Расчет высоты факельной трубы

Интенсивность теплоизлучения пламени определяется уравнением

(3.9)

где Ψ - коэффициент светового излучения;

Q - количество тепла, выделяемого пламенем, МДж/ч;

l - расстояние от центра пламени, м, при котором интенсивность теплоизлучения снижается до безопасной величины q = 5 МДж/(м²∙ ч).

Коэффициент излучения Ψ выражается эмпирическим уравнением

(3.10)

где Q_H - низшая теплота сгорания факельного газа, МДж/м³, определяемая по формуле

где М - молекулярная масса газа.

Для газовых смесей

где y - мольная доля компонента i в смеси;

Q_{H i} - низшая теплота сгорания компонента.

Количество тепла, выделяемого пламенем

(3.11)

где G_ФГ - расход факельного газа, м³/ч;

Q_H - низшая теплота сгорания факельного газа, МДж/м³.

Максимальную интенсивность теплоизлучения q_Мопределяют по формуле

(3.12)

где l₁ - расстояние от центра пламени до основания факельной трубы, м, (рис.3.1), равное

(3.13)

где Н - высота факельной трубы, м.

Подставляя формулу (3.13) в формулу (3.12) и решая уравнение относительно Н, получим

(3.14)

Высота факельной трубы должна обеспечить безопасность радиационно-теплового воздействия на персонал. Максимальная величина q_М, которую может выдерживать персонал в течение некоторого промежутка времени, составляет 17 МДж/(м²·ч). Подставив эту величину в уравнение (3.14), получим

Рис. 3.1. Расположение факела в отсутствие ветра (а) и при наличии ветра (б).

Условные обозначения даны в тексте

 

(3.15)

Расстояние 1₂ от основания факельной трубы до безопасной зоны (рис.3.1, а) можно вычислить как длину катета в прямоугольном треугольнике

Эта зависимость справедлива для случая, когда сброс газа производится в неподвижную атмосферу.

При ветре (рис.3.1, б) пламя будет отклонено под углом a к оси трубы. Площадь у основания трубы, на которой интенсивность излучения будет выше допустимого предела, имеет форму эллипса. Таким образом, расстояние от факельной трубы до безопасной зоны увеличивается. Как следует из рисунка (3.1, б)

где u_B – скорость ветра, м/с;

u – скорость выброса газов, м/с;

a - угол наклона пламени.

 

Пример 3.1. Определить размеры факельной трубы для разгрузки предохранительных клапанов и безопасные расстояния.

Исходные данные: давление газа в сбросной трубе Р = 100 кПа, температура окружающего воздуха t = 21 °C.

 

Таблица 3.1 Характеристика выбросов

 

Газ	Молекулярная масса	Расход мольный, G/, моль/ч	Расход массовый, G, кг/ч
Углеводороды	36, 5
Водяной пар	18, 0
Сумма	32, 5

 

Таблица 3.2 Свойства сбросного газа

 

Газ	Yi	CV, кДж/(моль∙ К)	CP	Yi∙ CV	Yi∙ CP	QH,	Yi∙ QH
Углеводороды	0, 783	41, 6	54, 4	36, 0	42, 5	71, 0	55, 5
Водяной пар	0, 217	25, 0	33, 3	5, 5	7, 2	0, 0	0, 0
Сумма		-	-	41, 5	49, 7	-	55, 5