ES2190042T5 - Aparato y metodo de deteccion de llama. - Google Patents

Abstract

APARATO Y PROCEDIMIENTO PARA DETECTAR LA PRESENCIA O AUSENCIA DE UNA LLAMA DESDE UN LUGAR ALEJADO DE ESTA. EL APARATO DETECTOR DE LLAMAS (34, 28, 100, 120, 150) CONSTA DE UN CONDUCTO QUE SE EXTIENDE ENTRE LA UBICACION DE LA LLAMA A DETECTAR Y LA UBICACION REMOTA, UN DETECTOR DEL SONIDO (38) CONECTADO AL CONDUCTO EN LA UBICACION REMOTA PARA DETECTAR EL SONIDO QUE GUIA HASTA ALLI EL CONDUCTO Y GENERAR UNA SEÑAL QUE LO REPRESENTE Y UN SISTEMA PARA RECIBIR LA SEÑAL E INDICAR LA PRESENCIA O AUSENCIA DE LA LLAMA EN RESPUESTA A LA MISMA.

Description

Aparato y método de detección de llama.

La presente invención se refiere a un aparato de detección de llama y a un método para detectar la presencia o ausencia de una llama desde una posición alejada de la llama.

Los quemadores para la combustión de mezclas de combustible y aire incluyen generalmente uno o más quemadores piloto para la ignición de la mezcla de combustible y aire cuando se hace funcionar el quemador. Por lo común, los quemadores principales se ponen en funcionamiento de manera intermitente y los quemadores piloto se hacen funcionar de forma continua. Con el fin de evitar explosiones o fenómenos similares cuando el quemador piloto no funciona correctamente y no se aporta llama de ignición, se proporcionan aparatos de detección de llama piloto, los cuales se ajustan habitualmente de forma que interrumpan el suministro de combustible al quemador cuando no se halle presente una llama piloto.

Se utilizan escapes de deflagración o chimeneas para la combustión de gases sobrantes con el fin de quemar y desechar los residuos y otros materiales combustibles, tal y como se describe en el documento US 4.559.006. Las chimeneas para la combustión de gases sobrantes se encuentran situadas habitualmente en las plantas de producción, de refino y de procesamiento, a fin de desechar los residuos combustibles u otros flujos combustibles que se derivan durante la aireación o venteado, las paradas, las perturbaciones u oscilaciones y/o las emergencias.

Los escapes de deflagración incluyen generalmente también quemadores piloto que se hacen funcionar de forma continua y aparatos de detección de llama que se colocan a menudo en los extremos de descarga abiertos y elevados de los escapes de deflagración y en las cúspides de las chimeneas. Debido a la altura de dichas chimeneas para la combustión de gases sobrantes y a las elevadas temperaturas que se dan durante la deflagración, se han producido con frecuencia fallos en los aparatos de detección de llama, los cuales han venido siendo relativamente difíciles de reparar y de reemplazar.

Un sistema de detección de llama de la técnica anterior para escapes de deflagración incluye un termopar destinado a generar una corriente termoeléctrica cuando es calentado por una llama piloto. En ausencia de la llama piloto se genera una corriente termoeléctrica menor, que se detecta electrónicamente, señalizándose por una alarma.

Se han venido desarrollando asimismo hasta el presente sistemas ópticos para uso en chimeneas para la combustión de gases sobrantes, los cuales se montan sobre el terreno y detectan la presencia o ausencia de una llama en la cúspide de las chimeneas para la combustión de gases sobrantes. Sin embargo, dichos sistemas son susceptibles de falsas lecturas como resultado de las variaciones meteorológicas y similares. Además, pueden no ser capaces de distinguir entre la llama piloto y la llama principal.

Se han desarrollado y utilizado otros dispositivos de detección infrarrojos, ultravioleta, ópticos y acústicos con quemadores y escapes de deflagración, si bien es necesario también que se monten relativamente cercanos a la llama que se detecta para que sean eficaces, es decir, a una distancia comprendida dentro de un metro o menos, y están sujetos a un rápido deterioro debido al intenso calor y son difíciles de reparar o reemplazar.

Los documentos JP-A59/191812 y DE-A3447754 describen un aparato de detección de llama que se sirve de un sensor de sonido comunicado con una cámara de combustión por medio de un conducto que proporciona una conexión acústica. Dependiendo del ruido detectado se generan señales de tensión que son analizadas por medio de un procesador de señal con el fin de indicar el estado de la llama.

