CN203336638U - 立式火炬点火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立式火炬点火装置，涉及石油天然气井场、气站的火炬点火装置技术领域，包括落地进气管道、与落地进气管道连接的升高管道，升高管道的上端安装主火炬燃烧器，所述升高管道上连通有分流管，分流管上端连接有引燃所述主火炬燃烧器的辅助火炬点火器，辅助火炬点火器通过电缆管线连接电控箱。本实用新型减少了制造、安装和运行成本，同时，也避免了现有技术中需要另外配置净化气源所产生的不安全隐患。

Description

立式火炬点火装置

技术领域

    本实用新型涉及石油天然气井场、气站的火炬点火装置技术领域，与石油天然气井场、气站的配套设施液气分离器配套使用，利用超高能脉冲放电技术及时、准确、可靠地点燃并焚烧火炬出口试气或放空的有毒、有害可燃气体，从而可以广泛应用于石油化工行业试气或废气放空处理，消除对环境的污染和人畜的伤害等领域。

背景技术

石油天然气井场、气站试气和放空时，会在试气或放空管道排出大量的可燃气体，这些物质流速快，且含有大量甲烷、硫化氢等易燃、易爆、有毒、有害气体，如果不能及时点燃并焚烧这些有毒、有害气体，不但会污染周边环境和伤害牲畜，还会危及现场人员及周边居民的生命健康。

目前井场常用点火产品或多或少存在方法落后、点火能量低、燃烧不完全、可靠性差、操作不方便，不易点燃等缺点，例如：

（1）公开号为CN102620302A，公开日为2012年8月1日的中国专利文献公开了一种应急放空火炬燃烧器，包括通过法兰与火炬筒体相连接的喷嘴管，所述喷嘴管的上端连接有混合器，所述混合器的顶端安装有稳焰器，所述混合器的上方设有防风罩，所述防风罩内设有分别通过各自的燃料气管道供气的引火筒和长明灯，靠近长明灯处安装有火焰监测器。该发明结构简单、使用方便、设计合理，可使火炬系统满足开停工、事故状态和非稳定工况条件下的安全放空，燃烧器点火可靠，燃烧稳定充分，不易产生黑烟，长明灯不易熄灭，提高了使用寿命，维护量小，且不易被人为破坏。

但以上述专利文献为代表的现有技术，引火燃料气管道需要单独使用净化后的辅助气源可燃气体，增加了制造、安装和运行成本，同时，也增加了另外配置净化气源的不安全隐患。

（2）公开号为CN200943872，公开日为2007年9月5日的中国专利文献公开了一种放空火炬点火控制系统，包括设置有高空火炬头附近的长明火燃烧头，连通长明火燃烧头和燃气进口的长明火燃气管，长明火燃气管上设置有长明火控制阀，长明火控制阀的控制端与自动控制装置相连，长明火燃烧头附近设置有火焰监测器，火焰监测器与自动控制装置相连，其特征在于：长明火燃烧头附近还设置有第一内引火燃烧头，第一内引火燃烧头下部与第一内引火燃气管相通，第一内引火燃气管与燃气进口相通的管路上设置有第一混气风机、第一内引火点火器和第一内引火控制阀，第一混气风机、第一内引火控制阀、第一内引火点火器的控制端与自动控制装置相连，第一内引火点火器设置在地面上。

但以上述专利文献为代表的现有技术，在实际使用过程中，结构复杂，点火可靠性较差，点火成功率最多只能达到99%；同时，上述专利文献的内引火燃烧头虽然设置在地面上而维修方便，但由于长期置于1000℃以上长明火高温燃烧区烘烤，使用寿命将缩短一倍以上。

