DE2842460B2

DE2842460B2 - Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelgas-Zufuhr

Info

Publication number: DE2842460B2
Application number: DE2842460A
Authority: DE
Inventors: Eizo Ibaraka Ishikawa; Takusen Ito; Masami Osaka Murakami; Keiichi Ibaraki Otsuka
Original assignee: Mitsubishi Petrochemical Co Ltd Tokyo; Hitachi Zosen Corp; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Petrochemical Co Ltd Tokyo; Hitachi Zosen Corp; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1981-07-02
Also published as: IT7851346A0; DE2842460A1; NL168320C; FR2405437B1; US4229157A; NL7809955A; GB2005401A; GB2005401B; JPS5826497B2; FR2405437A1; IT1107492B; NL168320B; DE2842460C3; JPS5453330A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelgas-Zufuhr zu einer Bodenfackel nach dem Oberbegriff des Anspruchs t.

Brennbare Gase, die z. B. als Abgas in Erdöl-Raffinerien, petrochemischen Anlagen usw. anfallen, werden in die Atmosphäre ausgestoßen und mit Hilfe von Bodenfackel-Einrichtungen verbrannt. Diese Bodenfakkeln sind gewöhnlich sehr unterschiedlich ausgelastet und funktionieren daher nicht ohne eine Vorrichtung zur Steuerung der Abgaszufuhr.

Es sind beispielsweise aus der DE-OS 23 19 177 oder DE-OS 23 51 418 Steuerungssysteme bekannt, die eine Vielzahl von Zweigleitungen umfassen, die von einer Abgasfackel-Zuleitung abgehen und mit den Brennern der Bodenfackel verbunden sind, sowie in jeder außer der ersten Zweigleitung angebrachte Ventile und Gasdruckfühler, die jeweils in jeder außer der letzten Zweigleitung angebracht und auf anwachsend veränder üche Druckwerte zum öffnen oder Schließen der Ventile eingestellt sind, so daß jedes Zweigleitungsventil durch Ansprechen auf ein Signal von dem in der vorhergehenden Zweigleitung befindlichen Druckfühler geöffnet oder geschlossen wird, um somit die Zweiglei-. tungen stufenweise entsprechend dem Druck bzw. der Durchflußmenge der Abfackelgase zu öffnen oder zu schließen.

Diese Steuerungssysteme haben den Nachteil, daß zwei oder mehr Ventile gleichzeitig öffnen oder κι schließen, wenn das System plötzlichen oder außergewöhnlichen Druckschwankungen ausgesetzt ist, was zu Schwierigkeiten bei der Verbrennung der Abgase führt Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen ist darin zu sehen, daß die Abgasmenge, die sich auf diese 1'. Weise verbrennen läßt, sehr begrenzt ist, wie noch weiter unten ausführlicher erklärt werden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für Bodenfackeln mit Ventilen vorzusehen, die chne Schwierigkeiten stufenweise 3d öffnen oder schließen, selbst wenn die Anlage außergewöhnlichen oder plötzlichen Belastungsänderungen ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden .'■ Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, bei der ein in der betreffenden Zweigleitung angeordnetes Ventil mit Mitteln zur Anzeige der Schließstellung des Ventils versehen ist und das Ventil ίο geschlossen wird, wenn es sowohl auf ein Signal vom Druckfühler in der vorhergehenden Zweigleitung als auch auf ein Signal vom Stellungsfühler des Ventils in der nachfolgenden Zweigleitung anspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die in i'j den Zweigleitungen angebrachten Druckfühlermittel alle auf im wesentlichen den gleichen Druckwert eingestellt, bei dem ein Signal zum Öffnen oder Schließen eines Ventils abgegeben wird. Dadurch können die Zweigleitungen eine bestimmte größte, 4« durchfließende Menge aufnehmen, wobei die Anzahl der geöffneten Zweigleitungen nicht berücksichtigt werden muß, so daß die Vorrichtung leicht auszulegen ist und zuverlässig funktioniert.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den schematischen Zeichnungsfiguren, in denen die Erfindung v> erläutert und dargestellt ist. Es zeigt

