FR2515313A1 - Flare tip employs two or more ring burners - to split gas flow into large number of small flames - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux nez de torche pour la combustion de gaz de provenance diverse dans l'industrie pétrolière.The present invention relates to torch noses for the combustion of gases from various sources in the petroleum industry.
Les torches sont généralement des fûts verticaux de section circulaire calculée pour un débit avec la vitesse de sortie dans l'atmosphère voisine de 0,2 Mach. On recherche habituellement une bonne stabilité des flammes et un rayonnement réduit pour ne pas gêner des opérations effectuées à proximité de la torche, p.ex. sur une plateforme de production en mer, par une meilleure combustion de gaz.The torches are generally vertical drums of circular section calculated for a flow rate with the exit speed into the atmosphere close to 0.2 Mach. Good flame stability and reduced radiation are usually sought in order not to interfere with operations carried out near the torch, eg on a production platform at sea, by better combustion of gas.
Parmi les dispositifs connus visant une meilleure aération de la flamme et l'obtention d'un mélange intime aux proportions désirées de gaz et d'air, nombreux sont ceux qui créent une turbulence d'ensemble de la masse gazeuse selon l'axe vertical, appelée vortex, en imprimant aux gaz une direction oblique ou tangentielle. Cette turbulence est accrue par projection forcée d'air soit au moyen de ventilateurs, soit par impulsion provoque par des jets de vapeur d'eau sous pression.Among the known devices aiming at better aeration of the flame and obtaining an intimate mixture with the desired proportions of gas and air, many are those which create an overall turbulence of the gaseous mass along the vertical axis, called a vortex, printing an oblique or tangential direction to the gases. This turbulence is increased by forced air projection either by means of fans or by impulse caused by jets of pressurized steam.
Sur une plateforme de production de pétrole en mer, la vapeur est rarement disponible et l'emploi de ventilateurs électriques n'est pas sur, car en cas de chute de pression volontaire ou accidentelle, il n'y a plus du tout de fourniture d'énergie électrique, alors que le débit de torche doit etre à son maximum.On an offshore oil production platform, steam is rarely available and the use of electric fans is not safe, because in the event of a voluntary or accidental pressure drop, there is no longer any supply of electrical energy, while the torch flow must be at its maximum.
Selon le brevet américain 4 003 693, le gaz débouche dans le nez de torche à travers des fentes disposées dans des bras radiaux dans une chambre de mélange, où il rencontre l'air passant entre lesdits bras radiaux. Le gaz et l'air imparfaitement mélangés traversent un dispositif à ailettes inclinées qui impriment aux gaz un mouvement tournant pour créer un tourbillon central.According to American patent 4,003,693, the gas opens into the torch nose through slots arranged in radial arms in a mixing chamber, where it meets the air passing between said radial arms. The imperfectly mixed gas and air pass through a device with inclined fins which give the gases a rotating movement to create a central vortex.
L'invention a pour l'objet d'assurer un meilleur brassage de gaz et une plus grande homogénéité dans la répartition de l'air au sein de la masse gazeuse, qui conduisent à une meilleure utilisation de l'énergie de la flamme. Elle repose sur l'idée, que pour obtenir une dispersion homogène il faut créer, au lieu d'un vortex unique, c.à.d. un mouvement tourbillonnaire de la masse d'air et de gaz selon un modèle d'écoulement unique, une multitude de petits tourbillons intenses, dont l'effet de dispersion est très efficace même aux faibles vitesses de sortie.The object of the invention is to ensure better mixing of gases and greater homogeneity in the distribution of air within the gas mass, which lead to better use of the energy of the flame. It is based on the idea, that to obtain a homogeneous dispersion it is necessary to create, instead of a single vortex, i.e. a vortex movement of the air and gas mass according to a single flow model, a multitude of small intense vortices, whose dispersing effect is very effective even at low exit speeds.