El documento US-A-4959638 describe un analizador acústico de la eficacia de la combustión que dispone de varias formas de sensor de llama.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una chimenea para la combustión de gases sobrantes de acuerdo con la reivindicación 1.

El aparato de detección de llama de esta invención puede colocarse a una distancia relativamente grande de la llama que se controla, por lo que no está sujeto al calor intenso, resiste las condiciones meteorológicas variables y puede realizarse su mantenimiento y substitución con facilidad.

Se conecta un detector de sonido al conducto, situado en una posición alejada de la llama, es decir, a aproximadamente entre 1 metro y 200 metros o más de la llama. El detector de sonido detecta el sonido producido por la llama y conducido por el conducto, y genera una señal eléctrica representativa del sonido. Se proporcionan medios electrónicos para recibir la señal eléctrica e indicar la presencia o ausencia de la llama en respuesta a la misma.

Un segundo aspecto de esta invención proporciona un método para detectar la presencia o ausencia de una llama emitida desde un quemador piloto situado en el extremo de descarga abierto de una chimenea para la combustión de gases sobrantes de acuerdo con la reivindicación 10.

Con el fin de que la presente invención pueda comprenderse con mayor facilidad, se proporciona la siguiente descripción, únicamente en calidad de ejemplo, haciéndose en ella referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la Figura 1 es una vista en alzado lateral de una chimenea para la combustión de gases sobrantes, la cual incluye una realización del aparato de detección de la presente invención;

la Figura 2 es una vista en planta superior de la chimenea de combustión de gases sobrantes que se muestra en la Figura 1;

la Figura 3 es una vista esquemática aumentada del generador de llama de ignición de quemador piloto que se muestra en la Figura 1;

la Figura 4 es una vista esquemática aumentada del detector de llama que se ilustra en la Figura 1;

la Figura 5 es una vista aumentada del quemador piloto y del conducto para la conducción del sonido que se ilustran en la Figura 1;

la Figura 6 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de las líneas 6-6 de la Figura 5;

la Figura 7 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de las líneas 7-7 de la Figura 5;

la Figura 8 es una vista en alzado lateral de la chimenea para la combustión de gases sobrantes de la Figura 1, en la que se muestra una segunda realización del aparato de detección de llama de la presente invención;

Las Figuras 1 y 2 muestran una chimenea 10 para la combustión de gases sobrantes que incluye el aparato de detección de llama mejorado de la presente invención, incluyendo la chimenea 10 para la combustión de gases sobrantes un escape de deflagración 12 y un cuerpo de chimenea 14, los cuales se encuentran sujetos entre sí por medio de una pluralidad de pernos 15, en una unión de brida 16. Si bien la altura de las chimeneas para la combustión de gases sobrantes varía dependiendo de diversos factores, la mayor parte de las chimeneas para la combustión de gases sobrantes que se utilizan en las plantas de producción, refino y procesamiento varían en altura desde aproximadamente 6 metros hasta una magnitud tan grande como aproximadamente 200 metros. El extremo inferior del cuerpo de chimenea 14 se encuentra cerrado por medio de una placa de base 18 en el nivel del terreno, y existen uno o más conductos 20 de entrada de gas residual, situados en, o en las proximidades de, el nivel del terreno y unidos al cuerpo de chimenea 14.

El escape de deflagración 12 (al que se hace también referencia en ocasiones como cabeza de deflagración) puede incluir, fijado al mismo, un elemento de desviación o deflector de viento 22, cilíndrico y perforado, situado adyacente al extremo de descarga superior abierto 24 del escape de deflagración 12, y al menos un quemador piloto 26, situado adyacente al extremo de descarga abierto 24. El quemador piloto 26 se hace funcionar habitualmente de forma continua con el fin de proporcionar una llama continua para los flujos de ignición de los gases combustibles que se hacen fluir intermitentemente a la chimenea 10 para la combustión de gases sobrantes.

El quemador piloto 26 está conectado a un tubo o conducto 28 que está fijado al escape de deflagración 12 por una pluralidad de sujetadores o ménsulas 30. Un mezclador de combustible-aire convencional 32 está dispuesto en el interior del tubo 28, cerca de la unión de brida 16 situada entre el escape de deflagración 12 y el cuerpo de chimenea 14, y el conducto 28 está conectado a una fuente de gas carburante combustible, tal como metano. El gas carburante se mezcla con aire aspirado a medida que éste fluye a través del mezclador 32, la mezcla fluye a través del conducto 28, por encima del mezclador 32 hasta el quemador piloto 26, y se quema en el interior del quemador piloto 26 y adyacente al mismo.

