ES2230448T3 - Antorcha con quemador pilota ultra-estable y metodo. - Google Patents
Antorcha con quemador pilota ultra-estable y metodo.Info
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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Abstract
Una antorcha (10) que incluye: un extremo abierto (24); un quemador piloto de funcionamiento continuo (26) para provocar la ignición de fluidos inflamables descargados por el extremo abierto (24) de dicha antorcha (10) que es estable bajo fuertes vientos y otras condiciones climatológicas adversas, incluyendo dicho quemador piloto: una tubería de entrada (28) de mezcla de combustible-aire; una boquilla de descarga (40) de mezcla de combustible-aire conectada a dicha tubería de entrada (28) de mezcla de combustible-aire y situada adyacente al extremo abierto (24) de dicha antorcha (10); y una pantalla contra el viento (48) que tiene un extremo inferior unido a dicha boquilla de descarga (40) de mezcla de combustible-aire o a dicha tubería de entrada (28) de mezcla de combustible-aire mediante la cual una mezcla de combustible-aire descargada por dicha boquilla de descarga (40) de mezcla de combustible-aire se introduce en dicha pantalla contra el viento (48), caracterizada porque dicha pantalla contra el viento (48) tiene un extremo superior (56) abierto que incluye una porción de pared erecta (58) situada en la parte delantera de dicha pantalla contra el viento (48) enfrente de dicho extremo abierto de dicha antorcha (10).
Description
Antorcha con quemador piloto
ultra-estable y método.
La presente invención se refiere a una antorcha
con un quemador piloto mejorado que es estable bajo fuertes vientos
y otras condiciones meteorológicas severas.
Se han desarrollado y utilizado anteriormente una
variedad de aparatos para quemar flujos fluidos de combustible
residual. Con frecuencia se hace referencia a dichos aparatos como
antorchas. Las antorchas se sitúan comúnmente en plantas de
producción, refino y otros tipos de procesos para deshacerse de
residuos de combustibles u otros flujos de combustibles que se
desvían durante el venteo, las paradas, derrames y/o emergencias.
Las antorchas generalmente incluyen pilotos de funcionamiento
continuo (a los que se hace referencia frecuentemente como luces
piloto) y aparatos de detección de llama que se sitúan
frecuentemente en el extremo elevado abierto de descarga de las
antorchas.
Mientras que los quemadores piloto utilizados
anteriormente han trabajado correctamente durante condiciones
climatológicas normales, en momentos de fuertes vientos u otras
condiciones climatológicas adversas tanto los residuos en
combustión como otros fluidos que se estén quemando y el quemador
piloto se han extinguido, lo que permite que los residuos u otros
fluidos se descarguen directamente a la atmósfera sin ser quemados.
Los residuos inquemados u otros fluidos contaminan la atmósfera y
pueden ser dañinos para la vida vegetal, la vida vegetal y la vida
humana.
Para que un quemador piloto de funcionamiento
continuo permanezca encendido y siga provocando la ignición del
combustible fluido descargado por una antorcha durante condiciones
climatológicas adversas como las que existen en los huracanes,
tifones y otras condiciones climatológicas similares, el quemador
piloto debe permanecer encendido bajo vientos de velocidades de
hasta 56 m/s (125 mph) o más combinados con dos pulgadas o más de
lluvia por hora. Además, los gases que frecuentemente se usan como
combustible para los quemadores piloto están compuestos típicamente
por gas natural o propano o por una mezcla de gases de hidrocarburos
que pueden contener hidrógeno. Un quemador piloto que use gases como
combustible que contenga hidrógeno debe ser capaz de quemar los
gases sin retornos debido a la presencia del hidrógeno.
Por tanto, hay necesidad de quemadores piloto
mejorados y ultra-estables que permanezcan
encendidos bajo fuertes vientos y otras condiciones climatológicas
adversas.
US 3,729,257, GB 1,058,410 y EP 0,935,098
describen antorchas según el preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención proporciona quemadores
piloto de funcionamiento continuo a mejorados que satisfacen las
necesidades descritas arriba y superan las deficiencias de la
técnica anterior. El quemador piloto de funcionamiento continuo de
esta invención es estable bajo fuertes vientos y otras condiciones
climatológicas adversas, incluyendo vientos de velocidades de hasta
71 m/s (160 mph) o más y lluvias de 5 cm (2 pulgadas) o más por
hora con presiones de combustible que varían desde 28 Kpa hasta
aproximadamente 310 Kpa (4 hasta 45 psig) usando gas natural o
propano como combustible. Además, el piloto permanecerá encendido
con vientos de 71 m/s (160 mph) o más sin retornos cuando se quema
un combustible que contiene hasta un 40% de hidrógeno.
El quemador piloto de funcionamiento continuo de
esta invención está compuesto básicamente por una boquilla de
descarga de mezcla de combustible-aire conectada a
una tubería de entrada de mezcla de
combustible-aire. Una pantalla contra el viento que
tiene un lado inferior parcialmente cerrado o abierto está unida de
forma sellada a la boquilla de descarga de la mezcla de
combustible-aire o a la tubería de entrada de
mezcla de combustible-aire, de forma que una mezcla
de combustible-aire descargada por la boquilla de
descarga de combustible-aire accede al interior de
la pantalla contra el viento. La pantalla contra el viento tiene un
lado superior abierto que incluye una porción de pared erecta
situada en el lado delantero de la pantalla contra el viento frente
al extremo abierto de una antorcha. Las llamas de ignición de dentro
de la pantalla contra el viento del quemador piloto se descargan a
través del lado superior abierto de la pantalla contra el viento
adyacente al fluido combustible que sale por la antorcha. La
pantalla contra el viento incluye además al menos un orificio en
cada uno de los lados opuestos de la pantalla contra el viento
situados en ángulos sustancialmente rectos respecto de la porción
de pared erecta a través de la cual el viento puede fluir al
interior de la pantalla contra el viento. Medios para provocar la
ignición de la mezcla de combustible-aire
descargada dentro de la pantalla contra el viento a través de la
boquilla de descarga de combustible-aire y para
detectar la presencia o no presencia de llama en la misma se pueden
conectar opcionalmente a la pantalla contra el viento o a la
boquilla de descarga.
