CN202177126U - 全自动高压点火燃烧控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动高压点火燃烧控制装置，包括电源管理装置、控制装置、变压装置、点火装置和燃烧装置，所述控制装置包括：放喷管道压力监测装置、火焰监测装置、手动遥控点火控制组件、自动点火控制组件、电源切换控制组件和高压保护电路控制组件。本实用新型提供一种能够实现无人值守全自动控制点火，不需要燃油，适应较大范围排出气体压力状态下的点火燃烧控制装置；本实用新型还提供了一种能分离排出物中泥浆和水的燃烧装置。

Description

全自动高压点火燃烧控制装置

技术领域

本实用新型属于电子点火装置，尤其属于全自动高压点火燃烧控制装置，特别涉及放喷石油钻探施工中有害气体的点火装置。

背景技术

在石油钻探施工过程中，经常会有硫化氢、二氧化硫等有害气体和大量的泥浆、水等物质排出，排出物严重威胁施工人员安全，也给环境造成极大的破坏，通常需要将有害气体烧掉。由于气体燃烧有毒，特别是对于泥浆和水含量高，燃烧不稳定的排出物，为保证安全，需用安全可靠的点火装置和燃烧装置实现有害气体的燃烧，特别对于无人值守的燃烧设备需要有安全、稳定且能自动实现点火、燃烧控制的装置。

中国专利ZL02269404.8公开了一种钻井用封闭式点火装置，包括：点火杆、绝缘子和引火筒等组成。其特征在于增加了保护筒、支撑绝缘子和点火间隙调节装置，支撑绝缘子位于点火杆和点火间隙调节装置之间，点火杆、绝缘子和支撑绝缘子安装于保护筒内部，保护筒的顶端是封闭的，顶端装有挡水檐，并开有观察孔，点火间隙调节装置中部横向安装有固定支架、竖向安装有调节丝杠，固定螺母和锁紧螺母分别安装在固定支架的上下两侧。

中国专利ZL200420061723.4公开了一种钻井放喷电子点火装置，包括空气压缩装置、燃油供给装置、燃烧喷射器、电子点火器以及主控制模块，在主控制模块的控制下，空气压缩装置输出压缩空气，燃油供给装置输送燃油到燃烧喷射器中进行雾化，产生雾化燃油气流；电子点火器的点火头置于燃烧喷射器中，点火头产生点火火花，引燃雾化燃油气流，形成一定长度点火火焰，从燃烧喷射器喷出，射向钻井放喷管出口处，点燃有毒可燃气体。

上述专利不能实现无人值守的全自动控制点火，特别对于泥浆和水含量高、排出气体压力不稳定状态下的点火控制不能安全稳定地实现，其中一专利的技术方案还需要燃油点火，对长期无人值守的野外情况其实现成本很高。

发明内容

本实用新型根据现有技术的不足公开了一种全自动高压点火燃烧控制装置，本实用新型要解决的问题是提供一种能够实现无人值守全自动控制点火，不需要燃油，适应较大范围排出气体压力状态下的点火燃烧控制装置；本实用新型还提供了一种能分离排出物中泥浆和水的燃烧装置。

本实用新型提供以下技术方案实现：

全自动高压点火燃烧控制装置，包括电源管理装置、控制装置、变压装置、点火装置和燃烧装置，所述控制装置包括：

放喷管道压力监测装置，通过检测放喷管道压力检测管道放喷状态，放喷时，压力检测装置检测到有放喷压力，控制装置启动工作；

火焰监测装置，通过传感器检测火焰产生的红外或紫外信号检测火焰燃烧状态，当放喷气体正常燃烧后，给控制装置提供火焰信号，控制装置关闭点火装置；当放喷气体意外熄灭后，给控制装置提供火焰熄灭信号，控制装置重新启动点火装置；