Un segundo conducto 34 se extiende desde el quemador piloto 26 hasta una posición en, o cerda de, el nivel del terreno, y está fijado al conducto 28 mediante una pluralidad de ménsulas 35. El conducto 34 está conectado por su extremo superior al quemador piloto 26 y a un generador 36 de llama de ignición por su extremo inferior. Además, un conjunto de detector de llama 38 se encuentra unido al conducto 34 en las proximidades del nivel del terreno, entre el generador de llama de ignición 36 y el quemador piloto 26.

Se hace funcionar un generador de llama de ignición 36 para producir una llama que se propaga a través del conducto 34 hasta el quemador piloto 26. Cuando la llama de ignición emerge del conducto 34, ésta enciende la mezcla de combustible-aire que fluye desde el quemador piloto 26. Una vez encendido el quemador piloto 26, se apaga el generador de llama de ignición 36.

El sonido producido por la llama (no mostrada) del quemador piloto 26 se conduce a través del conducto 34 hasta el conjunto de detector de llama 38, el cual detecta continua e indirectamente el sonido o la ausencia de sonido, lo que indica la presencia o ausencia de la llama en el quemador piloto 26. Si la llama del quemador piloto 26 se ha extinguido por cualquier razón, el conjunto de detector de llama 38 proporciona un aviso tal como una luz y/o una alarma audible, de manera que puede encenderse de nuevo el quemador piloto 26 de forma inmediata. Preferiblemente, el generador de llama de ignición 36 puede ajustarse de modo que se haga funcionar electrónicamente cada vez que el conjunto de detector de llama 38 detecte la ausencia de una llama en el quemador piloto 26.

Haciendo referencia a continuación a las Figuras 5-7, se ilustran en ellas con detalle el quemador piloto 26 y las porciones de extremo superior de los conductos 28 y 34. El quemador piloto 26 comprende una pantalla o protector 40 contra el viento, cilíndrico y perforado, que se fija a una boquilla (o cabeza) 42 de quemador piloto convencional, la cual está fijada a su vez al conducto 28. La boquilla 42 incluye en su interior uno o más orificios de descarga 44 de mezcla de combustible-aire, destinados a descargar la mezcla de combustible-aire en una configuración que produzca una llama piloto estable.

Como se muestra mejor en la Figura 7, la pantalla cilíndrica 40 contra el viento comprende una abertura lateral practicada en la misma, dentro de la cual se suelda la porción de extremo superior 48 del conducto 34. Se ha eliminado un segmento de extremo alargado del conducto 34, dentro de la pantalla 40 contra el viento, y el extremo superior del conducto 34 que queda fuera de la pantalla 40 contra el viento se ha cerrado, por lo que el conducto 34 se abre o desemboca al interior de la pantalla 40 contra viento, gracias a una abertura 50 que se extiende por debajo, a un lado y por encima de la boquilla 42.

Es posible escoger entre una gran variedad de diseños y disposiciones de quemador piloto 26 y de conducto 34 de conducción del sonido de la llama, siendo únicamente necesario que el sonido producido por la presencia de una llama sea conducido hasta la posición alejada en la cual se ha montado el conjunto de detector de llama 38 de esta invención.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 3, el generador de llama de ignición 36 incluye una placa 52 sobre la que se ha dispuesto un transformador 54, conectado a una fuente de energía eléctrica (no mostrada) por medio de cables 56. Los cables contenidos dentro de una conducción 60 de cables eléctricos conectan el transformador 54 a una bujía de encendido 58 situada en posición interna o encerrada, la cual está conectada a una cámara 61 de ignición de combustible-aire que tiene un vidrio de observación 62 dispuesto en ella. La cámara 61 está conectada a un conducto de entrada de aire 64 que dispone de una válvula de corte o parada 66 y de un medidor o indicador de la presión, 68, dispuesto en ella, y a un conducto 70 de gas combustible para ignición, que tiene una válvula de corte 72 y un indicador de la presión, 74, dispuesto en ella por medio de una conexión de T 76.

