NO145152B - Anordning for slukking av flammer i en roerledning for et brennbart fluidum, og for aa hindre antennelse eller ny antennelse av nevnte fluidum - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning som

gjør det mulig å unngå antennelse eller ny antennelse av et brennbart fluidum og hurtig slukking av forekommende flammer ved innsprøytning av en dårlig brennbar væske i en rørledning for brennbart fluidum og særlig i tilfelle av en oljebrønn,

i brønnhodet.

Erfaringen viser at visse flammer, .særlig de som frem-kommer i oljebrønnhoder, meget hurtig vil være vanskelige å

slukke på grunn av den betydelige frigjorte varme som skyldes forbrenningen, idet akkumuleringen av-varme nesten alltid med-

fører ny antennelse av det brennbare fluidum etter en første slukking av flammen.

Hvis man vil unngå ødeleggelse av anlegget er det så-

ledes uunngåelig at slukningselementene må være slik at de gjør det mulig å bringe flammen til å forsvinne i løpet av en meget kort tid i størrelsesordenen på noen sécunder.

På den annen side er det nødvendig at de anvendte ele-menter hindrer enhver antennelse i tilfelle av lekkasje av brennbart fluidum og enhver ny antennelse etter en første slukking .

Det har vært foreslått et antall løsninger for slukking

av oljebrønner, men ingen gjør det mulig å hindre antennelse eller ny antennelse. Et av de eldre forslag består i å an-

bringe et visst antall åpninger i rørsystemet ved brønnhodet,

hvori munner ut ledninger styrt ved hjelp av ventiler og som tilfører vann fra et bestemt antall beholdere.

For å unngå innføringen av olje i ledningene og lette medføringen av vannet ved hjelp av oljen, må aksene for inn-sprøytningsåpningene være skrå i forhold til rørsystemets akse. Dessverre tillater mangelen på vanntrykk bare slukking av flam-mene når oljeleveringen er meget svak og mindre enn 5 m 3 pr.

time.

Det har også vært foreslått å slukke en flamme ved å anbringe ved foten av flammen en rekke rørledninger som ender i ejektordyser, hvis akser er parallelle med flammens akse,

slik at denne omgis med dårlig brennbare produkter og isoleres fra enhver kontakt med luften. Utleveringen av den slukkende væske må da være minst av samme størrelsesorden som gassleve-ringen eller i det minste lik det dobbelte av oljeleveringen

fra brønnen og det er klart at man må være fri for trekk eller materielle hindringer som avbøyer de respektive stråler av brennbart fluidum og slukkende fluidum.

Selv om det således er kjent å slukke en flamme enten ved å frata denne enhver kontakt med luften eller ved å inn-føre i det brennbare produkt ovenfor flammen en viss mengde vanskelig brennbart produkt for å oppnå en ikke brennbar blanding, foreligger der ingen som helst effektive midler som er istand til å slukke eller kvele flammer som mates av sterke oljestrømmer, uten ved å blåse disse ut ved hjelp av en kraftig sprengladning.

Et stort antall forsøk foretatt i forbindelse med foreliggende oppfinnelse har vist at den manglende effektivi-tet ved metodene for slukking av flammer ved å tilføre brenselet som mater flammen, slukkende produkter, og særlig vann, skriver seg fra det faktum at for en vilkårlig anordning av vanninnsprøytningsorganer i rørledningen for brenselet vil mengden og trykket av det innsprøytede vann for å bevirke slukkingen ikke være proporsjonalt med brenselstrømmen og at dessuten tilførselen av en vannmengde større enn brensel-mengden ikke nødvendigvis medfører slukking.

