NL1004190C2 - Werkwijze voor het affakkelen van gas, alsmede inrichting geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het affakkelen van gas, alsmede inrichting geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het affakkelen van gas, volgens welke werkwijze gas met lucht wordt vermengd, waarna het luchtgasmengsel in een zich nagenoeg verticaal uitstrekkende verbrandingskamer wordt verbrand onder de vorming van een fakkel vormige vlam.

10 De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze, welke inrichting is voorzien van een zich nagenoeg verticaal uitstrekkende verbrandingskamer, die nabij de onderzijde is voorzien van ten minste een luchtgasmengsel toevoerkanaal .

15 Bij het aanboren en de produktie van olie- en/of gasboorputten komen vaak grote hoeveelheden gas vrij die ter plekke moeten worden afgefakkeld, hetgeen in de praktijk vaak gebeurd door het gas door een schoorsteen te leiden en het vervolgens daarin te verbranden. Hierbij ontstaat een fakkel vormige vlam die een aantal meters uit de schoorsteen 20 steekt. Om gevaar voor de omgeving te voorkomen, dient de schoorsteen derhalve relatief lang te zijn.

Een verder nadeel is dat een dergelijke schoorsteen omvattende installatie vaak gedimensioneerd is voor het verbranden van een bepaalde stroom luchtgasmengsel, waarbij bij een afwijkende stroom 25 onvoldoende verbranding kan optreden.

De uitvinding beoogt een werkwijze voor het affakkelen van gas te verschaffen waarbij bovengenoemde nadelen worden vermeden.

Dit doel wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding bereikt doordat aan de onderzijde van de vlam stoom wordt toegevoerd, met 30 behulp waarvan de grootte van de vlam wordt geregeld.

Door toevoeren van stoom nabij de onderzijde van de vlam, is gebleken dat de grootte van de vlam aanzienlijk kan worden gereduceerd. Hierdoor is het mogelijk om de verbrandingskamer zodanig uit te voeren dat de gehele vlam door de verbrandingskamer wordt omringd, 35 waarbij de totale hoogte van de verbrandingskamer kleiner is dan de benodigde hoogte bij de bekende inrichting. De toegevoerde stoom zorgt verder voor een toename van de turbulentie van het luchtgasmengsel waardoor een betere verbranding plaatsvindt. Daarnaast zorgt de stoom voor het 1004190 2 toenemen van de expansie van het gasluchtmengsel waardoor eveneens een verbeterde verbranding plaatsvindt.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat bij aanvang van het verbranden van 5 het luchtgasmengsel, eerst een relatief geringe stroom luchtgasmengsel tot ontbranding wordt gebracht onder de vorming van de fakkel vormige vlam, waarna water in de vlam wordt gespoten, dat door de vlam wordt verdampt en naar de bovenzijde van de vlam opstijgt, vervolgens het toevoeren van het luchtgasmengsel aan de verbrandingskamer aanzienlijk wordt vergroot, 10 waarbij de gevormde stoom langs wanden van de verbrandingskamer in een neerwaartse richting wordt gezogen, waarbij de grootte van de vlam wordt gereduceerd tot een gewenste grootte.

Op deze wijze is het mogelijk om het verbrandingsproces op te starten. Door het in de vlam gespoten water dat vervolgens naar de 15 bovenzijde van de vlam opstijgt, wordt als het ware een stoomblok boven de vlam gevormd. Door het relatief snel daarna in een eerste deel van de verbrandingskamer verhogen van de stroom luchtgasmengsel wordt aldaar een overdruk gecreëerd. In het andere, tweede deel van de verbrandingskamer ontstaat een onderdruk die het stoomblok naar beneden zuigt en daarbij 20 de vlam als het ware naar beneden duwt. Deze in hoogte verminderde vlam kan in stand worden gehouden door het vervolgens toevoeren van stoom aan de onderzijde van de vlam.

