CN107327853B - 一种测试用陆地自冷环保燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试用陆地自冷环保燃烧器，包括：集装箱；集装箱底部设置有延伸至箱门的导轨；第一冷却装置，其上压缩空气喷嘴固定在集装箱内部，用于喷射低温空气对集装箱内部进行降温；燃烧机构，其设置在第一冷却装置的上部并与导轨滑动连接，用于燃烧石油或燃气；第二冷却装置，其围设在燃烧器外部并通过支架滑动连接在导轨上；其中，箱门朝向燃烧机构的侧面上固定热辐射挡板；当进行测试时，箱门打开，热辐射挡板朝向集装箱外部，燃烧机构和第二冷去装置沿导轨移动至集装箱外部，第一冷却装置和第二冷却装置进行降温。本发明的自冷环保燃烧器的空气自冷技术能够有效降低燃烧器的温度，解决了无法采用水喷淋进行降温隔热的难题。

Description

一种测试用陆地自冷环保燃烧器

技术领域

本发明涉及海洋石油钻采技术领域。更具体地说，本发明涉及一种陆地油田测试期间无喷淋降温设施的自冷环保燃烧器。

背景技术

石油及天然气勘探领域，油气井测试阶段会对井内返出的油气通过燃烧装置进行燃烧，以实现油气的清洁处理，避免造成环境污染。

油气燃烧技术一直在海上测试期间应用，且燃烧时使用海水喷淋对燃烧器进行降温，同时喷淋的水幕对燃烧产生的热辐射有良好的抑制作用，该技术已经很成熟。

陆地油田测试期间，通常会对井内返出的液体回收处理。但在部分特殊的油田区域，回收的原油或废液无法进一步处理，直接倾倒在露天的污油池中，造成极大的安全风险和环境污染。因此，采用油气燃烧技术对原油及废液进行处理。陆地油田与海上不同的是没有充足的水源进行水喷淋以降低设备温度及热辐射，如果采用海上同样的燃烧器，油气燃烧产生的高温和热辐射会对燃烧器及其附近的设备带来极大的危害。

为实现在一些陆地特殊油田区域油气的清洁处理，并能够保证正常的作业和人身及设备的安全，迫切需要开发具备有效降低温度和削减热辐射的燃烧器。这对于在部分陆地油田提高作业效率和完善原油及废液处理方式具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明目的是提供一种测试用陆地自冷环保燃烧器，冷却机构同时向燃烧器外周和热辐射挡板喷射低温空气，对燃烧器和热辐射阻隔设备进行降温，阻断热辐射。

本发明还有一个目的是提供一种测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，根据燃烧器温度对空气压缩喷嘴的孔口前压力进行分段控制，有效降低燃烧器外周的温度。

本发明还有一个目的是提供一种测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，根据环境温度对空气喷洒管线的空气喷射流量进行分段控制，快速降低环境温度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种测试用陆地自冷环保燃烧器，包括：

集装箱，包括箱门；集装箱底部设置有延伸至箱门的导轨；

第一冷却装置，其上压缩空气喷嘴固定在所述集装箱内部，用于喷射低温空气对集装箱内部进行降温；

燃烧机构，其设置在所述第一冷却装置的上部并与导轨滑动连接，用于燃烧石油或燃气；

第二冷却装置，其围设在所述燃烧器外部并通过支架滑动连接在导轨上；

其中，所述箱门朝向燃烧机构的侧面上固定热辐射挡板；当进行测试时，箱门打开，热辐射挡板朝向集装箱外部，所述燃烧机构和第二冷去装置沿导轨移动至集装箱外部，第一冷却装置和第二冷却装置进行降温，热辐射挡板阻隔热辐射。