Et formål med oppfinnelsen er å skaffe tilveie en anordning for slukking av flammer i en rørledning som fører til et flytende brensel, hvilken anordning omfatter et rørformet hus som kan anbringes i et oljebrønnhode eller i en rørled-ning for et brennbart fluidum, hvilke hus er omgitt av en yttermantel anbragt i en viss avstand for å danne et omkrets-kammer for et slukkemedium under trykk som kan injiseres ut fra dette kammer ved hjelp av injektorer (2, 3) anbragt i forskjellig høyde i veggen av det rørformede hus til det indre av dette rørformede hus, idet omkretskammeret står i forbindelse med en tilførselsledning for slukkemediet og minst en tilbakeslagsventil er anordnet i strømbanen for slukkemediet mot det indre av det rørformede hus, slik at når trykket i det indre øker, kan gjennomgangen blokeres, og oppfinnelsen utmerker seg således ved at innerveggen av det rørformede hus sett i aksial retning først har et konvergerende, deretter et sylindrisk og deretter et divergerende parti, at det i den indre vegg i det rørformede hus er anordnet en rekke injektorer oppstrøms for midten av veggen i det sylindriske parti for injeksjon i radial retning av slukkemediet i form av en hovedsakelig avgrenset stråle, helt inn i kjernen av det brennbare fluidum som foreligger i det rørformede hus, og at en rekke injektorer' er anordnet nedstrøms for midten av veggen i det sylindriske parti, for å sprøyte inn en i hovedsaken divergerende slukkemediumstråle som sprer seg i omkretslagene av det brennbare fluidum.

Ytterligere karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de etterfølgende krav.

Et formål med oppfinnelsen er å redusere omfanget av turbulenssonen samtidig med oppnåelsen av en intim blanding av det brennbare fluidum og slukkevæsken ved å utnytte som rørformet hus et omdreiningslegeme som ender i sylindriske partier, idet de nevnte injektorer er fordelt på en regelmes-sig måte omkring omdreiningslegemets akse og er av en type som danner en stråle som gjør det mulig å sikre inntrengning av slukkevæsken i det indre av det brennbare fluidum.

Erfaringen viser imidlertid at for injeksjonstrykk i størrelsesordenen 200 bar og gjennomstrømninger på 25 m /time tillater ingen av de kjente injektorer oppnåelsen av en tilstrekkelig intim blanding bare ved injeksjonen av slukkevæsken etterfulgt av den kunstig dannede turbulens.

Et formål med oppfinnelsen er således å skaffe tilveie en injektor for en slukkeanordning av den beskrevne type, hvilken injektor utmerker seg ved de trekk som fremgår av kravene.

Erfaringen viser at en slik injektor gjør det mulig uansett trykkvariasjonene i det brennbare fluidum å bibeholde nålen mot dens sete på en tettende måte og bare tillate inn-sprøytning av slukkevæske for et trykk av denne væske som av-henger åv brenseltrykket. Dessuten vil innsprøytningen av slukkevæsken bare finne sted for et trykk av denne væske som er større enn trykket i'det brennbare fluidum, idet innsprøyt-ningen sikrer dannelsen av en hvirvlende stråle med sterk aksial impuls og god kohesjon.

Man får således selv i tilfelle med meget kraftig gjennomstrømning og meget høye trykk av det brennbare fluidum en intim blanding av dette fluidum og slukkevæsken.

Det er således tilstrekkelig å regulere spenningen

i fjæren til en egnet verdi for bare å bevirke åpning av ventilen når trykket i slukkevæsken er høyere'enn en gitt verdi. På den annen side, uansett trykkvariasjonene i det brennbare fluidum, kan det ikke foregå noen intrengning av dette fluidum mot rotasjonskammeret. Dessuten i tilfelle av tilstopping av det hulrom som munner ut i den sentrale kanal, er det tilstrekkelig med en meget liten påvirkning for å bryte den skorpe som har dannet seg på den sirkulære kant, mot hvilken ventilen ligger an. Betydningen av dette hulrom er å tillate en fri inntrengning av et hvirvlende skikt i kanalen under samtidig avgivelse av en merkbar mengde slukkevæske i omkrets-sonene av strålen av brensel som allerede er forstyrret ved gjennomtrengningen av de hvirvlende stråler fra nåleinjektorene.

Man kan dessuten ved å variere profilet av det hulrom .som munner ut i kanalen bevirke, ved avbøyning av hvirvelstrå-len mot hulrommets vegger, omdannelse til en stråle som trenger inn i det indre av den brennbare stråle.

Rent summarisk tillater slukkeanordningen uansett be-tingelsene for gjennomstrømning og trykk en forstøvning av fluidum i hele den brennbare masse og følgelig slukking av enhver flamme.

Ytterligere formål og egenskaper ved oppfinnelsen vil forøvrig fremgå av følgende beskrivelse under henvisning til tegningene som i form av et'rent eksempel viser en utførelses-form av slukkeanordningen, idet fig. 1 er et perspektivriss av anordningens hus etter fjernelse av visse deler og delvis i snitt, fig. 2 er et snitt i et plan loddrett på anordningens akse av en utførelsesform av en injektortype med nål anvendt i det nedre parti, fig.-3 er et snitt av injektoren på fig. 2 etter linjen III-III, fig. 4 er et delsnitt etter linjen IV-

IV på fig. 3, og fig. 5 er et snitt i et plan loddrett på anordningens akse av en utførelsesform av en ventilinjektor anvendt i det øvre parti.