En una realización preferida, la pantalla contra
el viento y la porción de pared erecta del lado superior abierto de
la pantalla contra el viento incluyen una pluralidad de orificios
orientados hacia abajo a través de los cuales se descarga la lluvia
y el viento cuando sopla en una dirección que va desde la parte
trasera a la delantera de la pantalla contra el viento. La pantalla
contra el viento también incluye una pluralidad de orificios en
cada uno de los lados opuestos de la pantalla contra el viento
situados en ángulos sustancialmente rectos respecto de la porción
de pared erecta a través de la cual el viento puede fluir hacia el
interior de la pantalla contra el viento. También se disponen
tabiques para capturar viento alrededor de la pluralidad de
orificios de los lados de la pantalla contra el viento y los
orificios están orientados de forma que el viento que fluye a
través de ellos es forzado a circular hacia abajo hacia el lado
interno inferior de la pantalla contra el viento. El quemador
piloto también incluye preferiblemente un estabilizador de llama
perforado situado dentro de la pantalla contra el viento, unido a
la boquilla de combustible-aire y que la rodea.
Finalmente, cuando se incluye como un componente del quemador
piloto, los medios para provocar la ignición de la mezcla de
combustible-aire dentro de la pantalla contra el
viento y para detectar la presencia o no presencia de llama en la
misma preferiblemente consisten en un aparato de ignición de frente
de llama y un aparato acústico de detección de llama.
Es, por tanto, un objetivo general de la presente
invención proporcionar un quemador piloto de funcionamiento continuo
mejorado para provocar la ignición de fluidos combustibles
descargados por el extremo abierto de una antorcha que sea estable
bajo fuertes vientos y otras condiciones climatológicas
adversas.
Otros objetivos, características y ventajas
adicionales de la presente invención serán obvios para los expertos
en la materia tras una lectura de la descripción de las
realizaciones preferidas que sigue, tomada en conjunción con los
dibujos que acompañan, en los cuales:
La Figura 1 es un perfil en elevación de una
antorcha que incluye el quemador piloto de la presente
invención.
La Figura 2 es una planta vista desde la línea
2-2 de la Fig. 1.
La Figura 3 es un perfil en elevación del
quemador piloto de esta invención.
La Figura 4 es una vista lateral parcialmente
seccionada desde la línea 4-4 de la Fig. 3.
La Figura 5 es una sección transversal a lo largo
de la línea 5-5 de la Fig. 3.
La Figura 6a es una sección transversal a lo
largo de la línea 6-6 de la Fig. 4.
La Figura 6b es una sección transversal similar a
la de la Fig. 6a que ilustra una realización alternativa de la
pantalla contra el viento de esta invención.
La Figura 7 es una sección transversal a lo largo
de la línea 7-7 de la Fig. 4.
En referencia ahora a los dibujos, y en
particular a las Figs. 1 y 2, se ilustra un antorcha que incluye el
quemador piloto mejorado de la presente invención y se designa
generalmente por el número 10. La antorcha 10 incluye un quemador 12
y una chimenea 14 que están atornillados juntos por medio de una
pluralidad de pernos 15 en una conexión embridada 16. Mientras que
la longitud de las antorchas varía dependiendo de varios factores,
la mayoría de las antorchas usadas en las plantas de producción,
refino y procesado varían entre una altura de aproximadamente 6 m
(20 pies) hasta una altura de aproximadamente 183 m (600 pies). El
extremo inferior de la chimenea 14 está cerrado mediante una placa
18 en la base al nivel del suelo y una o más tuberías de entrada 20
de combustible residual u otro combustible fluido están conectadas
a la chimenea 14 cerca o al nivel del suelo. Como se mencionó
arriba, la mayoría de las antorchas funcionan según demanda para
deshacerse de residuos de combustible u otros flujos de combustible
fluido como flujos de hidrocarburos que se desvían durante el
venteo, paradas, derrames y/o emergencias, pero la antorcha debe ser
capaz de recibir y quemar continuamente flujos de combustible en
cualquier momento.
El quemador 12 (también llamado a veces punta
quemadora) puede incluir un deflector de viento cilíndrico perforado
22 unido a él y adyacente al extremo abierto superior de descarga
24 del mismo y como mínimo un quemador piloto 26 situado adyacente
al extremo de descarga abierto 24. Como se mencionó anteriormente,
el quemador piloto 26 normalmente funciona continuamente para
proporcionar una llama continua para provocar la ignición de los
combustibles fluidos se bombean intermitentemente a la antorcha
10.
El quemador piloto 26 de esta invención, que se
describirá con mayor detalle a partir de aquí, está conectado a una
tubería de entrada 8 de mezcla de combustible-aire
que se extiende desde el quemador piloto 26 en la extremo superior
de la antorcha 10 hasta un mezclador 32 de
combustible-aire y está unido al antorcha 10 por
medio de una pluralidad de soportes 30. El mezclador 32 de
combustible-aire, que es típicamente un mezclador
de combustible-aire de tipo venturi, está conectado
a la tubería 28 en un lugar conveniente. El mezclador 32 de
combustible-aire incluye preferiblemente una
pantalla contra el viento 33 (mostrada esquemáticamente) u otros
medios similares para prevenir interrupciones durante el
funcionamiento debido a fuertes vientos y similar. El mezclador 32
de combustible-aire está conectado a una fuente de
gas combustible como gas natural, propano, gas de refinería o
similar por medio de una tubería de suministro 29 de gas
combustible. Como se comprende perfectamente, el gas combustible se
mezcla con el aire atmosférico aspirado al fluir a través del
mezclador 32 y la mezcla resultante de
combustible-aire fluye a través de la tubería 28
hacia el quemador piloto 26 y se quema dentro y adyacente al
quemador piloto 26, como se describirá en detalle a partir de
aquí.