手动遥控点火控制组件，包括通过手动开闭控制实现点火的开关和信号接收、发射器；

自动点火控制组件，通过火焰监测装置检测火焰状态实现点火的自动控制装置；

电源切换控制组件，装置采用交直流供电方式，在交流电源突然断电时，装置能自动切换到直流供电模式，在交流电源恢复时，自动切换到交流供电模式的装置；

和高压保护电路控制组件，在开启点火装置后，如果发生高压电缆短路、断路时，控制装置自动启动高压保护电路的装置。

进一步所述电源管理装置包括交流电源稳压装置、蓄电池电源、蓄电池电源智能充电机和交直流电源自动切换装置。

进一步所述变压装置包括交流一次变压器、交流二次调理电路和高压线路的保护电路。

进一步所述点火装置包括变压装置输出的两相电极、放电圆盘、点火装置整流罩和耐高温耐交流高压电缆。

进一步所述燃烧装置包括燃烧筒、二次减压分离仓和主放喷口。所述二次减压分离仓的排气通道采用迷宫式错位布置。所述主放喷口有依靠重力关闭的摆盖，摆盖下端与锁钩固定连接，锁钩与摆锤连接并铰接在燃烧筒上。

本实用新型适用于石油、天然气钻探领域；由于在石油、天然气钻井放喷过程中其放喷气体含有大量有害气体需要进行燃烧无害化处理；同时放喷气体含有大量的泥浆和水，容易导致在放喷点火燃烧过程中被喷出水和杂质意外喷灭，本装置可彻底解决以上问题。

采用本实用新型产品，能够实现无人值守全自动控制点火。放喷时，压力检测装置检测到有放喷压力时，控制装置工作，自动启动点火装置开始点火；当火焰检测装置检测到火焰时控制装置自动切断电源，停止点火；当放喷气体燃烧过程中意外熄灭且放喷仍在继续时，控制装置仍然能自动点火。

附图说明

图1是本实用新型全自动高压点火燃烧控制装置原理框图；

图2是本实用新型电源管理装置原理框图；

图3是本实用新型控制装置原理框图；

图4是本实用新型变压装置原理框图；

图5是本实用新型变压电路原理框图；

图6是本实用新型点火装置平面结构示意图；

图7是本实用新型点火装置放电圆盘和点火整流罩布置结构示意图；

图8是本实用新型燃烧装置横截面结构示意图；

图9是本实用新型燃烧装置纵截面结构示意图；

图10是本实用新型燃烧装置一降压分离隔板平面结构示意图；

图11是本实用新型燃烧装置另一降压分离隔板平面结构示意图。

图中，3.3.1是高压电缆短路保护电路，3.3.2是高压电缆断路保护电路，4.1是点火电极，4.2是放电圆盘，4.3是整流罩，5.1是燃烧筒，5.2是第一降压分离隔板，5.3是第二降压分离隔板，5.4是圆弧形散液挡板，5.5是主放喷管，5.6是放喷管上条孔，5.7是放喷管摆盖，5.8是摆盖锁钩，5.9是锁钩摆锤，5.10是二次减压分离仓。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。

结合图1至图11。

如图1所示，全自动高压点火燃烧控制装置包括电源管理装置1、控制装置2、变压装置3、点火装置4、燃烧装置5。

全自动高压点火燃烧控制装置采用交流220V和直流24V的供电方式。

如图2所示，自动高压点火燃烧控制装置包括电源管理装置1，电源管理装置包括交流电源稳压装置1.1、蓄电池电源1.2、蓄电池电源智能充电机1.3、交直流电源自动切换装置1.4。

交流电源稳压装置1.1的特征：一种电子电器设备要可靠的工作，电源装置是关键。由于点火装置的供电方式采用交流220V或直流24V蓄电池的供电方式，点火装置要可靠的工作，必须需要一个稳定的供电电源，由于交流供电受发电设备的影响，交流电源会出现波动，发电机输出的交流电源有时会低到150多伏，有时会高到280多伏，这样点火装置就不能可靠的工作。为了保证点火装置输入电源的稳定，我们在点火装置中设计了交流电源稳压装置1.1，这样保证了输入电源稳定，实现了点火装置的可靠工作。

蓄电池电源1.2的特征：当点火装置没有交流电源时，点火装置采用24伏蓄电池供电方式。蓄电池选用工作寿命长、充电快速方便的免维护蓄电池。蓄电池的规格型号：12V，60AH，厂家：德国阳光蓄电池公司。

