RU2375635C1

RU2375635C1 - Device for remote flare gases ignition

Info

Publication number: RU2375635C1
Application number: RU2008147148/06A
Authority: RU
Inventors: Георгий Васильевич Крылов (RU); Георгий Васильевич Крылов; Альберт Александрович Болотов (RU); Альберт Александрович Болотов; Андрей Альбертович Болотов (RU); Андрей Альбертович Болотов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз"
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to the devices for the ignition of flare gas burners and can be used in oil-gas, petrochemical and other industries at the recovery of waste gases and multiphase systems of industrial effluents. Technical result is achieved by means of a flare gas remote ignition device comprising a direct current generator, a high-voltage generator, an electrolyser fitted with an electrical input, connected to the electrolyser by a pipe for the supply of stoichiometric gas mixture (hydrogen and oxygen), a receiver for the accumulation of the stoichiometric gas mixture with a discharge valve in the lower part connected to a separator by a gas pipe; the receiver is fitted by a pressure sensor and an electromagnetic valve connected to the high voltage electric discharger by the gas pipe; the electric discharger itself is connected to the ignition line by a pipe.

EFFECT: decreased time for the flare gas burners ignition and increased safety of hydrocarbons production and processing in emergencies.

1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано с целью снижения объема непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и обеспечения безопасных условий добычи и переработки углеводородов путем сокращения времени процесса розжига газовых горелок факельных установок.The invention relates to oil and gas, oil and gas processing and other industries and can be used to reduce the non-productive use of fuel gas for the thermal disposal of toxic products and ensure safe conditions for the production and processing of hydrocarbons by reducing the time of the process of igniting gas burners of flare plants.

На газовых и нефтяных месторождениях, на многих крупных предприятиях нефтяной, химической и нефтехимической отраслей промышленности эксплуатируются факельные установки высотного и наземного типов. Они предназначены для сжигания сбросных газов и многофазных систем промышленных стоков, которые образуются в процессе производства.At gas and oil fields, at many large enterprises of the oil, chemical and petrochemical industries flare plants of high-altitude and ground types are operated. They are intended for the combustion of waste gases and multiphase systems of industrial effluents, which are formed in the production process.

Термическая утилизация горючих газов и токсичных жидкостей позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды и дает возможность осуществлять эффективную эксплуатацию скважин и переработку продуктов добычи углеводородов. Кроме того, на факел направляют горючие и горючетоксичные газы и пары в аварийных случаях, в период пуска оборудования в работу, при остановке оборудования на ремонт и наладке технологического режима.Thermal disposal of combustible gases and toxic liquids helps prevent environmental pollution and makes it possible to efficiently operate wells and process hydrocarbon production products. In addition, flammable and flammable toxic gases and vapors are sent to the torch in emergency cases, during the period when the equipment is put into operation, when equipment is stopped for repairs and the process mode is set up.

Анализ устройств термической утилизации сбросных газов на факельных установках показывает, что розжиг газовых горелок осуществляется, в основном, путем создания смеси топлива (природного газа) и воздуха и инициирования горения этой смеси высоковольтным электрическим разрядом.An analysis of thermal waste gas utilization devices in flare plants shows that gas burners are ignited mainly by creating a mixture of fuel (natural gas) and air and initiating combustion of this mixture with a high-voltage electric discharge.

Условием успешного розжига факела является формирование стехиометрической смеси природного газа и воздуха в отношении 1:10 и полное ее сгорание в результате самовоспламенения в зоне химической реакции, следующей за ударной волной, возникающей при подрыве этой смеси высоковольтной искрой. Состав горючей смеси газов является основным фактором, определяющим температуру самовоспламенения. В традиционных системах розжига формирование стехиометрической смеси природного газа и воздуха осуществляется путем инжектирования воздуха потоком природного газа. Скорость образования горючей смеси в значительной степени зависит от степени турбулентности газовоздушного потока, которая, в свою очередь, зависит от скорости потока и от способа смесеобразования.A prerequisite for successful ignition of the torch is the formation of a stoichiometric mixture of natural gas and air at a ratio of 1:10 and its complete combustion as a result of self-ignition in the chemical reaction zone following the shock wave that occurs when this mixture is blown up by a high-voltage spark. The composition of the combustible mixture of gases is the main factor determining the ignition temperature. In traditional ignition systems, a stoichiometric mixture of natural gas and air is formed by injecting air with a natural gas stream. The rate of formation of a combustible mixture largely depends on the degree of turbulence of the gas-air flow, which, in turn, depends on the flow rate and on the method of mixture formation.