Innsprøytningsanordningen på fig. 1 omfatter hovedsakelig et sentralt hus 1, i hvis vegg er montert en første rekke injektorer, såsom injektoren 2 vist på fig. 2, og nedstrøms en annen rekke injektorer bestående av injektorer såsom 3 vist

på fig. 5. Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er injektorens akser loddrett på husets 1 akse, idet

erfaringen har vist at dette gir en meget homogen blanding av det brennbare fluidum og slukkevæsken ved høye trykk. Endene av det rørformede hus kan ha en hvilken som helst egnet form for tettende forbindelse av anordningen på et hvilket som helst sted av en rørledning for et brennbart fluidum.

Som eksempel kan anordningen være satt inn i hodet for en oljebrønn og kan foruten flensen 4 og dennes tetningsspor 5 omfatte en tilsvarende flens ved det nedre parti av huset 1. Anordningen kan likeledes være inkorporert i et hvilket som helst rørformet element i en rørledning for fluidum som er tilknyttet brønnhodet.

De ytre partier av injektorene i de to rekker munner ut i et kammer 6 dannet av ytterveggen av det rørformede hus 1 og av en rørformet del 7 som ved sveising er forbundet med flenser 8 og 9 som kan tilhøre det rørformede hus 1 eller den ringformede del.

En rørledning 10 fører vann eller egnet slukkende fluidum inn i kammeret 6.

For å sikre en intim blanding av det fluidum, f.eks. olje, som trenger inn i delen 1 i pilens 11 retning, er gjen-nomgangstverrsnittet for fluidumet i partiet 12 innsnevret. Økningen av tverrsnittet for utløpet fra den sentrale sone be-gunstiger en turbulens som fullfører innsprøytningsblandingen.

I det valgte eksempel er antallet injektorer 2 lik' seks, idet injektorene 3 i den øvre rekke er anbragt forskutt i forhold til injektorene i den nedre rekke.

Injektorene 2 på fig. 2 er av nåletypen. Hver nåleinjektor omfatter en ring 13 som med gjenger er festet i det øvre parti av et hulrom 14 anordnet i det rørformede hus 1, hvori er montert en sylindrisk del 15 med mindre diameter enn boringen i huset 1, slik at der gjenstår et ringkammer 16 for slukkefluidum som føres inn i kammeret 6. En tetning 17 tet-ter denne gjennomgang mot kanalen for det brennbare fluidum.

Den sylindriske del 15 omfatter en del 18 som har en

første boring, hvori beveger seg den nedre del 19a av et stempel 19, og en annen boring med noe større diameter, hvori beveger seg et parti 19b. av stemplet, hvis tverrsnitt er større enn for delen 19a. Enden 19c av stemplet har større diameter enn den annen boring i delen 18 og beveger seg i en boring i

delen 15, hvori befinner seg en overføringsvæske. Pakninger 20 og 21 hindrer enhver risiko for blanding av det brennbare fluidum og overføringsfluidumet. Kanaler 22 og 23 tillater gjennomgang av overføringsfluidumet til et kammer 24 som befinner seg over nåleinjektorens 25 hoveddel. Pluggskruer 26

og 27 tjener til å lukke kanalen 23 og kammeret 24 og tillater fylling og tømming av overføringsfluidum. Pakninger 29 og 30 sikrer tetning av anordningen.

En fjær 31 trykker injektornålen mot setet 32, idet en pakning 33 hindrer enhver forbindelse mellom transmisjons-væsken og det brennbare fluidum.

Mellom setet 32 og boringen i delen 15 som er anordnet for opptak av ventillegemet 25 for injektoren, befinner det seg et kammer 34, hvori munner ut kanaler 35, vist på fig. 3, som forbinder kammeret 3 4 med ringkammeret 16. Disse kanaler fører slukkevæsken tangentialt i forhold til veggene i kammeret 34.

Tverrsnittet av kammeret 34 i planet IV-IV på fig. 3 er vist på fig. 4, hvorav det fremgår at en kanal 35 forbinder kammeret 34 med ringkammeret 16.

