УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО РОЗЖИГА ФАКЕЛЬНЫХ ГАЗОВ
DEVICE FOR REMOTE FLARE GASES IGNITION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано с целью снижения объема непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и обеспечения безопасных условий добычи и переработки углеводородов путем сокращения времени процесса розжига газовых горелок факельных установок.
На газовых и нефтяных месторождениях, на многих крупных предприятиях нефтяной, химической и нефтехимической отраслей промышленности эксплуатируются факельные установки высотного и наземного типов. Они предназначены для сжигания сбросных газов и многофазных систем промышленных стоков, которые образуются в процессе производства.
Термическая утилизация горючих газов и токсичных жидкостей позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и дает возможность осуществлять эффективную эксплуатацию скважин и переработку продуктов добычи углеводородов. Кроме того, на факел направляют горючие и горючетоксичные газы и пары в аварийных случаях, в период пуска оборудования в работу, при остановке оборудования на ремонт и наладке технологического режима.
Анализ устройств термической утилизации сбросных газов на факельных установках показывает, что розжиг газовых горелок осуществляется, в основном, путем создания смеси топлива (природного газа) и воздуха и инициирования горения этой смеси высоковольтным электрическим разрядом.
Условием успешного розжига факела является формирование стехиометрической смеси природного газа и воздуха в отношении 1:10 и полное ее сгорание в результате самовоспламенения в зоне химической реакции, следующей за ударной волной, возникающей при подрыве этой смеси высоковольтной искрой. Состав горючей смеси газов является основным фактором, определяющим температуру самовоспламенения. В традиционных системах розжига формирование стехиометрической смеси природного газа и воздуха осуществляется путем инжектирования воздуха потоком природного газа. Скорость образования горючей смеси в значительной степени зависит от степени турбулентности газовоздушного потока, которая, в свою очередь, зависит от скорости потока и от способа смесеобразования.
В этой связи известные системы розжига как отечественные, так и зарубежные обладают недостаточной надежностью, длительным временем формирования стехиометрической смеси горючего (топливного газа) и окислителя (кислорода воздуха) и значительным расходом топливного газа.
Известно, например, устройство для зажигания факела, состоящее из двух труб. [И.И.Стрижевский, А.И.Эльнатанов. Факельные установки. - М: Химия. - 1979. - с.184]. Одна из них имеет прорезь или отверстия по всей высоте, другая, по которой поступает горючий газ, через определенные промежутки соединена маленькими трубочками с трубой с прорезью. В трубе с прорезью образуется горючая смесь из газа и подсасываемого воздуха. Для зажигания газовой горелки смесь поджигают электрозапалом в нижней части трубы. Устройство обладает недостаточной стабильностью и большим временем (порядка нескольких часов) создания рабочей смеси окислителя и топливного газа в связи с тем, что стехиометрическая смесь топливного газа и кислорода воздуха, необходимая для химической реакции горения, формируется случайным образом.
Наиболее близким по технической сущности является устройство дистанционного розжига факельных газов [Патент РФ №2324111], включающее электролизер для автоматического создания стехиометрической смеси газов путем электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла, сепаратор для исключения попадания электролита в линию розжига, соединенный с электролизером и высоковольтным разрядником, посредством которого инициируется детонационное горение стехиометрической смеси кислорода и водорода в линии розжига.
Известное устройство, выбранное за прототип, обладает высокой надежностью розжига газовых горелок факельных устройств вследствие автоматического формирования стехиометрической газовой смеси окислителя и горючего. Недостатком данного устройства является большое время (до 10-20 минут), затрачиваемое для розжига, обусловленное незначительным превышением давления в нем над атмосферным давлением в линии розжига. Вследствие этого непроизводительно расходуется топливный газ, снижается безопасность производственных процессов.
Задачей изобретения является утилизация сбросных газов и многофазных систем промстоков посредством термического воздействия с помощью факельных устройств.
