NO752210L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fakkel for tilførsel av for-brennbare gasser fra f. eks. marine plattformer, og særlig ved-rører den tilførsel av petroleumsgass i nødssituasjoner.

Avbrenning av gasser fra produksjonsenheter som er anbragt på marine plattformer medfører spesielle problemer. På grunn av det begrensede rom som er tilgjengelig på plattformen må flammen som. stiger opp fra fakkelen enten ha en lav stråling av varme eller avskjermes for å beskytte personalet for strål-ingen, flammer og røkgassinnslag med høy temperatur. Et videre krav er at lyden som kommer fra forbrenningsprosessen ikke skal være for sterk.

Vanlige fakler er ikke egnet på begrensede områder på marine plattformer, idet de resulterende lange flammer er vanske-lige å avskjerme med den derav følgende stråling og faren for flammeinnslag.

Det er også ønskelig at fakkelen skal kunne tåle tem-melig store variasjoner i gassgjennomgang mens den fremdeles opp-rettholder en stabil flamme, dvs. fakkelen bør ha et stort reguleringsforhold. En måte å oppnå et stort reguleringsforhold på er anvendelsen av en fakkel av nCoanda"-typen (f. eks. britisk patent nr. 1.383.294) som har et selvregulerende eller variabelt sporutløp. Med uttrykket selvregulerende er ment et spor eller en forrådsledningslukning som innstiller seg selv automatisk med strømning3hastigheten til høytrykksgassen, slik at trykket for gassen forblir tilnærmet konstant ved utgangen fra sporet.

Oppfinnelsen vedrører en ny og bedre selvregulerende innretning ved slike fakler.

Fakler av Coanda-typen kan entenMære innvendig (f. eks. britisk patent nr. 1.278.577) eller utvendig (f. eks. britisk patent nr. 1.303.^39)• Coanda-effekten kan også benyttes i konstruksjonen av luftforflytningsinnretninger, i hvilket til- felle et hus er anordnet rundt Coanda-legemet. I alle disse ty-per enheter vil anordningen av et selvregulerende variabelt spor-utløp gi potensielle fordeler og større driftsfleksibilitet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en Coanda-enhet omfattende en forrådsledning for en trykkgass og et Coanda-legeme som er plasert over utløpet fra tilførselsled-ningen fer å bestemme et spor for utføring av gassen langs flaten til Coanda-legemet, idet en kant av sporet er tilstøtende til Coanda-flaten, og den motsatte kant av sporet er utformet som en ettergivende klaff som kan bøyes innenfor bestemte grenser i samsvar med trykket fra gasstilførselen for å variere den effektive sporbredde.

I samsvar med vanlig praksis er det fortrinnsvis anordnet innretninger for redusering av gasshastigheten etter gjen-nomgangen over Coanda-flaten.

Innretningen for redusering av gasshastigheten er fortrinnsvis et rør eller et område med Økende tverrsnittsflate og er fortrinnsvis en sprederkonus eller trakt som rager opp over toppflaten til brenselskammeret for hvert rør. Konusdimensjone-ne som benyttes er avhengig av den gass som skal forbrennes. Fortrinnsvis inneslutter sprederkonusen (en traktformet konus) en vinkel på 3° - 10°, særlig 4° - 6°, og sprederkonusmunnstyk-kets diameter er fra 1| - 2 ganger innsnevringens diameter.

For ytterligere å stabilisere flammen er et legeme eller en ledeplate fortrinnsvis plasert over fakkelenheten.

Avhengig av mengden av gass som skal brennes kan flere Coanda-fakkelenheter bygges inn i en rekke. Fortrinnsvis er senteret til hver Coanda-fakkelenhet i rekken adskilt om en avstand på 2 - 3 traktutgangsdiametre. Denne anordning gir en optimal sekundær luftinnføring.

Under bruk av elementet i en fakkel er det fordelaktig å innsette pilotlys. Fortrinnsvis, særlig under bruk på en marin plattform, er fakkelen utstyrt med strålings- og/eller vindbeskyttelser.

Fortrinnsvis er den ettergivende klaff på forhånd belastet mot Coanda-flaten, dvs. tilførselsledningen er lukket ved null trykk. Klaffen holdes på en side av sporet, men fri av Coanda-flatesiden slik at den effektive bredde for sporet varierer i samsvar med gasstrykket.

I

I

Fortrinnsvis har den ettergivende klaff form av en ring, fortrinnsvis med konstant tykkelse. For en indre Coanda-flate kan den ytre kant av ringen holdes fast, mens den indre kant er fri slik at den kan bevege seg i samsvar med gasstrykket. For en ytre Coanda-flate har man det motsatte.

For noen anvendelser er det fordelaktig hvis den ettergivende klaff har form av to eller flere samlede ringer, særlig hvor en uønsket svingning bygges opp når en enkelt ring benyttes.

Forskjellige brennstoffgasser krever forskjellige åpninger, f. eks. metan krever mindre luft enn propan for full-stendig forbrenning. Således kan den ettergivende klaff bli forbelastet til forskjellige åpningstrykk i avhengighet av den gass som skal forbrennes.

