ЭЛЕКТРОЗАПАЛЬНИК ФАКЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, химической и нефтехимической промышленности, в частности, к устройствам электрического зажигания газа горелок факельных установок.
Известно запальное устройство, которое содержит электрический газовый запальник (ЗЭГ), электроды для искрового воспламенения топлива, блок электрического поджига (БЭП), высоковольтный кабель для соединения ЗЭГ с БЭП(1).
Недостатками устройства являются низкая термостойкость из-за ограниченной температуры кабеля (до +100°С), сниженный КПД из-за электрических потерь в высоковольтном кабеле и, соответственно, сниженная надежность.
Известно электрозапальное устройство, которое содержит электрическую газовую дистанционную систему розжига, содержащую блок электроподжига, кабель высоковольтный, электрогазовый запальник и систему трубопроводов «пламяпереброса» (2).
Недостатками устройства являются ограниченная термостойкость электрического запальника из-за применения высоковольтного кабеля (до +100°С), соответственно, невозможность подведения электрического разряда непосредственно в зону розжига факельного оголовка, сложность и дороговизна установки, неработоспособность системы переброса пламени (до 100 и более метров в системе «бегущего огня»). При использовании неотсепарированного или неочищенного, например, попутного нефтяного газа, система не выполняет свою функцию «бегущего огня», соответственно, возникает отказ в работе системы розжига и незапуск факельной установки, что приводит к аварийной ситуации.
Известно электрозапальное устройство, которое содержит источник высокого напряжения, 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 источником высокого напряжения (3).
Недостатки устройства заключаются в следующем.
Ограничена термостойкость высоковольтной кабельной магистрали с высоковольтным проводом поджигающего узла, токосъемников и разъемов (температура в зоне розжига факела может достигать 850-1200°С), соответственно, невозможно размещение электрозапального устройства непосредственно в зоне пламени факельного оголовка. Применение в трубке поджигающего узла высоковольтного провода с электродом увеличивает электрическую емкость и электрические потери в электродуговом разряде.
В целом, невозможность применения электрозапального устройства в зоне воспламенения требует усложнения системы розжига за счет применения
«бегущего огня», увеличения электрической энергии на розжиг, использования для «бегущего огня» легковоспламеняющихся топлив типа пропан или очищенного природного газа, или применения сепарационных установок, в то время как на объекте в наличии может быть только попутный газ, зачастую требуется применение многоступенчатой системы розжига (например, до 3-х ступеней).
Наиболее близким по технической сущности решением является электрозапальник факельный, который содержит источник высокого напряжения, разъемный токовод, полый трубчатый корпус электрозапальника, защитную решетку, накидную гайку защитной решетки, центральный электрод электрозапальника, разрядный промежуток между центральным электродом и защитной решеткой, токоподвод, присоединенный через электрические контакты одним концом к центральному электроду, а другим - к выходу источника высокого напряжения, верхний и нижний изоляторы (4).
Недостатки электрозапальника заключаются в низкой жаропрочности высоковольтного узла «электрод-изолятор-защитная решетка», а также заниженной влагостойкости этого узла и соответственно, низкой эксплуатационной электропрочности электрозапальника в целом, что снижает эксплуатационную надежность электрозапальника при использовании для розжига факельных установок.
Перечисленные недостатки приводят к снижению надежности розжига, необходимости усложнения системы розжига факела, увеличению стоимости системы розжига в целом.
3
Кроме того, указанные недостатки ограничивают применение электрозапального устройства в составе высокорасходных факелов при объемах утилизируемого компонента до сотен м/час и, соответственно, с мощным ядром пламени, с высокими температурами горения, в сложных эксплуатационных условиях (термоудары от -60 до +800-1200°С, выпадение всех видов климатических осадков, обливы жидкими горючими компонентами и др.).
Задачей полезной модели является повышение надежности устройства за счет обеспечения термостойкости и влагостойкости конструкции.
Результат достигается тем, что в электрозапальнике факельном, содержащем источник высокого напряжения, полый цилиндрический корпус, в полости которого размещена внутренняя часть составного центрального электрода, верхний и нижний изоляторы, крепежный фланец для источника высокого напряжения, защитную решетку, образующую с наружной частью составного центрального электрода искровой разрядный промежуток, защитная решетка выполнена из одной и более трубки, изогнутой по дуге над торцом наружной части составного центрального электрода, открытые концы которой закреплены на поверхности корпуса, составной центральный электрод размещен в осевых отверстиях верхнего и нижнего изоляторов, причем верхний изолятор расположен в полости первого экрана-отражателя, который закреплен одной стороной на составном центральном электроде ниже продувочных отверстий, выполненных в трубке наружной части составного центрального электрода, и закреплен на опоре, присоединенной к верхнему торцу полого корпуса, на наружной поверхности которого закреплен одной стороной второй экран-отражатель,
размещенный над дренажными отверстиями, выполненными в полом корпусе перед нижним торцом, к которому крепится одно основание опоры с нижним изолятором, опирающимся через пружину на гайку, размещенную на резьбовой части составного центрального электрода, а другое основание опоры соединено с крепежным фланцем для источника высокого напряжения.
