Разместить информацию

Вертикальные факельные установки типа УФМГ-А разработки и производства ООО «ТюменНИИгипрогаз»

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.

Экспериментальный завод ООО «ТюменНИИгипрогаз» уже более 15 лет производит вертикальные факельные установки. Однако до сих пор они комплектовались в основном оголовками и системами розжига и контроля (СРК) других фирм. В последнее время как оголовки, так и СРК фирм-поставщиков перестали удовлетворять требованиям заказчиков. В связи с этим руководством специального конструкторского бюро ООО «ТюменНИИгипрогаз» было принято решение разработать свои конструкции оголовков и СРК, основанные как на опыте эксплуатации установок различных фирм, так и на собственных исследованиях и теоретических расчетах с компьютерным моделированием процессов горения.

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. В оголовках ООО «ТюменНИИгипрогаз» бездымное сгорание достигается благодаря их особой конструкции. В частности, сразу решено было отказаться от прямоточных оголовков, когда оголовок представляет собой открытую сверху трубу (это обеспечивают бездымное сгорание только углеводородных газов с небольшой молярной массой типа метана).

Вместо этого были сконструированы оголовки щелевого типа, из которых газ выходит по круговой щели с отбрасыванием газа на периферию конусной поверхностью. 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 (Рис. 1).

Испытания факельной установки УФМГ-А-150/20 ХЛ с новой системой контроля и розжига, проведенные на полигоне Экспериментального завода ООО «ТюменНИИгипрогаз», показали, что данная система является весьма надежной. Многократно произведенные пробные розжиги не выявили сбоев. Имитирование аварийных ситуаций приводило к адекватной реакции автоматики. Новые установки рекомендованы к серийному производству. При получении заявки специалисты СКБ в короткие сроки рассчитают параметры оголовка, выполнят тепловой и силовой расчет установки и предоставят проектировщикам и заказчикам всю необходимую информацию.

Технической документацией предусматривается производство установок с условными диаметрами оголовков от 100 до 1400 мм высотой от 10 до 110 м. На установки имеется Сертификат соответствия №C-RU.АИ92.00108 и Разрешение на применение Ростехнадзора №РРС 57-000151. Для комплексного обустройства факельных хозяйств Экспериментальный завод ООО «ТюменНИИгипрогаз» производит также трубные расширители, факельные сепараторы, дренажные емкости, свечи рассеивания.

Созонов Н.А.,

главный конструктор СКБ ООО «ТюменНИИгипрогаз»

Автор статьи:

ТюменНИИгипрогаз, ООО

Научно-исследовательские институты

+7-3452-286222 , +7-3452- 274049
625019 Россия Тюмень Воровского,2
Контактное лицо
Написать письмо Сохранить контакт Сообщить об ошибке