优选的是，所述热辐射挡板和箱门采用折叠高温不锈钢板连接成无缝隙机构。

优选的是，所述集装箱采用高温不锈钢材质，其顶部设置有天窗，所述天窗采用耐高温玻璃材质。

优选的是，所述第一冷却装置还包括：空气泵，其通过耐高温管线连接所述压缩空气喷嘴，用于提供空气。

优选的是，所述第二冷却装置包括：

空气喷洒管线，包括主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线，用于喷射空气冷却燃烧机构；

空气压缩泵，其连接主管线，用于向主管线提供高压空气；

其中，所述第一喷洒管线与主管线并联，所述第二喷洒管线与第一喷洒管线并联。

优选的是，还包括：

温度传感器，其分别安装在所述集装箱内、外上，用于探测集装箱和环境的温度；

压力表，其安装在所述空气压缩喷嘴的入口管线上，用于探测空气压缩喷嘴的入口压力；

控制器，其连接所述温度传感器、第一冷却装置和第二冷却装置，用于控制空气压缩喷嘴的孔口前压力和空气喷洒管线的空气喷射流量。

优选的是，所述燃烧机构包括：

燃烧机构主体，其内设置有燃烧喷嘴，用于提供燃气和燃油的燃烧空间；

进料管线，其连接燃烧机构主体，用于向燃烧机构主体内通入叹气和燃油；

鼓风机，其固定在所述燃烧机构主体的上部，用于向燃烧机构主体内通入空气。

本发明的目的还通过一种测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法来实现，包括以下步骤：

步骤1、将燃烧机构和第二冷却装置通过导轨推出集装箱外部，开启燃烧器，控制器接收温度传感器探测的燃烧机构温度T_r和环境温度T_e；

步骤2、

当燃烧机构温度T_r≥T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_κ2≤T_r<T_κ1；此时孔口前压力p为：

当燃烧机构温度T_κ2≤T_r<T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_r<T_κ2；此时孔口前压力p为：

当燃烧机构温度T_r<T_κ2，孔口前压力p为：

其中，ρ_a为空气黏滞系数；ω_a为入口处空气流速；ζ为入口动压下的黏滞系数，T_κ1为第一预设温度，T_κ2为第二预设温度；

步骤3、关闭燃烧机构，第一冷却装置和第二冷却装置继续运行10分钟后关闭。

优选的是，所述步骤2还包括：

当环境温度T_e≥T_τ1，控制器调整主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线的空气喷射流量Q，直至T_τ2≤T_e<T_τ1；此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_τ2≤T_e<T_τ1，控制器调整主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线的空气喷射流量Q，直至T_e<T_τ2，此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_e<T_τ2，空气喷射流量Q为：

其中，l为空气喷洒管线的长度；V₀为管线截面积；p为空气喷洒管线入口压力，a为空气喷洒管线上喷射孔的数量，b为喷射孔的截面积；η为校正因子；T_τ1为第一设定温度；T_τ2为第二设定温度。

本发明至少包括以下有益效果：1、本发明解决了部分水资源匮乏的陆地油田在测试期间的油气燃烧，避免井内返出流体造成的环境污染，降低废液处理成本。2、本发明独特的空气自冷技术能够有效降低燃烧器的温度，解决了无法采用水喷淋进行降温隔热的难题，为整个测试作业的安全实施提供必要条件。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的测试用陆地自冷环保燃烧器的工作状态平面布置图。

图2是本发明的测试用陆地自冷环保燃烧器的燃烧机构的剖视图。

图3是本发明的测试用陆地自冷环保燃烧器的非工作状态俯视图。

图4是本发明的测试用陆地自冷环保燃烧器的非工作状态侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-4示出了根据本发明的一种实现形式，一种测试用陆地自冷环保燃烧器，包括集装箱1、燃烧机构2、第一冷却装置3、第二冷却装置4和热辐射挡板5，集装箱1采用耐高温不锈钢材质，其开口的一侧铰接有箱门12，集装箱1底部设置有延伸至箱门的导轨11；如图2所示，燃烧机构2为燃油燃气的小型燃烧装置，其底部上焊接固定撑，所述固定撑滑动连接在导轨11上，使燃烧机构2可沿导轨11滑动，从而使燃烧机构2能够从集装箱1内滑动出集装箱1外部，当滑动至集装箱1外部时，燃烧机构2用于燃烧石油或燃气；第一冷却装置3的压缩空气喷嘴31固定在所述集装箱1内部，用于喷射低温空气对集装箱1内部进行降温；如图1所示(为清楚示出第二冷却装置的结构，燃烧器内未安装燃烧机构2)，第二冷却装置4围绕在所述燃烧机构2外部并通过支架42滑动连接在导轨11上，图2示出了第二冷却装置4和燃烧机构2的装配形式，第二冷却装置4环绕在燃烧机构2外部，对其进行降温。其中，所述箱门12朝向燃烧机构2的侧面上固定热辐射挡板5；当进行测试时，箱门12打开，热辐射挡板5朝向集装箱1外部，所述燃烧机构2和第二冷却装置4沿导轨11移动至集装箱1外部，第一冷却装置3和第二冷却装置4进行降温，热辐射挡板5阻隔热辐射。