并且，现有技术中的火炬点火装置，在遇到外界气候环境恶劣倒灌气流或内部气流压力较低的情况下，其火炬燃烧器在燃烧时容易产生“回火爆管”的安全隐患。

发明内容

本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的需要单独使用净化后的辅助气源可燃气体的技术问题，提供了一种立式火炬点火装置，本实用新型减少了制造、安装和运行成本，同时，也避免了现有技术中需要另外配置净化气源所产生的不安全隐患。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种立式火炬点火装置，包括落地进气管道、与落地进气管道连接的升高管道，升高管道的上端安装有主火炬燃烧器，其特征在于：所述升高管道上连通有分流管，分流管上端连接有引燃所述主火炬燃烧器的辅助火炬点火器，辅助火炬点火器通过电缆管线连接电控箱。

所述辅助火炬点火器上的电子点火头是超高能电子点火头。

在主火炬燃烧的外部安装有防风筒混氧器，辅助火炬点火器上还安装有吸氧防风筒，辅助火炬点火器从主火炬燃烧器一侧伸入所述防风筒混氧器。

在辅助火炬点火器的上端且位于主火炬防风筒混氧器的中间部位上还装有环形的防火保护罩。

在防风筒混氧器的圆周和底部之间开有多个吸氧孔。

所述落地进气管道和升高管道之间具有120°的夹角。

所述升高管道上连接有排污阀，升高管道的上部连接有中间连接管，中间连接管上连通所述分流管，中间连接管的上端连接主火炬燃烧器。

所述分流管上安装有开关电磁阀。

所述电缆管线的外围包裹有不锈钢金属波纹管。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果如下：

1、本实用新型中，采用“升高管道上连通有分流管，分流管上端连接有引燃所述主火炬燃烧器的辅助火炬点火器，辅助火炬点火器通过电缆管线连接电控箱”这样的结构形式，分流管直接从升高管道中分流可燃气体，用于辅助火炬点火器点火并引燃主火炬燃烧器，替代了现有技术中必须另外使用净化辅助燃料气才能点火的传统点火方法，由于不再另外使用净化辅助燃料气，从而降低了制造、安装和运行成本，消除了另外配置净化辅助气源的不安全隐患。

2、本实用新型中，辅助火炬点火器上的电子点火头是超高能电子点火头，这样的结构形式，具有以下好处：石油天然气井场、气站放喷时要点燃泥、沙石、水的混合气体，因此对点火头的点火性能要求特别高。本点火装置的超高能电子点火头是将已成功应用的放喷高能脉冲点火技术应用于试气或放空火炬点火上的一种创新结构。由于采用最新科技成果超高能电子点火替代现有技术中传统的高压间隙放电点火，其点火技术特点是点火元件采用第三代宽带隙高温半导体材料SiC表面放电形式，火花能量大可达到50焦耳；点火头由于采用了正极Kanthal（堪塔尔合金）和负极美标高镍(Ni)、铬(Cr)含量310S耐高温不锈钢材料，抗污染，不积碳，耐高温，寿命长，又有自洁净能力，性能大大优越于高压间隙放电点火。本点火装置应用这种点火技术的超高能量电子脉冲释放电弧点火，实现了成功率100%的可靠点火。

3、在辅助火炬点火器的上端且位于主火炬防风筒混氧器的中间部位上还装有环形的防火保护罩，是为了防止主火炬燃烧器底部吸氧孔蹿火对点火器的长期炙烤而缩短使用寿命的弊端，起到了阻断蹿火，隔热保护，延长点火器使用寿命的作用；在防风筒混氧器的圆周和底部之间开有多个吸氧孔，有良好的稳燃效果，因此，取消了现有技术中的长明灯，从而双重延长了点火器的使用寿命。

4、落地进气管道和升高管道之间具有120°的夹角，一般安全放空阀要求的背压比较低，放空支管和总管的壁厚比较薄，无论是自动放空还是手动放空压差都很高，在这样高压差下气流冲击力很大，如果进气管道是90°垂直弯角，气流会直接作用到火炬升高管壁上产生较大反推力，容易产生管道撕裂、管壁冲蚀等问题。本实用新型采用120°夹角后，就会缓冲、导流掉大部分气流，使反推力降低，气流冲击减小，从而有效地避免了现有技术中，落地进气管道与升高管道形成90°垂直弯角的气流冲击可能造成的爆管安全事故。