Injektoren 3 på fig. 5 er en av injektorene i den øvre rekke injektorer montert i apparatet på fig. 1. Den omfatter en hoveddel 36 med gjenger som er skrudd inn i et gjenget parti av en boring som befinner seg over hulrommet 37 i delen 1. Pakninger 38 sikrer tetning mellom den ringformede gjennomgang 39 som står i stadig forbindelse med kammeret 6, og hulrommet 37 som gjennomstrømmes av det brennbare fluidum.

Ventilen 40 støtter seg mot den sirkulære kant 41 av setets 36" profil 42 for å lukke rotasjonskammeret 48. Enden av stangen 40a på ventilen er fast forbundet med en skrue 43 som er ført gjennom et rom 44 som inneholder en fjær 45. Denne støtter seg mot det øvre parti av injektorhuset og holdes til-bake av rommet 44 som igjen er blokert ved hjelp av en mutter 46. Kanaler 47 forbinder den ringformede gjennomgang 39 med rotasjonskammeret 48 som lukker ventilen 40, idet disse kanaler munner tangentialt i forhold til veggene i nevnte kammer.

I det øyeblikk hvor det oppstår en flamme, hersker der i det indre av huset 1 (fig. 1) et oljetrykk Ph mens omkretskammeret 6 ikke er utsatt for noe trykk. Under disse betingel-ser vil stemplet 19 i hver nåleinjektor 2 (fig. 2) tilføre transmisjonsfluidumet som befinner seg i kanalene 22, 23, et trykk Pf = k Ph, hvor k er lik forholdet mellom tverrsnittet 19a av stemplet som utsettes for virkningen av oljen, og tverrsnittet 19b av stemplet som påvirker fluidumet. Dette trykk overfører til den bakre flate 49 av nålen 25 en kraft som er proporsjonal med trykket i overføringsfluidumet og følgelig proporsjonalt med oljens trykk. Til tross for oljetrykket vil således nålen 6 søke å anbringe seg mot sitt sete 32, idet oljetrykket bare virker på en meget liten overflate av nålens 25 ende. Dette fører til at når det ikke foreligger noe vann,

dvs. når slukkeanordningen ikke er utløst, vil enhver økning av oljetrykket forsterke tetningen av nålen mot sitt sete.

Hvis man således ut fra et vanntrykk lik null i kam-

meret 6 øker dette trykk progressivt og forutsetter konstant oljetrykk, vil man se. at vannet som føres inn i kammeret 34,

vil utøve en virkning på hele overflaten av nålen mellom nålens største diameter og kontaktlinjen for nålen med kanten av dens sete 32. Den fremkomne kraft er motsatt rettet den som utøves av fjæren 31 og av oljetrykket som virker ved hjelp av overføringsfluidumet mot flaten 49.

Ved et tilstrekklig vanntrykk løftes nålen. Hvis vanntrykket holdes konstant, foregår løftingen av nålen på en fri måte, fordi vannet da virker brått på en større flate av nålen,

slik at vannavløpet foregår fritt og hurtig.

Injektorventilens funksjon utløses samtidig ved øknin-

gen av vanntrykket. I hvilestillingen er det utvidede parti av ventilen 40 (fig. 5) trykket mot dens sete 41 under virknin-

gen av fjæren 45. Hvis oljetrykket tiltar, utøver dette sin virkning på den indre flate av ventilen 40 som av denne grunn trykkes mer mot sitt sete 41.

Åpningen kan således bare bevirkes hvis den kraft som

utøves av vanntrykket i kammeret 48, er større enn de krefter som utøves av fjæren 45 og av oljetrykket, hvilket nødvendig-

gjør, forutsatt at de overflater, på hvilke disse virkninger utøves er like, at vanntrykket må være klart større enn oljetrykket .

Når det således dreier seg om nåleinjektorene eller ventilinjektorene, vil innsprøytningen av vann i oljen foregå fritt, og plutselig når vanntrykket er klart større enn oljetrykket, mens enhver økning av oljetrykket i mangel av vanntrykk vil forsterke tetningen av injektorene.

