CN112113213A

CN112113213A - 一种地面火炬系统

Info

Publication number: CN112113213A
Application number: CN201910529023.4A
Authority: CN
Inventors: 张杰东; 于安峰; 白永忠; 党文义; 刘迪; 王鹏
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Qingdao Safety Engineering Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Qingdao Safety Engineering Institute
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-22

Abstract

本发明公开一种地面火炬系统，包括混气机构、燃烧机构和控制机构，混气机构包括第一主管，第一主管的出气端连有第一支管和第二支管，第一支管上依次设有第一单向阀、储气罐和第一控制阀组件，第一支管的出气端连有点火器，第二支管上设有压力传感器，第二支管通过空气预混器连接第三支管，第三支管上设有阻火器，第三支管的出气端连有燃烧器；燃烧机构包括燃烧柜，点火器和燃烧器设在燃烧柜内，点火器上端的燃烧柜上设有温度传感器。空气预混器包括第一燃气管、第一混气壳和第一空气管，第一燃气管的一端与第二支管的出气端相连。该火炬系统对放空天然气进行有效预混，确保放空天然气高效燃烧，降低燃烧火焰高度，更安全环保经济。

Description

一种地面火炬系统

技术领域

本发明涉及安全环保领域，具体涉及一种地面火炬系统。

背景技术

目前管道输送是天然气运输最主要手段。当发生管线破裂、管线超压、清管作业以及其他工况时，要在天然气站场对管道内的天然气要进行放空处理，放空的天然气具有压力高、瞬间流量大等特点。

天然气放空分为冷放空和热放空。冷放空是把天然气直接放空，而不点燃；热放空是通过点火方式将放空的天然气燃烧处理掉。目前大部分天然气站场主要采用冷放空。冷放空要求放空管与周边设施安全间距较大(一般要求为高架火炬安全距离一半，即60m)，随着天然气站场用地紧张、国家对安全环保的要求越来越高、对甲烷排放的日益关注，天然气站场采用燃烧法处理放空的天然气会成为趋势。传统的地面火炬从燃烧器喷口喷出的只是纯粹的气体燃料，即一次空气系数α1＝0，燃烧所需要的空气，均在燃料气喷出燃烧器后才互相扩散混合，混合较慢造成火焰拉的较长，因此火焰高度较高。喷孔尺寸较大时，甚至在离喷口7～8m处还没有燃烧完全，这造成传统式地面火炬做的较大，燃烧室庞大不经济，燃尽率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地面火炬系统，该火炬系统对放空天然气进行有效预混，确保放空天然气高效燃烧，降低燃烧火焰高度，减少燃烧室高度，减少用地面积，更安全环保经济。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种地面火炬系统，包括混气机构和控制机构，混气机构包括第一主管，第一主管的出气端连有第一支管和第二支管，第一支管上依次设有第一单向阀、储气罐和第一控制阀组件，第一支管的出气端连有点火器，第二支管上设有压力传感器，第二支管通过空气预混器连接第三支管，第三支管上设有阻火器，第三支管的出气端连有燃烧器。

优选的，所述空气预混器包括第一燃气管、第一混气壳和第一空气管，第一燃气管的一端与第二支管的出气端相连；第一燃气管的另一端穿过第一混气壳的前端面后，第一燃气管的出气端连接有第一拉瓦尔管；第一空气管连通在第一混气壳的侧端。

优选的，所述第一混气壳包括第一前进气壳和第二拉瓦尔管，第一前进气壳为后端开口的圆形壳，第一前进气壳的前端面上开设有第一气管连接孔；

第一空气管与第一前进气壳相连通，第一拉瓦尔管位于第二拉瓦尔管内，第一拉瓦尔管的出气口位于第二拉瓦尔管的中部内，第二拉瓦尔管与第三支管相连。

优选的，所述地面火炬系统还包括燃烧机构，燃烧机构包括燃烧柜，点火器和燃烧器设在燃烧柜内，点火器上端的燃烧柜上设有温度传感器；控制机构包括控制器，控制器通过线路连接第一控制阀组件、压力传感器、点火器和温度传感器。