F i g. I ein Schema einer üblichen Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelzufuhr zu einer Bodenfackel;

Fig.2 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Gas-Durchflußmenge und dem Ventil-Steuer-Druck bei einer üblichen Vorrichtung;

F i g. 3 ein Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelgas-Zufuhr zu einer Bodenfackel;

Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Gas-Durchflußmenge und dem Ventil-Steuer-Druck bei der in Fig.3 gezeigten Vorrichtung und

F i g. 5 eine Vorderansicht eines Steuerventils.
Zum besseren Verständnis der Merkmale der *>5 vorliegenden Erfindung wird zuerst eine bekannte Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelgaszufuhr zu einer Bodenfackel und ihre Funktion unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 beschrieben.

Brennbare, von einer Raffinerie, einer petrochemischen oder ähnlichen chemischen Anlage abgegebene Abfackelgase werden durch eine Hauptleitung 1 zu einer ersten Wasserdichtungs-Vorlage 2 geführt. Da das vordere Ende der Leitung 1 durch das Wasser in der ·-, Vorlage 2 abgedichtet wird, strömt das Gas unter dem Druck einer Wassersäule von bestimrrter Höhe durch eine von der Leitung 1 abzweigende Leitung 3 in eine zweite Wasser-Vorlage 4, die für die Zufuhr des Gases zu einer Bodenfackel 7 ausgebildet ist Falls der Abfackelgasdruck höher als der Druck der genannten Wassersäule ist, wird die Dichtung durch das Wasser in der Vorlage 2 durchbrochen und der Überschuß über das, was die Bodenfackel an Abfackelgas aufnehmen kann, wird von der ersten Vorlage 2 durch eine Leitung t ί 5 zu einem schornsteinartigen Fackelrohr 6 zur Abfackelung geleitet.

Die Höhe der abdichtenden Wassersäule in der ersten Vorlage 2 ist aus den folgenden Gründen ungefähr 1000 mm entsprechend einem Druck von 98 mbar:

1) Beim Durchbrach durch die Wasserdichtung bringt das Abfackelgas die Oberfläche ins Schwanken. Diese Schwankungen werden um so deutlicher, je höher der Wasserstand in der Vorlage ist, stören den stetigen Zufluß des Abfackelgases zum r> Fackelschornstein und zur Bodenfackel und rufen eine pulsierende Verbrennung hervor.

2) Die Zunahme der Höhe des Wasserstande in der Vorlage bringt zunehmende Schwierigkeiten bei der Abfuhr des Abfackelgases aus der Anlage. jo

Die Höhe des Wasserstandes in der zweiten Vorlage 4 beträgt gewöhnlich zwischen 50 und 200 mm, da sie nur so hoch zu sein braucht, daß ein Rückschlag der Flamme vermieden wird. Hieraus folgt, daß die obere Grenze für den Druck des von der zweiten Vorlage 4 r, zur Bodenfackel 7 zu führenden Abfackelgases 1000 mm minus die Wasserhöhe der Dichtung in der zweiten Vorlage 4, 50 bis 200 mm, nämlich 800 bis 950 mm entsprechend einen Druck von 78 bis 93 mbar, beträgt.

Das durch die zweite Vorlage 4 hindurchströmende Abfackelgas wird durch eine Leitung 8 zu einer Vielzahl von Brennern 9 der Bodenfackel 7 geführt. Da die von der Leitung 1 abgegebene und infolgedessen die der Bodenfackel 7 über die Leitung 8 zugeführte Abfackelgasmenge im allgemeinen stark veränderlich ist, besteht ·τ> die Notwendigkeit, die Abfackelgaszufuhr entsprechend den Änderungen zu steuern, um eine störungsfreie Verbrennung selbst bei plötzlichen Belastungsschwankungen zu gewährleisten.