Cuando se usan, se disponen las tuberías 28 y 34
que se extienden desde el quemador piloto 26 hasta una situación
cercana o al nivel del suelo. La tubería 34 se muestra unida a la
tubería 28 por medio de una pluralidad de soportes 35 y está
conectada en su extremo superior a la tubería 82 que a su vez está
conectada al quemador piloto 26. El extremo inferior de la tubería
34 está conectado a un generador de frente de llama de ignición 36
y un montaje de detección de llama 38 está conectado a la tubería
34 cerca del nivel del suelo entre el generador de llama de
ignición 36 y el quemador piloto 26.
El quemador piloto 26 se enciente haciendo fluir
una mezcla de combustible-aire al quemador piloto 26
a través de la tubería 28 y haciendo funcionar entonces el generador
de frente de llama de ignición 36 para producir una llama que se
propaga a través de las tuberías 34 y 82 hasta el quemador piloto
26. Cuando la llama de ignición sale de la tubería 82 provoca la
ignición de la mezcla de combustible-aire
descargada dentro del quemador piloto 26. Después de que se encienda
el quemador piloto 26, el generador de frente de llama de ignición
36 se apaga.
El sonido producido por la llama del quemador
piloto 26 es transmitido por la tubería 34 hasta el montaje de
detección de llama 38 conectado a él. El montaje de detección de
llama 38 detecta indirectamente de forma continua la presencia o no
presencia de la llama en el piloto 26 desde su situación alejada del
quemador piloto 26 mediante la detección de la presencia o no
presencia de un nivel de sonido transmitido por la tubería 34 que
indica llama. Si la llama del piloto 26 se apaga por cualquier
razón, el montaje de detección de llama 38 genera un aviso como una
luz y/o una alarma sonora de forma que el piloto 26 se puede volver
a encender inmediatamente. Como entenderán los iniciados en la
materia, el generador de frente de llama de ignición 36 se puede
conectar electrónicamente al montaje de detección de llama 38,
mediante lo cual cada vez que el montaje de detección de llama 38
detecta la no presencia de una llama en el piloto 26, el generador
de frente de llama de ignición 36 entra en funcionamiento
inmediatamente para volver a encender el piloto 26.
En referencia ahora a las Figs.
3-7, se ilustran en detalle el quemador piloto 26 y
los extremos superiores de las tuberías 28, 82 y 34. El quemador
piloto 26 consta de una boquilla de descarga 40 de la mezcla
combustible-aire (a la que se hará referencia a
veces como salida de gas) que está conectada a la tubería de entrada
28 de mezcla de combustible-aire por soldadura o
conexión roscada. La mezcla de combustible-aire
producida por el mezclador 32 de combustible-aire
fluye a través de la tubería de entrada 28 de la mezcla de
combustible-aire y entra en la boquilla de descarga
40 de mezcla de combustible-aire desde donde la
mezcla de combustible-aire se descarga por medio de
una pluralidad de orificios 42 en la boquilla 40. Unido a, y
extendiéndose por encima de la boquilla 40 de la mezcla de
combustible-aire se encuentra un estabilizador de
llama perforado 44. El estabilizador de llama 44 es preferiblemente
cilíndrico e incluye en él una pluralidad de perforaciones u
orificios 46 separados. El estabilizador de llama 44 obliga a que
la mezcla de combustible-aire descargada a través de
los orificios 42 de la boquilla 40 circule dentro y alrededor del
estabilizador de llama, mediante lo cual la mezcla de
combustible-aire comienza a arder en ese lugar y la
llama producida dentro y encima del estabilizador de llama 44
permanece estable durante fluctuaciones de presión en el quemador
piloto 26.
También unida a la boquilla 40 o a la tubería de
entrada 28 de mezcla de combustible-aire o a la
tubería 82 hay una pantalla contra el viento que se designa
generalmente mediante el número 48. La pantalla contra el viento 48
tiene un lado inferior 50 parcialmente cerrado o abierto. En la
realización mostrada en los dibujos, el lado inferior 50 de la
pantalla contra el viento está parcialmente cerrado, es decir, el
lado inferior incluye una placa anular 51 con una pluralidad de
orificios 52 en la misma. También se disponen una pluralidad de
orificios 54 de drenaje en los lados inferiores del estabilizador
de llama 44. La pantalla contra el viento 48 tiene preferiblemente
forma cilíndrica e incluye un lado superior 56 abierto.
Como se aprecia en las Figs. 1, 2, 3, 4 y 6a de
los dibujos, una parte sustancialmente vertical de la pared erecta
58 del extremo superior 56 abierto de la pantalla contra el viento
48 está situada en la parte delantera de la pantalla contra el
viento 48 frente al extremo abierto de descarga 24 de la antorcha
10. Las llamas de la ignición de dentro de la pantalla contra el
viento 48 se descargan a través del extremo abierto superior 56 de
la pantalla contra el viento 48 adyacente al fluido combustible
descargado por la antorcha 10. Preferiblemente, como se muestra en
la Fig. 4, la pantalla contra el viento 48 y la porción de pared 58
incluyen, como mínimo uno, y más preferiblemente, una pluralidad de
orificios 60 separados y orientados hacia abajo. La función de los
orificios 60 es permitir que una parte de la lluvia y viento que
sople en una dirección desde atrás hacia delante de la pantalla
contra el viento 48 salgan de la pantalla contra el viento 48 sin
crear una contrapresión sustancial dentro de la pantalla contra el
viento 48. Como también se muestra en las Figs. 3, 4 y 6a, se pueden
formar orificios adicionales 62 orientados hacia abajo en el lado
delantero de la pantalla contra el viento 48 más abajo de la parte
erecta 58.
En referencia ahora a la Fig. 6b, se muestra una
realización alternativa de la pantalla contra el viento 48. En esta,
en vez de ser sustancialmente vertical, la porción de pared erecta
58 de la pantalla contra el viento 48 está inclinada el mismo
ángulo que el resto de la pantalla contra el viento 48. Se puede
utilizar cualquiera de las realizaciones ilustradas en las Figs. 6a
o 6b, pero producir la realización ilustrada en la Fig. 6b puede
ser ligeramente menos costoso.
