ЭЛЕКТРОЗАПАЛЬНИК ФАКЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, химической и нефтехимической промышленности, в частности, к устройствам электрического зажигания газа горелок факельных установок.
Известны устройства электрического дистанционного розжига горелок факельных установок, позволяющие обеспечить розжиг факелов для утилизации газов, например, запальное устройство ЗУ-1 [1], система дистанционного розжига факельных установок [2]; устройство дистанционного электроподжига [3].
Запальное устройство [1] содержит электрический газовый запальник (ЗЭГ), электроды для искрового воспламенения топлива, блок электрического поджига (БЭП), высоковольтный провод для соединения ЗЭГ с БЭП.
Недостатками устройства [1] являются низкая термостойкость из-за ограниченной температуры применения кабеля (до +100°С), сниженный КПД из-за электрических потерь в высоковольтном кабеле и, соответственно, сниженная надежность.
Система [2] содержит электрическую газовую дистанционную систему розжига, содержащую блок электроподжига, кабель высоковольтный, электрогазовый запальник и систему трубопроводов «пламепереброса».
Недостатками системы [2] при использовании неотсепарированного или неочищенного газа являются ограниченная термостойкость электрической системы розжига из-за применения высоковольтного кабеля (до +100°С), соответственно, невозможность подведения электрического разряда непосредственно в зону розжига факельного оголовка, сложность и дороговизна установки, отсутствие возможности работы системы «переброса» пламени (до 25-40 м в системе «бегущего огня») и низкая надежность. Таким образом, отсутствует возможность прямого (непосредственного) розжига запальной или основной горелки факельной установки.
Наиболее близким по технической сущности решением является система [3], которая содержит коммутатор (источник высокого напряжения - ИВН), разъемный
токовод, кабельную магистраль и высоковольтный токосъемник, трубку с закрепленным в ее полости на гибкой связи высоковольтным термостойким проводом, с герметичной термостойкой изоляцией с обоих концов трубки, разъемы на входе и выходе кабеля, поджигающий узел, состоящий из основного и дополнительного электродов, причем основной электрод изолирован и соединен с коммутатором.
Недостатки известной системы [3] заключаются в следующем.
Ограничена термостойкость из-за применения высоковольтной кабельной магистрали с высоковольтным проводом поджигающего узла, токосъемников и разъемов (так как диапазоны температуры в зоне оголовка факела достигают 850-1000°С), соответственно, невозможно подведение электрического разряда непосредственно в зону пламени факельного оголовка. Применение в трубке поджигающего узла высоковольтного провода с электродом увеличивает электрическую емкость и электрические потери в электродуговом разряде. Одновременно, это ограничивает практически необходимую длину поджигающего узла для размещения электродугового разряда в зоне оголовка факела.
В целом, удаление системы электрического розжига от очага воспламенения требует усложнения системы за счет применения «бегущего огня», увеличения электрической энергии на розжиг, использования для «бегущего огня» легковоспламеняющихся топлив типа пропан или очищенный природный газ, в то время как на объекте в наличии может быть только попутный газ, применения многоступенчатой системы пуска (до 3-х ступеней).
Перечисленные недостатки приводят к усложнению всей системы запуска факела в целом, существенному снижению надежности запуска, увеличению стоимости установки.
Кроме того, указанные недостатки ограничивают применение систем запуска факелов, имеющих сложные эксплуатационные условия, это - увеличенные габаритные размеры (высота факельного ствола до 20-30 м и выше), большие расходы утилизируемого компонента (при диаметрах до 400 мм) и, соответственно, мощное ядро пламени (диаметром до нескольких метров) с высокими температурами горения, полный спектр сложных климатических условий открытых
полевых площадок с перепадами температур от -60 - +55°С до 800-1000°С пламени факела и др.
По этим же причинам, использование подобных систем неприемлемо в системах «очага внутреннего горения» нефтяного пласта.
Техническая задача предлагаемой конструкции состоит в повышении эффективности и надежности системы электрического розжига горелок факельных установок за счет увеличения температуры, повышения энергии розжига между электродами разрядного устройства, возможности непосредственного (прямого) розжига попутных и природных газов факела без применения промежуточного запальника, упрощения использования ЭЗФ.
Технический результат достигается тем, что электрозапальник факельный, содержит источник высокого напряжения (ИВН), корпус ИВН, разъемный токовод, полый трубчатый корпус, защитную решетку, накидную гайку защитной решетки, центральный электрод, разрядный промежуток между центральным электродом и защитной решеткой, токоподвод, присоединенный через электрические контакты одним концом к центральному электроду, а другим - к выходу ИВН, присоединительную гайку ИВН, изолятор центрального электрода, закрепленный в металлической втулке. В отличии от прототипа предлагаемый электрозапальник отличается тем, что корпус электрозапальника выполнен в виде последовательно соединенных между собой унифицированных взаимозаменяемых секций, причем каждая из них содержит нижнюю и верхнюю втулки, верхний и нижний изоляторы, верхний и нижний контакты, между которыми натянута струна токоподвода. Секции соединены между собой при помощи муфты, причем нижняя секция соединена с корпусом ИВН с помощью накидной гайки, а нижний контакт струны соединен с выходом ИВН при помощи разъемного токовода, центральный электрод соединен с верхним контактом верхней секции, металлическая втулка изолятора центрального электрода закреплена в верхней секции. Величина искрового зазора разрядного промежутка меньше любого минимального расстояния между поверхностью токоподвода и внутренней поверхностью полости корпуса электрозапальника.
