RU2463521C1

RU2463521C1 - Device for remote ignition of flare gases

Info

Publication number: RU2463521C1
Application number: RU2011123332/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Скрылев (RU); Сергей Александрович Скрылев; Геннадий Григорьевич Горлатов (RU); Геннадий Григорьевич Горлатов; Андрей Альбертович Болотов (RU); Андрей Альбертович Болотов; Альберт Александрович Болотов (RU); Альберт Александрович Болотов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз"
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-10-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: device for remote ignition of flare gases comprises a high-voltage generator, a DC generator connected to a bipolar electrolytic tank made of a row of separate electrolytic cells isolated from each other and filled by electrolyte containing an aqueous solution of alkaline metal hydroxide, acetic acid and potassium dichromate, a separator connected to the bipolar electrolytic tank, a pressure sensor being an information element of an automatic control system, an electromagnet valve serving an actuating element of this system connected with a high-voltage electric spark gap, and the electric spark gap itself is connected with an ignition line.

EFFECT: higher efficiency of an electrolytic tank, reduced time for a process of gas burner ignition in flares and higher safety of production and hydrocarbon processing activities.

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 production, oil and gas processing and other industries and can be used to reduce the non-productive use of fuel gas for 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 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 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.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 традиционные 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, traditional 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.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.184]. 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.

Известное устройство обладает недостаточной производительностью электролизера, длительным процессом розжига газовых горелок факельных установок, непроизводственным использованием газа при термической утилизации токсичных продуктов производства и низкой безопасностью процессов добычи и переработки углеводородов.The known device has insufficient productivity of the electrolyzer, a long process of ignition of gas burners of flare plants, non-productive use of gas during thermal utilization of toxic products and low safety of hydrocarbon production and processing.

Наиболее близким по технической сущности является устройство дистанционного розжига факельных газов [Патент РФ №2324111], включающее моноэлектролизер 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. 23224111], including a monoelectrolyzer 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 обладает недостаточной производительностью электролизера, длительным процессом розжига газовых горелок факельных установок и низкой безопасностью процессов добычи и переработки углеводородов.The known device has insufficient productivity of the electrolyzer, a long process of ignition of gas burners of flare plants and low safety of the processes of production and processing of hydrocarbons.

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 повышении производительности электролизера, сокращении времени процесса розжига газовых горелок факельных установок и в повышении безопасности процессов добычи и переработки углеводородов.The technical result of the invention consists in increasing the productivity of the electrolyzer, reducing the time of the process of ignition of gas burners of flare plants, and in increasing the safety of the processes of production and processing of hydrocarbons.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что устройство дистанционного розжига факельных газов включает высоковольтный генератор, генератор постоянного тока, подключенный к биполярному электролизеру, выполненному из ряда отдельных электролитических ячеек, изолированных друг от друга и заполненных электролитом, состоящим из водного раствора гидроксида щелочного металла, уксусной кислоты и дихромата калия, сепаратор, соединенный с биполярным электролизером, датчик давления, являющийся информационным элементом автоматической системы управления, электромагнитный клапан, служащий исполнительным элементом этой системы, соединенный с высоковольтным электроразрядником, а сам электроразрядник соединен с линией розжига.The task and technical result are achieved in that the device for remote ignition of flare gases includes a high voltage generator, a DC generator connected to a bipolar electrolyzer made of a number of separate electrolytic cells isolated from each other and filled with an electrolyte consisting of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, acetic acid and potassium dichromate, a separator connected to a bipolar electrolyzer, a pressure sensor, which is an information element a -automatic control system, solenoid valve serving as an actuating element of the system, connected to the high elektrorazryadnikom, and the elektrorazryadnik connected to the ignition line.

Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.A diagram of the proposed device is shown in FIG.

Устройство дистанционного розжига факельных газов содержит генератор постоянного тока 1, подключенный к биполярному электролизеру 2, выполненному из ряда отдельных электролитических ячеек, изолированных друг от друга и заполненных электролитом; сепаратор 3, соединенный с биполярным электролизером трубкой 4 для подачи стехиометрической смеси газов кислорода и водорода, возникающих в процессе электролиза, и трубкой 5 для слива в биполярный электролизер 2 электролита, появляющегося в процессе сепарации; сепаратор 3 соединен трубкой 6 с датчиком 7, осуществляющим контроль давления газовой смеси в сепараторе, и трубкой 8 с электромагнитным клапаном 9. Электромагнитный клапан 9 соединен газопроводной трубкой 10 с электроразрядником 11, в котором установлена свеча 12, соединенная с высоковольтным генератором 13. Электроразрядник 11 соединен с линией розжига 14.The device for remote ignition of flare gases comprises a direct current generator 1 connected to a bipolar electrolyzer 2 made of a number of separate electrolytic cells isolated from each other and filled with an electrolyte; a separator 3 connected to the bipolar electrolyzer with a tube 4 for supplying a stoichiometric mixture of oxygen and hydrogen gases generated during the electrolysis, and a pipe 5 for discharge into the bipolar electrolyzer 2 of the electrolyte that appears during the separation process; the separator 3 is connected by a pipe 6 to a sensor 7, which monitors the pressure of the gas mixture in the separator, and a pipe 8 with an electromagnetic valve 9. The electromagnetic valve 9 is connected by a gas pipe 10 to an electric discharge 11, in which a candle 12 is mounted, connected to a high-voltage generator 13. An electric discharge 11 connected to the ignition line 14.