在另一实施例中，所述热辐射挡板5和箱门12采用折叠高温不锈钢板连接成无缝隙机构，做到抑制热辐射和高温无缝隙。

在另一实施例中，如图3所示所述集装箱1采用耐高温不锈钢材质，其顶部设置有天窗13，所述天窗13采用耐高温玻璃材质，天窗13可以有效遮挡前部热辐射从集装箱1上部穿过，又可以和集装箱1内部的空气冷却系统形成循环通道，保证集装箱1内部在正常温度下工作。

在另一实施例中，所述第一冷却装置3还包括空气泵，其通过耐高温管线32连接所述压缩空气喷嘴31，用于向压缩空气喷嘴31提供空气，因空气泵为常用装置，本发明在图中示出其具体结构。

在另一实施例中，所述第二冷却装置4包括：空气喷洒管线41，包括主管线411、第一喷洒管线412和第二喷洒管线413，用于喷射空气冷却燃烧机构2；其中，所述第一喷洒管线412与主管线411并联，所述第二喷洒管线413与第一喷洒管线412并联；主管线411、第一喷洒管线412和第二喷洒管线413上开设多个喷射口414。空气压缩泵连接主管线411，用于向主管线411提供高压空气，因空气压缩泵为常用装置，本发明在图中示出其具体结构。

在另一实施例中，自冷环保燃烧器还包括：温度传感器，其分别安装在所述集装箱1内部、外部上，用于探测集装箱1和环境的温度；压力表，其安装在所述空气压缩喷嘴的入口管线上，用于探测空气压缩喷嘴的入口压力；控制器，其连接所述温度传感器、第一冷却装置3和第二冷却装置4，用于控制空气压缩喷嘴的孔口前压力和空气喷洒管线41的空气喷射流量。

在另一实施例中，如图2所示，所述燃烧机构2包括：燃烧机构主体21，其内设置有燃烧喷嘴，用于提供燃气和燃油的燃烧空间；进料管线22，其连接燃烧机构2主体并设置在集装箱1外部，用于向燃烧机构2主体内通入叹气和燃油；鼓风机23，其固定在所述燃烧机构2主体的上部，用于向燃烧机构2主体内通入空气。

本发明还公开了一种测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，包括：

步骤1、将燃烧机构2和第二冷却装置4通过导轨11推出集装箱1外部，开启燃烧器，控制器接收温度传感器探测的燃烧机构2温度T_r和环境温度T_e；

步骤2.1:

当燃烧机构2温度T_r≥T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_κ2≤T_r<T_κ1，其中，孔口前压力p为：

其中，p为孔口前压力，单位为Kg/cm³；ρ_a为空气黏滞系数，单位为Kg·s²/cm⁵，ω_a为入口处空气流速，167-240cm/s；ζ为入口动压下的黏滞系数，单位为Kg·s²/cm⁵；T_κ1为第一预设温度，取值为873K；T_κ2为第二预设温度，取值为673K；

当燃烧机构2温度T_κ2≤T_r<T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_r<T_κ2，其中，孔口前压力p为：

当燃烧机构2温度T_r<T_κ2，孔口前压力p为：

步骤2.2：

当环境温度T_e≥T_τ1，控制器调整主管线411、第一喷洒管线412和第二喷洒管线413的空气喷射流量Q，直至T_τ2≤T_e<T_τ1，此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_τ2≤T_e<T_τ1，控制器调整主管线411、第一喷洒管线412和第二喷洒管线413的空气喷射流量Q，直至T_e<T_τ2，此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_e<T_τ2，空气喷射流量Q为：

其中，l为空气喷洒管线41的长度，单位为s；V₀为管线截面积，单位为cm²；p为空气喷洒管线41入口压力m单位为Kg/cm³；a为空气喷洒管线41上喷射孔的数量；b为喷射孔的截面积单位为cm²；η为校正因子，单位为cm³/(kg·K·s)。T_τ1为第一设定温度，取值为343K；T_τ2为第二设定温度，取值为323K。