В этой связи известные системы розжига как отечественные, так и зарубежные обладают недостаточной надежностью, длительным временем формирования стехиометрической смеси горючего (топливного газа) и окислителя (кислорода воздуха) и значительным расходом топливного газа.In this regard, well-known ignition systems, both domestic and foreign, have insufficient reliability, a long time for the formation of a stoichiometric mixture of fuel (fuel gas) and oxidizing agent (air oxygen), and a significant consumption of fuel gas.

Известно, например, устройство для зажигания факела, состоящее из двух труб. [И.И.Стрижевский, А.И.Эльнатанов. Факельные установки. - М: Химия. - 1979. - с.184]. Одна из них имеет прорезь или отверстия по всей высоте, другая, по которой поступает горючий газ, через определенные промежутки соединена маленькими трубочками с трубой с прорезью. В трубе с прорезью образуется горючая смесь из газа и подсасываемого воздуха. Для зажигания газовой горелки смесь поджигают электрозапалом в нижней части трубы. Устройство обладает недостаточной стабильностью и большим временем (порядка нескольких часов) создания рабочей смеси окислителя и топливного газа в связи с тем, что стехиометрическая смесь топливного газа и кислорода воздуха, необходимая для химической реакции горения, формируется случайным образом.It is known, for example, a device for igniting a torch, consisting of two pipes. [I.I. Strizhevsky, A.I. Elnatanov. Flare installations. - M: Chemistry. - 1979. - p. 188]. One of them has a slot or holes along the entire height, the other, through which combustible gas enters, is connected at certain intervals by small tubes with a pipe with a slot. In a pipe with a slot, a combustible mixture of gas and intake air is formed. To ignite a gas burner, the mixture is ignited with an electric fuse in the lower part of the pipe. The device has insufficient stability and a long time (of the order of several hours) to create a working mixture of an oxidizing agent and fuel gas due to the fact that the stoichiometric mixture of fuel gas and oxygen in the air necessary for a chemical combustion reaction is formed randomly.

Наиболее близким по технической сущности является устройство дистанционного розжига факельных газов [Патент РФ №2324111], включающее электролизер для автоматического создания стехиометрической смеси газов путем электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла, сепаратор для исключения попадания электролита в линию розжига, соединенный с электролизером и высоковольтным разрядником, посредством которого инициируется детонационное горение стехиометрической смеси кислорода и водорода в линии розжига.The closest in technical essence is a device for remote ignition of flare gases [RF Patent No. 224111], including an electrolyzer for automatically creating a stoichiometric gas mixture by electrolysis of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, a separator to prevent electrolyte from entering the ignition line, connected to the electrolyzer and a high-voltage spark gap, by means of which detonation combustion of a stoichiometric mixture of oxygen and hydrogen in the ignition line is initiated.

Известное устройство, выбранное за прототип, обладает высокой надежностью розжига газовых горелок факельных устройств вследствие автоматического формирования стехиометрической газовой смеси окислителя и горючего. Недостатком данного устройства является большое время (до 10-20 минут), затрачиваемое для розжига, обусловленное незначительным превышением давления в нем над атмосферным давлением в линии розжига. Вследствие этого непроизводительно расходуется топливный газ, снижается безопасность производственных процессов.The known device selected for the prototype, has a high reliability of ignition of gas burners of flare devices due to the automatic formation of a stoichiometric gas mixture of an oxidizing agent and fuel. The disadvantage of this device is the long time (up to 10-20 minutes) spent for ignition, due to a slight excess of pressure in it over atmospheric pressure in the ignition line. As a result, fuel gas is unproductive, and the safety of production processes is reduced.

Задачей изобретения является утилизация сбросных газов и многофазных систем промстоков посредством термического воздействия с помощью факельных устройств.The objective of the invention is the disposal of waste gases and multiphase systems of industrial wastewater through thermal exposure using flare devices.