Le nez de torche selon l'invention est du genre de ceux, dans lesquels les ajutages raccordés au conduit d'amenée de gaz combustible par des bras d'alimentation débouchent par des fentes entourées d'air et il est caractérisé en ce que les fentes sont disposées selon au moins deux couronnes planes et coaxiales et sont séparées dans chaque couronne par des portions de très faible longueur par rapport à la longueur de la fente, afin de disposer d'un grand nombre de fentes successives réalisant une multitude de petits jets étalés et plats de gaz combustible.The torch nose according to the invention is of the type in which the nozzles connected to the fuel gas supply pipe by supply arms open out through slots surrounded by air and it is characterized in that the slots are arranged in at least two flat and coaxial rings and are separated in each ring by portions of very short length relative to the length of the slot, in order to have a large number of successive slots producing a multitude of small spread jets and combustible gas dishes.
La disposition de fentes selon au moins deux couronnes présente, par rapport aux fentes radicales, l'avantage d'une répartition plus homogène. En effet, dans la disposition connue, le rapport de volumes d'air et de gaz est plus élévé à la périphérie de bras radiaux qu'au centre. Une telle disproportion ne peut que s'accroitre, lorsqu'on cherche à accroitre le débit du gaz en augmentant la longueur totale de fentes par la multiplication de bras radiaux. Tout au contraire, l'augmentation du nombre de couronnes coaxiales contribue à une meilleure homogénéité du mélange.The arrangement of slots according to at least two crowns has, compared to the radical slots, the advantage of a more homogeneous distribution. Indeed, in the known arrangement, the ratio of volumes of air and gas is higher at the periphery of radial arms than at the center. Such a disproportion can only increase, when one seeks to increase the gas flow by increasing the total length of slots by the multiplication of radial arms. On the contrary, the increase in the number of coaxial rings contributes to a better homogeneity of the mixture.
Le très grand nombre de fentes individuelles est obtenu en disposant entre les parois de fentes des portions fermées de très faible longueur, destinées aussi à maintenir une largeur uniforme de fentes, ce qui a pour effet de créer aux deux extrémités de chaque fente des foyers dune turbulence particulière.The very large number of individual slits is obtained by arranging between the slit walls closed portions of very short length, also intended to maintain a uniform width of slits, which has the effect of creating at the two ends of each slit hearths of a particular turbulence.
La disposition en couronnes coaxiales et la forme étalée et plate de jets de gaz donnent une meilleure utilisation de l'énergie potentielle dynamique du gaz dans le dispositif selon l'invention, qui réalise une meilleure utilisation des courants de convection créés par la flamme.The arrangement in coaxial rings and the spread and flat shape of gas jets give better use of the dynamic potential energy of the gas in the device according to the invention, which makes better use of the convection currents created by the flame.
A titre de rappel, il convient de mentionner, que les proportions nécessaires pour la combustion d'un gaz de champs pétrolifère sont de l'ordre de 20 volumes d'air pour 1 volume de gaz.As a reminder, it should be mentioned that the proportions necessary for the combustion of an oil field gas are of the order of 20 volumes of air for 1 volume of gas.
Du point de vue de la mécanique des fluides, le rapport stoechiométrique du mélange air-gaz sera atteint sur une distance, comptée sur l'axe, plus proche du nez de torche avec un orifice en forme de fente qu'avec un orifice circulaire. De même, la vitesse du mélange étant également plus faible, à une distance du nez donnée, le décollement de la flamme est moins mar qué et, en conséquence, la vitesse de sortie provoquant l'extinction par soufflage est plus grande. On pourra donc appliquer à un ensemble de fentes établi pour un débit nominal optimum des débits exceptionnels beaucoup plus importants que pour une torche à orifice circulaire.From the point of view of fluid mechanics, the stoichiometric ratio of the air-gas mixture will be reached over a distance, counted on the axis, closer to the torch nose with a slit-shaped orifice than with a circular orifice. Likewise, the speed of the mixture also being lower, at a given distance from the nose, the separation of the flame is less marked and, consequently, the exit speed causing extinction by blowing is greater. It will therefore be possible to apply to a set of slots established for an optimum nominal flow rate exceptional flow rates much greater than for a torch with circular orifice.