Durante el funcionamiento del generador 36 de llama de ignición, se hace fluir una mezcla de gas carburante para combustión y aire hacia el quemador piloto 26 a través del conducto 28. Se abren entonces las válvulas 66 y 72 del generador 36 de llama de ignición, a fin de producir una mezcla de gas carburante combustible y aire, la cual fluye al interior de la cámara 61 y a través del conducto 34 hasta el quemador piloto 26. Se activa el transformador 54 apretando el botón 55 del mismo, con el fin de encender la bujía 58 e inflamar la mezcla de gas combustible y aire que fluye a través de la cámara 61. El vidrio de observación 62 proporciona una indicación visual de la ignición. La llama fluye a través de la abertura 50 del conducto 34 situado dentro de la pantalla contra el viento 40 del quemador piloto 26, por lo que la mezcla de gas combustible y aire que está siendo descargada desde la boquilla 42 se enciende. Una vez completada la ignición del quemador piloto 26, las válvulas 66 y 72 del generador 36 de llama de ignición se cierran.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 4, se muestra en ella el conjunto de detector de llama 38 encerrado en un alojamiento 78 e incluyendo un detector de sonido 80 que está conectado de forma hermética al conducto 34. El detector de sonido 80 es un receptor electrónico de vibraciones acústicas, tal como un micrófono, un cristal piezoeléctrico, un geófono o similar, que convierte el sonido conducido hasta él en una señal eléctrica que es transmitida hasta una red electrónica 84 por cables 82. La red electrónica 84 filtra la señal eléctrica hasta obtener una señal representativa de una o más bandas de frecuencias preseleccionadas, siendo conducida entonces la señal por cables 86 hasta un circuito electrónico 88 detector de energía, el cual determina el contenido de energía de la señal eléctrica en la banda o bandas de frecuencias preseleccionadas, a fin de indicar con ello la presencia o ausencia de la llama del quemador piloto. Es decir, si el contenido de energía de la señal es igual o mayor que un contenido de energía predeterminado para la banda o bandas de frecuencias preseleccionadas, se indica la presencia de la llama. Si es menor, se señala la ausencia de llama.

Pueden utilizarse diversas otras técnicas para analizar electrónicamente la señal producida por el receptor de vibración acústica con el fin de detectar la presencia o ausencia de la llama. Por ejemplo, puede analizarse la señal para determinar la presencia o ausencia de un pico de energía en una banda o bandas de frecuencias preseleccionadas; o bien la forma de una representación gráfica de la frecuencia de la señal en función de la energía puede compararse con una representación gráfica estándar que indica la presencia de una llama; o bien es posible comparar la velocidad de cambio de la frecuencia en función de la energía en una banda o bandas de frecuencias preseleccionadas, con la velocidad de cambio en presencia de una llama.

Se proporciona energía eléctrica a los componentes electrónicos 84 y 88 por medio de un transformador 92 conectado a una fuente de energía eléctrica (no mostrada) a través de cables 94, y al componente electrónico 88 a través de cables 90. La presencia o ausencia de la llama del quemador piloto es indicada por el componente electrónico 88 por medio de una señal eléctrica que se conduce, a través de cables 96, hasta una alarma y/u otro sistema electrónico, por ejemplo, un sistema para hacer funcionar automáticamente el generador de llama de ignición 36.

Al ejecutar la etapa de indicar la presencia o ausencia de la llama de forma electrónica o de otra manera a partir de una señal eléctrica o de otro tipo, por ejemplo, microondas, ondas de luz, etc., generada por el detector de sonido, cabe la posibilidad de utilizar varias técnicas.

El aparato y el método de esta invención pueden emplearse en chimeneas para la combustión de gases sobrantes o en otros quemadores que no incluyen generadores de llama de ignición y conducciones independientes para conducir las llamas de ignición a los quemadores o quemadores piloto de los mismos. En aquellas aplicaciones en las que no se dispone de un conducto ya existente para conducir el sonido al aparato de detección, es posible instalar un conducto adicional para la conducción del sonido. También, según se ilustra en la Figura 8, si, por alguna razón, no resulta deseable utilizar el conducto 34 de generador de llama de ignición para conducir el sonido de la llama, puede instalarse una conducción independiente 100 y conectarse a ella el conjunto de detector de llama 38, tal como se muestra.

El término "llama" se emplea aquí haciendo referencia a cualquier llama o reacción de combustión que produzca un sonido detectable. El aparato de detección de llama de esta invención es susceptible de emplearse en quemadores que queman carburante o combustible líquido así como combustible gaseoso, y en los que puede utilizarse cualquier oxidante, tal como aire, oxígeno u otra sustancia oxidante que soporte la combustión.