De uitvinding beoogt tevens een inrichting te verschaffen waarbij de nadelen van een bekende inrichting worden vermeden. 25 Dit doel wordt bij de inrichting volgens de uitvinding bereikt terwijl de inrichting nabij de onderzijde van de verbrandingskamer verder is voorzien van een stoomtoevoerkanaal.

Door het toevoeren van stoom via het stoomtoevoerkanaal is het mogelijk om de bij het affakkelen van gas ontstane fakkel vormige 30 vlam in grootte te beheersen.

Opgemerkt wordt dat uit de Duitse octrooiaanvrage DE-A1-26.54.438 een inrichting bekend is waarbij stoom aan de verbrandingskamer wordt toegevoerd. Met behulp van stoom wordt ervoor gezorgd dat het gas rookvrij verbrandt. Uit dit document is het echter niet bekend om stoom 35 op een zodanige wijze toe te voeren dat de bij het affakkelen van het gas ontstane fakkel vormige vlam in grootte kan worden beheerst.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarin “004190 3 fig. 1 een perspectivisch aanzicht van een inrichting volgens de uitvinding toont, fig. 2 een langsdoorsnede van een deel van de in fig. 1 weergegeven inrichting toont, 5 fig. 3 een onderzijde van de verbrandingskamer van de in fig. 1 weergegeven inrichting toont, fig. 4 een detail van het in fig. 3 weergegeven aanzicht toont, fig. 5 een dwarsdoorsnede van het in fig. 3 weergegeven 10 aanzicht toont in de door pijlen V-V aangegeven richting, fig. 6 een onderaanzicht toont van de in fig. 2 weergegeven inrichting, fig. 7 en 8 details van de in fig. 2 weergegeven inrichting tonen, 15 fig. 9A-9C een geluiddemper volgens de inrichting tonen, fig. 10 een hittebestendig schot van de in fig. 9A-9C vertoonde geluiddemper toont.

In de figuren zijn overeenkomende onderdelen voorzien van dezelfde verwijzingscijfers.

20 Fig. 1 toont een inrichting 1 volgens de uitvinding waarin schematisch de meeste essentiële onderdelen van de inrichting volgens de uitvinding zijn weergegeven. De inrichting 1 omvat een verbrandingskamer 2 die wordt begrensd door een dubbelwandige cilinder 3. De dubbelwandige cilinder 3 strekt zich nagenoeg verticaal uit en is 25 opgehangen in een metalen frame 4. De cilinder 3 is aan de onderzijde afgesloten door een metalen plaat 5 waar zich buisjes 6, 7 doorheen uitstrekken. De buisjes 7 vormen stoomtoevoerkanalen en zijn aangesloten op in de dubbelwandige cilinder 3 gelegen leidingen (zie fig. 2).

Evenwijdig aan en op afstand van de plaat 5 is een 30 cilindervormige trommel 8 opgesteld waarop een gastoevoerleiding 9 is aangesloten. Aan een naar de plaat 5 toegekeerde zijde is de trommel 8 voorzien van een plaat 10 die is voorzien van een aantal in de trommel 8 uitmondende gastoevoerkanalen 11 en zich door de trommel 8 heen uitstrekkende luchttoevoerkanalen 12. De buisjes 6 in de plaat 5 zijn 35 coaxiaal boven de gastoevoerkanalen 11 gelegen. De tussen de platen 5, 10 gelegen ruimte vormt een luchtgasmengkamer 13. De dubbelwandige cilinder 3 is voorzien van twee concentrisch gelegen buizen 14, 15 die aan de onder- en bovenzijde onderling zijn verbonden door een ringvormige 1004190 4 plaat 16. De buis 14 vormt de binnenwand van de verbrandingskamer 2. De verbrandingskamer 2 is in een naar boven toe gekeerde zijde open en mondt uit in een expansieruimte 17. Boven de expansieruimte 17 is een geluiddemper voorzien zoals is weergegeven in fig. 9A-9C en 10.