Технический результат изобретения состоит в сокращении времени процесса розжига газовых горелок факельных установок, снижении объемов непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и в повышении безопасности процессов добычи и переработки углеводородов.The technical result of the invention is to reduce the time of the process of ignition of gas torches of flare plants, reduce the volume of non-productive use of fuel gas during thermal utilization of toxic products and to increase the safety of hydrocarbon production and processing.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что предлагается устройство дистанционного розжига факельных газов, включающее генератор постоянного тока, высоковольтный генератор, электролизер для автоматического создания стехиометрической смеси газов путем электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла, снабженный электровводом, сепаратор для исключения попадания электролита в линию розжига со сливным вентилем в его нижней части, соединенный с электролизером трубкой для подачи стехиометрической смеси газов (водорода и кислорода), ресивер для аккумулирования стехиометрической смеси газов со сливным вентилем в его нижней части, соединенный газопроводной трубкой с сепаратором, причем ресивер снабжен датчиком давления и электромагнитным клапаном, соединенным с высоковольтным электроразрядником газопроводной трубкой, а сам электроразрядник трубкой соединен с линией розжига.The task and technical result are achieved by the fact that a device for remote ignition of flare gases is proposed, including a direct current generator, a high voltage generator, an electrolyzer for automatically creating a stoichiometric gas mixture by electrolysis of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, equipped with an electric input, a separator to prevent electrolyte from entering the ignition line with a drain valve in its lower part, connected to the electrolyzer with a tube for supplying a stoichiometric mixture g gas (hydrogen and oxygen), a receiver for accumulating a stoichiometric mixture of gases with a drain valve in its lower part, connected to a gas pipe with a separator, the receiver is equipped with a pressure sensor and an electromagnetic valve connected to a high-voltage electric discharge gas pipe, and the electric discharge pipe is connected to the line ignition.

Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.A diagram of the proposed device is presented in the drawing.

Устройство дистанционного розжига факельных газов включает генератор постоянного тока 1, высоковольтный генератор 2, электролизер 3, снабженный электровводом 4, сепаратор 5, соединенный с электролизером трубкой 6. В нижней части сепаратора 5 установлен сливной вентиль 7. Сепаратор 5 газопроводной трубкой 8 соединен с ресивером 9. Ресивер 9 снабжен датчиком давления 10 и электромагнитным клапаном 11, снизу ресивера установлен сливной вентиль 12. Электромагнитный клапан 11 соединен газопроводной трубкой 13 с высоковольтным электроразрядником 14, в котором установлена свеча 15. Электроразрядник 14 соединен с линией розжига. 16.The device for remote ignition of flare gases includes a direct current generator 1, a high-voltage generator 2, an electrolyzer 3 equipped with an electric input 4, a separator 5 connected to the electrolyzer by a pipe 6. A drain valve 7 is installed at the bottom of the separator 5. A separator 5 is connected to the receiver 9 by a gas pipe 8 The receiver 9 is equipped with a pressure sensor 10 and an electromagnetic valve 11, a drain valve 12 is installed at the bottom of the receiver. The electromagnetic valve 11 is connected by a gas pipe 13 to a high-voltage electric discharge 14, in Otorom installed a candle 15. The electric discharge 14 is connected to the ignition line. 16.