L'angle d'ouverture du jet, qui est fonction de la nature du gaz, est plus grand dans le cas d'orifice en forme de fente que pour un jet circulaire et la turbulence est donc beaucoup plus importante.The opening angle of the jet, which is a function of the nature of the gas, is greater in the case of a slit-shaped orifice than for a circular jet and the turbulence is therefore much greater.
En assurant une bonne aération de la flamme, on assure une meilleure combustion et on déplace son spectre d'émission vers le bleu, ce qui diminue son rayonnement spécifique.By ensuring good ventilation of the flame, it ensures better combustion and its emission spectrum is shifted to blue, which decreases its specific radiation.
D'autre part, la disposition concentrique des fentes produisant des flam mes concentriques à l'origine induit un volume de flamme globuleuse.On the other hand, the concentric arrangement of the slots producing originally concentric flames induces a volume of globular flame.
Or, les flammes rayonnent proportionnellement à leur surface extérieure, c. .d. plus la flamme est globuleuse, plus sa surface, à volume égal,.est réduite et plus faible est son rayonnement.However, the flames radiate in proportion to their exterior surface, c. .d. the more globular the flame, the smaller its surface, at equal volume, and the lower its radiation.
D'autre part, les flammes intérieures ne peuvent rayonner vers l'extérieur de la flamme à travers le tore de la flamme externe qui joue le rôle d'écran pour les raies d'émission correspondantes à leur température.On the other hand, the internal flames cannot radiate towards the outside of the flame through the torus of the external flame which acts as a screen for the emission lines corresponding to their temperature.
Puisque l'aération interne est suffisante, la flamme interne tend à avoir la même température que la flamme externe et, par conséquents les spectres d'émission et d'absorption se recouvrent. On crée ainsi des flammes creuse.Since the internal aeration is sufficient, the internal flame tends to have the same temperature as the external flame and, consequently, the emission and absorption spectra overlap. This creates hollow flames.
où la masse interne de gaz radiant n'émet pas à l'extérieur ou, tout au moins, elle émet de façon attenuée.where the internal mass of radiant gas does not emit to the outside or, at least, it emits attenuated.
Les couronnes coaxiales peuvent être situées dans le même plan ou dans des plans décalés, elles peuvent avoir la forme circulaire, mais elles seront de préférence constituées par des polygones équilatéraux, les côtés d'un polygone étant parallèles aux côtés d'un ou de plusieurs autres polygones.The coaxial rings can be located in the same plane or in offset planes, they can have the circular shape, but they will preferably be constituted by equilateral polygons, the sides of a polygon being parallel to the sides of one or more other polygons.
Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, le nez de torche comporte, en plus de couronnes portant des fentes concentriques, une pluralité de fentes radicales, régulièrement espacées et disposées entr les couronnes successives.According to a particularly advantageous embodiment, the torch nose comprises, in addition to crowns carrying concentric slots, a plurality of radical slots, regularly spaced apart and arranged between the successive crowns.
De telles fentes radiales peuvent relier entre eux les sommets des côtés de polygones coaxiaux successifs ou les milieux des côtés de tels polygones. De preférence, on choisira la largeur de fentes de l'ordre du centième du rayon du cercle inscrit dans le polygone intérieur, tandis que l'espacement choisi entre deux couronnes successives sera de l'ordre de grandeur du rayon de ce cercle inscrit dans la couronne intérieure.Such radial slots can connect the vertices of the sides of successive coaxial polygons or the midpoints of the sides of such polygons. Preferably, the width of the slots will be chosen in the order of a hundredth of the radius of the circle inscribed in the inner polygon, while the spacing chosen between two successive crowns will be of the order of magnitude of the radius of this circle inscribed in the inner crown.