Общее количество секций выбирается соответственно высоте факельного ствола а каждая секция или их совокупность имеет длину, не более высоты факельного ствола.
Конструктивные особенности «Электрозапальника Факельного» ЭЗФ заключается в следующем.
На Фиг.1 изображен общий вид устройства, на Фиг.2 - общий вид одной унифицированной секции, а на Фиг.3 - принципиальная схема ЭЗФ.
Устройство содержит источник ИВН 1 с металлическим корпусом 4 и накидной гайкой 9 для присоединения ИВН к цилиндрическому полому трубчатому металлическому корпусу 3 запальника; корпус 3, состоящий из последовательно соединенных между собой унифицированных и взаимозаменяемых секций; центральный электрод 2; металлическую защитную решетку 5 разрядного промежутка 6 между электродом 2 и решеткой 5; токоподвод 7; изолятор 10 электрода 2, закрепленный в металлической втулке 11; электрический контакт 12 электрода 2; нижнюю и верхнюю металлические втулки 13 изоляторы 14 и электрические контакты 8 в каждой из секций корпуса 3; металлические муфты 15 для соединения секций между собой; электрический контакт 16 ИВН; накидную гайку 17 для присоединения решетки 5 к корпусу запальника; изолятор 18 ИВН; разъемный токовод 19.
Технология использования и принцип действия устройства заключаются в следующем.
Каждая из унифицированных секций корпуса 3, источник 1 высокого напряжения и защитная решетка 5 с гайкой 17 проходят сборку в заводских условиях. Затем, изделие ЭЗФ транспортируется в поузловом виде на объект. На объекте производится сборка ЭЗФ в горизонтальном положении с использованием количества секций - в соответствии с высотой факельного ствола, навинчиваются источник 1 высокого напряжения и защитная решетка 5. Собранный ЭЗФ закрепляется с применением хомутов к горизонтально лежащему факельному стволу (не показан). При этом, искровой промежуток 6 размещается на уровне конуса распыла запальной или основной форсунки факела, а ИВН - на уровне основания факела. После чего, присоединяется кабель питания ЭЗФ (не показан).
Факельный ствол поднимается и закрепляется на основание. При необходимости, для защиты от аварийных обливов горящими жидкими продуктами (газолин, нефть и т.п.) могут быть применены защитные козырьки, закрепленные над ИВН на 1-й секции корпуса ЭЗФ.
Для пуска факельной установки подается электропитание на источник высокого напряжения, в искровом промежутке возникает высоковольтный электрический разряд, включается подача газовой смеси, происходит розжиг.
За счет применения термостойких материалов в зоне оголовка факела и розжига - жаропрочных сталей для решетки 5, электрода 2, гайки 17, втулки 11, втулки 13, струны 7 и контактов, электротехнической керамики типа «синоксаль 49» для изоляторов, а также удаленности ИВН из зоны пламени факела, обеспечивается термостойкость в целом устройства ЭЗФ и возможность эксплуатации в составе факельной системы.
Достоинства конструкции заявляемого технического решения:
- применение единого конструктивного узла запальника,
- удобство компоновки и эксплуатации на объекте,
- безопасность в обслуживании из-за отсутствия высоковольтного кабеля, как источника опасного высокого напряжения,
- достижение требуемой термостойкости ЭЗФ,
- упрощение и удешевление конструкции в целом,
- кроме того, данное устройство может быть использовано в системе «Очага внутреннего горения (ОВГ)» нефтяного пласта для последующего транспорта нефти из пласта на поверхность.
Достоинства ЭЗФ подтверждены результатами испытаний заявляемой конструкции в натурных условиях с целью непосредственного розжига факела на попутном нефтяном газе, а именно: «Технический Акт» от «15» февраля 2006 г. по результатам предварительных испытаний системы электрического зажигания розжига факела на объекте филиала ОАО «АНК БАШНЕФТЬ» «Башнефть-Уфа» экспериментальной факельной линии на ЦДНГ №1.
Список использованных источников:
1. Запальное устройство ЗУ-1, НПП «ТЕПЛОГАЗАВТОМАТИКА», www.teplogaz.ru.
2. Система дистанционного розжига факельных установок, ДЖГИ.421415.005, АО ТАТНИИНЕФТЕМАШ.
3. Устройство дистанционного электроподжига, 2052727 патент RU 6 F 23 Q 21/00, 1993.07.06.