BR0300696B1 - dispositivo anel para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas. - Google Patents

Description

DISPOSITIVO ANEL PARA ALTERAR A ENTRADA DE AR E A MISTURA AR-GÁS EM TOCHAS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os dispositivos destinados a interferir na entrada de ar e alterar a mistura ar-gás em um jato de gás combustível a ser queimado. Mais particularmente para chama em uma tocha de queima de gases, mais especificamente, gases hidrocarbonetos.

ESTADO DA TÉCNICA

Tochas de queima de gases são geralmente utilizadas para o descarte de gases inflamáveis de um modo seguro e com as menores conseqüências (CO2) para o meio ambiente. Eistes equipamentos são normalmente montados na extremidade de estruturas verticais ou inclinadas. Os exemplos de estrutura anteriormente mencionados, também são conhecidos como torres ou lanças e localizam-se, por exemplo, em áreas de produção, refino e em plantas de processamento.

Muitas unidades de produção, encontram-se sobre o oceano sob a forma de plataformas ou navios. Com um aumento da capacidade de produção e processamento dessas unidades, também ficou crescente a quantidade de gás de rejeito, obrigando que a capacidade de queima desses gases também fosse incrementada, implicando na necessidade de tochas maiores.

A quantidade de radiação emitida por uma tocha, define o seu afastamento das áreas de interesse de uma unidade de processamento. Este afastamento define também as dimensões da estrutura onde a tocha está montada, qual seja, a lança ou torre de suportação da tocha.

Até então, as tochas existentes tem sido bem sucedidas na diminuição e/ou eliminação da produção de fuligem (soot), porém apresentam como desvantagens: - a necessidade de recursos externos, que se traduzem na vida prática em equipamentos a mais;

- maior custo operacional e de investimento;

- menor confiabilidade.

- uma vida em serviço muito curta.

A vida da tocha nesses casos é curta, principalmente porque a combustão quase que interna dos gases inflamáveis com o ar ou vapor na estrutura da tocha, desgastam-na, requerendo paradas de produção, manutenção e reparos constantes. Atotal substituição da tocha em certos casos é necessária, acarretando alto consumo econômico e de tempo.

É sabido pelos especialistas na técnica, que a redução de um ponto percentual na fração radiante de uma chama tem um impacto muito grande na definição de um sistema de tocha.

Desconhece-se a existência de tochas com dispositivos de alteração de entrada de ar, conhecido como "entrainment" e da mistura ar/gás, conhecida pelo termo "mixing", particularmente a partir de orifícios com dispositivos em forma anelar.

Encontram-se documentos que fazem menção à uma forma anelar, porém este fica restrito à forma de distribuição dos orifícios de expulsão de gases a serem queimados e não sobre a forma de um dispositivo por sobre os referidos orifícios.

Como exemplo, pode ser mencionado o documento US 4,243,376 pertencente à British Petroleum Company Limited. Nele encontra-se um tubo queimador que apresenta um anel estabilizador próximo à saída de gases do referido tubo. O anel é formado por segmentos tubulares, vazados e apresentam orifícios por meio dos quais o gás deve fluir, em uma configuração e orientação de acordo com uma preferência desejada.

Como outro exemplo, pode ser mencionado o documento US 5,346,390 pertencente à Air Products and Chemicals, Inc., que trata de um método e um aparelho para gerar uma chama com baixo teor de NOx por confinamento desta chama em um orifício queimador concêntrico ao longo de um caminho definido pela taxa de propagação da chama e do diâmetro do queimador.

No entanto, nos dois casos acima, o fato principal ainda reside na formação da chama próximo demais, ou mesmo encapsulada na saída dos gases, que acarreta um desgaste muito rápido do orifício de saída de gases.

Em tochas de queima de hidrocarbonetos, normalmente os gases a serem queimados fluem por furos dispostos em braços. Esta tocha é conhecida como "multi-jet flare".

Cada vez mais é sentida a necessidade de um dispositivo que torne mais rápida a mistura a nível molecular do combustível e do carburante, no caso ar, para reduzir a formação de fuligem e o nível de radiação emitido pela chama, redução de NOx, que seja simples em funcionamento, que não implique em equipamentos complicados, não necessite assistência de fluidos adicionais e que assegure à tocha uma vida de serviço mais longa com uma maior confiabilidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Trata a presente invenção de um dispositivo para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas que queimam gases, como por exemplo, hidrocarbonetos em áreas de produção, refino, ou em qualquer aplicação que necessite ter gases descartados na atmosfera de maneira não agressiva.