Le nombre de couronnes concentriques, la largeur de fentes et, éventuel le- ment le nombre de fentes radicales, seront choisis en fonction de données habituellement prises en compte-pour calculer la section de débit pour les torches classiques. On peut considérer qu'un nez de torche, dans lequel on dispose deux couronnes octogonales coaxiales avec des fentes reliant les milieux des côtés de polygones, convient pour des débits allant jusqu'à plusieurs millions Nm3/jour. On peut également augmenter le nombre de bras à fentes-radiales, car la vitesse de circulation du gaz dans les bras ne doit pas créer de surpressions susceptibles de modifier l'écoulement général.The number of concentric rings, the width of the slits and, if necessary, the number of radical slits, will be chosen according to data usually taken into account to calculate the flow section for conventional torches. It can be considered that a torch nose, in which there are two coaxial octagonal rings with slots connecting the midpoints of the sides of polygons, is suitable for flow rates of up to several million Nm3 / day. It is also possible to increase the number of arms with radial slots, since the speed of circulation of the gas in the arms must not create overpressures liable to modify the general flow.
On donnera aux bras d'alimentation, de préférence, une forme parallèlipipédique de section aplatie, dont les faces verticales sont les plus grandes. En effet, lorsqu'une telle face du bras est disposée perpendiculaire ment à la direction du vent latéral, elle favorise la remontée verticale de l'air en direction du nez de torche et améliore ainsi les caractéristiques aérodynamiques du dispositif d'appel d'air.The feed arms will preferably be given a parallelipiped shape of flattened section, the vertical faces of which are the largest. Indeed, when such a face of the arm is arranged perpendicular to the direction of the side wind, it promotes the vertical ascent of the air in the direction of the torch nose and thus improves the aerodynamic characteristics of the air drawing device. .
Un autre avantage résultant du dispositif selon l'invention concerne les veilleuses. Dans les systèmes classiques, celles-ci sont installées autour du tube du fût de la torche, généralement au nombre de trois pvr assurer l'allumage quelle que soit la direction du vent. Grâce à la disposition du nez à fentes concentriques, le but recherché sera atteint de façon plus sure en plaçant les veilleuses à l'intérieur et de préférence à la périphérie des jets de la couronne interne, c.à.d. à l'endroit ou la flamme de veilleuse rencontre un mélange air-gaz aux proportions'optimales et la flamme de la veilleuse sera aspirée au sein de ce mélange. Ces veilleuses sont du type classique à prémélange ou du type à économie d'énergie, telles que faisant l'objet du brevet français nO 80 18681 deposé le 28 août 1980 au nom de la déposante.Another advantage resulting from the device according to the invention relates to pilot lights. In conventional systems, these are installed around the tube of the torch barrel, generally three in number ensuring ignition regardless of the wind direction. Thanks to the arrangement of the nose with concentric slits, the desired objective will be achieved more securely by placing the pilot lights inside and preferably at the periphery of the jets of the internal crown, i.e. at the place where the pilot flame meets an air-gas mixture in optimal proportions and the pilot flame will be drawn into this mixture. These pilot lights are of the conventional premix type or of the energy saving type, as the subject of French patent No. 80 18681 filed on August 28, 1980 in the name of the applicant.
D'autres caractéristiques et particularités de l'invention apparaitront à la lumière des exemples de réalisation illustrés aux dessins annexes, dont
la figure 1 représente une vue de dessus d'un nez de torche à deux cou
ronnes circulaires selon l'invention,
la figure 2 une vue en coupe axiale selon la ligne A-8 de la figure 1,
la figure 3 une yue en perspective d'un nez à deux.couronnes octogo
la figure 4 une vue en perspective d'un détail du mode de réalisation
selon la figure 3,
la figure 5 une vue en coupe d'un autre mode de réalisation, et
la figure 6 une vue en perspective d'une grappe de nez de torche selon
l'invention.Other characteristics and peculiarities of the invention will appear in the light of the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings, including
Figure 1 shows a top view of a torch nose with two necks
circular columns according to the invention,
FIG. 2 is an axial section view along the line A-8 of FIG. 1,
Figure 3 a perspective yue of a nose with two octagonal crowns
Figure 4 a perspective view of a detail of the embodiment
according to figure 3,
FIG. 5 is a sectional view of another embodiment, and
Figure 6 a perspective view of a torch nose cluster according to
the invention.