Bekannt ist die in F i g. 1 dargestellte Steuerungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Zweigleitungen L\ bis U, die von der Leitung 8 abgehen und jeweils mit Brennern 9 der Bodenfackel 7 verbunden sind, sowie Ventile V_t, V₂, V₃, V₄, die jeweils in der zweiten bii fünften Zweigleitung L₂ bis L% angebracht sind, und Gasdruckfühler P\, P₂, Pi, Pt, umfaßt, die in der ersten bis vierten Zweigleitungen L\ bis L₄ angebracht sind. Die Ventile werden auf Signale von den Druckfühlern geöffnet oder geschlossen, um sich den Änderungen der Gasmenge anzupassen.

Der untere Grenzwert des Druckes des in die Brenner 9 einzuführenden Abfackelgases muß bei 64 mm Wassersäule entpsrechend 6,3 mbar Überdruck liegen, da sonst durch ungenügende Mischung von Gas und Luft Ruß auftritt, wenn die Zufuhr von Abfackelgas zu den Brennern bei niedrigeren Drücken zugelassen wird. Dementsprechend werden die Ventil V'i bis V, so gesteuert, daß der Druck des den Brennern 9 zugeführten Abfackelgases innerhalb des Bereiches von 64 bis 950 mm WS, entsprechend 6,3 mbar bis 93,2 mbar. Überdruck liegt Die Fühler Pi bis P₄ werden auf verschiedene Druckwerte zum öffnen oder Schließen der Ventile eingestellt damit sich d:sse nicht gleichzeitig öffnen oder schließen sondern stufenweise arbeiten.

Da der in der ersten Zweigleitung Li herrschende Gasdruck beständig von 0 mbar Überdruck an wächst ist die Bildung von Ruß oder das Auftreten einer pulsierenden Verbrennung infolge instabiler Flammen unvermeidlich bei Drücken unterhalb des unteren Grenzwertes (63 mbar Überdruck). Deswegen muß die Verbrennung an den mit der Zweigleitung Li verbundenen Brennern auf ein solches Maß gedrosselt werden, daß, wenn wirklich eine pulsierende Verbrennung auftritt diese keine Schwierigkeiten machen. Das Ausmaß einer solchen Verringerung beträgt bis zu 13% der Kapazität der Bodenfackel.

Bei der vorstehend im einzelnen beschriebenen bekannten Steuerungsvorrichtung verkleinert sich der Druckeinsteüungsbereich des Ventil-Öffnens und -Schließens in bezug auf den Druck des dem Ventil zugeführten Gases von Ventil zu Ventil, wie aus F i g. 2 ersichtlich, mit dem Ergebnis, daß bei der Funktion eines fünften und folgenden Ventils erhebliche Schwierigkeiten auftreten würden. Der enge Bereich der Steuerdruck-Einstellungen begrenzt auch die Gasmenge, die jedes Ventil verarbeiten kann. Außerdem können merkliche, die Fassungskraft des Systems übersteigende Belastungsschwankungen auftreten, wodurch zwei oder mehr Ventile gleichzeitig öffnen oder schließen, Störungen bei der Abfackelgas-Zufuhr-Steuerung und Schwierigkeiten bei der Verbrennung der Gase verursacht werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig.3 und 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Abgaszufuhr beschrieben, die diese Nachteile nicht aufweist. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Ziffern bekannt.

