной установки без вмешательства оператора. Гарантированность розжига и контроля пламени. Простота в обслуживании.

4. Использование современных технологий и передовых разработок для обеспечения надежности и увеличения срока службы факельной установки.

5. Индивидуальные технические решения при изготовлении факельной установки, применимые к параметрам и условиям для каждого объекта Заказчика.

Компания обепечивает полное соответствие требованиям и нормативам в производстве факельных установок для объектов нефтегазовой отрасли:

• ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
• ВНТП 3-85 «Нормы Технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений».
• «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности». Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №101 от 12 марта 2013г.
• «Руководство по безопасности факельных систем». Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору №779 от 26.12.2012г.
• ГОСТ Р 53681-2009, п.10.1., п.4.4.3.

Вертикальные факельные установки.

Состав, описание оборудования, варианты исполнения.

В стандартном исполнении, вертикальная факельная установка состоит из основных частей:

1. Оголовок факельный.

2. Ствол факельный.

3. Автоматизированная система управления розжигом и контролем пламени факельной установки.

Факельный оголовок бездымного горения

Производимые нашей компанией факельные оголовки обеспечивают бездымность и экологичность сжигания газа благодаря конструкции эжекционного типа. Обеспечиваются газодинамические режимы соотношения сжигаемого газа и эжекции атмосферного воздуха, для создания условий полного сгорания сбросного газа.

При сбросных газах с малой и средней плотностью, до 1,2 - 1,4 кг/м 3 , в зависимости от компонентов в составе газа и других его параметрах, бездымность сжигания обеспечивается без применения дополнительных технических средств, только за счет конструкции факельного оголовка. Смотрите фото ниже:

При большом содержании «тяжелых» компонентов в составе сбросного газа, бездымность сжигания обеспечивается за счет подачи дополнительного наддува воздуха в область горения, с одновременным использованием специальной конструкции факельного оголовка. Данная технология обеспечивает максимальное сгорание «тяжелого» газа и тем самым, бездымность факельного оголовка.

Долговечность работы факельного оголовка обеспечена за счёт самостоятельного эффективного охлаждения его конструкции атмосферным воздухом и рядом других технических решений, использующих законы аэро- и термодинамики. Срок службы 20 лет.

Совмещеные факельные оголовки

В зависимости от технических условий Заказчика, наша компания изготавливает факельные оголовки, обеспечивающие одновременное сжигание газа от двух источников сброса. К примеру, одновременное сжигание технологического сброса газа низкого (ФНД) и высокого (ФНД) давления.

Модификация факельных оголовков и расчет конструкции при изготовлении.

Перед изготовлением факельного оголовка, в зависимости от параметров сжигаемого газа, ООО "ТПП НЕФТЕАВТОМАТИКА" производит расчет конструкции оголовка для обеспечения бездымного сжигания сбросного газа, а так же, расчеты проходных сечений и прочностной расчет конструкции.

Учитывая вышеописанную практику расчетов, изготавливаемые компанией оголовки делятся на несколько стандартных модификаций:

Струйные факельные оголовки, с расходом сжигаемого газа до 200 000 м 3 /сут. (низкого давления);

Струйные факельные оголовки, с расходом сжигаемого газа до 900 000 м 3 /сут. (высокого давления);

Совмещённые струйные факельные оголовки (совмещенные низкого и высокого давления);

Прямоточные вихревые, с расходом сжигаемого газа до 3 500 000 м 3 /сут.;

С дополнительной подачей воздуха высокого давления до 8 кПА, с расходом сжигаемого газа до 10 000 000 м 3 /сут.

Все модификации оголовков факельных соответствуют по бездымности требованиям Правил Безопасности от 26.12.2012г. N779 и ГОСТ Р 53681-2009.

Факельный ствол

В зависимости от технического задания и особенностей объекта Заказчика, ствол факельный изготавлявается в нескольких вариантах:

1. Одиночный факельный ствол, с лестницами, переходами и площадками обслуживания. Диаметр ствола от Ду100 до Ду1200мм, высота ствола от 10 до 100м. Самое распространенное изготовление конструкции факельного ствола для большинства факельных установок.

2. Сдвоенный факельный ствол, с лестницами, переходами и эллипсными площадками обслуживания сразу для двух стволов. Диаметры совмещенных стволов от Ду100 до Ду1200мм, высота стволов от 10 до 100м. На практике конструкция используется для изготовления совмещенной факельной установки.