优选的炬系统，其特征在于，所述第一单向阀连通在第一支管的前部上，储气罐连通在第一支管的中部上；第一控制阀组件设置在储气罐后端的第一支管上。

优选的，所述第一控制阀组件包括第一调压阀、第一前截止阀、第一电磁阀和第一后截止阀，第一调压阀连通在第一支管上，第一调压阀后端的第一支管上依次连接有第一前截止阀、第一电磁阀和第一后截止阀。

优选的，所述点火器包括点火器外壳，第一支管的出气端与点火器外壳相连，点火器外壳内设置高压发生器和放电嘴，高压发生器与放电嘴相连。

优选的，所述阻火器连通在第三支管的前部内，第三支管上并联有第三截止阀，第三截止阀的进气端通过第四支管与阻火器前端的第三支管相连通，第三截止阀的出气端通过第五支管与阻火器后端的第三支管相连通。

优选的，所述燃烧柜呈圆筒状，燃烧柜的内壁上设置有陶瓷纤维板，燃烧柜的下端连接有第一支撑格栅，第一支撑格栅与燃烧柜的下端面的连接端处设置有第一进气孔；第一支撑格栅由耐火材料制成。

优选的，所述燃烧器包括燃烧管，燃烧管的下端连有送气接头，送气接头与第三支管相连。

优选的，所述燃烧管有多个，多个燃烧管相互平行的横向设置，每个燃烧管的上端设置有喷射孔，每个喷射孔的直径为2～4mm，每相邻的两个喷射孔之间的距离值为24mm～60mm。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种地面火炬系统，利用泄放气体的高压能量，对放空天然气进行有效预混，确保放空天然气高效燃烧，降低燃烧火焰高度，减少燃烧室高度，减少用地面积，达到安全环保经济的目的。本发明中的地面火炬系统充分利用天然气放空的高压能量，采用两种引射吸风的方式，促进放空天然气与空气能够有效混合，提高燃尽率，降低未燃尽污染物排放。

同时由于放空天然气和空气混合较好，燃烧室内火焰高度低，燃烧室高度低，减少投资。本发明中的地面火炬系统，采用多点喷射式的燃烧器，将火焰分割成多个小火苗，由于火焰长度正比于喷孔直径，因此孔径缩小时火焰长度就缩短，这样可以有效降低火焰高度，减少燃烧室尺寸。同时可以根据放空气流量来选择燃烧器的个数或进行分级燃烧。

附图说明

图1是地面火炬系统整体结构示意图。

图2是混气机构和控制机构连接结构示意图。

图3是燃烧机构整体结构示意图。

图4是燃烧柜俯视结构示意图。

图5是空气预混器整体结构示意图。

图6是混气机构整体结构连接示意图。

图7是燃烧柜俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1

结合图1至图7，一种地面火炬系统，包括混气机构1、燃烧机构2和控制机构3。混气机构1包括第一主管11，第一主管11的出气端连有第一支管12和第二支管13，第一支管12上依次设有第一单向阀14、储气罐15和第一控制阀组件4。

第一支管12的出气端连有点火器16，第二支管13上设有压力传感器17，第二支管13通过空气预混器5连接第三支管18，第三支管18上设有阻火器19，第三支管18的出气端连有燃烧器6。压力传感器17接收第二支管13内的天然气的压力信号。

燃烧机构2包括燃烧柜21，点火器16和燃烧器6设在燃烧柜21内，点火器16上端的燃烧柜21上设有温度传感器22。

空气预混器5包括第一燃气管51、第一混气壳52和第一空气管53，第一燃气管51的一端与第二支管13的出气端相连。第一燃气管51的另一端穿过第一混气壳52的前端面后，第一燃气管51的出气端连接有第一拉瓦尔管54；第一空气管53连通在第一混气壳52的侧端。

第一混气壳52包括第一前进气壳521和第二拉瓦尔管522，第一前进气壳521为后端开口的圆形壳，第一前进气壳521的前端面上开设有第一气管连接孔。第一空气管53上连接有进气单向阀531，空气只能从进气单向阀531进入到第一空气管53内。

第一空气管53与第一前进气壳521相连通，第一拉瓦尔管54位于第二拉瓦尔管522内，第一拉瓦尔管54的出气口位于第二拉瓦尔管522的中部内。第二拉瓦尔管522与第三支管18相连。第一拉瓦尔管54和第二拉瓦尔管522为拉瓦尔管制成。

