ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к газогорелочным устройствам и может использоваться в нефтегазовой промышленности для сжигания на месторождениях добычи нефти и газа попутного нефтяного газа с высоким содержанием примесей, в частности, азота.
Уровень техники
Известен оголовок факельной установки (патент РФ №2244876, МПК F23D 14/20, дата публ. 20.01.2005), включающий газоподводящий патрубок, внутри которого соосно расположены 2 конфузора и ускорительная камера, для подачи в которую паровоздушной смеси предусмотрены паровоздушные патрубки. За счет высоких скоростей продуктов сгорания утилизируемого газа по сравнению со скоростью газа на входе в газоподводящий патрубок, обеспечивается эжекция воздуха в цилиндрическом контуре. Недостатками данной установки являются: усложнение конструкции оголовка за счет второго конфузора и элементов эжектирования, выполненных в виде паровоздушных патрубков и ускорительной камеры, а также металлоемкость конструкции и необходимость подачи пара.
Известна факельная установка СФ-1М-1 (патент РФ №2213302, МПК F23D 14/62, дата публ. 27.09.2003), содержащая газовое сопло в виде конфузора, примыкающего к смесителю, выходной конфузорный оголовок с дежурной горелкой дополнительной подачи в нее газа низкого давления и запальное устройство, при этом выходные сечения оголовка и газовое сопло выполнены переменными в форме лепестков, горелка для дополнительной подачи газа низкого давления в оголовок установлена соосно с ним и выполнена в виде конфузорного газового сопла смесительной камеры в виде стакана, сообщенного с внутренним объемом оголовка боковыми отверстиями внизу и снабженного запальным устройством на выходе из стакана. Недостатком данной конструкции является ее конструктивная сложность, большая металлоемкость, невозможность принудительного регулирования.
Известен оголовок факельной установки (патент РФ №77395, МПК F23D 14/38, дата публ. 20.10.2008), содержащий дежурные горелки, основную горелку в виде цилиндрической трубы, ветрозащитный экран, установленные соосно и образующий с корпусом основной горелки кольцевой зазор, выполненный в виде стакана, днище которого установлено на цилиндрической трубе, при этом стенки стакана выполнены в виде набора равноудаленных друг от друга соосно установленных усеченных конфузоров, переходящих в верхней части в цилиндрическую секцию. Недостатком данной конструкции является невозможность регулирования мощности и устойчивости пламени в зависимости от поступившего объема газа и содержания в нем примесей, а также усложнение конструкции дополнительными конфузорами.
Известен оголовок факельной установки (патент №63492, МПК F23D 14/00, дата публ. 27.05.2007), выполняющий функцию газового затвора, включающий цилиндрическую трубу с укрепленным в ней усеченным конусом, нижнее, большее основание которого герметично скреплено с внутренней поверхностью стенки трубы, при этом расстояние от верхней кромки трубы до верхней кромки усеченного конуса равно 2,2-4,5 диаметра цилиндрической трубы, отношение диаметра меньшего основания усеченного конуса к диаметру трубы равно 0,76, угол наклона образующей конуса выполнен 70-80 градусов. Недостатком данной конструкции является невозможность регулирования процесса горения факела при переменном расходе газа.
Известна факельная установка Парфенова (патент РФ №2386897, МПК F23D 14/20, дата публ. 20.12.2008), включающая оголовок, подвижный газовый затвор в виде тела обтекания, способного менять проходное сечение оголовка при изменении расхода газа и создающий газовые струи, проходы между корпусом оголовка и газовым затвором в зону горения для газов низких давлений и разных расходов, при этом газовый затвор выполнен подъемным и поворотным разнообразной формы в виде тел обтекания с возможностью создания газовых струй. Недостатком данной конструкции является сложность изготовления узла крепления газового затвора, позволяющего совершать линейные перемещения в зависимости от давления и расхода газа, а также отсутствие стабилизатора пламени.