3. Ствол внутри ствола, с лестницами, переходами и площадками обслуживания. Диаметр внешнего ствола от Ду100 до Ду1200мм, высота ствола от 10 до 80м. Конструкция используется для изготовления совмещенной факельной установки. Главная цель - уменьшение парусности (ветровой нагрузки) на всю конструкцию ствола. Применяется очень редко, ввиду сложности и затратности изготовления, при совместно размещаемом на стволе воздуховоде, для дополнительной подачи воздуха высокого давления на оголовок факельный (дополнительная ветровая нагрузка на ствол).

4. Ствол с опорой башенного типа в виде ферменной конструкции. Применяется в случае ограниченности площадки факельной установки для монтажа ветровых растяжек ствола. Применяется редко, ввиду затратности изготовления фермы башенного типа, высокой стоимости транпортировки элементов конструкции и сложности монтажа на объекте Заказчика.

Для определения конструкции ствола, высоты, диаметра, толщины стенок несущих элементов, количества ветровых растяжек и их исполнение, а так же, других данных, в зависимости от параметров сжигаемого газа, климатических и эксплуатационных особенностей на объекте, ООО "ТПП НЕФТЕАВТОМАТИКА" производит прочностной и ветровой расчет конструкции, расчет высоты факельной установки с учетом теплового излучения сжигаемого газа.

Автоматизированная система управления розжигом и контролем пламени.

На примере вертикальной факельной установки мы представим подробное описание автоматизированной системы управления (АСУ), которая применяется во всех видах факельных установок производимых нашей компанией.

Система управления состоит из нескольких блочных элементов:

1. Дежурная горелка.

2. Токовод.

3. Блок высоковольтный электрического зажигания.

4. Пульт управления единый. В раздельном исполнении - пульты управления местный и дистанционный.

5. Блок управления топливным газом.

Универсальность дежурной горелки заключается в возможности ее применения при отсутствии топливного газа на факельной установке. Разработанная и успешно применяемая на практике, дежурная горелка надежно работает на сжигаемом попутном нефтяном газе, без специальной подготовки, без сепарации и без осушения.

Гарантирована надёжность розжига и работоспособность дежурной горелки при содержании жидких дисперсных составляющих, в кислото-агрессивных средах и при большом содержании инертных в составе сбросного газа, используемого как топливный.

Стабильная работа дежурной горелки обеспечена при диапазоне давления газа от 0,02 МПа до 0,3 МПа. В процессе эксплуатации регулировки по расходам топливного газа не требуются. Средний расход составляет 3-4 м 3 /час при 0,1-0,3 МПа.

За счет применения аэродинамических трубчатых элементов конструкции происходит постоянное, эффективное охлаждение зон высоких температур.

Обеспечен прямой автоматический электророзжиг и контроль пламени при скорости ветра до 35-40 метров в секунду.

Обеспечена стабилизация горения газа с содержанием азота до 85%!

Токовод.

Предназначен для передачи высокого напряжения от блока высоковольтного на электрод дежурной горелки. Выполнен в виде трубчатой конструкции для защиты внутри нее высоковольтной жилы от высоких температур при работе факельного оголовка и атмосферных осадков.

Блок высоковольтный электрического зажигания.

Служит источником высокого напряжения для обеспечения качественного электророзжига на дежурной горелке. Имеет компактные габариты, размещается на факельном стволе, в зоне пониженных тепловых излучений.

Пульт управления единый.

В раздельном исполнении - пульты управления местный и дистанционный.

Пульты управления выполняют весь комплекс функций по автоматическому запуску и поддержанию непрерывной работы факельной установки без участия оператора. Полный функционал управления и получения информации возможен с любого пульта, местного или дистанционного. Вмешательство оператора необходимо только при проведении пусконаладочных или регламентных работ.

Пульт местного управления и контроля обычно размещается на факельной площадке, за обваловкой и монтируется вертикально на стойки или конструкции. Дистанционный пульт размещается в операторной или АСУТП. При поставке единого исполнения пульта управления, он может размещаться в любом месте, за обваловкой на факельной площадке или в операторной (АСУТП).

В зависимости от варианта исполнения, в любом случае, пульт управления единый или дистанционный дополнительно обеспечивают передачу необходимой информации по протоколу Modbus с интерфейсом RS485 или через «сухие» контакты реле в АСУТП, на любое расстояние.