5、本实用新型中，电控箱通过电缆管线与点火头连接，不受地理环境限制，其连接电缆管线可长可短，可手持遥控器在50米范围内随意移动自动点火，实现了机动灵活的远程控制点火。

6、本实用新型中，电缆管线的外围包裹有不锈钢金属波纹管，所采用的点火头为超高能电子点火头，超高能电子点火头由于采用了正极Kanthal（堪塔尔合金）和负极美标高镍(Ni)、铬(Cr)含量310S耐高温不锈钢材料，抗污染，不积碳，耐高温，寿命长，又有自洁净能力，从而保证了长期在1000℃高温的使用工况条件下，点火头的点火端能够正常工作。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图

图2为电控箱控制本实用新型的结构示意图

图中标记：

部件1落地进气管道；部件2升高管道；部件3分流管；部件4中间连接管；部件5开关电磁阀；部件6拉绳挂环（3个）；部件7防火保护罩；部件8主火炬燃烧器；部件9止回阀；部件10防风筒混氧器；部件11吸氧防风筒；部件12超高能电子点火头；部件13辅助火炬点火器；部件14排污阀；部件15电缆管线；部件16电控箱；部件17备用直流电源。

具体实施方式

实施例1

作为本实用新型的最佳实施方式，参见图1和图2，其组成为：落地进气管道1；升高管道2；分流管3；中间连接管4；开关电磁阀5；拉绳挂环6（3个）；防火保护罩7；主火炬燃烧器8；止回阀9；防风筒混氧器10；吸氧防风筒11；超高能电子点火头12；辅助火炬点火器13；排污阀14；电缆管线15；电控箱16和备用直流电源17。

本装置各个部件之间的连接关系如下：

落地进气管道1通过锁紧螺母与升高管道2连接，升高管道2通过焊接与排污阀14连接并通过锁紧螺母与中间连接管4连接，中间连接管4通过焊接与点火气体分流管3连接并通过锁紧螺母与主火炬燃烧器8连接，主火炬燃烧器8通过焊接与拉绳挂环6、防火保护罩7、防风筒混氧器10连接，止回阀9铰接在主火炬燃烧器8的支座上，吸氧防风筒11通过焊接与防火保护罩7连接，超高能电子点火头12通过锁紧螺钉固定在辅助火炬点火器13上并通过螺纹及插头与耐温电缆管线15连接，辅助火炬点火器13通过焊接与点火气体分流管3连接（点火气体分流管3通过两端螺纹与开关电磁阀5连接），耐温电缆管线15通过插头与电控箱16或备用直流电源17连接。

本点火装置的工作原理如下：

本装置电控部分为遥控器控制型分体式电控箱，一个为电器自动控制电控箱（电控箱16）；一个为高能蓄电池备用直流电源箱（备用直流电源17），电控箱（电控箱16）通过耐温电缆管线（耐温电缆管线15）远距离与超高能电子点火头（超高能电子点火头12）相连接，电控箱直接输入220 V交流电或12V高能电池直流电，经变压器升压，硅堆整流后变为1200V高压直流，经限流电阻向储能电容器充电，当储能电容器上的电压达到击穿电压时，放电管被击穿放电，储能电容器上所储存的能量通过放电管、电感、点火电缆、导电杆加载到点火头上，而使超高能电子点火头高压脉冲释放电弧，点火放电能量可达到50焦耳，从而达到成功点燃试气或放空可燃气体的目的。当储能电容器上的能量释放完后，放电管恢复阻断状态，可经重新充电后重复循环高压脉冲释放电弧过程。