拉瓦尔管是一种先收缩后扩张，用以产生超声速气流的管道，1883年瑞典工程师C.G.P.de拉瓦尔在他发明的汽轮机中首先使用这种管道，因而得名。拉瓦尔管广泛使用于超声速风洞、喷气发动机、汽轮机、火箭推进器等需用超声速气流的设备中。

控制机构3包括控制器31，控制器31通过线路连接第一控制阀组件4、压力传感器17、点火器16和温度传感器22。

第一单向阀14连通在第一支管12的前部上，储气罐15连通在第一支管12的中部上。第一控制阀组件4设置在储气罐15后端的第一支管12上。

第一控制阀组件4包括第一调压阀41、第一前截止阀42、第一电磁阀43和第一后截止阀44，第一调压阀41连通在第一支管12上，第一调压阀42后端的第一支管12上依次连接有第一前截止阀42、第一电磁阀43和第一后截止阀44。第一调压阀41将天然气的压力调制0.3MPa，确保点火器16所连接的管线的压力的稳定。第一电磁阀43为第一支管12的控制阀门。

点火器16包括点火器外壳，第一支管12的出气端与点火器外壳相连，点火器外壳内设置高压发生器和放电嘴，高压发生器与放电嘴相连。

阻火器19连通在第三支管18的前部内，第三支管18上并联有第三截止阀191，第三截止阀191的进气端通过第四支管192与阻火器19前端的第三支管18相连通，第三截止阀191的出气端通过第五支管193与阻火器19后端的第三支管18相连通。

燃烧柜21呈圆筒状，燃烧柜21的内壁上设置有陶瓷纤维板，燃烧柜21的下端连接有第一支撑格栅23，第一支撑格栅23与燃烧柜21的下端面的连接端处设置有第一进气孔；第一支撑格栅23由耐火材料制成。

燃烧器6包括燃烧管61，燃烧管61的下端连有送气接头，送气接头与第三支管18相连；燃烧管61有多个，多个燃烧管61相互平行的横向设置在燃烧柜21内，每个燃烧管61的上端设置有喷射孔62，每个喷射孔的直径为2～4mm，每相邻的两个喷射孔之间的距离值为24mm～60mm。

实施例2

当天然气站场放空时，放出放空天然气。放空天然气通过第一主管11进入到第一支管12和第二支管13。第二支管13内的压力升高，控制机构3控制点火器16进行点火。点火器16的气源来自于储气罐15储存的天然气，控制机构3先启动点火器16的高压发生器进行点火，然后打开第一电磁阀43，确保点火器16点火成功。

放空天然气通过空气预混器5进行一次配风，从燃烧器6高速喷出后进行二次配风后，放空天然气和空气得到有效混合，确保点火成功。同时，由于放空天然气和空气混合充分，并且采用新型的燃烧器6，因此天然气燃烧火焰高度低，燃烧充分。在燃烧后期，放空天然气流速度较慢时，阻火器19可以有效防止回火，确保系统安全可靠。

实施例3

本发明充分利用天然气站场放空天然气的高压能量，采用空气预混器5结构，对放空天然气进行预混，使得混合后的一次空气系数α1＝0.3～0.6，提升放空天然气和空气的混合效率，降低火焰长度，提高燃尽率。

实施例4

本发明在燃烧室下面设置了通风的第一支撑格栅23，放空天然气与一次进风的混合气从多点喷射式燃烧器6的喷口高速喷出，燃烧器6周边形成负压环境，燃烧室外大量的空气通过通风栅栏进入到燃烧室内，进行二次配风，确保燃烧室内氧气充足，促进放空天然气与空气有效混合，提高放空天然气的燃尽率，降低火焰长度，减少燃烧室体积。第一支撑格栅23不仅起到支撑作用，还提高了整体上的通风效果。

实施例5

本发明采用多点喷射式的燃烧器6。当燃烧器6出口气体到达一定速度后，火焰长度正比于喷孔直径，因此孔径缩小时燃烧器火焰就缩短。本发明采用多孔燃烧器，每个喷射孔62的直径约2～4mm，两孔之间的距离为12～15倍的喷射孔直径，即每相邻的两个喷射孔之间的距离值为24mm～60mm。