蓄电池电源智能充电机1.3的特征：由于蓄电池的性能及工作特点，不能过放和过充。当点火装置采用蓄电池供电时，智能充电机可以在线监控蓄电池工作状态，当检测到蓄电池电压过低，能自动给蓄电池充电，当蓄电池充满，能自动的关闭充电，从而防止了蓄电池的过放和过充而被损坏，保护了蓄电池，使蓄电池能长时间的稳定工作，智能充电机1.3采用常规智能控制充电装置。

交直流电源自动转化装置1.4的特征：当点火采用交流220伏电源供电时，如果由于特殊原因交流电源突然断电，为了保证装置能继续可靠的工作，交直流电源自动转化装置1.4能立即检测到交流电源的断电故障，自动打开蓄电池供电，从而保证了点火装置持续的稳定工作，交直流电源自动转化装置采用常规交直流电源自动转化装置。

如图3所示，自动高压点火燃烧控制装置包括控制装置2。控制装置的特征是：控制装置包括手动遥控点火控制组件2.1、自动点火控制组件2.2、火焰监测装置2.3、放喷管道压力监测装置2.4、电源切换控制组件2.5、高压保护电路控制组件2.6。

手动遥控控制组件的特征是：实现点火的远距离遥控控制，遥控距离在200米以上，控制逻辑顺序是：当按下遥控板上的点火按钮，装置自动点火30秒，30秒后，装置自动关闭点火装置。

控制装置采用PLC(CPLD/FPGA/MICOCHIP)可编程逻辑控制器作为控制部件，通过输入口采样遥控信号，执行手动控制程序；通过输入口采用压力信号和自动信号，执行自动控制程序；通过输入口采样电压信号，实现交直流电的自动切换控制；通过输入口采样变压装置的信号，实现高压线路的保护电路的控制。

自动点火控制组件2.2。自动点火控制组件特征是：实现点火的自动控制，点火时间持续12小时。

自动控制逻辑是：

a)当合上控制面板上的自动点火开关，同时监测到放喷管道上有压力信号、放喷燃烧装置没有火焰时，装置自动开启点火装置，点火时间持续12小时；

b)如果在12小时的点火周期内，放喷气体被点燃，火焰监测装置监测到火焰时，装置自动切断电源，停止点火；

c)在放喷气体燃烧过程中，如果意外发生火焰熄灭，放喷仍在继续时，装置又会自动开始点火，直到将放喷气体点燃。

火焰监测装置2.3。火焰监测装置2.3的特征是：实现放喷燃烧过程的火焰监控。当放喷气体正常燃烧后，给控制装置提供火焰信号，控制装置关闭点火装置；当放喷气体意外熄灭后，给控制装置提供火焰熄灭信号，控制装置重新启动点火装置。火焰传感信号采用红外或则紫外信号。

火焰监测装置组成方式是采用火焰的红外或者紫外光传感器，传感器接收红外或者紫外光信号，通过信号处理和放大电路，然后火焰输出信号。

放喷管道压力装置2.4。放喷管道压力装置2.4的特征是：实现放喷过程的压力监控。当放喷气体排放时，给控制装置提供放喷压力信号，控制装置启动点火装置；当放喷气体意外熄灭后，提供压力信号给控制装置，控制装置重新启动点火装置。压力装置型号：P50-GB40M4M20Q，厂家：佰衲电子有限公司。

压力装置是采用压力传感器，传感器接收压力信号，通过信号处理和放大电路，然后压力输出信号。

电源切换控制组件2.5。电源切换控制组件2.5的特征：当装置采用交流供电方式，如果交流电源突然断电时，装置能自动切换到直流供电模式，当交流电源恢复时，自动切换到交流供电模式。

高压保护电路控制组件2.6。高压保护电路控制组件2.6的特征：当开启点火装置后，如果发生高压电缆短路、断路的情况时，控制装置自动启动高压保护电路。

如图4和图5所示，全自动高压点火燃烧控制装置包括变压装置3。变压装置3的特征：包括交流一次变压器3.1、交流二次调理电路3.2、高压线路的保护电路3.3。

交流一次变压器3.1。交流一次变压器3.1的特征是：将输入的交流电压升压到交流高压电。

交流二次调理电路3.2。交流二次调理电路3.2对一次变压器进行过流、过热保护控制电路，实现变压器的长时间工作；同时调理电路将交流高压电调理成相位相反的两路交流高压输出到点火装置的电极上。