经石油天然气井场、气站配套设施液气分离器分离后的试气或放空可燃气体，在打开输气管道进气总阀后进入点火装置落地进气管道（部件1），管道进气端装有排污阀（排污阀14），经过排污阀的试气或放空可燃气体流入与落地进气管道形成120°倾角的火炬升高管道（升高管道2），在升高管道上端主火炬燃烧器（主火炬燃烧器8）上装有随试气或放空可燃气体气压大小自动开合的对开式止回阀阀板（止回阀9），对开式止回阀阀板分别铰接在主火炬燃烧器的两个支座上，主火炬燃烧器外部是长度为600mm的防风筒混氧器（防风筒混氧器10）；紧接中间管道（4）底部，连通有点火气体分流管（点火气体分流管3），点火气体分流管直接从主管道中分流试气或放空可燃气体，可燃气体通过开关电磁阀（开关电磁阀5）进入辅助火炬点火器（辅助火炬点火器13），辅助火炬点火器上装有超高能电子点火头（超高能电子点火头12）和吸氧防风筒（吸氧防风筒11），并从主火炬燃烧器侧伸入防风筒混氧器，辅助火炬点火器上端与主火炬防风筒混氧器底部的中间部位还装有环形点火器防火保护罩（防火保护罩7）。

当受控的试气或放空可燃气体喷出并流经点火装置落地进气管道时，在装置升高管道底部设有排污阀，经过液气分离器分离后残留的少量废水和杂质以及升高管道的冷凝水可通过升高管道自动沉降分离，再经排污阀专用排污管道排出。而在主火炬燃烧器上，装有随试气或放空可燃气体气压大小靠气流和自重控制自动开合的对开式止回阀阀板，在外界气候环境恶劣倒灌气流或管道内部低压气流时，止回阀阀板靠自重自动关闭，能有效地防止回火爆管的严重不安全隐患。试气或放空可燃气体则分别通过中间连接管底部点火气体分流管和辅助火炬点火器、中间连接管顶端主火炬燃烧器喷出。按下遥控器点火开关，首先独立点火气体分流管道电磁阀被打开并提供点火可燃气体，点火头间歇释放出高能量的脉冲放电强电弧，使辅助火炬点火器喷出的可燃气体首先点燃，从而引燃并焚烧主火炬燃烧器试气或放空的有毒、有害可燃气体。成功引燃主火炬燃烧器可燃气体后，超高能脉冲放电点火停止，点火气体分流管道电磁阀被关闭，辅助火炬自动熄灭，没有长明灯。而辅助火炬点火器上端的环形防火保护罩起到了防止主火炬燃烧器底部蹿火长期炙烤点火器缩短使用寿命的弊端。

实施例2

作为本实用新型另一较佳实施方式，其仅包括落地进气管道1、与落地进气管道1连接的升高管道2，升高管道2的上端安装主火炬燃烧器8，所述升高管道2上连通有分流管3，分流管3上端连接有引燃所述主火炬燃烧器8的辅助火炬点火器13，辅助火炬点火器13通过电缆管线15连接电控箱16。

实施例3

在实施例2的基础上，辅助火炬点火器13上的电子点火头是超高能电子点火头12，由于采用最新科技成果超高能电子点火替代现有技术中传统的高压间隙放电点火，其点火技术特点是点火元件采用第三代宽带隙高温半导体材料SiC表面放电形式，火花能量大可达到50焦耳；点火头由于采用了正极Kanthal（堪塔尔合金）和负极美标高镍(Ni)、铬(Cr)含量310S耐高温不锈钢材料，抗污染，不积碳，耐高温，寿命长，又有自洁净能力，性能大大优越于高压间隙放电点火。本点火装置应用这种点火技术的超高能量电子脉冲放弧点火，使火炬试气或放空点火成功率从现有点火技术的60%左右提高到100%。

超高能电子点火已经被人们广泛应用在放喷高能脉冲点火技术中，属于现有技术。例如北京中西远大科技有限公司所生产的高能脉冲电子点火器。

术语解释：

1、第三代宽带隙高温半导体材料SiC

以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（A lN）为代表的宽带隙半导体材料称为第三代半导体材料。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有宽的带隙宽度，高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料（带隙或禁带宽度大于2.2ev），也称为高温半导体材料。

2、Kanthal（堪塔尔合金）

Kanthal（堪塔尔合金）俗称铬铝钴耐热钢或铁铬铝电热合金，一般在性能及寿命方面均优于传统的电热材料Nikrothal（镍铬合金），故此成为今时今日工业电炉金属发热元件的标准材料。Kanthal的最主要优点是：