Como se aprecia en las Figs. 3 y 5, se disponen,
preferiblemente al menos un orificio, y más preferiblemente, una
pluralidad de orificios en cada uno de los lados opuestos de la
pantalla contra el viento 48 situados en ángulos sustancialmente
rectos respecto de dicha porción de pared erecta 58 a través de la
cual el viento puede fluir hacia el interior de la pantalla contra
el viento 48. Esto es, se disponen uno o una pluralidad de
orificios 68 en un lado de la pantalla contra el viento 48 y se
disponen uno o una pluralidad de orificios 70 en el lado opuesto de
la pantalla contra el viento 48. La pantalla contra el viento 48
también incluye preferiblemente un par de tabiques 64 y 66 para
capturar el viento que se extienden hacia fuera unidos a lados
opuestos de la pantalla contra el viento 48. Cada uno de las
tabiques 64 y 66 está situado sustancialmente alrededor de uno o una
pluralidad de los orificios 68 y 70, respectivamente. Como se
describirá con mayor detalle abajo, sin la presencia de los
tabiques 64 y 66 y/o los orificios 68 y 70, un viento que sople
desde uno u otro de los lados del quemador piloto 26 provoca un
efecto de succión o vacío que se crea en la pantalla contra el
viento 48. Los tabiques 64 y 66 y/o los orificios 68 y 70 consiguen
que se capture una parte del viento y que éste fluya a través del
orificio u orificios 68 ó 70 hacia el interior de la pantalla
contra el viento 48, compensando así el efecto de succión y
ecualizando la presión dentro de la pantalla contra el viento 48.
Como se muestra en la Fig. 5, los orificios 68 y 70 se sitúan
preferiblemente de forma que se fuerce a que el viento capturado
que fluye a través de los orificios fluya hacia el extremo inferior
50 de la pantalla contra el viento 48.
En referencia otra vez a las Figs. 1 y 2 y como
se mencionó arriba, cuando se usa, el extremo superior de la tubería
82 se conecta al quemador piloto 26. El lado inferior de la tubería
34 se conecta al aparato para provocar la ignición de la mezcla de
combustible-aire descargada dentro de la pantalla
contra el viento 48 y al aparato para detectar la presencia o no
presencia de llama en la misma, es decir, el generador de frente de
llama de ignición 36 y el montaje de detección de llama 38. Como se
observa mejor en las Figs. 5 y 7, el extremo superior de la tubería
82 está conectado de forma que queda sellado a una ranura alargada
74 en un lado de la pantalla contra el viento 48.
Como se entenderá ahora, la llama de ignición que
se propaga a través de las tuberías 34 y 82 desde el generador de
frente de llama de ignición 36 entra en el interior de la pantalla
contra el viento 48 a través de la ranura 74 y provoca la ignición
de la mezcla de combustible-aire descargada en el
interior del estabilizador de llama 44 y de la pantalla contra el
viento 48 a través de la boquilla 40. Además, la presencia o no
presencia del nivel de sonido producido por la llama que emana del
interior de la pantalla contra el viento 48 se transmite a través
de las tuberías 82 y 34 hasta el montaje detector de llama 38. Se
incluye opcionalmente una pluralidad de orificios 78 separados en
la pantalla contra el viento 48 en una situación adyacente a la de
la ranura 74 para aliviar la presión que se crea cuando se produce
la ignición de la mezcla de combustible-aire
descargada por la boquilla 40 debido a una llama de ignición que se
propaga a través de la ranura 74.
Durante el funcionamiento del quemador piloto 26,
gas a presión de una fuente es llevado a través de la tubería 29
hasta el mezclador de combustible-aire 32 donde se
mezcla aire atmosférico con el combustible gaseoso. La mezcla de
combustible-aire resultante fluye a través del
conducto 28 y a través de los orificios 42 de la boquilla de
descarga 40 de mezcla de combustible-aire hasta el
interior del estabilizador de llama 44 y de la pantalla contra el
viento 48. Cuando se usa, el generador de frente de llama de
ignición 36 funciona para producir una llama de ignición que se
propaga a través de las tuberías 34 y 82 y a través de la ranura 74
de la pantalla contra el viento 48 del quemador piloto 26 para de
esa forma provocar la ignición de la mezcla
combustible-aire que fluye hacia el estabilizador
de llama 44 y la pantalla contra el viento 48. Las llamas de
ignición producidas por el quemador piloto 26 dentro de la pantalla
contra el viento 48 se extienden a través del extremo abierto 56 de
la pantalla contra el viento 48 y provocan la ignición de las
corrientes de combustible que fluyen hacia fuera del extremo de
descarga abierto 24 de la antorcha 10.
Se ha descubierto que cuando un fuerte viento, es
decir, un viento con una velocidad de hasta 56 m/s (125 mph) o mayor
entra en contacto con un quemador piloto convencional, la llama del
quemador piloto se puede extinguir debido a dos causas posibles.
Esto es, o bien el fuerte viento crea un efecto de succión que
aumenta la entrada de aire en la mezcla de
combustible-aire, lo que provoca que la mezcla de
combustible-aire se salga de los límites de
inflamabilidad y se extinga la llama piloto, o bien el viento crea
una presión positiva o efecto de empuje sobre la boquilla de
combustible-aire del quemador piloto que retrasa,
detiene o invierte el flujo de mezcla de
combustible-aire y extingue la llama piloto. En
referencia a la Fig. 2 del dibujo, el efecto de empuje tiene lugar
cuando un fuerte viento entra en contacto con un quemador piloto
convencional en la dirección indicada por la flecha 80, es decir, en
una dirección horizontal perpendicular al lado delantero del
quemador piloto 26. El efecto de succión se produce cuando un
fuerte viento entra en contacto con una quemador piloto convencional
desde un lado, es decir, desde la dirección indicada por las
flechas 82 u 84, o en menor medida desde detrás, es decir, la
dirección indicada por la flecha 86.