In Fig. 3 sind die Zweigleitungen, die von der Abfackelgas-Zuführung 8 abgehen bzw. mit den Brennern 9 der Bodenfackel verbunden sind, mit Li, L₂, L₃, L₃, Ls bezeichnet. Ventile Vi, V₂, V₃, V₄, die bei den jeweiligen Druckstufen geöffnet oder geschlossen werden können, sind in den Zweigleitungen L₂, L₃, L₄, L·, außer der ersten Zweigleitung Li montiert. Mit Ausnahme der letzten Zweigleitung Ls sind die Leitungen mit Gasdruckfühlern Pi, P₂, P₃, P₄ versehen, wobei jeder so eingerichtet ist, daß er den Druck in der betreffenden Leitung fühlt und ein sich ergebendes Signal dem Ventil in der nachfolgenden Zweigleitung zuführt. In diesem Aufbau stimmt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Aufbau der vorstehend beschriebenen überein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch Endstelhings-Schalter Si, S₂, S₃ jeweils an den Ventilen V₂, V₃, V₄ angebracht, um die Bewegung der betreffenden Ventilspindel, nämlich die Schließbewegung des Ventils, anzuzeigen. Auf diese Weise sind die betroffenen Ventile darauf eingerichtet, sowohl auf ein Signal von dem Druckfühler in der vorhergehenden Leitung als auch auf ein Signal nach dem Schließen des Ventils in der nachfolgenden Leitung anzusprechen. Außerdem sind die Druckfühler für die AbgaDe eines Signals zum öffiijn oder Schließen alle auf im wesentlichen dieselben Druckwerte eingestellt. Zusätzlich wächst von Leitung zu Leitung die Anzahl der Brenner-Elemente der ieweils zu den Zweigleitungen gehörenden Brenner

9. so daß die verarbeitbare Gasmenge von Leitung zu Leitung nach einer geometrischen Reihe wächst.

F i g. 4 zeigt, wie die Ventile arbeiten. Die Ventile öffnen eins nach dem anderen, wodurch, wie üblich, die Durchflußmenge anwächst, derart daß das Ventil in der betroffenen Zweigleitung auf ein Signal vom Druckfühler in der vorhergehenden Leitung öffnet, wie mit der durchgehenden Linie der F i g. 4 angedeutet.

Bei abnehmender Durchflußmenge werden die Ventile in der folgenden Weise geschlossen:
Sobald die Durchflußmenge sinkt, merkt der Druckfühler Pa in der vierten Zweigleitung L₄ die Abnahme des Druckes auf den an ihm eingestellten Wert oder darunter und gibt ein Signal an das Ventil V₄ in der fünften Zweigleitung L$.

Auf dieses Drucksigna! hin schließt das Ventil V₄; daraufhin gibt es einen Anstieg des Gasdrucks. Der Endstellungsschalter S₃ an dem Ventil V₄ fühlt das Schließen des Ventils V₄ und gibt ein Schließ-Signal an das Ventil V3 in der vierten Zweigleitung L₄.

Bei einem weiteren Absinken der Durchflußmenge des Gases merkt der Druckfühler P₃, daß der Gasdruck in der dritten Leitung L₃ auf den eingestellten Wert oder darunter gefallen ist und gibt ein Signal an das Ventil V₃ in der vierten Leitung U ab. Das Ventil V₃ in der vierten Leitung L₄ schließt nun erst, wenn sowohl das Signal von dem Druckfühler der vorhergehenden Leitung als auch das Ventil-Schließ-Signal vom Endstellungsschalter des Ventils in der nachfolgenden Leitung ankommt. Die Ventile Vj, Vi in der dritten und der zweiten Zweigleitung werden danach in derselben Weise gesteuert, wie eben beschrieben.

Wenn man die Ventile in dieser Weise steuert, wird das Ventil in dem betroffenen Leitungszweig nicht geschlossen werden, so lange das Ventil in der , nachfolgenden Leitung noch nicht geschlossen ist Hierdurch wird gleichzeitiges Schließen von zwei oder mehr Ventilen vermieden.

Gemäß der beschriebenen Ausführungsform ist jeder der Druckfühler so eingestellt, daß er ein Schließ-Signal bei einem niedrigeren Druck abgibt als der erniedrigte Druck, der sich ergibt, wenn das betreffende Ventil auf

. ein Signal von jenem Fühler hin geöffnet wird, um häufiges öffnen und Schließen der Ventile zu vermeiden, wie in F i g. 4 mit der gestrichelten Linie angedeutet wird.