Устройство функционирует следующим образом. Перед эксплуатацией предлагаемого устройства производится заполнение ресивера 8 стехиометрической смесью водорода и кислорода, образующейся посредством электролиза водного раствора гидроксида щелочного металла в электролизере 3. Для этого в электролизере 3 размещается водный раствор гидроксида щелочного металла. На электроды электролизера 3 с генератора 1 подается постоянный ток порядка 40 А. В процессе электролиза раствора создается стехиометрическая газовая смесь водорода и кислорода, которая из электролизера 3 по трубке 6 поступает в сепаратор 5, из него смесь газов по газопроводной трубке 8 поступает в ресивер 9. Давление в ресивере контролируется датчиком давления 10, являющимся информационным элементом автоматической системы управления. При достижении в ресивере штатного давления, например 0,6 МПа, сигналом с автоматической системы управления выключается генератор 1 постоянного тока. Для розжига факела сигналом с автоматической системы управления открывается электромагнитный клапан 11 и аккумулированная смесь газов из ресивера 9 по газопроводной трубке 13 поступает в полость электроразрядника 14 и в линию розжига 16. При заполнении линии розжига 16 смесью водорода и кислорода происходит падение давления в ресивере 9, которое контролируется датчиком давления 10. При достижении расчетного значения давления, по которому судят о заполнении линии розжига, по сигналу автоматической системы электромагнитный клапан 11 закрывается. С генератора 2 высоковольтным импульсом посредством свечи 15 инициируют детонационное горение смеси, пламенем которого поджигают топливо, поступающее в газовую горелку по отдельной трубе. Для восстановления давления в ресивере до штатного значения автоматической системы управления вновь включается генератор тока 1.The device operates as follows. Before operating the proposed device, the receiver 8 is filled with a stoichiometric mixture of hydrogen and oxygen formed by electrolysis of an aqueous solution of an alkali metal hydroxide in an electrolysis cell 3. For this, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide is placed in an electrolyzer 3. A direct current of about 40 A is supplied to the electrodes of the electrolyzer 3 from the generator 1. During the electrolysis of the solution, a stoichiometric gas mixture of hydrogen and oxygen is created, which from the electrolyzer 3 through the tube 6 enters the separator 5, from which the gas mixture through the gas pipe 8 enters the receiver 9 The pressure in the receiver is controlled by a pressure sensor 10, which is an information element of the automatic control system. When the receiver reaches the standard pressure, for example 0.6 MPa, the signal from the automatic control system turns off the DC generator 1. To ignite the torch, a signal from the automatic control system opens the electromagnetic valve 11 and the accumulated mixture of gases from the receiver 9 through the gas pipe 13 enters the cavity of the electric discharge 14 and to the ignition line 16. When filling the ignition line 16 with a mixture of hydrogen and oxygen, the pressure drops in the receiver 9, which is controlled by the pressure sensor 10. When the calculated pressure value is reached, by which it is judged that the ignition line is filled, by the signal of the automatic system, the electromagnetic valve 11 closes i. From the generator 2, a high-voltage pulse through the spark plug 15 initiates detonation combustion of the mixture, the flame of which ignites the fuel entering the gas burner through a separate pipe. To restore the pressure in the receiver to the standard value of the automatic control system, the current generator 1 is turned on again.

В отличие от известного устройства, выбранного за прототип, в котором время розжига факела определяется, в основном, незначительным превышением давления в электролизере над атмосферным давлением в линии розжига, при котором время розжига факельной установки высотой, например, 35 м составляет не менее 7 минут, в предлагаемом устройстве, снабженном ресивером, время розжига этой факельной установки составит не более 30 секунд.In contrast to the known device selected for the prototype, in which the torch ignition time is determined mainly by a slight excess of the pressure in the electrolyzer over atmospheric pressure in the ignition line, at which the ignition time of the flare unit, for example, 35 m high, is at least 7 minutes, in the proposed device equipped with a receiver, the ignition time of this flare unit will be no more than 30 seconds.

Данное устройство дистанционного розжига факельных газов успешно прошло стендовые испытания в ООО «ТюменНИИгипрогаз».This flare gas remote ignition device has successfully passed bench tests at TyumenNIIgiprogaz LLC.

Внедрение предлагаемого устройства дистанционного розжига факельных газов в нефтегазодобывающую и в нефтегазоперерабатывающую отрасли промышленности позволит повысить функциональную оперативность, эксплуатационную надежность и экологическую безопасность термической утилизации токсичных продуктов производства.The introduction of the proposed device for remote ignition of flare gases in the oil and gas and oil and gas refining industries will increase the functional efficiency, operational reliability and environmental safety of thermal disposal of toxic products.

Claims

A device for remote ignition of flare gases, including a DC generator, a high voltage generator, an electrolyzer for automatically creating a stoichiometric gas mixture by electrolysis of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, equipped with an electric input, a separator to prevent electrolyte from entering the ignition line with a drain valve in its lower part, connected to electrolyzer tube for supplying a stoichiometric mixture of gases (hydrogen and oxygen), a receiver for storing stoichiometric mixture and gases with a drain valve in its lower portion connected with a separator pipeline tube, wherein the receiver is provided with a pressure sensor and a solenoid valve connected to the high voltage elektrorazryadnikom pipeline tube, and the tube elektrorazryadnik connected to the ignition line.