El quemador piloto de la presente invención
elimina los problemas relacionados con la extinción de la llama bajo
fuertes vientos asociados con el efecto de empuje y el efecto de
succión descritos arriba. Esto es, el efecto de empuje bajo fuertes
vientos se elimina en el quemador piloto de la presente invención
como resultado de la disposición de la pantalla contra el viento 48
con un extremo superior 56 abierto que incluye una porción de pared
erecta 58 situada en el lado delantero de la pantalla contra el
viento 48. Un fuerte viento que fluya sobre el extremo de descarga
24 abierto de la antorcha 10 en la dirección indicada por la flecha
80 desarrolla una inercia hacia abajo debido en parte a la zona de
baja presión creada por el viento en el lado que se encuentra
corriente debajo de la antorcha 10. El flujo hacia abajo del viento
entra en los quemadores piloto convencionales utilizados hasta
ahora y provoca el efecto de empuje. Esto está en contraste con el
quemador piloto 26 de esta invención que incluye la porción de
pared erecta 58 que protege la parte delantera de la abertura 56 y
previene o previene parcialmente la entrada del viento dentro de la
pantalla contra el viento 48. Mientras que la porción de pared 58
incluye en ella los orificios 60, los orificios 60 se orientan
preferiblemente en ángulo hacia abajo desde el interior hacia el
exterior de la porción de pared que previene de forma efectiva la
entrada del viento en la dirección opuesta en la pantalla contra el
viento 48. Por tanto, el efecto de empuje no tiene lugar en el
quemador piloto 26 de esta invención en un grado suficiente como
para provocar la extinción de la llama del quemador piloto incluso
cuando la velocidad del viento llega hasta los 71 m/s (160 mph) en
la dirección de la flecha 80.
Cuando un fuerte viento entra en contacto con el
quemador piloto 26 desde una dirección lateral indicada por
cualquiera de las flechas 82 u 84, el efecto de succión se previene
total o parcialmente gracias al orificio u orificios de entrada 68 ó
70 que están situados en lados opuestos de la pantalla contra el
viento 48 en ángulos sustancialmente rectos respecto del lado
delantero de la pantalla contra el viento frente al extremo abierto
de la antorcha 10. Cuando se usan, los tabiques 64 ó 66 para el
viento con forma de U capturan el viento adicional que fluye hacia
el interior de la pantalla contra el viento 48 a través de los
orificios 68 ó 70. Esta corriente de viento previene o reduce el
efecto de succión, por lo que éste no se produce en el quemador
piloto 26 en un grado suficientemente grande como para extinguir las
llamas del quemador piloto.
Como comprenderán los entendidos en la materia,
cuando a dirección del viento está entre las direcciones indicadas
por las flechas 80, 82, 84 y 86, cualquier efecto de succión o
efecto de empuje producido es cancelado como se describió arriba
gracias a una combinación de la porción de pared 58, y los varios
orificios de la pantalla contra el viento 48 que funcionan como se
describió arriba.
Es conocido en la técnica anterior provocar la
ignición de combustibles fluidos descargados por el extremo abierto
de una antorcha con uno o más quemadores piloto de funcionamiento
continuo situados adyacentes al extremo abierto de la antorcha. Los
quemadores piloto utilizados hasta ahora estaban formados por una
tubería de entrada de mezcla de combustible-aire,
una boquilla de descarga de mezcla de
combustible-aire conectada a la tubería de mezcla de
entrada de combustible-aire y una pantalla contra
el viento que tiene un extremo superior abierto y un extremo
inferior unido a la boquilla de descarga de mezcla de
combustible-aire, la tubería de entrada de mezcla de
combustible-aire o similar. Bajo fuertes vientos,
lluvia y otras condiciones climatológicas adversas, tanto los
quemadores piloto usados hasta ahora como el combustible fluido que
se quemaba se extinguían a veces, lo que permitía que los residuos u
otros fluidos que se estaban quemando fueran descargados
directamente a la atmósfera sin ser quemados.
De acuerdo con un método de la presente
invención, se utiliza un quemador piloto mejorado que permanece
encendido bajo muy altas velocidades de viento en combinación con
cantidades de lluvia muy altas, es decir, el método incluye la
operación de dotar a un quemador piloto como los descritos arriba
usados hasta ahora de una porción de pared erecta situada en el
lado delantero de la pantalla contra el viento que está frente al
extremo abierto de la antorcha y/o disponer al menos un orificio en
cada uno de los lados opuestos de la pantalla contra el viento en
ángulos sustancialmente rectos respecto de la porción de pared
erecta con o sin tabiques para capturar el viento que se extienden
hacia fuera, a través de los cuales el viento puede fluir hacia el
interior de la pantalla contra el viento.
Otro método de la presente invención para
provocar la ignición de combustibles fluidos descargados por el
extremo abierto de una antorcha bajo fuertes vientos, lluvia y
otras condiciones climatológicas adversas incluye las operaciones
de: (a) unir al menos un quemador piloto que permanezca encendido
bajo vientos con velocidades de hasta 71 m/s (160 mph) o más en
combinación con lluvias de 5 cm (2 pulgadas) o más al extremo
abierto de la antorcha, estando el quemador piloto compuesto de una
boquilla de descarga de mezcla de combustible-aire
conectada a la tubería de entrada de mezcla de
combustible-aire, una pantalla contra el viento que
tiene un extremo inferior unido a la boquilla de descarga de mezcla
de combustible-aire o al conducto de entrada de
mezcla de combustible-aire mediante el cual la
mezcla de combustible-aire descargada por la
boquilla de descarga de mezcla de combustible-aire
se introduce en el interior de la pantalla contra el viento,
teniendo la pantalla contra el viento un extremo superior abierto y
teniendo una porción de pared erecta del extremo superior abierto
frente al extremo abierto de la antorcha y/o al menos un orificio en
cada uno de los lados opuestos situados en ángulos sustancialmente
rectos respecto de la porción de pared erecta a través de la cual
el viento puede fluir hacia el interior de la pantalla contra el
viento; y (b) mantener continuamente en funcionamiento el quemador
piloto para provocar continuamente la ignición de fluidos
inflamables descargados por el extremo abierto de la antorcha.
Para ilustrar mejor el aparado del quemador
piloto de esta invención, su modo de funcionamiento y los métodos de
la invención, se proporciona el siguiente ejemplo.
