УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО РОЗЖИГА ФАКЕЛЬНЫХ ГАЗОВ
DEVICE FOR REMOTE IGNITION OF FLARE GASES

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 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 традиционные 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.
Известное устройство обладает недостаточной производительностью электролизера, длительным процессом розжига газовых горелок факельных установок, непроизводственным использованием газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и низкой безопасностью процессов добычи и переработки углеводородов.
Наиболее близким по технической сущности является устройство дистанционного розжига факельных газов [Патент РФ №2324111], включающее моноэлектролизер 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 обладает недостаточной производительностью электролизера, длительным процессом розжига газовых горелок факельных установок и низкой безопасностью процессов добычи и переработки углеводородов.
Задачей изобретения является утилизация сбросных газов и многофазных систем промстоков посредством термического воздействия с помощью факельных устройств.
Технический результат изобретения состоит в повышении производительности электролизера, сокращении времени процесса розжига газовых горелок факельных установок и в повышении безопасности процессов добычи и переработки углеводородов.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что устройство дистанционного розжига факельных газов включает высоковольтный генератор, генератор постоянного тока, подключенный к биполярному электролизеру, выполненному из ряда отдельных электролитических ячеек, изолированных друг от друга и заполненных электролитом, состоящим из водного раствора гидроксида щелочного металла, уксусной кислоты и дихромата калия, сепаратор, соединенный с биполярным электролизером, датчик давления, являющийся информационным элементом автоматической системы управления, электромагнитный клапан, служащий исполнительным элементом этой системы, соединенный с высоковольтным электроразрядником, а сам электроразрядник соединен с линией розжига.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.
Устройство дистанционного розжига факельных газов содержит генератор постоянного тока 1, подключенный к биполярному электролизеру 2, выполненному из ряда отдельных электролитических ячеек, изолированных друг от друга и заполненных электролитом; сепаратор 3, соединенный с биполярным электролизером трубкой 4 для подачи стехиометрической смеси газов кислорода и водорода, возникающих в процессе электролиза, и трубкой 5 для слива в биполярный электролизер 2 электролита, появляющегося в процессе сепарации; сепаратор 3 соединен трубкой 6 с датчиком 7, осуществляющим контроль давления газовой смеси в сепараторе, и трубкой 8 с электромагнитным клапаном 9. Электромагнитный клапан 9 соединен газопроводной трубкой 10 с электроразрядником 11, в котором установлена свеча 12, соединенная с высоковольтным генератором 13. Электроразрядник 11 соединен с линией розжига 14.
Устройство работает следующим образом. В биполярном электролизере 2 размещают электролит, состоящий из водного раствора гидроксида щелочного металла, уксусной кислоты и дихромата калия. На внешние электроды биполярного электролизера 2 с генератора постоянного тока 1 подается ток порядка 10-20 А. В процессе электролиза раствора создается стехиометрическая смесь водорода и кислорода, которая по трубке 4 поступает в сепаратор 3. Давление газовой смеси в сепараторе 3 контролируется датчиком давления 7. При открытом электромагнитном клапане 9 смесь газов по газопроводной трубке 10 поступает в электроразрядник 11 и заполняет линию розжига 14. При этом отсепарированный в сепараторе 3 электролит по трубке 5 сливается в биполярный электролизер 2. При достижении расчетного времени заполнения линии розжига 14, определяемого экспериментально с учетом производительности биполярного электролизера 2 и длины линии розжига, сигналом с автоматической системы управления выключается генератор постоянного тока 1, закрывается электромагнитный клапан 9 и включается высоковольтный генератор 13. С высоковольтного генератора 13 высоковольтным импульсом посредством свечи 12 электроразрядника 11 инициируют детонационное горение стехиометрической смеси кислорода и водорода, пламенем которого поджигают пилотный газ, поступающий в газовую горелку по отдельной трубе.
Применение в заявляемом устройстве биполярного электролизера, в котором на каждом биполярном электроде на одной стороне совершается катодный процесс, а на другой стороне - анодный процесс, позволяет в разы повысить скорость электролиза [Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. - М.: Высшая школа. - 1975. - с.560].
Введение в водный раствор щелочного металла уксусной кислоты снижает щелочность раствора, pH которого становится равной порядка 7, исключает образование пены, что также способствует росту производительности электролизера; а введение в раствор дихромата калия обеспечивает защиту электродов от коррозии (см., например, Краткая химическая энциклопедия, т.5 - Москва: Советская Энциклопедия, 1967, - с.1184).
Данное устройство дистанционного розжига факельных газов, снабженное автоматической системой управления, 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, экологическую безопасность и снизить объемы непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства, особенно в аварийных случаях.