Le nez de torche raccordé sur un fût de torche 1 comprend un conduit axial d'amenée de gaz 2, obturé à son extrémité supérieure, sur lequel sont branchés quatre bras tubulaires d'alimentation 3,3a par couronne. Ils servent en meme temps de support mécanique des couronnes et notamment des ajutages extérieur 4 et intérieur 4a débouchant par des fentes 5 et 5a vers le haut dans le plan axial des ajutages.The torch nose connected to a torch barrel 1 comprises an axial gas supply duct 2, closed at its upper end, to which four tubular supply arms 3.3a are connected by crown. At the same time they serve as a mechanical support for the crowns and in particular the outside 4 and inside 4a nozzles opening out through slots 5 and 5a upwards in the axial plane of the nozzles.
La succession des fentes est interrompue par des portions fermées 6 de faible longueur relativement à la longueur des fentes.The succession of the slots is interrupted by closed portions 6 of short length relative to the length of the slots.
Dans le cas représenté aux figures 1 et 2, les couronnes concentriques sont circulaires et au nombre de deux. La répartition du débit de gaz entre les deux couronnes se fera au prorata des surfaces de fentes.In the case shown in Figures 1 and 2, the concentric rings are circular and two in number. The distribution of the gas flow between the two rings will be in proportion to the slit surfaces.
Les couronnes peuvent avoir une forme polygonale, p.ex. octogonale, comme le montre l'exemple de réalisation représenté à la figure 3. Dans cet exemple, chacun des huit bras d'alimentation 7 est constitué par une boite en tôle de section transversale rectangulaire, qui se termine par des ajutages en forme de boites trapézoidales, dont les côtés latéraux s'élargissent vers le haut et qui débouchent par une ou plusieurs fentes rectilignes.The crowns can have a polygonal shape, eg octagonal, as shown in the embodiment shown in Figure 3. In this example, each of the eight supply arms 7 is constituted by a sheet metal box of cross section rectangular, which ends in nozzles in the form of trapezoidal boxes, the lateral sides of which widen upwards and which open out through one or more rectilinear slots.
Dans le cas de la figure 4, le bras d'alimentation 7 porte à son extrémité deux tels ajutages 8 et 9 parallèles. Le bras 7 porte également entre les boites formant deux ajutages parallèles un ajutage 10, dont la fente radiale est perpendiculaire aux deux fentes précédentes, La boite 10 est soudée en Il à l'ensemble, p.ex. préfabriqué, comportant le bras 7 et les boites trapézoidales 8 et 9.In the case of Figure 4, the supply arm 7 carries at its end two such nozzles 8 and 9 parallel. The arm 7 also carries between the boxes forming two parallel nozzles a nozzle 10, the radial slot of which is perpendicular to the two preceding slots, The box 10 is welded in It to the assembly, for example prefabricated, comprising the arm 7 and trapezoidal boxes 8 and 9.
Les croisées de fentes en il sont obturées de façon à ne pas créer à cet endroit des points de passage préférentiels, afin d'éviter l'apparition des flammes en pointe.The cross slits in it are closed so as not to create preferential crossing points at this point, in order to avoid the appearance of pointed flames.
on peut également augmenter le nombre d'ajutages, tels que 8 et 9, en pla çant plusieurs boites trapézoidales d'ajutage sur le même bras d'alimentation. Afin de répartir le débit de gaz proportionnellement aux surfaces de fentes concentriques de chaque couronne > on peut placer à l'intérieur du bras 7 des cloisons internes formant des aubes déflectrices.you can also increase the number of nozzles, such as 8 and 9, by placing several trapezoidal nozzle boxes on the same feed arm. In order to distribute the gas flow proportionally to the surfaces of concentric slots of each crown> it is possible to place inside the arm 7 internal partitions forming deflecting vanes.