Tanto un quemador piloto convencional como un
quemador piloto de esta invención fueron instalados en unas
instalaciones de prueba y se utilizó un gran ventilador para
generar viento. Los quemadores piloto se hicieron funcionar para
producir llamas de ignición y se provocó que vientos generados por
el ventilador con velocidades de hasta 71 m/s (160 mph) o más
entraran en contacto con los quemadores piloto en funcionamiento
desde cada una de las direcciones indicadas por las flechas 80, 82,
84 y 86 ilustradas en la Fig. 2 de los dibujos. Se encontró que para
un quemador piloto convencional el máximo efecto de empuje se
generaba cuando el viento entraba en contacto con el quemador piloto
convencional desde la dirección indicada por la flecha 80 y el
máximo efecto de succión era generado por el viento que contactaba
el quemador piloto desde las direcciones indicadas por las flechas
82 u 84. Además del viento, se forzó a que los quemadores piloto en
funcionamiento entraran en contacto con lluvias simuladas de una
intensidad de hasta, e incluyendo, 152 cm (60 pulgadas) por hora.
Se utilizaron múltiples combustibles durante las pruebas, a saber,
propano, gas natural y gas natural con hasta un 40% de hidrógeno
mezclado con él. Los combustibles de gas natural y propano se
utilizaron a presiones de entre 27.6 Kpa (4 psig) y 207 Kpa (30
psig) y el gas natural combinado con hidrógeno se utilizó a
presiones de entre 83 Kpa (12 psig) y 103 Kpa (15 psig).
Los resultados de las pruebas demostraron que el
quemador piloto convencional se extinguía rápidamente con
velocidades de viento y lluvias relativamente bajas. El quemador
piloto de esta invención, sin embargo, permaneció encendido en
contacto con vientos de una velocidad de 71 m/s (160 mph) con y sin
lluvia de intensidad de 5 cm o más (2 pulgadas) por hora en todas
las posiciones alrededor del quemador piloto utilizando todos los
diferentes combustibles descritos arriba.
Por tanto, la presente invención está bien
adaptada para cumplir los objetivos y conseguir los fines y ventajas
mencionados así como los que conlleva de forma inherente. Aunque que
se pueden realizar numerosos cambios por parte de los expertos en
la materia, dichos cambios están incluidos dentro del alcance de
esta invención tal como se define en las reivindicaciones del
apéndice.
Claims (45)
1. Una antorcha (10) que incluye:
un extremo abierto (24);
un quemador piloto de funcionamiento continuo
(26) para provocar la ignición de fluidos inflamables descargados
por el extremo abierto (24) de dicha antorcha (10) que es estable
bajo fuertes vientos y otras condiciones climatológicas adversas,
incluyendo dicho quemador piloto:
una tubería de entrada (28) de mezcla de
combustible-aire;
una boquilla de descarga (40) de mezcla de
combustible-aire conectada a dicha tubería de
entrada (28) de mezcla de combustible-aire y situada
adyacente al extremo abierto (24) de dicha antorcha (10); y
una pantalla contra el viento (48) que tiene un
extremo inferior unido a dicha boquilla de descarga (40) de mezcla
de combustible-aire o a dicha tubería de entrada
(28) de mezcla de combustible-aire mediante la cual
una mezcla de combustible-aire descargada por dicha
boquilla de descarga (40) de mezcla de
combustible-aire se introduce en dicha pantalla
contra el viento (48), caracterizada porque dicha pantalla
contra el viento (48) tiene un extremo superior (56) abierto que
incluye una porción de pared erecta (58) situada en la parte
delantera de dicha pantalla contra el viento (48) enfrente de dicho
extremo abierto de dicha antorcha (10).
2. La antorcha de la reivindicación 1 que,
además, incluye al menos un orificio (68, 70) en cada uno de los
lados opuestos de dicha pantalla contra el viento (48) situados en
ángulo sustancialmente recto respecto de dicha porción de pared
erecta (58) a través de la cual el viento puede fluir hacia el
interior de dicha pantalla contra el viento (48).
3. La antorcha de la reivindicación 1 ó 2 que,
además, incluye un tabique (64, 66) para capturar el viento que se
extiende hacia fuera, unido a cada uno de dichos lados opuestos de
dicha pantalla contra el viento (48) y situado sustancialmente
alrededor de dichos orificios de la misma.
4. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que, además, incluye medios (36) para
provocar la ignición de dicha mezcla de
combustible-aire descargada por dicha boquilla de
descarga de combustible-aire unidos a dicha
pantalla contra el viento.
5. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicha pantalla contra el
viento (48) incluye al menos un orificio (78) en la misma para
aliviar la presión cuando se produce la ignición de dicha mezcla de
combustible-aire.
6. La antorcha de la reivindicación 5, en la que
dicha pantalla contra el viento (48) incluye una pluralidad de
orificios (78) en la misma para aliviar la presión cuando se produce
la ignición de dicha mezcla de combustible-aire.
7. La antorcha de la reivindicación 4, en la que
dichos medios para provocar la ignición de dicha mezcla de
combustible-aire dentro de la citada pantalla
contra el viento son un aparato de ignición de frente de llama
(36).
8. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que, además, incluye medios (38) para
detectar la presencia o no presencia de llama dentro de dicha
pantalla contra el viento unidos a dicha pantalla contra el
viento.
9. La antorcha de la reivindicación 8, en la que
dichos medios para detectar la presencia o no presencia de llama en
la misma son un aparato acústico (38) de detección de llama.
10. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que, además, incluye al menos un
orificio (60, 62) en dicha porción de pared erecta de dicho extremo
superior abierto de dicha pantalla contra el viento para descargar
la lluvia y el viento de dentro de dicho extremo superior abierto de
dicha pantalla contra el viento hacia el exterior del mismo.
11. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que, además, incluye una pluralidad de
orificios (60, 62) en dicha porción de pared erecta de dicho extremo
superior abierto de dicha pantalla contra el viento para descargar
la lluvia y el viento de dentro de dicho extremo superior abierto de
dicha pantalla contra el viento hacia el exterior del mismo.
12. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicha pantalla contra el
viento (48) tiene, generalmente, forma cilíndrica.
13. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que, además, incluye un estabilizador
de llama perforado (44) situado dentro de dicha pantalla contra el
viento unido a dicha boquilla de combustible-aire y
que la rodea.
14. La antorcha de la reivindicación 3, en la que
dichos tabiques (64, 66) para capturar el viento se construyen en
forma de U invertida.
15. La antorcha de la reivindicación 3 ó 14, en
la que cada uno de dichos tabiques (64, 66) está situado
sustancialmente alrededor de una pluralidad de orificios en dicha
pantalla contra el viento.
16. La antorcha de la reivindicación 15, en la
que dicha pluralidad de orificios (68, 70) en dicha pantalla contra
el viento dentro cada tabique están orientados de forma que el
viento que fluye a través de dichos orificios es forzado a fluir
hacia abajo, hacia el extremo inferior de dicha pantalla contra el
viento.
17. La antorcha de la reivindicación 1, 2 ó 3
que, además, incluye un aparato para provocar la ignición y detectar
la llama compuesto de una tubería (34) que tiene un extremo unido y
que se comunica con el interior de dicha pantalla contra el viento y
una longitud por la cual se puede propagar la llama de ignición a
través de dicha tubería para provocar la ignición de dicha mezcla de
combustible-aire dentro de dicha pantalla contra el
viento y por la cual el sonido producido por las llamas dentro de
dicha pantalla contra el viento es conducido a través de dicha
tubería hasta un lugar alejado de dicho quemador piloto, un
generador (36) de frente de llama de ignición conectado a dicha
tubería en dicho lugar alejado para producir una llama de ignición
que se propaga a través de dicha tubería, un detector de sonido (38)
conectado a dicha tubería en dicho lugar alejado para detectar el
sonido conducido a través de dicha tubería y para generar una señal
eléctrica representativa de dicho sonido, y medios electrónicos para
recibir dicha señal e indicar la presencia o no presencia de dicha
llama en respuesta a ella.
18. La antorcha de la reivindicación 1, en la que
dicha porción de pared erecta (58) incluye en la misma una
pluralidad de orificios (60, 62) orientados hacia abajo para
descargar la lluvia y el viento del interior de dicho extremo
superior abierto de dicha pantalla contra el viento hacia el
exterior de la misma; incluyendo además dicha antorcha:
una pluralidad de orificios (68, 70) en cada uno
de los lados opuestos de dicha pantalla contra el viento situados en
ángulo sustancialmente recto respecto de dicha porción de pared
erecta a través de los cuales el viento puede fluir hacia el
interior de dicha pantalla contra el viento; y
un par de tabiques (64, 66) para capturar el
viento, que se extienden hacia fuera, unidos a dichos lados opuestos
de la pantalla contra el viento, estando situado cada uno de dichos
tabiques sustancialmente alrededor de una de dichas pluralidades de
orificios en dicha pantalla contra el viento.
19. La antorcha de la reivindicación 18 que,
además, incluye:
un estabilizador de llama (44) situado dentro de
dicha pantalla contra el viento unido a dicha boquilla de
combustible-aire y que lo rodea; y
un aparato (34, 36, 38) para provocar la ignición
y detectar la llama unido a dicha pantalla contra el viento.
20. La antorcha de la reivindicación 18 ó 19, en
la que dicha pantalla contra el viento incluye en la misma, además,
una pluralidad de orificios (60, 62) orientados hacia abajo bajo
dicha porción de pared erecta para descargar la lluvia y el viento
desde el interior de dicho extremo superior abierto de dicha
pantalla contra el viento hacia el exterior del mismo.
21. La antorcha de la reivindicación 18, 19 ó 20,
en la que dicha pantalla contra el viento (48) tiene generalmente
forma cilíndrica.
22. La antorcha de la reivindicación 18, 19, 20 ó
21, en la que dicho estabilizador de llama perforado (44) interno
tiene generalmente forma cilíndrica.
23. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 22, en la que dichos tabiques (64, 66) para
capturar el viento se construyen en forma de U invertida.
24. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 23, en la que dicha pluralidad de orificios
(68, 70) dentro de cada tabique están orientados de forma que el
aire que fluye a través de dichos orificios es forzado a fluir hacia
abajo, hacia el extremo inferior de dicha pantalla contra el
viento.
25. La antorcha de una cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 24, en la que dicho aparato para provocar la
ignición y detectar la llama está compuesto de una tubería (34) que
tiene un extremo unido a, y en comunicación con el interior de dicha
pantalla contra el viento y una longitud por la cual una llama de
ignición se puede propagar a través de dicha tubería para provocar
la ignición de dicha mezcla de combustible-aire
dentro de dicha pantalla contra el viento y por la cual el sonido
producido por las llamas dentro de dicha pantalla contra el viento
es conducido mediante dicha tubería hasta una situación alejada de
dicho quemador piloto, un generador (36) de frente de llama de
ignición conectado a dicha tubería en dicha situación alejada para
producir una llama de ignición que se propaga a través de dicha
tubería, un detector de sonido (38) conectado a dicha tubería en
dicha situación alejada para detectar el sonido conducido por dicha
tubería y para generar una señal eléctrica representativa de dicho
sonido, y medios electrónicos para recibir dicha señal e indicar la
presencia o no presencia de dicha llama en respuesta a la misma.
26. Un método para provocar la ignición de
combustibles fluidos descargados por el extremo abierto de un
antorcha (10) con un quemador piloto de funcionamiento continuo (26)
situado adyacente al extremo abierto (24) de la antorcha bajo
fuertes vientos, lluvia y otras condiciones climatológicas adversas,
estando el quemador piloto (26) compuesto por una tubería de entrada
(28) de mezcla de combustible-aire, una boquilla
(40) de descarga de mezcla de combustible-aire
conectada a la tubería de entrada (28) de mezcla de
combustible-aire y una pantalla contra el viento
(48) que tiene un extremo superior abierto y un extremo inferior
unido a la boquilla (46) de descarga de mezcla de
combustible-aire o a la tubería de entrada (28) de
mezcla de combustible-aire, incluyendo el
método:
dotar a dicho extremo superior abierto dicha
pantalla contra el viento (48) de dicho quemador piloto de una
porción de pared erecta (58) situada en el lado delantero de dicha
pantalla contra el viento (48) que está frente al extremo abierto
de dicha antorcha (10).