Insbesondere ersieht man aus Fig.4, daß das Ventil V| bei einem Gasdruck α öffnet, was zu einem niedrigeren Druck β führt. Wenn die Durchflußmenge bei diesem Zustand anwächst, so wächst auch der Druck, wie durch den Pfeil a angedeutet, an, aber wenn die Durchflußmenge abnimmt, nimmt der Druck wie durch

. den Pfeil b bezeichnet ab. Im letzteren Fall ist der Druckfühler P_x so eingestellt, daß er ein Schließsigna! bei einem Druckwert abgibt, der z. B. 2 mbar niedriger ist als ß, vorzugsweise bei ungefähr 6,3 mbar Überdruck. Bei der Steuervorrichtung dieser Erfindung wird das ·,, Ventil in der betroffenen Zweigleitung sowohl auf ein Signal von einem Druckfühler in der vorhergehenden Leitung als auch auf ein Schließ-Signal von einem Endschalter an einem Ventil in der nachfolgenden Leitung geschlossen; daher ist es nicht nötig, die

, Druckfühler auf unterschiedliche öffnungs- bzw. Schließungsdrücke einzustellen. Somit haben alle Ventile die gleichen Bereiche für die Druckeinstellung für das öffnen oder Schließen der Ventile, und es ist unwahrscheinlich, daß zwei oder mehr Ventile gleichzei-

. tig schließen.

Durch die Erfindung wird es daher ermöglicht, daß die Ventile den Zugang stufenweise öffnen und schließen, ohne daß bei einer plötzlichen und übermäßigen Belastungsänderung der Bodenfackel Störungen

, auftreten. Außerdem können mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung viel größere Abgasmengen als bisher verbrannt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung der Abfackelgas-Zufuhr zu einer Bodenfackel, mit mehreren von einer Abfackelgas-Zuführung abgehenden, jeweils mit Brennern der Bodenfackel verbundenen Zweigleitungen, die — mit Ausnahme der ersten Zweigleitung — jeweils ein Ventil und die — mit Ausnahme der letzten Zweigleitung — jeweils einen Druckfühler aufweisen zur Abgabe eines Öffnungssignals beim Oberschreiten eines bestimmten Druckes des Abfackelgases und zur Abgabe eines Schließsignals beim Unterschreiten eines bestimmten anderen Druckes des Abfackelgases, wobei das Öffnungsund das Schließsignal jeweils an das Ventil der nachfolgenden Zweigleitung gegeben werden und die Ventile nacheinander in Betrieb genommen werden, du durch gekennzeichnet, daß die Ventile CV₂, V₃, V₄) jeweils Mittel (S_u S₂, S₃) zum Fühlen ihrer Schließstellung und zum Übertragen eines die Schließstellung anzeigenden Signals an das Ventil (V\, V₂, V3) der jeweils vorhergehenden Zweigleitung (X₂, Lz, U) aufweisen und daß — mit Ausnahme des Ventils (V₄) der letzten Zweigleitung (L₅) - jedes Ventil (V₁, V₂, V₃) nur schließbar ist, wenn das Schließsignal des Druckfühlers (P\, P₂, P₃) der vorhergehenden Zweigleitung (Lu Lz, £.3) und das die Schließstellung des Ventils (V₂, V₃, V₄) der nachfolgenden Zweigleitung (L₃, L₄, Ls) anzeigende Signale vorliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfühler (P_u P₂, P₃, Pi) auf im wesentlichen den gleichen Druckwert des Abfackelgases eingestellt sind, bei dem sie das Schließsignal abgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Druckfühiern (Pu P₂, P₃, P₄) zur Abgabe des Schließsignals eingestellte Druckwert 6,3 mbar beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (Si, S₂, S3) zum Fühlen der Schließstellung und zum Übertragen eines die Schließstellung anzeigenden Signals Endstellungsschalter sind.