Klaffen er konstruert av et ettergivende deformerbart materiale med en høy stivhetsmodul for å sikre at det ikke opptrer markerte forandringer i deformasjonsegenskapene under de mange driftssykluser. Eksempler på egnede materialer omfatter . martinsitisk stål, ferritisk rustfritt stål, ferrallium (et varraebehandlet rustfritt stål) beryllium-kobber, aluminiumlegeringer og karbonfibersaarmensetninger. For marin bruk bør mate-rialene i konstruksjonen være sjøvannsbestandige.

Ønsket bevegelse for klaffen begrenses av et stoppe-organ. Gapet mellom den ettergivende klaff og Coanda-flaten varierer vanligvis mellom 0 og 1,27 mm. Den variable gapbredde muliggjør at spyling og rensing kan gjennomføres, noe som er en fordel overfor de faste gapfakler som hoen ganger har bloker-ingsproblemer på grunn av krakking av væskebrensel som blokerer gapet.

I en videre utførelse av oppfinnelsen omfatter den ettergivende klaff en ettergivende kjeglestumpformet konisk ring med konstant tykkelse (f. eks. en Belleville-ring) som er sving-bart festet ved munnen til gasstilførselsledningen. Et gassavtetningselement er anordnet ved svingepunktet for å forhindre

uønsket brenselsgassunnvik.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningene, som viser: fig. 1 et perspektivriss av en liten fakkel innehold-ende 19 enheter i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 et vertikalsnitt gjennom en enkelt fakkelenhet hvor det benyttes en deformerbar ring som viser konstruksjonen og gass- og luftstrømningene,

fig. 3 et diagram over brennstoffgass-strømningshas-tigheten og manifoldtrykket for innvendige Coanda-fakkelenheter som muliggjør en sammenligning av faste og variable sporutfør-elser,

fig. 4 et vertikalsnitt gjennom en annen utførelse

av en fakkelenhet ved anvendelsen av en deformerbar konisk ring for sporbreddevariasjon,

fig. 5 forskjellige former for sporringer egnet for bruk ved Coanda-fakkelen.

Fig. 1 viser en fakkelinnretning omfattende 19 innvendige Coanda-enheter som er festet til en manifold som kan anordnes ved toppen av et skorstensrør på en dypvanns marin plattform.

Høytrykksbrennstoffgass mates inn til fakkelen ved hjelp av et brennstoffinnløpsrør 1 fra gass-oljeseparatorer (ikke vist) og fordeles av manifolden 2 til de enkelte Coanda-enheter y. Fakkelanordningen er vanligvis montert på et tårn i en høyde på ca. 30 meter over plattformen. Vanlige tenninnret-ninger benyttes for å tenne på fakkelen.

Fakkelen kan også utformes i moduler. F. eks. kan

en 24 Coanda-enhetsfakkel dannes av 6 moduler som hver har 4 enheter, idet hver modul er festet til de andre over en brennstoff-tilførselsmanifold.

Fig. 2 vi3er at hver Coanda-fakkelenhet er festet til et tilførselsrør 1 som er forbundet med manifolden 2 som tilfø-rer høytrykksbrennstoffgass. Tilførselsrøret 1 passerer til et ringformet brennstoffoverføringskammer 4 som står i forbindelse med den indre Coanda-flate 5 ved munningen av sprederkonusen 6 når et deformerbart element 7 er åpnet av brennstoffgasstrykket.

Det deformerbare element 7 har form av en ring som

er festet ved sin ytre kant til hovedlegemet på fakkelenheten. Et avstandsstykke 8 benyttes for å innstille stillingen for ringen i avhengighet av den type brennstoffgass og trykk som benyttes, og en begrensningsplate 9 begrenser bevegelsen for ringen 7 for å hindre deformasjon av ringen 7-

Ved bruk av fakkelenheten kommer høytrykksbrennstoff- gass inn i overføringskammeret 4 fra tilførselsledningen 1. Ved et forutbestemt trykk vil brennstoffgasstrykket i overførings-kammeret 4 bevirke at det deformerbare element 7 åpner og således tillater gassen å passere over den indre Coanda-flate 5 til munningen på Coanda-legemet og videre oppover gjennom sprederkonusen eller trakten 6 til utløp ved forbrenningssonen over munnstykket 10 til trakten. Coanda-effekten bevirker innføring av omgivende primærluft, slik at en forbrennbar blanding av brennstoffgass og luft føres gjennom trakten 6 til forbrenningssonen. I den viste anordning på fig. 1 innføres sekundærluft mellom fakkelenhetene også i forbrenningssonen.

Fig. 3 angir resultater for variable og faste spor for innvendige Coanda-fakkelenheter. Dimensjonene for fakkelenheten som er benyttet er følgende:

Vanligvis er ringen på forhånd belastet mot Coanda-flaten slik at åpningen til sporet ikke opptrer før et gasstrykk på 10 psig. (0,703 kg/cm<2>) eller mer.