5 Fig. 2 toont een langsdoorsnede van de in fig. 1 weergegeven inrichting 1, waarbij voor de duidelijkheid niet alle onderdelen zijn weergegeven. In de tussen de buizen 14, 15 van de dubbelwandige cilinder 3 gelegen ruimte zijn een aantal zich nagenoeg verticaal uitstrekkende leidingen 18 gelegen die aan een bovenzijde open 10 zijn en aan een van de bovenzijde afgekeerde onderzijde zijn verbonden met een U-vormige leiding 19 die is verbonden met een buisje 7a. De in de dubbelwandige cilinder gelegen ruimte is doormiddel van een ringvormig schot 20 in een eerste ruimte 17 en een daarboven gelegen tweede ruimte 21 verdeeld. De tweede ruimte 21 is aan een bovenzijde aangesloten op een 15 zich langs de buitenzijde van de dubbelwandige cilinder 3 uitstrekkende leiding 22 die aan de onderzijde van de dubbelwandige cilinder 3 is verbonden met zich nagenoeg verticaal uitstrekkende leidingen 23 die uitmonden in buisjes 7b. De inrichting 1 is verder voorzien van een watertoevoerleiding 24 die een zich langs de buitenzijde van de 20 dubbelwandige cilinder 3 uitstrekkende leiding 25 en twee, nagenoeg horizontaal in de cilindervormige ruimtes 17, 21 gelegen leidingen 26 omvat. De inrichting 1 is verder voorzien van een waternevel toevoerl ei ding 27 die een in de verbrandingskamer 2 uitstrekkende verticale leiding 28 en een zich nagenoeg horizontaal uitstrekkende leiding 29 omvat. De zich 25 horizontaal uitstrekkende leidingen 26, 29 zijn voorzien van een aantal waterdoorlaatopeningen 30. De inrichting 1 is verder nog voorzien van een waterleiding 31 met behulp waarvan water onder druk in de verbrandingskamer 2 kan worden gespoten.

Om uitzettingsverschillen tussen de buizen 14, 15 op 30 te vangen is de buis 14 voorzien van een balgvormig gedeelte 32.

Fig. 3 toont een deel van de onderzijde van de in fig. 1 weergegeven inrichting waarbij de trommel 8 en de daarboven gelegen plaat 5 zichtbaar zijn. Voor de duidelijkheid is slechts een enkel buisje 11 en een enkel buisje 6 weergegeven. Zoals zichtbaar in fig. 3 omvat de 35 trommel 8 vier gastoevoerbuizen 9a-9d, waarbij de gastoevoerbuis 9d achter de gastoevoerbuis 9b is gelegen. Elke gastoevoerbuis 9a-9d mondt uit in een daarbij behorende gastoevoerkamer 40a-40d. Door de gastoevoerkamers 40a-40d strekken zich luchttoevoerkanalen 12 uit. De gastoevoerkamers 40a- io 04190 5 40d zijn voorzien van een aantal zich verticaal uitstrekkende gastoevoer-buisjes 11 die nabij de plaat 5 conisch toelopen. De plaat 5 is voorzien van coaxiaal aan de gastoevoerbuisjes 11 gelegen luchtgasmengseltoevoer-buisjes 6 die aan een naar de trommel 8 toegekeerde zijde conischvormig 5 uitlopen. De tegenover elkaar gelegen conischvormige gedeelten 41, 42 van de buisjes 11, 6 vormen een venturi waarbij met relatief hoge snelheid en druk door de buisjes 11 stromend gas lucht uit de luchtgasmengsel kamer 13 mee zuigt en door de buisjes 6 in de verbrandingskamer 2 brengt. De luchtgasmengsel kamer 13 wordt via de luchttoevoerkanalen 12 van verse 10 lucht voorzien.

In fig. 4 is de door de conische gedeeltes 41, 42 van respectievelijk de buisjes 11, 6 gevormde venturi duidelijk zichtbaar.

Fig. 5 toont een dwarsdoorsnede van de in fig. 3 weergegeven trommel 8. De trommel 8 is door middel van een aantal zich 15 radiaal uitstrekkende schotten 43 opgedeeld in een aantal gastoevoerkamers of sectoren 40a-40d en daartussen gelegen lege sectoren 44.

