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Por Joseph D. Smith em 22 de outubro de 2007
teste com três queimadores

Os campos de flare de baixo perfil 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 uma ponta de queimador patenteada usada em grandes flares de gás de perfil baixo, com mais de 400 pontas de queimador agrupadas em uma configuração de tubulação em estágios cercada por uma cerca de vento especialmente projetada. Este documento apresenta os resultados da análise CFD desse flare de gás e ilustra a capacidade da ferramenta CFD de simular a formação de fuligem, o fluxo radiante, o formato e a altura da chama para campos de flare de baixo perfil em escala industrial. Esse trabalho foi concluído em conjunto com testes de flare em que o etileno foi queimado pelas pontas do queimador. Os dados coletados durante esses testes de chamas 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 completos de campo de queima. Além disso, foram fornecidas estimativas do fluxo radiante para a cerca de vento ao redor.


INTRODUÇÃO

Foi feita uma série de cálculos de desempenho da chama. O objetivo dos cálculos era prever a demanda de ar sob várias condições. Além disso, também foi determinado o perfil de radiação térmica ao redor da chama. A ferramenta principal de dinâmica do fluido computacional (CFD) utilizada nesta análise foi ISIS-3D [1, 2, 3]. Anteriormente, o ISIS-3D tem sido usado em uma variedade de análises de incêndio de piscina para prever o desempenho térmico do pacote [4]. Mais recentemente, o ISIS-3D foi aplicado à análise de chama. Nesta aplicação, novos modelos de combustão foram implementados para o manuseio de novas misturas de combustível, incluindo propano e etileno. Os modelos de combustão e radiação foram comparados ao tamanho da chama, forma e medições de radiação medidas durante testes de queimador simples e de queimador múltiplo sob condições ambientais sem vento e com pouco vento.

O modelo CFD incluía vários detalhes, dependendo do caso que foi executado. Para um único caso de queimador, foi selecionado um domínio computacional de 6 m x 6 m x 30 m. Para um caso de queimador múltiplo, foi selecionado um 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 de queima.


medições experimentais de chama

Cálculos de campo completos

Quatro cálculos de campo completos foram feitos representando um caso de pico de fluxo e um caso de gás misturado sustentado sem vento cruzado. Estes cálculos tinham uma densidade de malha de mais de 700.000 células para a caixa de gás misturado e 1.200.000 para a caixa 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 destes casos foram usados para avaliar a demanda total de ar para a chama, bem como o fluxo de radiação para dois pontos médios na cerca de vento.


CONCLUSÕES

O trabalho apresentado neste documento documenta uma análise de chama transitória para a chama multitipagem de baixo perfil. Os objetivos para este trabalho incluem a previsão da demanda total de ar e a altura de chama esperada para um caso de fluxo contínuo e um caso de pico de fluxo queimando etileno. O modelo ISIS-3D CFD foi usado para realizar as simulações em 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 de queima mais a cerca ao redor. As previsões do ISIS-3D indicam que há ar suficiente que entra pela cerca para evitar que a chama se estenda além do topo da cerca e gere fumaça perceptível para a caixa de pico de fluxo, que é considerada a caixa limitadora. Prevê-se que o fluxo de radiação para a cerca de vento seja de até 100.000 W/m2.

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