A presente invenção compreende a inserção de um dispositivo substancialmente em forma de anel, imediatamente sobre cada um dos orifícios de saída de gases a serem queimados, de cada um dos braços de uma tocha de queima de hidrocarbonetos do tipo "multi-jet".

O dispositivo substancialmente anelar é posicionado superiormente e próximo ao orifício de saída de gases.

Com essa configuração, o jato de gás que sai do orifício é forçado a passar pelo interior do anel. A zona de baixa pressão formada após o anel causa uma expansão acentuada do jato de gás, aumentando seu perímetro. Adicionalmente, a presença do anel induz à formação de estruturas coerentes e regulares que aumentam o dobramento das fronteiras do jato.

Esses efeitos no perímetro do jato de gás promovem uma maior entrada de ar (no jato), o que permite que haja uma mistura mais íntima entre o gás a ser queimado e o ar, com efetiva redução de fuligem e de radiação emitida pela chama.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As características do dispositivo anel para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas, objeto da presente invenção, serão melhor percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.

A FIGURA 1A mostra uma vista frontal em corte do dispositivo da presente invenção adaptado a um dos orifícios de saída de gases de um dos braços de uma tocha do tipo "multi-jet".

A FIGURA 1B mostra uma vista lateral do dispositivo da presente invenção adaptado a um dos orifícios de saída de gases de um dos braços de uma tocha do tipo "multi-jet".

A FIGURA 2 apresenta uma vista superior de uma tocha, na qual apenas um dos braços se encontra representado, com dispositivos da presente invenção adaptados a cada um dos orifícios de saída de gases.

A FIGURA 3 apresenta uma vista lateral em corte vertical longitudinal, no plano de simetria do braço da tocha da Figura 2 mostrando o posicionamento dos dispositivos da presente invenção em relação a cada um dos orifícios de saída de gases.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição detalhada do dispositivo anel para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam, com base nas figuras acima descritas.

Como já foi mencionado anteriormente, é sentida a necessidade de melhorias na combustão de gases hidrocarbonetos, resultado de processamentos de petróleo, os quais devem ser queimados de forma a não agredir o meio ambiente e, adicionalmente, com a produção de uma chama que não emita uma radiação excessivamente alta. Nos níveis atuais de exigência de queima de gases devido ao aumento de produção, a radiação excessiva emitida por uma tocha praticamente inviabiliza a construção desta última em plataformas offshore.

A entrada de ar em um jato de gás a ser queimado é claramente um fenômeno de fronteira, ou seja, quanto maior a interface ar-gás, maior a vazão de ar que entra no jato de gás, também conhecido pelo termo "entrainment".

Com a configuração substancialmente anelar representada nas Figuras 1A e 1 Β, o jato de gás que sai do orifício é forçado a passar pelo interior do anel. A zona de baixa pressão formada após o anel causa uma expansão acentuada do jato de gás, um aumento do seu perímetro.

O aumento do perímetro promove uma maior entrada de ar, o que permite que haja uma mistura mais íntima entre o gás a ser queimado e o ar, com efetiva redução de fuligem e de radiação emitida pela chama. Adicionalmente, a presença do dispositivo (D) em forma substancialmente anelar, induz à formação de estruturas coerentes e regulares que aumentam o dobramento das fronteiras do jato.

Os dois fenômenos conseguidos com a instalação do dispositivo da presente invenção, quais sejam, a expansão do jato de gás aliado ao aumento do dobramento da fronteira, aumentam a interface ar/gás sem, no entanto, interferir com a velocidade média do fluxo de gases. A mistura a nível molecular entre o ar e o gás é promovida pela turbulência causada por vórtices. Estes vórtices são alimentados pela velocidade média do fluxo de gases. Com a adaptação do dispositivo substancialmente anelar, o envolvimento do jato de gás na base da chama aumenta a temperatura média da chama em comparação a chamas equivalentes produzidas a partir de orifícios de saída de gases sem qualquer dispositivo.

Outro efeito desejado com o dispositivo da presente invenção, é a formação da chama ficar afastada do braço da tocha, aumentando a vida útil da mesma.