Fig. 6 toont een onderzijde van de in fig. 2 weergegeven inrichting 1. De leidingen 22 vertakken in een aantal zich verticaal uitstrekkende leidingen 23 die bij verschillende gastoevoerkamers of 20 sectoren 40a-40d behoren. Bij de in fig. 6 weergegeven inrichting omvat elke sector 40a-40d vier U-vormige leidingen 19 en daarop aangesloten stoomtoevoerbuisjes 7a.

Fig. 7 toont een detail van de in fig. 2 weergegeven inrichting 1, waarbij de aansluiting van leiding 22 op de tussen de buizen 25 14, 15 gelegen ruimte 21 zichtbaar is.

Fig. 8 toont een detail van een onderzijde van een inrichting volgens de uitvinding waarbij dui del ijk de U-vormige leiding 19 en het daarop aansluitende stoomtoevoerbuisje 7a zichtbaar is.

Fig. 9A-9C tonen diverse aanzichten van een geluiddemper 30 5 volgens de uitvinding. De geluiddemper 50a omvat twee evenwijdig uitstrekkende zijwanden 51 en daartussen uitstrekkende schotten 52. De zijwanden 51 zijn voorzien van parabool vormige openingen 53. De schotten 52 sluiten een hoek α in met een volledig open ondervlak 54 van de geluiddemper 50. Verbrandingsgassen stromen in de door pijl Pi aangegeven richting 35 door het ondervlak 54 in de geluiddemper 50, waarna de verbrandingsgassen door de schotten 52 worden afgebogen in de door pijlen P2 aangegeven richtingen, en vervolgens de verbrandingsgassen de geluiddemper 50 langs de zijvlakken 55 en het bovenvlak 56 verlaten. Nabij de zijvlakken 55 is 1004190 6 de geluiddemper 50 voorzien van op afstand van de schotten 52 gelegen zijwanden 57. De verbrandingsgassen kunnen ook via de paral lel vormige opening 53 de geluiddemper 50 verlaten. De schotten 52 omvatten een uit U-achtige profielen opgebouwd frame 60, verstevigingsschotten 61 en een 5 roestvast, hittebestendig gaas 62 (zie fig. 10). Door de schotten 52 wordt het van de verbrandingsgassen afkomstige geluid gedempt.

Het oppervlak van het de inlaatopening vormende vlak 54 is aanzienlijk kleiner dan het oppervlak van de uitlaatopening vormende vlakken 55, 56, 51, waardoor de snelheid en temperatuur van de verbran-10 dingsgassen door de geluiddemper aanzienlijk worden verminderd.