这样使得单个大的火焰分割成多个小火焰，而且小火焰互相干扰较小。这种结构不但降低了火焰长度，而且即使单个小火焰被吹灭，很快就会被旁边的小火焰继续点燃，从而减少各个小火焰被同时吹灭的可能性，提高燃烧的可靠性和经济性。同时，多点喷射式燃烧器处理天然流量范围较宽，单支燃烧器在天然气流量0-4t/h时都可以实现较好的燃烧效果。燃烧器的个数根据实际的放空天然气处理量来进行确定。

实施例6

目前天然气站场放空天然气主要通过放空管冷放空处理，部分企业通过火炬形式来进行燃烧处理。随着国家对环保要求日益提高，越来越多的企业采用火炬方式来燃烧处理天然气站场的放空天然气。本发明提供一种地面火炬系统，相比于现有的地面火炬，主要效果如下：

(1)充分利用天然气放空的高压能量，采用两种引射吸风的方式，促进放空天然气与空气能够有效混合，提高燃尽率，降低未燃尽污染物排放，同时由于放空天然气和空气混合较好，燃烧室内火焰高度低，燃烧室高度低，减少投资。

(2)采用多点喷射式的燃烧器，将火焰分割成多个小火苗，由于火焰长度正比于喷孔直径，因此孔径缩小时火焰长度就缩短，这样可以有效降低火焰高度，减少燃烧室尺寸。同时可以根据放空气流量来选择燃烧器的个数或进行分级燃烧。

在发明的描述中，需要理解的是，术语、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种地面火炬系统，其特征在于，包括混气机构和控制机构，混气机构包括第一主管，第一主管的出气端连有第一支管和第二支管，第一支管上依次设有第一单向阀、储气罐和第一控制阀组件，第一支管的出气端连有点火器，第二支管上设有压力传感器，第二支管通过空气预混器连接第三支管，第三支管上设有阻火器，第三支管的出气端连有燃烧器。

2.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述空气预混器包括第一燃气管、第一混气壳和第一空气管，第一燃气管的一端与第二支管的出气端相连；第一燃气管的另一端穿过第一混气壳的前端面后，第一燃气管的出气端连接有第一拉瓦尔管；第一空气管连通在第一混气壳的侧端。

3.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述第一混气壳包括第一前进气壳和第二拉瓦尔管，第一前进气壳为后端开口的圆形壳，第一前进气壳的前端面上开设有第一气管连接孔；

4.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述地面火炬系统还包括燃烧机构，燃烧机构包括燃烧柜，点火器和燃烧器设在燃烧柜内，点火器上端的燃烧柜上设有温度传感器；控制机构包括控制器，控制器通过线路连接第一控制阀组件、压力传感器、点火器和温度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述第一单向阀连通在第一支管的前部上，储气罐连通在第一支管的中部上；第一控制阀组件设置在储气罐后端的第一支管上。

6.根据权利要求5所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述第一控制阀组件包括第一调压阀、第一前截止阀、第一电磁阀和第一后截止阀，第一调压阀连通在第一支管上，第一调压阀后端的第一支管上依次连接有第一前截止阀、第一电磁阀和第一后截止阀。

7.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述点火器包括点火器外壳，第一支管的出气端与点火器外壳相连，点火器外壳内设置高压发生器和放电嘴，高压发生器与放电嘴相连。

8.根据权利要求4所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述阻火器连通在第三支管的前部内，第三支管上并联有第三截止阀，第三截止阀的进气端通过第四支管与阻火器前端的第三支管相连通，第三截止阀的出气端通过第五支管与阻火器后端的第三支管相连通。

9.根据权利要求4所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述燃烧柜呈圆筒状，燃烧柜的内壁上设置有陶瓷纤维板，燃烧柜的下端连接有第一支撑格栅，第一支撑格栅与燃烧柜的下端面的连接端处设置有第一进气孔；第一支撑格栅由耐火材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述燃烧器包括燃烧管，燃烧管的下端连有送气接头，送气接头与第三支管相连。

11.根据权利要求10所述的一种地面火炬系统，其特征在于，所述燃烧管有多个，多个燃烧管相互平行的横向设置，每个燃烧管的上端设置有喷射孔，每个喷射孔的直径为2～4mm，每相邻的两个喷射孔之间的距离值为24mm～60mm。