Технический результат изобретения состоит в сокращении времени процесса розжига газовых горелок факельных установок, снижении объемов непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и в повышении безопасности процессов добычи и переработки углеводородов.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что предлагается устройство дистанционного розжига факельных газов, включающее генератор постоянного тока, высоковольтный генератор, электролизер для автоматического создания стехиометрической смеси газов путем электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла, снабженный электровводом, сепаратор для исключения попадания электролита в линию розжига со сливным вентилем в его нижней части, соединенный с электролизером трубкой для подачи стехиометрической смеси газов (водорода и кислорода), ресивер для аккумулирования стехиометрической смеси газов со сливным вентилем в его нижней части, соединенный газопроводной трубкой с сепаратором, причем ресивер снабжен датчиком давления и электромагнитным клапаном, соединенным с высоковольтным электроразрядником газопроводной трубкой, а сам электроразрядник трубкой соединен с линией розжига.
Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.
Устройство дистанционного розжига факельных газов включает генератор постоянного тока 1, высоковольтный генератор 2, электролизер 3, снабженный электровводом 4, сепаратор 5, соединенный с электролизером трубкой 6. В нижней части сепаратора 5 установлен сливной вентиль 7. Сепаратор 5 газопроводной трубкой 8 соединен с ресивером 9. Ресивер 9 снабжен датчиком давления 10 и электромагнитным клапаном 11, снизу ресивера установлен сливной вентиль 12. Электромагнитный клапан 11 соединен газопроводной трубкой 13 с высоковольтным электроразрядником 14, в котором установлена свеча 15. Электроразрядник 14 соединен с линией розжига. 16.
Устройство функционирует следующим образом. Перед эксплуатацией предлагаемого устройства производится заполнение ресивера 8 стехиометрической смесью водорода и кислорода, образующейся посредством электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла в электролизере 3. Для этого в электролизере 3 размещается водный раствор гидроксида щелочного металла. На электроды электролизера 3 с генератора 1 подается постоянный ток порядка 40 А. В процессе электролиза раствора создается стехиометрическая газовая смесь водорода и кислорода, которая из электролизера 3 по трубке 6 поступает в сепаратор 5, из него смесь газов по газопроводной трубке 8 поступает в ресивер 9. Давление в ресивере контролируется датчиком давления 10, являющимся информационным элементом автоматической системы управления. При достижении в ресивере штатного давления, например 0,6 МПа, сигналом с автоматической системы управления выключается генератор 1 постоянного тока. Для розжига факела сигналом с автоматической системы управления открывается электромагнитный клапан 11 и аккумулированная смесь газов из ресивера 9 по газопроводной трубке 13 поступает в полость электроразрядника 14 и в линию розжига 16. При заполнении линии розжига 16 смесью водорода и кислорода происходит падение давления в ресивере 9, которое контролируется датчиком давления 10. При достижении расчетного значения давления, по которому судят о заполнении линии розжига, по сигналу автоматической системы электромагнитный клапан 11 закрывается. С генератора 2 высоковольтным импульсом посредством свечи 15 инициируют детонационное горение смеси, пламенем которого поджигают топливо, поступающее в газовую горелку по отдельной трубе. Для восстановления давления в ресивере до штатного значения автоматической системы управления вновь включается генератор тока 1.
В отличие от известного устройства, выбранного за прототип, в котором время розжига факела определяется, в основном, незначительным превышением давления в электролизере над атмосферным давлением в линии розжига, при котором время розжига факельной установки высотой, например, 35 м составляет не менее 7 минут, в предлагаемом устройстве, снабженном ресивером, время розжига этой факельной установки составит не более 30 секунд.
Данное устройство дистанционного розжига факельных газов успешно прошло стендовые испытания в ООО «ТюменНИИгипрогаз».
Внедрение предлагаемого устройства дистанционного розжига факельных газов в нефтегазодобывающую и в нефтегазоперерабатывающую отрасли промышленности позволит повысить функциональную оперативность, эксплуатационную надежность и экологическую безопасность термической утилизации токсичных продуктов производства.