De werking van de inrichting 1 volgens de uitvinding is als volgt. Via de waterleidingen 24, 25, 26 wordt water in de ruimtes 17, 21 van de dubbelwandige cilinder 3 gepompt tot een vooraf bepaald niveau. De inrichting is voorzien van sensoren en een regelaar met behulp 15 waarvan de waterniveaus in de ruimtes 17, 21 kunnen worden waargenomen en geregeld. Vervolgens wordt gas via de gastoevoerkanalen 9a-9d toegevoerd aan de trommel 8 en via de gastoevoerkamers 40a-40d, de buisjes 11 en de daarboven gelegen buisjes 6 naar de verbrandingskamer toegevoerd. Bij het door de buisjes 6 heen stromen van het gas zuigt de gasstroom in de 20 luchtgasmengkamer 13 aanwezige lucht mee in de verbrandingskamer. Door middel van een automatische ontsteker (niet weergegeven) wordt het luchtgasmengsel ontstoken, waarbij zich een fakkel vormige vlam vormt. Door de hitte van de vlam wordt het in de cilinderwand aanwezige water opgewarmd en zal zich nabij de bovenzijde van de ruimtes 17, 21 stoom gaan vormen. 25 Na een vooraf bepaalde tijd, het bereiken van een bepaalde cilinderwandtem-peratuur of het bereiken van een bepaalde stoomdruk, wordt via de leidingen 31, 27, 28, 29 water in de vlam gespoten dat door de hitte van de vlam verdampt en als stoom naar de bovenzijde van de verbrandingskamer opstijgt. Onmiddellijk daarna wordt de gasstroom aanzienlijk verhoogd, waarbij nabij 30 de hartlijn van de verbrandingskamer een overdruk ontstaat. Nabij de wanden van de verbrandingskamer ontstaat een onderdruk die de aan de bovenzijde van de verbrandingskamer aanwezige stoom naar beneden zuigt. Dit aan de bovenzijde van de verbrandingskamer gevormde stoomblok dwingt als het ware de vlam in een neerwaartse richting, waarbij de grootte van de vlam wordt 35 gereduceerd. De toevoer van water via de leidingen 31, 27, 28, 29 wordt vlak daarna gestopt. Tegelijkertijd heeft zich in de ruimtes 17, 21 voldoende stoom ontwikkeld die via de leidingen 18, 19, 22, 23 naar de stoomtoevoerbuisjes 7a, 7b wordt geperst en tegen de onderzijde van de 1004190 7 vlam wordt geblazen. Door de stoom blijft de vlam de door het stoomblok opgedwongen grootte behouden. Door de via de stoomtoevoerbuisjes 7 aan de verbrandingskamer 2 toegevoerde stoom wordt de grootte van de vlam beperkt tot maximaal de hoogte van de verbrandingskamer 2. Verder is 5 gebleken dat door de toegevoerde stoom de turbulentie en expansie van het toegevoerde luchtgasmengsel wordt vergroot waardoor een verbeterde verbranding plaatsvindt. De verbrandingsgassen verlaten de verbrandingskamer 2 aan de bovenzijde en expanderen in de expansieruimte 17. Vervolgens verlaten de verbrandingsgassen de inrichting 1 via de geluiddemper 50 10 waarbij door het verschil in oppervlak tussen de inlaatopening en de uitlaatopening van de geluiddemper 50 nogmaals een reductie van de snelheid van het verbrandingsgas wordt verkregen. Het is gebleken dat door het opdelen van trommel 8 in een aantal gescheiden gastoevoerkamers 40a-40d de gasdruk in de verbrandingskamer bij een zelfde gasstroom kleiner is 15 dan bij het gebruik van een enkele gastoevoerkamer.

Tevens is gebleken dat het gunstig is indien de stoomtoevoerbuisjes 7 nabij de rand van de verbrandingskamer 2 kleiner zijn en nabij het midden langer zijn dan de luchtgastoevoerbuisjes 6.

Bij een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting 1 20 volgens de uitvinding was de totale hoogte van de inrichting ongeveer 15 m, waarbij per uur 75.000 m3 gas werd verbrand. Het gas wordt hierbij met een snelheid van ongeveer 800 km per uur door de buisjes 6 in de verbrandingskamer 2 geperst. De temperatuur aan de onderzijde van de geluiddemper bedroeg ongeveer 500 a 800 °C. Door het in de geluiddemper expanderen van 25 de verbrandingsgasstroom, was de uittredesnelheid aanzienlijk gereduceerd en was tevens de uittredetemperatuur verminderd tot 300 a 400 °C.

Het is mogelijk om de afstand tussen de luchtgasmengsel -buisjes 6 omvattende plaat 5 en de gastoevoerbui sjes 11 omvattende plaat 10 te variëren. Hiermee kan de hoeveelheid lucht die door de gasstroom wordt 30 meegezogen worden veranderd en aangepast aan een gewenst luchtgasverhouding.

Tussen de buizen 14, 15 kunnen warmtegeleidingsschotten zijn opgesteld met behulp waarvan de temperatuur van de binnenste buis 14 sneller wordt overgedragen aan het tussen de buizen 14, 15 aanwezige water.