Claims (13)

1. Una chimenea para la combustión de gases sobrantes, que comprende:

una placa de base (18) en el nivel del terreno, que cierra el extremo inferior de la chimenea (14);

un aparato de detección de llama, destinado a detectar la presencia o ausencia de una llama que emerge de un quemador piloto (26) situado en el extremo superior abierto (24) de la chimenea (10) para la combustión de gases sobrantes, comprendiendo dicho aparato:

un conducto (34), que tiene un extremo situado en dicho extremo abierto de descarga (24) de dicha chimenea para la combustión de gases sobrantes, cercano a dicha llama, por lo que el sonido producido por dicha llama es conducido por dicho conducto hasta un detector de sonido (38) conectado a dicho conducto en una posición alejada de dicha llama, a fin de detectar el sonido conducido por dicho conducto y generar una señal representativa de dicho sonido; y

medios (28, 82-90) para recibir dicha señal, de tal manera que dichos medios comprenden circuitos electrónicos para señalizar la presencia o ausencia de dicha llama en respuesta a la señal recibida;

en la cual dicho detector de sonido se encuentra en una posición alejada de dicha llama, cerca de la parte inferior o base de dicha chimenea para la combustión de gases sobrantes.

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicha señal generada por dicho detector de sonido (38) es una señal eléctrica.

3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual dichos circuitos electrónicos para recibir dicha señal y señalizar la presencia o ausencia de dicha llama son sensibles al contenido de energía de dicha señal en una o más bandas de frecuencias preseleccionadas, a fin de indicar con ello la presencia o ausencia de dicha llama.

4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual dichos circuitos electrónicos para recibir dicha señal y señalizar la presencia o ausencia de dicha llama son sensibles a la presencia o ausencia de un pico de energía en dicha señal, en una o más bandas de frecuencias preseleccionadas, a fin de indicar con ello, respectivamente, la presencia o ausencia de dicha llama.

5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual dichos circuitos electrónicos para recibir dicha señal y señalizar la presencia o ausencia de dicha llama son sensibles a la forma de una representación gráfica de la frecuencia de dicha señal en función de la energía, y comparan dicha forma con una representación gráfica estándar a fin de indicar con ello la presencia o ausencia de dicha llama.

6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual dichos circuitos electrónicos para recibir dicha señal y señalizar la presencia o ausencia de dicha llama son sensibles a la velocidad de cambio de la frecuencia de dicha señal en función de la energía en una o más bandas de frecuencias preseleccionadas, a fin de indicar con ello la presencia o ausencia de dicha llama.

7. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho detector de sonido comprende un receptor electrónico de vibraciones acústicas.

8. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual dicho detector de sonido comprende un micrófono o un cristal piezoeléctrico.

9. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y que comprende adicionalmente un generador (36) de llama de ignición, conectado a dicho conducto (34), produciendo dicho generador de llama de ignición una llama de ignición destinada a encender dicho quemador piloto (26), la cual se propaga a través de dicho conducto hasta dicho quemador piloto.

10. Un método para detectar la presencia o ausencia de una llama emitida desde un quemador piloto (26) situado en el extremo de descarga abierto (24) de una chimenea (10) para la combustión de gases sobrantes, de tal manera que dicho método comprende las etapas de:

conducir el sonido producido por dicha llama a través de un conducto (34), desde la posición de dicha llama hasta una posición alejada de la posición de la llama;

detectar el sonido conducido y producir una señal representativa de dicho sonido; e

indicar la presencia o ausencia de dicha llama a partir de dicha señal representativa de dicho sonido,

en el cual el extremo inferior de la chimenea (14) está cerrado por una placa de base (18) en el nivel del suelo, y dicho conducto se extiende desde la posición de la llama hasta una posición alejada, próxima a la parte inferior o base de dicha chimenea para la combustión de gases sobrantes; y en el cual dicha etapa de detectar el sonido conducido se lleva a cabo en dicha posición alejada de la llama.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual dicha señal es una señal eléctrica y la presencia o ausencia de dicha llama se determina electrónicamente a partir de dicha señal eléctrica.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10 ó la reivindicación 11, en el cual dicha llama, cuando está presente, se emite desde un quemador piloto con el fin de encender una corriente de gas combustible.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 10 ó la reivindicación 11, que comprende adicionalmente la etapa de encender dicho quemador piloto cuando se requiera generando una llama de ignición y haciendo que ésta se propague a través de dicho conducto hasta dicho quemador piloto.