Система автоматизации факельной установки обеспечивает быстродействие и надёжность розжига дежурных горелок за одну-две секунды. Управление системой возможно в ручном и автоматическом режиме, как с факельной площадки, так и с операторной.

В автоматическом режиме, с момента запуска факельной установки происходит:

Автоматический розжиг без участия оператора;

Автоматический контроль пламени дежурных горелок;

Автоматический розжиг в случае погасания пламени дежурной горелки.

Конструкция электрического розжига.

В конструкции системы управления розжигом и контролем пламени факельной установки используются научные разработки авиационной промышленности и их практическое многолетнее применение.

Обобщенно, наша дежурная горелка состоит из корпуса, в виде трубчатой конструкции (заземленной вместе с факельной установкой), внутрь которой подается топливный газ. В центре этой «трубы» размещен электрод, на который подается высокое напряжение до 20 тыс. вольт с высоковольтного блока.

При включении зажигания в ручном или автоматическом режиме создается мощная электрическая дуга между электродом и корпусом дежурной горелки. Потребляемая мощность при этом сравнима с домашней электрической лампой, примерно 100Вт. Происходит гарантированный розжиг газа на дежурной горелке и факельном оголовке. В применяемой нами системе розжига, выделяемая на зажигание электрическая энергия увеличивается до 500%, при сохранении массо габаритных показателей, что позволяет зажигать любые смеси ПНГ, в том числе и при высоком содержании инертных газов.

Конструкция контроля наличия пламени.

Контроль наличия пламени на дежурной горелке основан на физическом принципе «детекторного эффекта пламени». Контроль пламени происходит по факту наличия непосредственно самого тела пламени (плазмы пламени).

Как это происходит:

При включении контроля пламени в ручном или автоматическом режиме с помощью нашей автоматики (пульт управления), в пространстве между центральным электродом и корпусом дежурной горелки происходит ионизация пламени (пламя на дежурной горелке горит). В плазме пламени начинают преобладать положительные ионы (положительные носители заряда), со значительно меньшим количеством отрицательных зарядов, в виде электронов. Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд. В итоге, при подаче переменного напряжения на центральный электрод дежурной горелки по отношению к массе (корпусу) дежурной горелки, суммарный потенциал межу центральным электродом и корпусом дежурной горелки приобретает преимущественно положительный заряд.

В итоге, при наличии пламени на дежурной горелке, между центральным электродом и корпусом дежурной горелки появляется положительный ток ионизации, с устойчивым потенциалом, достаточным для восприятия сигнала нашей автоматикой и выводом на панель пульта управления "сигнала о наличии пламени".

Данный сигнал, так же, используется автоматикой в автоматическом режиме работы факельной устанвоки (автоматическом розжиге в случае отсутствия пламени).

В данной системе контроля пламени полностью отсутствуют элементы специальных конструкций и датчиков (например, защитные карманы для термопар и сами термопары, фотоприемники и фотодатчики), в том числе в зоне повышенных температур. «Ломаться и гореть» здесь просто не чему.

Система контроля пламени надежна и применяется десятки лет на авиационных и ракетных двигателях отечественного производства. Время выдачи сигнала о наличиии или отсутствии пламени – доли секунды.

В целом о дежурной горелке.

В конструкции дежурной горелки используется один центральный электрод, в котором одновременно совмещены функции «зажигания и контроля пламени».

В результате, комплект дежурной горелки, устанавливаемый на факельный олголовок, отличается простотой, надёжностью и сниженной массой.

Для электрода пламени применены жаропрочные стали.

Типоразмерный ряд факельных установок ООО «ТПП Нефтеавтоматика»

Примечание: данные представлены при стандартных, усредненных соотношениях, без учета технических и эксплуатационных данных сбросного газа.

Индивидуальные технические решения

На любом объекте существует ряд технических и технологических особенностей, при которых необходимо обеспечить бесперебойность работы факельной установки. При этом, нестандартными могут быть:

Химический состав сжигаемого (сбросного) газа;

Использование сбросного газа в качестве топливного газа для дежурной горелки;

Периодичность сброса, в том числе, от нескольких источников с разным расходом и давлением;

Ограниченные технические возможности объекта для обеспечения бездымности при сжигании «тяжелых» сбросных газов;

Сложные климатические и геодезические условия.

Мы всегда используем индивидуальный подход к техническим решениям при производстве факельной установки для каждого объекта.