I det øyeblikk hvor innsprøytning finner sted, vil nåleinjektoren gi den forstøvede stråle en meget sterk aksial impuls bestemt til å tvinge strålen til å treffe senter av søylen av brennbart fluidum, mens ventilinjektoren skaffer en hvirvlende stråle som bare trenger gjennom de perifere lag av det brennbare fluidum. Allikevel kan man modifisere ventilinjektoren for å oppnå en stråle med bedre aksial gjennom-trengning. For dette formål utføres profilet 42 mindre skrått i forhold til injektorens akse og det slør som forlater injektoren omkring ventilen, samler seg etter refleksjon mot overflaten 42 for å danne en stråle som trenger gjennom helt til senter av den brennbare stråle.

Det kan således anvendes nåleinjektorer for begge de to rekker av injektorer eller de nåleinjektorer som er montert oppstrøms, kan erstattes av ventilinjektorer, hvor pro-filen av det rettlinjede parti er mindre skrått i forhold til injektoraksen og derfor ved refleksjon av den hvirvlende stråle mot dette profil tillater oppnåelse av en stråle med kraftig kohesjon og som trenger helt inn i massen av det brennbare fluidum.

Claims (3)

1. Anordning for slukking av flammer i en rørledning som fører et flytende brensel, hvilken anordning omfatter et rør-formet hus som kan anbringes i et oljebrønnhode eller i en rørledning for et brennbart fluidum, hvilket hus er omgitt av en yttermantel anbragt i en viss avstand for å danne et om-kretskammer for et slukkemedium under trykk som kan injiseres ut fra dette kammer ved hjelp av injektorer (2,3) anbragt i forskjellig høyde i veggen av det rørformede hus til det indre av dette rørformede hus, idet omkretskammeret står i forbindelse med en tilførselsledning for slukkemediet og minst en tilbakeslagsventil er anordnet i strømbanen for slukkemediet mot det indre av det rørformede hus, slik at når trykket i det indre øker, kan gjennomgangen blokeres, karakterisert ved at innerveggen av det rørformede hus (1) sett i aksial retning først har et konvergerende, deretter et sylindrisk og deretter et divergerende parti, at det i den indre vegg i det rørformede hus er anordnet en rekke injektorer (2) oppstrøms for midten av veggen i det sylindriske parti for injeksjon i radial retning av slukkemediet i form av en hovedsakelig avgrenset stråle, helt inn i kjernen av det brennbare fluidum som foreligger i det rørformede hus, og at en rekke injektorer (3) er anordnet nedstrøms for midten av veggen i det sylindriske parti, for å sprøyte inn en i hovedsaken divergerende slukkemediumstråle som sprer seg i omkretslagene av det brennbare fluidum.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den oppstrøms plasserte injektor (2) er utstyrt med en radial nåleventildel (25) som på en tett måte og mot virkningen av en fjær er forskyvbar i en første boring i en sylindrisk del (15) anordnet i en boring i veggen av det rørformede hus (1), med hvilken vegg den ved sin omkrets danner et ringkammer (16) som kommuniserer med omkretskammeret (6) for å sikre tilførsel av slukkemediet, at det i den nevnte første boring er anordnet en konvergerende setedel (32) for injeksjon av slukkemedium fra et ringformet kammer (34) som er forbundet med ringkammeret (16) via kanaler (35) anbragt tangentialt i forhold til kammerets (34) vegger, at delen (15) ved sin radialt sett indre ende omfatter en andre boring som munner ut inne i det sylindriske parti i huset (1), at et avtrappet stempel (19) som på tettende måte er forskyvbart i den nevnte andre boring og har et parti (19b) med større diameter enn et parti (19a), er forsynt med en flens (19c) og er forskyvbart i et rom i delen (15), hvilket rom inneholder en overføringsvæske og gjennom kanaler (22, 23) står i forbindelse med et øvre rom (24) i den første boring som befinner seg over nåleventilen (25).

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den nedstrøms plasserte injektor (3) omfatter en ventildel (40) som er anbragt radialt i husveggen og som er forsynt med en stang (40a), idet denne ventilstang (40a) på en tettende måte og mot virkningen av en fjær (45) er forskyvbar i en del som er anordnet i veggen av det rørformede hus (1) og sammen med veggen ved sin omkrets danner et ringformet kammer (39) som kommuniserer med omkretskammeret (6) og ved hjelp av ventilen og gjennom kanaler (47) og et kammer (48) omkring ventilstangen er forbindbar med innersiden av det rørformede hus (1), hvilke kanaler (47) munner ut i kammeret (48) på en tangential måte i forhold til kammerets vegg, og at et hulrom (42), hvis vegger divergerer innover i det rørformede hus (1), er anordnet omkring ventilsetet.