Formel for å bestemme egenskapene til flate sirkulære plater med sentrale hull under forskjellige kantbetingelser og symmetrisk belastning er angitt av Trumpler et. al. (J. Applied Mechanics, september 1943, A-173). Denne forenklede formel mu-liggjør forhåndsberegninger for ringformede spor for forskjellige materialer med hensyn til moment, avbøyning og vinkelavbøy-ning av plater med trykk og kantbelastning.

Fig. 4 viser en ytterligere utførelse av oppfinnelsen ved anvendelsen av en deformerbar konisk ring eller Belleville-ring 11 for å oppnå:*, en variabel sporfakkel på et utvendig Coanda-legeme 17.

Leppen til høytrykksgasstilførselsledningen 13 er utstyrt med en standard omkretsflens 14. Flensen 14 har et av-trappet spor 15, i hvilket det er innpasset en deformerbar sporring eller Belleville-ring 11. Et gassavtetningselement 12 dan-ner «ilel av sporringen for å forhindre høytrykksbrennstof f gass i å unnvike på annen måte enn via sporet 16. Hvis ikke noe brennstoffgass strømmer langs tilførselsledningen 13, presses sporringen 11 mot basisen til Coanda-legemet 17.

Under bruk av fakkelen bevirker høytrykksbrennstoff-gassen som føres langs ledningen 13 at den deformerbare sporring 11 åpner. Egenskapene til sporringen 11 er valgt slik at de gir en i det vesentlige konstant avbøyning pr. trykkenhet som utøves, dvs. en konstant belastningskarakteristikk. Etter å ha passert gjennom sporet 16 passerer brennstoffgassen på samme måte som beskrevet ovenfor, over Coanda-flaten.

Sporringen 11 omfatter en hul konisk skive (Belleville-ring) og er fremstilt av et ettergivende, deformerbart materiale, f. eks. et martinsitisk stål, og har en høy stivhetsmodul.

Fig. 5 viser forskjellige tverrsnitt for sporringer 11 som kan benyttes i systemet.

Claims (16)

1. Coanda-enhet, karakterisert ved at den omfatter en tilførselsledning for en trykkgass og et Coanda-legeme plasert over utløpet fra tilførselsledningen for å bestemme et spor for utføring av gass langs flaten til Coanda-legemet, idet en kant på sporet er hosliggende til Coanda-flaten, og den motsatte kant av sporet er utformet som en ettergivende klaff som kan bøyes innenfor bestemte grenser i samsvar med trykket for gasstilførselen for variasjon av den effektive sporbredde.

2. Coanda-enhet ifølge krav 1, karakterisert ved at den ettergivende klaff er belastet på forhånd mot Coanda-flaten.

3. Coanda-enhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den ettergivende klaff er en ring, hvis ytre kant er fastholdt og hvis indre kant er fritt bevegelig i samsvar med gasstrykket.

4. Coanda-enhet ifølge krav 1 eller 2,karakter i- sert ved at den ettergivende klaff er en ring, hvis indre kant er fastholdt og hvis ytre kant kan beveges fritt i samsvar med gasstrykket.

5. Coanda-enhet ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at den omfatter to eller flere koaksiale ringer med samme ringbredde og diameter.

6. Coanda-enhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den ettergivende klaff omfatter en ettergivende kjeglestumpformet konisk ring.

7. Coanda-enhet ifølge krav 6, karakterisert ved at den ettergivende kjeglestumpformede koniske ring er en Belleville-ring med konstant tykkelse.

8. Coanda-enhet ifølge ett eller flere av de foranståen-de krav, karakterisert ved at den ettergivende klaff er konstruert av et ettergivende materiale med høy stiv-,hetsmodul.

9. Coanda-enhet ifølge krav 8, karakterisert ved at den ettergivende klaff er konstruert av martinsitisk stål, ferritisk rustfritt.stål, et varmebehandlet rustfritt stål, beryllium-kobber, aluminiumlegeringer eller en karbonfibersam-mensetning.

10. Coanda-enhet ifølge ett eller flere av de foranståen-de krav, karakterisert ved en innretning for redusering av gasshastigheten etter passasje over Coanda-flaten.

11. Coanda-enhet ifølge krav 10, karakterisert ved at innretningen for reduksjon av gasshastigheten er et rør med økende tverrsnittsflate.

12. Coanda-enhet ifølge krav 10, karakterisert ved at innretningen for reduksjon av gasshastigheten, for et innvendig Coanda-legerae, er en sprederkonus.

13. Coanda-enhet ifølge krav 12, karakterisert ved at sprederkonusen har en indre vinkel på 3° - 10°.

14. Coanda-enhet ifølge krav 13, karakterisert ved at sprederkonusens vinkler ligger mellom 4° og 6°.

15. Coanda-enhet ifølge krav 12 - 14, karakterisert ved at sprederkonusens munningsdiameter er 1,5 - 2 ganger den innsnevrede diameter.

16. Coanda-enhet ifølge ett eller flere av de foranståen-de krav, karakterisert ved at en ledeplate er