На Фиг.1 изображен общий вид устройства, а на Фиг.2 - принципиальная электрическая схема электрозапальника.
Устройство содержит защитную решетку 1 из более одной трубок 2 изогнутых по дуге над торцом наружной части 3 составного центрального электрода 4, концы которых присоединены внахлест к полому цилиндрическому корпусу 5. Между наружной частью 3 составного центрального электрода 4, выполненной из трубки, и трубкой 2 защитной решетки 1 имеется искровой разрядный промежуток 6. К верхнему торцу корпуса 4 крепится основание опоры 7 верхнего изолятора 8, который установлен в полости первого экрана-отражателя 9, ниже продувочных отверстий 10, выполненных в трубке наружной части 3 составного центрального электрода 4. К нижнему торцу полого корпуса 5 крепится опора 11 с нижним изолятором 12 и фланцем 13 для присоединения источника высокого напряжения 14, которые размещены вне полого корпуса 5. На наружной поверхности полого корпуса 5, закреплен второй экран отражатель 15, над дренажными отверстиями 16, выполненными в полом корпусе 5 перед нижним торцом. Нижний изолятор 12 опирается через пружину 17 на гайку 18, размещенную на резьбовой части 19 центрального электрода 4.
Устройство работает следующим образом.
Искровой разрядный промежуток 6 размещают в зоне розжига газовой смеси, подаваемой в оголовок факела. После подачи электропитания на источник высокого напряжения 14, между центральным электродом 4 и трубкой 2 защитной решеткой 1, в искровом разрядном промежутке 6 возникает высоковольтный электрический разряд. Происходит розжиг газовой смеси подаваемой в оголовок факела.
Закрепление составного центрального электрода при помощи опорной пружины с гайкой обеспечивает защиту от разрушения изоляторов при термоударах до 1000-1200°С.
Применение верхнего экрана-отражателя, в полости которого размещен верхний изолятор, обеспечивает снижение градиента и уровня термоударного воздействия на верхний изолятор с 800-1000°С/мин и t=1000-1200°C до значений не более 200°С/мин.
За счет выполнения наружной части центрального электрода и защитной решетки из металлической трубки, а так же продувочных отверстий в трубке наружной части центрального электрода, в условиях лучистого нагрева сохраняется жесткость конструкции внутренних слоев металла трубки, что обеспечивает работоспособность электрозапальника до 1500°С кратковременно.
Отсутствие механических и сварных соединений в зоне розжига за счет верхнего «гиба» трубок защитной решетки обеспечивает работоспособность конструкции электрозапальника до 1500°С кратковременно, и до 1200°С постоянно.
Применение дренажных отверстий в стенках полого корпуса и нижнего экрана-отражателя, установленного над ними, обеспечивает в случае образования конденсата в полости корпуса сброс его через отверстия в окружающее пространство.
Жесткость предлагаемой конструкции электрозапальника позволяет вынести искровой промежуток на длину центрального электрода до 1000-1500 мм и обеспечить защиту изоляторов от термоудара и повышенных температур в зоне розжига.
Таким образом, обеспечивается защита от воздействия высоких температур пламени факела нетермостойких деталей электрозапальника и повышение термостойкости и влагостойкости устройства в целом, возможность надежной эксплуатации в составе факельной системы.
Достоинства конструкции предлагаемого электрозапальника:
- возможность изготовления и эксплуатации электрозапальника в системе розжига виде единого работоспособного конструктивного узла;
- удобство компоновки и эксплуатации на факельных установках;
- достижение требуемой термостойкости устройства при розжиге;
- упрощение и удешевление конструкции в целом;
Достоинства электрозапальника факельного подтверждены положительными результатами испытаний заявляемого устройства в натурных условиях для непосредственного розжига факела на попутном нефтяном при вводе в опытно промышленную эксплуатацию системы факельной автоматики на ДНС-1/1С ЦДНГ-1 ЗАО «Геология».
Источники информации:
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, Патент РФ №2052727, 6 F23Q 21/00, 1993.07.06.
4. Электрозапальник факельный. Патент РФ №№60681 от 27.01.2007 г., F23Q 21/00.