Os campos de baixo perfil flare apresentam desafios significativos de projeto, incluindo chamas alongadas, suprimento de ar adequado para as pontas de queimadores localizadas nas fileiras internas e alto fluxo de radiação da chama para a cerca de vento ao redor. Um trabalho recente realizado por engenheiros da Alion Science and Technology para a Zeeco, Inc. concentrou-se na análise do desempenho de um bico de queimador patenteado usado em grandes tochas de gás de perfil baixo, com mais de 400 bicos de queimadores reunidos em uma configuração de tubulação em estágios cercada por uma cerca de vento especialmente projetada. Este documento apresenta os resultados da análise CFD desse gás flare e ilustra a capacidade da ferramenta CFD de simular a formação de fuligem, o fluxo radiante, o formato da chama e a altura da chama para campos flare de baixo perfil em escala industrial. Esse trabalho foi concluído em conjunto com o teste flare em que o etileno foi queimado pelas pontas do queimador. Os dados coletados durante esses testes flare incluíram vídeo, fluxo radiante e som. Os resultados dos testes foram usados para calibrar o modelo de combustão e validar as previsões de CFD da altura da chama e da demanda de ar. Com base nisso, a altura da chama e a demanda de ar previstas foram fornecidas para dois casos de campo completos do flare . Além disso, foram fornecidas estimativas do fluxo radiante para a cerca de vento ao redor.
INTRODUÇÃO
Foi feita uma série de cálculos do desempenho do flare . O objetivo dos cálculos era prever a demanda de ar em várias condições. Além disso, o perfil de radiação térmica em torno do site flare também foi determinado. A principal ferramenta de dinâmica de fluidos computacional (CFD) usada nessa análise foi o ISIS-3D [1, 2, 3]. Anteriormente, o ISIS-3D foi usado em uma variedade de análises de incêndio em piscinas para prever o desempenho térmico da embalagem [4]. Mais recentemente, o ISIS-3D foi aplicado à análise do site flare . Nesse aplicativo, novos modelos de combustão foram implementados para lidar com novas misturas de combustível, incluindo propano e etileno. Os modelos de combustão e radiação foram comparados com as medições de tamanho, forma e radiação da chama medidas durante testes de queimador único e de vários queimadores em condições ambientais sem vento e com pouco vento.
O modelo CFD incluiu vários detalhes, dependendo do caso que foi executado. Para o caso de um único queimador, foi selecionado um domínio computacional de 6 m x 6 m x 30 m. Para um caso com vários queimadores, foi selecionado um tamanho de domínio de 35 m x 35 m x 25 m. Para o campo completo, o domínio computacional foi estendido 10 m além da cerca de vento que circunda todo o campo flare .
Cálculos de campo completos
Foram feitos quatro cálculos de campo completos, representando um caso de pico de fluxo e um caso de gás misto sustentado sem vento cruzado. Esses cálculos tinham uma densidade de malha de mais de 700.000 células para o caso de gás misto e 1.200.000 para o caso de pico de fluxo. O domínio físico simulado foi de 10 metros além do perímetro da cerca em todas as direções, com uma altura total de 25 m. Os resultados desses casos foram usados para avaliar a demanda total de ar para o site flare , bem como o fluxo de radiação para dois pontos médios da cerca de vento.
CONCLUSÕES
O trabalho apresentado neste documento documenta uma análise de chama transiente para o perfil baixo de várias pontas flare. Os objetivos desse trabalho incluem a previsão da demanda total de ar e a altura esperada da chama para um caso de fluxo sustentado e um caso de pico de fluxo queimando etileno. O modelo ISIS-3D CFD foi usado para realizar as simulações de computador para um teste de queimador único e um teste de três queimadores para verificar as previsões do modelo. Com base na verificação do modelo, o campo completo foi simulado. Foram realizadas simulações de campo completo, incluindo todos os queimadores no campo flare e a cerca ao redor. As previsões do ISIS-3D indicam que há entrada de ar suficiente através da cerca para evitar que a chama se estenda além do topo da cerca e gere fumaça perceptível no caso de pico de fluxo, que é considerado o caso limite. Prevê-se que os fluxos de radiação para a cerca de vento sejam de até 100.000 W/m2.
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