Flüssigdichtungen sind ein gängiges Gerät in Prozessfackelsystemen, die eine Trennung eines Gas- (oder Dampf-)Systems in vorgelagerte und stromabwärtige Abschnitte ermöglichen. Sie werden verwendet, um:
- Positiven Header-Druck aufrechtzuerhalten
- , Rückblenden durch Funktion als Flammenschutzmechanismus zu verhindern,
- Fackelkrümme in gestuften Anwendungen getrennt zu halten
. Durch die Verwendung einer Flüssigkeit – oft Wasser oder einer Glykol/Wasser-Mischung – bieten flüssige Dichtungen zuverlässigen Schutz bei Fackeloperationen.
Unter bestimmten Bedingungen stehen Flüssigdichtungen jedoch vor einer kritischen Herausforderung: dem Föhnen. Wenn Notfallmaßnahmen hohe Gasgeschwindigkeiten erzeugen, kann die Flüssigkeit im Dichtungsbereich eingezogen und durch die Fackelspitze abgegeben werden. Dieses Föhnen mit Flüssigkeitsdichtung kann betriebliche und sicherheitstechnische Bedenken auslösen.
Was ist flüssiges Versiegelungsföhnen?
Ein Föhnen tritt auf, wenn die Gasgeschwindigkeit hoch genug ist, um Flüssigkeit aus der Trommel zu ziehen. Dies kann dazu führen:
- Erloschene Piloten oder Hauptflammen,
- kontaminierte Dichtungsflüssigkeit, die vom Fackelstapel herabregnet ,
- Druckspitzen im Fackelkopf, wenn die Flüssigkeitsdichte im Schornstein steigt
Die Gasdurchflussrate, bei der dies geschieht, wird als Föhnrate bezeichnet, die früh im Entwurfsprozess definiert wird. Bei einigen Fackeln ist die Föhnrate höher als die maximale Entlastungsrate, was das Föhnen für dieses System unmöglich macht.
Viele Anlagen haben jedoch so hohe Notfall-Designraten, dass es unpraktisch ist, das Föhnen vollständig zu verhindern. In diesen Fällen müssen die Betreiber die potenziellen Folgen der Flüssigkeitszufuhr berücksichtigen.
CFD Insights: Unerwartete Druckspitzen
John Zink führte eine Studie zur Computational Fluid Dynamics (CFD) durch, um die Föhntrocknungsdynamik in einem Niederdruck-Fackelsystem besser zu verstehen.
Die Analyse ergab, dass während eines Föhnens der statische Einlassdruck auf etwa 47 psig anstieg – deutlich höher als erwartet für ein Niederdrucksystem. Obwohl dieser erhöhte Druck nur kurz anhielt, stellte er dennoch potenzielle Risiken für die vorgelagerte Ausrüstung und die allgemeine Sicherheit der Anlage dar.
Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung, das Verhalten von Flüssigdichtungen während Notfallmaßnahmen zu bewerten und Designstrategien zur Minderung von Gegendruckrisiken zu berücksichtigen.
Eine vereinfachte Methode zur Druckschätzung
Die Analyse des Zweiphasenstroms während des Föhnens ist komplex und erfordert typischerweise spezialisierte Software und Fachwissen. Zur Unterstützung von Bedienern und Konstrukteuren entwickelte John Zink eine vereinfachte Analysemethode zur Abschätzung des Druckanstiegs.
- Die Methode wurde anhand von CFD-Ergebnissen kalibriert.
- Es bietet ein praktisches Screening-Tool zur Abschätzung des potenziellen Gegendrucks.
- Sie ermöglicht eine frühzeitige Bewertung des Systemrisikos ohne Vollmaßstabsmodellierung.
Wichtiger Hinweis: Dieser vereinfachte Ansatz wurde gegen eine begrenzte Anzahl von CFD-Simulationen validiert , und seine Genauigkeit für andere Anwendungen ist unbekannt. Es sollte als Screening-Methode betrachtet werden, nicht als Ersatz für eine detaillierte Analyse.
Bewährte John-Zink-Lösungen zur Minderung des Föhnens
Wenn Föhnen ein Problem ist, bietet John Zink entwickelte Flüssigkeitsdichtungsdesigns an, die Flüssigkeitseinzug vermeiden oder mindern und den Gegendruck verringern können.
1. Horizontale Flüssigkeitsdichtung
:Ein eigenständiges Gefäß, das die gleichen Schutzfunktionen wie eine vertikale Dichtung erfüllt, jedoch mit verbesserter Flüssigkeitstrennung. Seine horizontale Ausrichtung bietet eine inhärente Knockout-Fähigkeit und senkt das Risiko eines Flüssigkeitstransports bei Hochentlastungsereignissen.
2. Quick Dump Liquid Seal – Stil 1 (Externes Abflussrohr)
Dieses Design verwendet ein externes Abflussrohr und eine Ausgleichsleitung. Während eines Hochentlastungsereignisses öffnet sich ein Ventil, um die Flüssigkeit in ein niedrigeres Reservoir zu leiten und sie aus dem Gasweg zu entfernen. Nach Abschluss des Ereignisses wird die Flüssigkeit wiederhergestellt, um die Versiegelung wiederherzustellen.
3. Schnell-Flüssigkeitsabdichtung – Typ 2 (Inneres Abflussrohr)
Hier dient eine druckbeaufschlagte untere Kammer als Reservoir. Zu Beginn eines Hochentlastungsereignisses wird die Kammer entlüftet, sodass Flüssigkeit aus der Dichtung abfließen kann. Anschließend stellt die Wiederdrucksetzung mit Stickstoff oder Brenngas die Flüssigkeitsdichtung schnell wieder her.
Beide Quick Dump-Konfigurationen können die Dichtung typischerweise in 10–20 Sekunden entleeren, was das Entrainment-Risiko verringert. Style 2 bietet zusätzlich den Vorteil einer schnellen Wiederdruckbeaufsetzung, die eine schnellere Wiederherstellung der Dichtung nach dem Fackeln ermöglicht.
Safer Flares Through Better Design
CFD-Analyse hat gezeigt, dass das Föhnen mit Flüssigkeitsdichtung Gegendrucke erzeugen kann, die weit höher sind als viele Einrichtungen erwarten, bis zu etwa 47 psig in der Studie. Obwohl kurz, können diese Spitzen Risiken bergen, die Betreiber nicht ignorieren sollten.
John Zinks vereinfachte analytische Methode bietet eine praktische Möglichkeit, potenzielle Föhnrisiken zu erkennen, auch wenn ihre Genauigkeit außerhalb der untersuchten Fälle unsicher bleibt. Für Anlagen, bei denen hohe Notfallentlastungsraten problematisch sind, bieten entwickelte Flüssigkeitsdichtungslösungen wie horizontale Konstruktionen und Schnellentsorgungssysteme bewährte Methoden, um das Einladen zu verringern und den Druckanstieg zu verringern.
Die Partnerschaft mit John Zink hilft Betreibern, einen sichereren Betrieb von Fackeln, ein geringeres Föhnrisiko und eine höhere Zuverlässigkeit in ihren Fackelsystemen zu erreichen.