高压电缆的保护电路3.3。高压电缆的保护电路3.3的特征是：包括高压电缆短路保护电路3.3.1和高压电缆断路保护电路3.3.2。

高压电缆断路保护电路3.3.2的特征：由于点火电缆安装于放喷管道上，置身于野外，由于不可预料的抗力造成高压电缆被损坏或者被剪断，此时如果没有及时发现高压电缆被损坏而启动了点火器，高压电缆的损坏处有高压电输出，这样就造成了人体可能被高压触电的安全隐患，这也是传统点火器一个致命的弱点。本实用新型的点火器区别于传统点火器的特征是本实用新型设计了高压线断路保护电路3.3.2，当启动点火器时，保护电路如果监测到高压线断路，会立即关闭点火器，从而避免了触电事故的发生。同时能及时给出高压电缆断路的信号，提示操作人员对电缆进行维护和更换。

高压电缆短路保护电路3.3.1的特征：由于点火电缆安装于放喷管道上，置身于野外，由于不可预料的抗力造成高压电缆被损坏或者被剪断，在电缆损坏或者被剪断后，损坏处或者破损处可能造成点火电缆的短路；同时由于排放的气体中含有各种杂质，杂质中可能带有低阻抗的导电介质附着在点火电极上，造成点火电缆的短路。点火电缆的短路的结果是造成长时间点火器的过载损坏。传统的点火器采用保险熔丝或者过流保护装置的方式保护点火装置，而本实用新型增加了高压电缆短路保护电路3.3.1，当检测到高压电缆有短路现象时，装置自动关闭点火器，这样保护了点火器不被因过载而损坏，不需要麻烦的去频繁更换保险熔丝，从而延长了了点火器的使用寿命。

如图6和图7所示，全自动高压点火燃烧控制装置包括点火装置4。点火装置4的特征是：包括变压装置输出的两相电极4.1、放电圆盘4.2、点火装置整流罩4.3、耐高温耐交流高压电缆4.4。

本新型点火装置的放电原理是相位相反的两个高压电极击穿空气放电，放电的空气被电离成高温高压的等离子场，等离子场将空气中可燃的介质燃烧，这样在两电极圆盘之间形成一个下层是高压电弧，电弧上层是火焰的扇形点火面。因为有火焰出现，这样可以实现点火的100％成功。

变压装置输出的两相电极4.1的特征是：两相电极选用耐2500度高温的合金；高温电极的重要特征是：耐电腐蚀、耐酸，即使水、泥浆在电极表面的粘附也能可靠的放电，客服了传统的半导体点火头不耐1000度以上的高温、使用年限短的缺点。

放电圆盘4.2的特征是：放电部件为圆形，这样保证了即使电极发生转动，也不会破坏放电部位的放电距离，同时由于是放电圆盘是圆形，这样可以实现在圆盘的圆周上多点放电，从而大大的提高了点火的成功率。放电圆盘选用耐2500度高温的合金。

点火装置整流罩4.3的特征是：保证进入点火区的气流(可燃气体和助燃介质)稳定；实现可燃介质与助燃介质的充分混合。

耐高温耐交流高压电缆4.4的特征是：耐高温耐交流高压电缆包括耐高温高压点火电缆、耐高温耐高压硅离子软管、耐高温耐磨损不锈钢防护软管。

高压点火电缆4.4实现变压装置的高压传递到点火装置的高压点火电极，点火电缆的一端接变压装置，一端接高压点火电极。高压点火电缆由于一部分处于高温区，本实用新型选用耐高温的点火电缆，耐温等级850度，同时电缆芯体采用镀银芯体，具有阻抗小、能量衰减小的特点。耐高温不锈钢防护软管的作用一个是保护点火线缆免受外界磨损。

如图8至图11所示，全自动高压点火燃烧控制装置包括燃烧装置5。燃烧装置5就是放喷燃烧器。燃烧装置5的特征是：包括圆柱形燃烧筒5.1、二次减压分离仓5.10、主放管道5.5。