最高耐热温度为1425℃ /2600 F，比Nikrothal（镍铬合金）的1250℃ /2280 F为高，较Nikrothal（镍铬合金）寿命高2～4倍，有较高的表面负荷，较高的电阻率，较低的密度。不会产生氧化物碎屑，抗污染，不积碳，并具有自洁净能力。

3、310S耐高温不锈钢

310S耐高温不锈钢为美国标准材料ASTM SA213/TP310S ，国标相似不锈钢材料钢号0Cr25Ni20/(2520)。310S因镍(Ni)、铬(Cr)含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，耐高温钢管专用于制造电热炉管等场合。310S不锈钢是奥氏体铬镍不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，使其拥有好得多的蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高，奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素，由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。 

实施例4

在实施例2或3的基础上，更进一步的，本实用新型对辅助火炬点火器13、防风筒混氧器10和主火炬燃烧器8的结构进行了专门的优化设计，在超长设计的防风混氧筒圆周上和锥底部开有大小不同的吸氧孔，在现有技术上改善和提高了稳燃效果，即使在恶劣的气候环境下，只要可燃气体浓度达到燃点下限，即可以有效地点燃并焚烧有毒、有害可燃气体，从而使有毒、有害可燃气体焚烧更完全，提高了有毒、有害可燃气体焚烧后的洁净度，进一步减小了焚烧净化后气体对环境的污染。为了防止主火炬燃烧器8底部吸氧孔蹿火对点火器的长期炙烤而缩短使用寿命的弊端，在辅助火炬点火器13上端和主火炬燃烧器8底部的中间部位，装有环形防火保护罩7，起到了阻断蹿火、隔热保护，延长点火器使用寿命的作用。同时，由于主火炬燃烧器8通过优化结构设计，加长防风混氧筒并在圆周、底部开大小吸氧孔后，具有良好的稳燃效果，因此，取消了现有技术中的长明灯，从而双重延长了点火器的使用寿命。

Claims (9)

1.一种立式火炬点火装置，包括落地进气管道（1）、与落地进气管道（1）连接的升高管道（2），升高管道（2）的上端安装有主火炬燃烧器（8），其特征在于：所述升高管道（2）上连通有分流管（3），分流管（3）上端连接有引燃所述主火炬燃烧器（8）的辅助火炬点火器（13），辅助火炬点火器（13）通过电缆管线（15）连接电控箱（16）。

2.根据权利要求1所述的立式火炬点火装置，其特征在于：所述辅助火炬点火器（13）上的电子点火头是超高能电子点火头（12）。

3.根据权利要求1或2所述的立式火炬点火装置，其特征在于：在主火炬燃烧的外部安装有防风筒混氧器（10），辅助火炬点火器（13）上还安装有吸氧防风筒（11），辅助火炬点火器（13）从主火炬燃烧器（8）一侧伸入所述防风筒混氧器（10）。

4.根据权利要求3所述的立式火炬点火装置，其特征在于：在辅助火炬点火器（13）的上端且位于主火炬防风筒混氧器（10）的中间部位上还装有环形的防火保护罩（7）。

5.根据权利要求3所述的立式火炬点火装置，其特征在于：在防风筒混氧器（10）的圆周和底部之间开有多个吸氧孔。

6.根据权利要求1所述的立式火炬点火装置，其特征在于：所述落地进气管道（1）和升高管道（2）之间具有120°的夹角。

7.根据权利要求1所述的立式火炬点火装置，其特征在于：所述升高管道（2）上连接有排污阀（14），升高管道（2）的上部连接有中间连接管（4），中间连接管（4）上连通所述分流管（3），中间连接管（4）的上端连接主火炬燃烧器（8）。

8.根据权利要求1所述的立式火炬点火装置，其特征在于：所述分流管（3）上安装有开关电磁阀（5）。

9.根据权利要求1所述的立式火炬点火装置，其特征在于：所述电缆管线（15）的外围包裹有不锈钢金属波纹管。

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