Известен оголовок факельной установки для бездымного сжигания газа (патент РФ №36876, МПК F23D 14/20, дата публ.27.03.2004), состоящий из основной трубы-корпуса оголовка и внутренней трубы, при этом внутренняя труба своей верхней частью доходит до верха оголовка, а нижней частью труба проходит сквозь днище перевернутого «стакана», который крепится к внутренней трубе таким образом, что представляет единую конструкцию с внутренней трубой, способной перемещаться внутри корпуса оголовка при повышении давления газа. Недостатком данной модели является труднодоступность для осмотра, чистки и обслуживания внутренних элементов установки.
Известен способ бездымного сжигания газа на факельной установке (патент РФ №2248502, МПК F23D 14/20, дата публ. 20.03.2005), заключающийся в подаче сжигаемых газов из оголовка горелки факельной установки в зону горения, причем сжигаемые газы подают переменного состава и расхода с регулируемыми расчетными скоростями за счет создания подвижным регулирующим устройством избыточного статического давления. Недостатком данной конструкции является ее конструктивная сложность, необходимость в дополнительных устройствах (приводах) и герметизирующих элементах (выход тяги под оголовком).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство факельное «Голубая свеча» (УФГС-145) (руководство по эксплуатации, ОАО «Тат-НИИнефтемаш», 1993 г.), включающее факельный ствол с фланцем, сопло, смеситель, стабилизатор пламени, канал запальника, свечу зажигания, катушку зажигания, блок питания, кнопочный пост, выведенный в сеть с напряжением 220 В.
Признаки известного устройства, совпадающие с существенными признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии факельного ствола, конфузора, смесителя и стабилизатора пламени.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что известная установка не обеспечивает стабильного процесса горения попутного газа из-за высокого содержания в нем азота, препятствующего воспламенению, из-за переменного объема подачи газа, а также из-за погодных условий, препятствующих стабильному горению факела, т.к. форсунка факельного ствола имеет сопло постоянного диаметра. Кроме того, расстояние между выходным торцем форсунки и входным торцем конфузора постоянно, что не позволяет регулировать объем подачи воздуха в смеситель.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении стабильности процесса горения попутного нефтяного газа независимо от его химического состава, расхода и погодных условий.
Технический результат, достигаемый при решении указанной задачи, заключается в том, что снижается вероятность несанкционированного затухания факела при сжигании попутного нефтяного газа в зависимости от его химического состава, в частности, с большим содержанием азота, а также в зависимости от расхода газа и температуры окружающей среды.
Достигается технический результат тем, что соединение смесителя с фланцем факельного ствола выполнено разъемным, позволяющим регулировать расстояние между ними, изменяя тем самым объем воздуха (окислителя), необходимый для розжига и стабильного горения факела, а так же тем, что в центральное отверстие сопловой части фланца факельного ствола устанавливаются сменные форсунки с разным диаметром центрального канала.
Новые признаки заявляемой полезной модели заключаются в том, что смеситель факельной установки соединен с фланцем факельного ствола посредством трех одинаковых вертикально-ориентированных опор, равномерно расположенных между собой по окружности под углом примерно 120 друг относительно друга, каждая из которых выполнена в виде двух подвижных относительно друг друга пластин, одна из которых имеет прямоугольную форму с расположенным в центральной части сквозным продольным прямоугольным отверстием с закругленными углами, установленная перпендикулярно поверхности фланца факельного ствола и жестко соединена с ним нижним концом, а другая пластина выполнена Г-образной, со сквозным отверстием в нижней, вертикальной ориентированной части для болтового соединения с пластиной прямоугольной формы, а другой конец Г-образной пластины жестко соединен с боковой наружной поверхностью смесителя, а также в том, что форсунки, устанавливаемые в центральное отверстие сопловой части фланца факельного ствола, выполнены сменными, имеющими одинаковый наружный диаметр с различными диаметрами внутреннего сквозного центрального канала.
Краткое описание чертежей
На прилагаемой фигуре показана функциональная схема заявляемой конструкции оголовка факельной установки.