27. El método de la reivindicación 26 que además
incluye la operación de:
proporcionar al menos un orificio (68, 70) en
cada uno de los lados opuestos de la pantalla contra el viento (48)
en ángulo sustancialmente recto respecto de dicha porción de pared
erecta (58) a través de los cuales el viento puede fluir hacia el
interior de dicha pantalla contra el viento.
28. El método de la reivindicación 26 ó 27 que,
además, incluye la operación de proporcionar un tabique (64, 66)
para capturar el viento que se extiende hacia fuera, unido a cada
lado de dicha pantalla contra el viento y situado sustancialmente
alrededor de dicho orificio de la misma.
29. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 28 que, además, incluye la operación de
proporcionar al menos un orificio (60, 62) en dicha porción de pared
erecta (58) en el lado delantero de dicha pantalla contra el viento
(48) para descargar la lluvia y el viento del interior de dicho
extremo superior abierto de dicha pantalla contra el viento.
30. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 29 que, además, incluye la operación de
proporcionar una pluralidad de orificios (60, 62) en dicha porción
de pared erecta (58) de dicha pantalla contra el viento (48) para
descargar la lluvia y el viento del interior de dicho extremo
superior de dicha pantalla contra el viento hacia el exterior de la
misma.
31. El método para provocar la ignición de
combustibles fluidos de la reivindicación 26, 27 ó 28, que incluye
además las operaciones de:
a) unir al menos un quemador piloto (26) que
permanece encendido bajo vientos con velocidades de hasta 71 m/s
(160 millas por hora) o más combinados con lluvias de 5 cm (2
pulgadas) o más, a dicho extremo abierto de la antorcha; y
b) hacer funcionar de forma continua dicho
quemador piloto (26) para provocar la ignición de combustibles
fluidos descargados por el extremo abierto de dicha antorcha.
32. El método de la reivindicación 31, en el que
dicho quemador piloto (26) incluye además medios (38) para provocar
la ignición de dicha mezcla de combustible-aire
descargada por dicha boquilla de descarga de
combustible-aire unida a dicha pantalla contra el
viento (48).
33. El método de la reivindicación 31 ó 32, en el
que dicho quemador piloto incluye además medios (38) para detectar
la presencia o no presencia de llama dentro de dicha pantalla contra
el viento unidos a dicha pantalla contra el viento.
34. El método de la reivindicación 31, 32 ó 33,
en el que dicho quemador piloto (26) incluye además al menos un
orificio (60, 62) en dicha porción de pared erecta (58) de dicho
extremo superior abierto de dicha pantalla contra el viento (48)
para descargar la lluvia y el viento desde el interior de dicho
extremo superior abierto de dicha pantalla contra el viento hacia el
exterior de la misma.
35. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 31 a 34, en el que dicho quemador piloto incluye
además una pluralidad de orificios (60, 62) en dicha porción de
pared erecta (58) de dicho extremo superior abierto de dicha
pantalla contra el viento para descargar la lluvia y el viento desde
el interior de dicho extremo superior abierto de dicha pantalla
contra el viento hacia el exterior de la misma.
36. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 35, en el que dicha pantalla contra el viento
(48) tiene generalmente forma cilíndrica.
37. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 26 a 36, en el que dicho quemador piloto (26)
incluye además un estabilizador de llama perforado (44) situado
dentro de dicha pantalla contra el viento (48) unido a boquilla de
descarga de mezcla de combustible-aire y que la
rodea.
38. El método de la reivindicación 28 en el que
dichos tabiques (64, 66) para capturar el viento están construidos
en forma de U invertida.
39. El método de la reivindicación 28 ó 38, en el
que cada uno de dichos tabiques (64, 66) para capturar el viento
está situados sustancialmente alrededor de una pluralidad de
orificios (68, 70) en dicha pantalla contra el viento (48).
40. El método de la reivindicación 39, en el que
dicha pluralidad de orificios (68, 70) en dicha pantalla contra el
viento (48) en el interior de cada tabique (64, 66), están
orientados de forma que el viento que fluye a través de dichos
orificios es forzado a fluir hacia abajo hacia el extremo inferior
de dicha pantalla contra el viento.
41. El método de la reivindicación 32, en el que
dichos medios para provocar la ignición de dicha mezcla de
combustible-aire dentro de dicha pantalla contra el
viento son un aparato de ignición de frente de llama (36).
42. El método de la reivindicación 33, en el que
dichos medios para detectar la presencia o no presencia de llama son
un aparato acústico (38) de detección de llama.
43. El método de la reivindicación 31, en el que
dicho quemador piloto incluye además un aparato para provocar la
ignición y detectar la llama que incluye una tubería (34) que tiene
un extremo unido a, y en comunicación con el interior de dicha
pantalla contra el viento y una longitud por la cual una llama de
ignición se puede propagar a través de dicha tubería para provocar
la ignición de dicha mezcla de combustible-aire
dentro de dicha pantalla contra el viento y por la cual el sonido
producido por las llamas dentro de dicha pantalla contra el viento
es conducido a través de dicha tubería hasta una situación alejada
de dicho quemador piloto, un generador de frente de llama de
ignición (36) conectado a dicha tubería en dicha situación alejada
para producir una llama de ignición que se propaga a través de dicha
tubería, un detector de sonido (38) conectado a dicha tubería en
dicha situación alejada para detectar el sonido conducido por dicha
tubería y para generar una señal eléctrica representativa de dicho
sonido, y medios electrónicos para recibir dicha señal e indicar la
presencia o no presencia de dicha llama en respuesta a ella.
44. El método de la reivindicación 43, en el que
dicho quemador piloto incluye además al menos un orificio (78) en el
mismo para aliviar la presión cuando se produce la ignición de dicha
mezcla de combustible-aire.
45. El método de la reivindicación 43, en el que
dicho quemador piloto incluye además una pluralidad de orificios
(78) en el mismo para aliviar la presión cuando se produce la
ignición de dicha mezcla de combustible-aire.
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