Diante do que foi exposto acima, tomando como base as Figuras 1A e 1B, pode-se observar que o dispositivo (D) objeto da presente invenção compreende:

- uma haste (1) de seção reta circular, em forma de "U", a qual serve como um meio de suporte, apresenta em seu trecho curvo (TC) um diâmetro compatível com o diâmetro de um braço (B) e em seus trechos retos (TR) apresentam roscas sem fim (não representadas em qualquer Figura), é rigidamente unida a um braço (B) na região de um orifício (O) de saída de gases, em uma tocha (T) de queima de hidrocarbonetos do tipo "multi-jet";

- porcas inferiores (2) de adaptação e regulagem, as quais se inserem nas roscas sem fim dos trechos retos (TR) da haste (1) em forma de "U", servem como meios de fixação e regulagem;

- porcas superiores (2A) de adaptação e regulagem, as quais se inserem nas roscas sem fim dos trechos retos (TR) da haste (1) em forma de "U", servem como meios de fixação e regulagem;

- um corpo (3) substancialmente anelar, serve como elemento defletor do fluxo de gases que é expulso pelo orifício (O), apresenta dois prolongamentos (4) planos e diametralmente opostos, com furos (5) próximos às extremidades desses prolongamentos (4), furos (5) pelos quais atravessa em cada um, um dos trechos retos (TR) da haste (1).

A haste (1) em "U" é fixada no braço (B) da tocha (T), por exemplo por meio de soldagem. As porcas inferiores (2), são rosqueadas em cada um dos trechos retos (TR) da haste (1). O corpo (3 ), é adaptado à haste (1) em "U", fazendo -se inserir nos furos (5) da extremidade de cada um dos prolongamentos (4) planos, os trechos retos (TR) pertencentes à haste (1) até que os prolongamentos (4) repousem sobre as porcas inferiores (2) préviamente rosqueadas. A fixação do corpo (3) à haste (1) é feita por meio das porcas superiores (2A) rosqueadas cada uma em cada um dos trechos retos (TR) da haste (1).

O rosqueamento ou desrosqueamento das porcas inferiores (2) e das porcas superiores (2A) alinham e nivelam o corpo (3) substancialmente anelar, superiormente próximo ao orifício (O) do braço (B) da tocha (C).

Para cada orifício (O) existente em cada um dos braços (B) existente em uma tocha (T) é adaptado um dispositivo (D), como pode ser observado nas Figuras 2 e 3. Na Figura 2, a qual representa uma vista lateral em corte longitudinal de uma tocha (T) do tipo "multi-jet", pode ser observado o posicionamento do dispositivo (D) da presente invenção adaptado em cada um dos orifícios (O), exemplarmente em número de três. A Figura 3 ilustra o posicionamento dos dispositivos (D) adaptados ao braço (B) da tocha (T) em uma vista superior.

Na descrição que se fez até aqui do dispositivo (D) anel para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas, objeto da presente invenção, os aspectos abordados devem ser considerados apenas como uma possível concretização, e quaisquer características particulares nele introduzidas, devem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Dessa forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está apenas limitada ao escopo das reivindicações que seguem.

Claims (5)

1. Dispositivo para alterar a entrada de ar e a mistura ar-gás em tochas que queimam gases, como por exemplo, hidrocarbonetos em áreas de produção, refino, ou em qualquer aplicação que necessite ter gases descartados na atmosfera de maneira não agressiva caracterizado por compreender: a. uma haste (1) em forma de "U", o qual serve como um meio de suporte, apresenta em seu trecho curvo (TC) um diâmetro compatível com o diâmetro de um braço (B) e em seus trechos retos (TR) roscas sem fim, é rigidamente unido a um braço (B) na região de um orifício (O) de saída de gases, em uma tocha (T) de queima de hidrocarbonetos do tipo "multi-jet"; b. porcas inferiores (2) de adaptação e regulagem, as quais se inserem nas roscas sem fim dos trechos retos (TR) da haste (1) em forma de "U", servem como meios de fixação e regulagem; c. porcas superiores (2A) de adaptação e regulagem, as quais se inserem nas roscas sem fim dos trechos retos (TR) da haste (1) em forma de "U", servem como meios de fixação e regulagem; d. um corpo (3) substancialmente anelar, serve como elemento defletor do fluxo de gases que é expulso pelo orifício (O)1 apresenta dois prolongamentos (4) planos e diametralmente opostos, com furos (5) próximos às extremidades desses prolongamentos (4), furos (5) pelos quais atravessa em cada um, um dos trechos retos (TR) da haste (1).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a haste (1) em "U" ser fixada no braço (B) da tocha (T), por meio de soldagem.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as porcas inferiores (2), serem rosqueadas em cada um dos trechos retos (TR) da haste (1).

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o corpo (3) substancialmente anelar, ser adaptado à haste (1) em "U", ao se inserir nos furos (5) da extremidade de cada um dos prolongamentos (4) planos, os trechos retos (TR) pertencentes à haste (1) até que os prolongamentos (4) repousem sobre as porcas inferiores(2) previamente rosqueadas;

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a fixação do corpo (3) à haste (1) ser feita por meio das porcas superiores (2A) rosqueadas cada uma em cada um dos trechos retos (TR) da haste (1).