圆柱形燃烧筒5.1的特征：燃烧筒内安装有放喷管5.5，在放喷管5.5上部开有若干条形槽5.6，放喷管5.5上部有圆弧形挡板5.4，燃烧筒5.1在圆弧形挡板5.4上部开有若干排放孔。当放喷混合物通过放喷管5.5时，混合物从条形槽5.6喷出，被上部挡板5.4遮挡，大部分液体或固体物质掉入燃烧筒下部，少量混有小液滴的气体从燃烧筒5.1的排放孔进入二次减压分离仓5.10。

二次减压分离仓5.10的特征：二次减压分离仓5.10为一正方形，与圆柱形燃烧筒5.1焊接成为整体，分别有一层与燃烧筒5.1排放孔错开位置打孔的隔离板5.2以及与第一层隔离板5.1错开位置打孔的第二层隔离板5.3。当少量混有小液滴的气体从燃烧筒5.1的排放孔排出，由于是错开打孔，在气体与液滴运动方向没有开孔，所有液滴被被第一层隔离板5.2阻挡，气体和极少部分通过漫射被气体带入的细小液滴进入第二层5.3，由于两层隔离板是错开位置打孔，在气体进入方向没有开孔，液滴被再次阻挡，被排出的气体既为纯净的气体。

如上所述，从放喷管5.5到二次减压分离仓5.10以及最后的出气口，气体通道采用错开位置打孔，气体在燃烧器中迂回曲折流动，由此形成点火排气通道迷宫式错位布置。

主放喷口的特征：主放喷口是由引火燃烧器最前端的放喷管5.5及放喷管摆盖5.7组成。在放喷压力小时，放喷管盖5.7在重锤5.9重力作用下处于关闭状态，排放物只能从放喷管上开的条孔5.6排出，保证二次减压分离仓5.10有气体排放，作为点火气源；当放喷压力大时，放喷管5.5在放喷物的作用下，推开放喷管摆盖5.7，以排放大量的放喷物；摆盖5.7下端与锁钩5.8固定连接，锁钩5.8与摆锤5.9连接并铰接在燃烧筒5.1上，锁钩5.8和摆锤5.9的设置可调节喷管摆盖5.7的开启压力。

Claims (7)

1.全自动高压点火燃烧控制装置，包括电源管理装置、控制装置、变压装置、点火装置和燃烧装置，其特征是所述控制装置包括：

放喷管道压力监测装置，通过检测放喷管道压力检测管道放喷状态，放喷时，压力检测系统检测到有放喷压力，控制装置启动工作；

火焰监测装置，通过传感器检测火焰产生的红外或紫外信号检测火焰燃烧状态，当放喷气体正常燃烧后，给控制系统提供火焰信号，控制系统关闭点火系统；当放喷气体意外熄灭后，给控制系统提供火焰熄灭信号，控制系统重新启动点火装置；

手动遥控点火控制组件，包括通过手动开闭控制实现点火的开关和信号接收、发射器；

自动点火控制组件，通过火焰监测装置检测火焰状态实现点火的自动控制装置；

电源切换控制组件，系统采用交直流供电方式，在交流电源突然断电时，系统能自动切换到直流供电模式，在交流电源恢复时，自动切换到交流供电模式的装置；

和高压保护电路控制组件，在开启点火系统后，如果发生高压电缆短路、断路时，控制系统自动启动高压保护电路的装置。

2.根据权利要求1所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述电源管理装置包括交流电源稳压装置、蓄电池电源、蓄电池电源智能充电机和交直流电源自动切换装置。

3.根据权利要求1所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述变压装置包括交流一次变压器、交流二次调理电路和高压线路的保护电路。

4.根据权利要求1所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述点火装置包括变压系统输出的两相电极、放电圆盘、点火系统整流罩和耐高温耐交流高压电缆。

5.根据权利要求1所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述燃烧装置包括燃烧筒、二次减压分离仓和主放喷口。

6.根据权利要求6所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述二次减压分离仓的排气通道采用迷宫式错位布置。

7.根据权利要求6所述的全自动高压点火燃烧控制装置，其特征是：所述主放喷口有依靠重力关闭的摆盖，摆盖下端与锁钩固定连接，锁钩与摆锤连接并铰接在燃烧筒上。

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