Расчет диаметра факельной трубы

КЛАССИФИКАЦИЯ ФАКЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

ЭЛЕМЕНТЫ ФАКЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Оценка экологической опасности вод и почв согласно Российским (санитарно-бытовым ПДК) и голландским нормативам

Загрязняющее вещество	ПДК (Россия)	Экологический норматив (Голландия)
Для воды, мг/л	Для почвы, мг/кг	Для поверхностных вод, мг/л	Для грунтовых и подземных вод, мг/л	Для почв и донных отложений, мг/кг
ДДТ	0,1	0,1	но^**	но / 0,00001^*	0,0025 / 4
Полихлорированные бифенилы	0,0001	но	но	0,00001 / 0,00001	0,02 / 1
Гексахлорбензол	0,05	0,03	но	0,00001 / 0,0005	0,0025 / но
Мышьяк	0,05	2,0	0,005	0,01 / 0,06	29 /55
Ртуть	0,0005	2,1	0,00002	0,00005 / 0,0003	0,3 / 10
Цинк	1,0	23,0	0,009	0,065 / 0,8	140 / 720
Хром	0,55	6,0	0,005	0,001 / 0,03	100 /380
Медь	1,0	3,0	0,003	0,015 / 0,075	36 / 190

числитель – экологический норматов,

знаменатель – норматив санации,

но – не определялся.

Факельные установки предназначены для сжигания некондиционных газов, образующихся при пуске, продувке оборудования или в процессе работы, дальнейшая переработка которых экономически нецелесообразна или невозможна.

Сжигание сбросных газов на факельной установке позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды токсичными и горючими веществами.

По месту расположения факельной горелки факельные установки разделяют на высотные и наземные. В высотных факельных установках факельная горелка расположена в верхней части факельной трубы; продукты сгорания поступают сразу в атмосферу. В наземных установках горелка расположена на небольшом расстоянии от земли, а продукты сгорания отводятся в атмосферу через дымовую трубу.

Особые меры безопасности требуется принимать при сжигании углеводородов в наземных факельных установках. В этом случае факельную горелку устанавливают в чашу высотой около 2 м и постоянно контролируют состав, содержащегося в ней газа, чтобы предотвратить вытекание углеводородов в окружающую среду.

Для исключения опасности воспламенения газов и паров, выделяющихся из предохранительных клапанов и технологических установок, а также вредного воздействия на персонал теплового излучения пламени, вокруг факельных установок предусматривают свободную зону. Обычно для наземных факельных установок требуется зона радиусом не менее 50 м, а для высотных – радиусом 30-40 м.

Высотные факельные установки можно разделить на средние (4-25 м) и высокие (более 25 м). В некоторых факельных установках высота факельной трубы составляет 80-120 м.

На объектах нефтяной и газовой промышленности применяют факельные установки:

- низкого давления – для обслуживания цехов и установок, работающих под давлением до 0,2 МПа;

- высокого давления – для обслуживания цехов и установок, работающих под давлением выше 0,2 МПа.

Факельные газы из систем низкого и высокого давления могут (по возможности) собираться в газгольдер для дальнейшего целевого использования (на химическом предприятии).

К факельным установкам предъявляются следующие требования:

- полнота сжигания, исключающая образование альдегидов, кислот, дыма, сажи и других вредных промежуточных продуктов;

- устойчивость факела при изменении расхода и состава сбрасываемых газов;

- безопасное воспламенение, бесшумность и отсутствие яркого свечения.

На практие применяют различные системы факельных установок. Рассмотрим две из них:

1) система со сбросом газов в факельную трубу;

2) система для газов высокого давления с отбором факельных газов на переработку или для сжигания в котельных установках.

А) 1 -сепаратор, 2- факельная труба, 3-дежурная горелка, 4- запальная горелка.I - сбросный (факельный) газ, II- азот для продувки, III- топливный газ, IV- воздух, V- конденсат.

Б) 1-сепаратор, 2- факельная труба, 3-дежурная горелка, 4- запальная горелка,

5- регулирующий клапан.

I-сбросный газ, II- газ потребителю, III-конденсат

Сбрасываемые газы перед попаданием в факельную трубу проходят сепаратор. Конденсат из сепаратора возвращают в производство или утилизируют другим способом или сливают в канализацию. Факельная труба оснащается дежурными и запальными горелками. Такую систему применяют, когда газы не утилизируются (или не подлежат утилизации) или когда давление на технологических установках не достаточно для подачи сбросного (факельного) газа в газгольдер.

В системах второго типа газы поступают в сепаратор, где отделяются от конденсата. Основная масса газа направляется потребителю, а избыток сбрасывается в факельную трубу через регулирующий клапан.

Воздействие теплового облучения от факелов чрезвычайно опасно для людей, животных и всей окружающей среды. В радиусе 50-100 м от факела погибает растительность.

Безопасность эксплуатации факельных установок зависит от правильного выбора режимных параметров:

- диаметра ствола факела, который должен обеспечить стабильное пламя в условиях переменной по составу и расходу нагрузке;

- высоты ствола и

- расстояния вокруг ствола, на котором тепловое излучение будет безопасным.

Скорость движения газа в факельной трубе независимо от колебаний нагрузки всегда должна быть больше скорости распространения пламени, но меньше некоторой предельной величины, при которой возможен отрыв пламени. Экспериментальные данные о скоростях отрыва пламени для факельных труб отсутствуют. На практике принимают, что пламя будет устойчивым при скорости газа на выходе из трубы не превышающей 20-30% скорости звука в этом же газе.

Эта зависимость (рис.2) характеризует высоту пламени для различных скоростей потока. Начиная с 0,2 высота пламени становится постоянной.

Расход сбрасываемого газа определяется по формуле

G = 3600·ρ·U·S, кг/ч (1)

где G - расход газа, кг/ч;

ρ - плотность газа, кг/м³;

U - скорость газа на выходе из факельной трубы (скорость истечения газа), м/с;

S - площадь поперечного сечения трубы, м².

Плотность газа

(2)

где М– молекулярная масса газа, кг/кмоль;

Р - абсолютное давление, Па;

T - температура, К;

R - универсальная газовая постоянная, 8314,8 Па_*м³/ (кмоль_*К).

Скорость звука в идеальном газе:

(3)

где - показатель адиабаты.

Тогда скорость газа на выходе из факельной трубы принимается равной 20% от U_З:

(4)

(4)

Площадь поперечного сечения факельной трубы:

(5)

где d– диаметр факельной трубы.

Подставив 2, 3, 4 и 5 уравнения в (1) и, выразив d, получим:

(6)

Если задан объемный расход газа V (м³/ч), то

(7)

Если сжигаются газы, не выделяющие дыма, то расчетный диаметр может уменьшиться на 15%.

Длина факела рассчитывается по формуле:

(8)

Дата добавления: 2014-11-06