1004190

Claims (19)

1. Werkwijze voor het affakkel en van gas, volgens welke werkwijze gas met lucht wordt vermengd, waarna het luchtgasmengsel in een zich nagenoeg verticaal uitstrekkende verbrandingskamer wordt verbrand 5 onder de vorming van een fakkel vormige vlam, met het kenmerk, dat aan de onderzijde van de vlam stoom wordt toegevoerd, met behulp waarvan de grootte van de vlam wordt geregeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij aanvang van het verbranden van het luchtgasmengsel, eerst een relatief 10 geringe stroom luchtgasmengsel tot ontbranding wordt gebracht onder de vorming van de fakkel vormige vlam, waarna water in de vlam wordt gespoten, dat door de vlam wordt verdampt en naar de bovenzijde van de vlam opstijgt, vervolgens het toevoeren van het luchtgasmengsel aan de verbrandingskamer aanzienlijk wordt vergroot, waarbij de gevormde stoom langs wanden van 15 de verbrandingskamer in een neerwaartse richting wordt gezogen, waarbij de grootte van de vlam wordt gereduceerd tot een gewenste grootte.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat water nabij de onderzijde van de vlam in de vlam wordt gespoten.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, 20 dat water nabij de bovenzijde in de vlam wordt gespoten.

5. Inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 1-4, welke inrichting is voorzien van een zich nagenoeg verticaal uitstrekkende verbrandingskamer, die nabij de onderzijde is voorzien van ten minste een luchtgasmengseltoevoerkanaal, met het 25 kenmerk, dat de inrichting nabij de onderzijde van de verbrandingskamer verder is voorzien van een stoomtoevoerkanaal.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de inrichting nabij de onderzijde is voorzien van een watertoevoerkanaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat 30 het stoomtoevoerkanaal tevens het watertoevoerkanaal is.

8. Inrichting volgens een der conclusies 5-7, met het kenmerk, dat de verbrandingskamer door twee concentrisch gelegen buizen wordt omringd, die aan beide uiteinden onderling zijn verbonden, waarbij tussen de buizen een waterreservoir is gelegen dat is voorzien van een 35 leiding die met het stoomtoevoerkanaal is verbonden.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de buizen cilindervormig zijn. 1004190

10. Inrichting volgens een der conclusies 8 of 9, met het kenmerk, dat zich tussen de beide buizen warmtegeleidingsschotten uitstrekken.

11. Inrichting volgens een der conclusies 5-10, met het 5 kenmerk, dat de bodem van de verbrandingskamer is voorzien van twee evenwijdig gelegen platen waartussen een luchtgasmengkamer is gelegen, waarbij een onderste plaat is voorzien van in mondstukken uitmondende gastoevoerkanalen en luchttoevoerkanalen, terwijl de bovenste plaat is voorzien van zich door de bovenste plaat uitstrekkende buisjes die in open 10 verbinding staan met de boven de plaat gelegen verbrandingskamer en de onder de plaat gelegen luchtgasmengkamer.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de stoomtoevoerkanalen nabij de rand van de verbrandingskamer korter zijn dan de buisjes en nabij het midden van de verbrandingskamer langer zijn 15 dan de buisjes.

13. Inrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat elk buisje een venturi omvat.

14. Inrichting volgens een der conclusies 11-13, met het kenmerk, dat elk buisje coaxiaal ten opzichte van een mondstuk van een 20 gastoevoerkanaal is gelegen.

15. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de afstand tussen de platen instelbaar is.

16. Inrichting volgens een der conclusies 11-15, met het kenmerk, dat de onderste plaat trommel vormig is en is voorzien van radiaal 25 uitstrekkende schotten, met behulp waarvan de trommel vormige plaat in een aantal gastoevoersectoren en daartussen gelegen lege sectoren is opgedeeld.

17. Inrichting volgens een der conclusies 5-16, met het kenmerk, dat de inrichting nabij de bovenzijde is voorzien van een op de verbrandingskamer aangesloten expansieruimte.

18. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 5-17, met het kenmerk, dat de inrichting nabij de bovenzijde is voorzien van een geluiddemper, welke een aantal onder hoeken geplaatste, hittebestendige schotten omvat.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat 35 de geluiddemper een inlaatopening en een uitlaatopening omvat, waarbij het oppervlak van de inlaatopening kleiner is dan het oppervlak van de uitlaatopening. 1004190