步骤3、关闭燃烧机构2，第一冷却装置3和第二冷却装置4继续运行10分钟后关闭。

本发明的测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，根据燃烧器温度对空气压缩喷嘴的孔口前压力进行分段控制，有效降低燃烧器外周的温度；同时根据环境温度对空气喷洒管线的空气喷射流量进行分段控制，快速降低环境温度，即具有燃烧系统本身的热辐射隔绝和降温的作用，同时也为系统后部的设备和作业人员起到了保护作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种测试用陆地自冷环保燃烧器，包括：集装箱，其具有箱门；燃烧机构，其用于燃烧石油或燃气；所述箱门朝向燃烧机构的侧面上固定热辐射挡板；其特征在于，还包括：

第一冷却装置，其上压缩空气喷嘴固定在所述集装箱内部，用于喷射低温空气对集装箱内部进行降温；

其中，所述集装箱底部设置有延伸至箱门的导轨；所述燃烧机构设置在所述第一冷却装置的上部并与导轨滑动连接；

第二冷却装置，其围设在所述燃烧器外部并通过支架滑动连接在导轨上；

当进行测试时，箱门打开，热辐射挡板朝向集装箱外部，所述燃烧机构和第二冷却装置沿导轨移动至集装箱外部，第一冷却装置和第二冷却装置进行降温，热辐射挡板阻隔热辐射。

2.如权利要求1所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，所述热辐射挡板和箱门采用折叠高温不锈钢板连接成无缝隙机构。

3.如权利要求2所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，所述集装箱采用高温不锈钢材质，其顶部设置有天窗，所述天窗采用耐高温玻璃材质。

4.如权利要求2所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，所述第一冷却装置还包括：空气泵，其通过耐高温管线连接所述压缩空气喷嘴，用于提供空气。

5.如权利要求4所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，所述第二冷却装置包括：

空气喷洒管线，包括主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线，用于喷射空气冷却燃烧机构；

空气压缩泵，其连接主管线，用于向主管线提供高压空气；

其中，所述第一喷洒管线与主管线并联，所述第二喷洒管线与第一喷洒管线并联，主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线上开设多个喷射口。

6.如权利要求5所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，还包括：

温度传感器，其分别安装在所述集装箱内、外上，用于探测集装箱和环境的温度；

压力表，其安装在所述空气压缩喷嘴的入口管线上，用于探测空气压缩喷嘴的入口压力；

控制器，其连接所述温度传感器、第一冷却装置和第二冷却装置，用于控制空气压缩喷嘴的孔口前压力和空气喷洒管线的空气喷射流量。

7.如权利要求5所述的测试用陆地自冷环保燃烧器，其特征在于，所述燃烧机构包括：

燃烧机构主体，其内设置有燃烧喷嘴，用于提供燃气和燃油的燃烧空间；

进料管线，其连接燃烧机构主体，用于向燃烧机构主体内通入叹气和燃油；

鼓风机，其固定在所述燃烧机构主体的上部，用于向燃烧机构主体内通入空气。

8.一种测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、将燃烧机构和第二冷却装置通过导轨推出集装箱外部，开启燃烧器，控制器接收温度传感器探测的燃烧机构温度T_r和环境温度T_e；

步骤2、

当燃烧机构温度T_r≥T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_κ2≤T_r＜T_κ1；此时孔口前压力p为：

当燃烧机构温度T_κ2≤T_r＜T_κ1，控制器调整空气压缩喷嘴的孔口前压力p，直至T_r＜T_κ2；此时孔口前压力p为：

当燃烧机构温度T_r＜T_κ2，孔口前压力p为：

其中，ρ_a为空气黏滞系数；ω_a为入口处空气流速；ζ为入口动压下的黏滞系数，T_κ1为第一预设温度，T_κ2为第二预设温度；

步骤3、关闭燃烧机构，第一冷却装置和第二冷却装置继续运行10分钟后关闭。

9.如权利要求8所述的测试用陆地自冷环保燃烧器的控制方法，其特征在于，所述步骤2还包括：

当环境温度T_e≥T_τ1，控制器调整主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线的空气喷射流量Q，直至T_τ2≤T_e＜T_τ1；此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_τ2≤T_e＜T_τ1，控制器调整主管线、第一喷洒管线和第二喷洒管线的空气喷射流量Q，直至T_e＜T_τ2，此时空气喷射流量Q为：

当环境温度T_e＜T_τ2，空气喷射流量Q为：

其中，l为空气喷洒管线的长度；V₀为管线截面积；p为空气喷洒管线入口压力，a为空气喷洒管线上喷射孔的数量，b为喷射孔的截面积；η为校正因子；T_τ1为第一设定温度；T_τ2为第二设定温度。