Осуществление полезной модели
Оголовок факельной установки содержит смеситель 1, выполненный в виде полого цилиндра с расширяющейся нижней частью в форме конфузора 2 и концентрично установленным в верхней части смесителя 1 стабилизатором пламени 3, выполненным в виде полого цилиндра. Концентрично смесителю 1, в центральном отверстии 4 сопловой части 5 фланца 6 факельного ствола 7 установлена на резьбовое соединение форсунка 8 с центральным сквозным цилиндрическим каналом.
Корпус смесителя 1 и фланец 6 факельного ствола 7 соединены тремя, равномерно расположенными между собой по окружности с шагом примерно 120 градусов, вертикально-ориентированными опорами. Каждая из опор выполнена в виде подвижного, продольного относительно друг друга, соединения двух пластин 9 и 10. Внутри центральной части прямоугольной пластины 9, один конец которой жестко соединен с фланцем 6, выполнено сквозное продольное прямоугольное отверстие 11 с закругленными углами, а на наружной торцевой боковой поверхности пластины 9, вдоль всей длины отверстия 11, нанесены риски 12. Пластина 10 подвижного соединения выполнена Г-образной формы, при этом один конец вертикально-ориентированной части пластины 10 соединен внахлест болтовым соединением 13 со сквозным продольным прямоугольным отверстием пластины 9, а другой конец Г-образной части пластины 10 жестко соединен с наружной боковой поверхностью смесителя 1.
Форсунка 8, установленная в центральном отверстии сопловой части 5 фланца 6 факельного ствола 7, выполнена съемной и может быть заменена, в зависимости от состава газа, температуры внешней среды и других факторов, на форсунку 8 с другим диаметром центрального канала.
Оголовок факельной установки включает также систему механического дистанционного розжига (на схеме не показано).
Устройство работает следующим образом.
Попутный нефтяной газ, подаваемый на факельную установку, поступает по внутреннему каналу факельного ствола 7 в центральный канал форсунки 8 сопловой части 5. Попутный нефтяной газ, выходя из форсунки 8 с большой скоростью, образует зону разряжения, в которую эжектируется атмосферный воздух через зазор между сопловой частью 5 фланца 6 и торцем конфузора 2. На выходе из стабилизатора 3 производится розжиг потока газовоздушной смеси путем подачи источника огня по механическому запальнику с использованием системы дистанционного розжига. Высота и устойчивость пламени факела формируется высотой смесителя 1, стабилизатора пламени 3, диаметром форсунки 8, составом попутного нефтяного газа и объемом воздуха, поступающего в смеситель 1 через кольцевой зазор, образуемый торцем конфузора 2 и сопловой частью 5 фланца 6 факельного ствола 7.
опт
При штатном режиме, определяемом визуально по высоте свечи факела, используется форсунка 8 с диаметром d. Расстояние между нижним торцом конфузора 2 и сопловой частью 5 фланца 6 факельного ствола 7 минимально.
При нестабильном горении факела с уменьшенным контуром пламени и наблюдении тенденции к затуханию (или «отрыву» пламени), которое может произойти из-за низкой температуры воздуха, большого содержания азота в попутном нефтяном газе (до 70% в общем составе смеси), переменной силы ветра или изменения расхода, факел гасят путем прекращения подачи попутного нефтяного газа в факельный ствол 7, после чего производят замену форсунки 8 на форсунку с меньшим (или большим) внутренним диаметром, меняя тем самым скорость истечения сжигаемого газа на выходе из форсунки 8. Одновременно со сменой форсунки 8, изменяют объем подаваемого воздуха в смеситель 1, регулируя расстояние между торцем конфузора 2 и сопловой частью 5 фланца 6 факельного ствола 7 путем равномерного смещения пластины 10 на всех трех подвижных узлах на одинаковое количество рисок 12 вдоль паза 11. Контроль формы и устойчивости пламени факельной установки производится визуально. Наиболее устойчивым является пламя голубоватого цвета и ровной формы с незначительными колебаниями в верхней части.
Предлагаемая конструкция оголовка факельной установки используется в цехе добычи нефти и газа ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».