Lorsque l'on est confronté à deux sources de gaz de basse et de haute pressions, on peut réaliser des torches doubles (fig.5). A chaque conduit d'amenée 2 et 2a est raccordé un bras d'alimentation 7 et 7a portant à son extrémité un nez de torche selon l'invention indiqué schématiquement par 14 et 14a. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux avec deux sources de gaz provenant d'un gisement d'huile. En effet, le gaz à basse pression contient des composantes lourdes et sa combustion nécessite un grand volume d'air. La combustion de ce gaz sur la couronne intérieure du nez sera favorisée par l'appel d'air réalisé par la couronne ex- térieure alimentée par le gaz de grand débit et de pression élevée. When we are confronted with two sources of gas of low and high pressures, we can realize double torches (fig. 5). To each supply conduit 2 and 2a is connected a supply arm 7 and 7a carrying at its end a torch nose according to the invention indicated schematically by 14 and 14a. This embodiment is particularly advantageous with two sources of gas coming from an oil deposit. Indeed, gas at low pressure contains heavy components and its combustion requires a large volume of air. The combustion of this gas on the inner ring of the nose will be favored by the call for air produced by the outer ring supplied by the gas of high flow rate and high pressure.
Plusieurs nez de torche selon l'invention, chacun alimenté par une source de gaz différente, peuvent être réunis en grappe disposée autour de l'axe de l'installation de torche (fig.6). Une telle réalisation permet d'alimenter chaque nez de torche, soit par une source de gaz différente ou à partir de collecteurs différents, soit alimenter, à volonté, un nombre variable de nez de torche en fonction du débit de gaz et des besoins.Several torch noses according to the invention, each supplied by a different gas source, can be brought together in a cluster arranged around the axis of the torch installation (fig. 6). Such an embodiment makes it possible to supply each torch nose, either by a different gas source or from different collectors, or to supply, at will, a variable number of torch noses as a function of the gas flow rate and requirements.
En conclusion, le nez de torche à fentes concentriques selon l'invention, permet d'obtenir des flammes de torche courtes, stables et beaucoup moins radiantes que les flammes des torches classiques. In conclusion, the torch nose with concentric slots according to the invention makes it possible to obtain short torch flames, stable and much less radiant than the flames of conventional torches.
Une telle disposition permet une installation plus facile des écrans de protection éventuels, qui seront plus compacts et de surface plus petite que ceux de torches classiques.Such an arrangement allows easier installation of any protective screens, which will be more compact and smaller in area than those of conventional torches.
L'effet d'ajutage en fente permet un contrôle plus aisé du mélange airgaz. Les retours de flamme par introduction d'air dans les fûts aux débits très faibles sont moins à craindre.The slit nozzle effect allows easier control of the air gas mixture. Flashbacks by introducing air into drums at very low flow rates are less to be feared.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation exposés cidessus, de nombreuses variantes, tant en ce qui concerne la géométrie des couronnes et des bras radiaux, que le nombre et les dimensions defentes, peuvent être apportés, sans sortir du cadre de l'invention. The invention is not limited to the embodiments set out above, numerous variants, both with regard to the geometry of the crowns and of the radial arms, that the number and the dimensions of the slots, can be provided, without departing from the scope of the invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8120204A FR2515313A1 (en) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | Flare tip employs two or more ring burners - to split gas flow into large number of small flames |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8120204A FR2515313A1 (en) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | Flare tip employs two or more ring burners - to split gas flow into large number of small flames |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2515313A1 true FR2515313A1 (en) | 1983-04-29 |
| FR2515313B1 FR2515313B1 (en) | 1984-02-10 |
Family
ID=9263466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8120204A Granted FR2515313A1 (en) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | Flare tip employs two or more ring burners - to split gas flow into large number of small flames |
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| FR (1) | FR2515313A1 (en) |
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| FR2515313B1 (en) | 1984-02-10 |
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