Устройство работает следующим образом. В биполярном электролизере 2 размещают электролит, состоящий из водного раствора гидроксида щелочного металла, уксусной кислоты и дихромата калия. На внешние электроды биполярного электролизера 2 с генератора постоянного тока 1 подается ток порядка 10-20 А. В процессе электролиза раствора создается стехиометрическая смесь водорода и кислорода, которая по трубке 4 поступает в сепаратор 3. Давление газовой смеси в сепараторе 3 контролируется датчиком давления 7. При открытом электромагнитном клапане 9 смесь газов по газопроводной трубке 10 поступает в электроразрядник 11 и заполняет линию розжига 14. При этом отсепарированный в сепараторе 3 электролит по трубке 5 сливается в биполярный электролизер 2. При достижении расчетного времени заполнения линии розжига 14, определяемого экспериментально с учетом производительности биполярного электролизера 2 и длины линии розжига, сигналом с автоматической системы управления выключается генератор постоянного тока 1, закрывается электромагнитный клапан 9 и включается высоковольтный генератор 13. С высоковольтного генератора 13 высоковольтным импульсом посредством свечи 12 электроразрядника 11 инициируют детонационное горение стехиометрической смеси кислорода и водорода, пламенем которого поджигают пилотный газ, поступающий в газовую горелку по отдельной трубе.The device operates as follows. An electrolyte consisting of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, acetic acid and potassium dichromate is placed in a bipolar electrolyzer 2. A current of about 10-20 A is supplied to the external electrodes of the bipolar electrolyzer 2 from a direct current generator 1. During the electrolysis of the solution, a stoichiometric mixture of hydrogen and oxygen is created, which passes through the tube 4 to the separator 3. The pressure of the gas mixture in the separator 3 is controlled by a pressure sensor 7. When the solenoid valve 9 is open, the gas mixture through the gas pipe 10 enters the electric discharge 11 and fills the ignition line 14. In this case, the electrolyte separated in the separator 3 is discharged through the pipe 5 into a bipolar electric roller 2. Upon reaching the estimated time of filling the ignition line 14, which is determined experimentally taking into account the productivity of the bipolar electrolyzer 2 and the length of the ignition line, the DC generator 1 is turned off by a signal from the automatic control system, the electromagnetic valve 9 is closed and the high-voltage generator 13 is turned on. From the high-voltage generator 13 high-voltage pulse through the spark plug 12 of the electric discharge 11 initiate detonation combustion of a stoichiometric mixture of oxygen and hydrogen, flame orogo ignite the pilot gas flowing in the gas burner of a separate pipe.

Применение в заявляемом устройстве биполярного электролизера, в котором на каждом биполярном электроде на одной стороне совершается катодный процесс, а на другой стороне - анодный процесс, позволяет в разы повысить скорость электролиза [Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. - М.: Высшая школа. - 1975. - с.560].The use of a bipolar electrolyzer in the inventive device, in which a cathodic process is performed on each side of the bipolar electrode and an anodic process on the other side, can significantly increase the rate of electrolysis [Antropov L.I. Theoretical electrochemistry. - M .: Higher school. - 1975. - p. 560].

Введение в водный раствор щелочного металла уксусной кислоты снижает щелочность раствора, pH которого становится равной порядка 7, исключает образование пены, что также способствует росту производительности электролизера; а введение в раствор дихромата калия обеспечивает защиту электродов от коррозии (см., например, Краткая химическая энциклопедия, т.5 - Москва: Советская Энциклопедия, 1967, - с.1184).The introduction of acetic acid into an alkali metal aqueous solution reduces the alkalinity of the solution, the pH of which becomes about 7, eliminates the formation of foam, which also contributes to an increase in the productivity of the cell; and the introduction of potassium dichromate into the solution provides protection of the electrodes against corrosion (see, for example, Brief Chemical Encyclopedia, Vol. 5 - Moscow: Sovetskaya Encyclopedia, 1967, - p. 184).

Данное устройство дистанционного розжига факельных газов, снабженное автоматической системой управления, успешно прошло стендовые испытания в ООО «ТюменНИИгипрогаз».This device for remote ignition of flare gases, equipped with an automatic control system, 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, экологическую безопасность и снизить объемы непроизводственного использования топливного газа при термической утилизации токсичных продуктов производства, особенно в аварийных случаях.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 functional efficiency, operational reliability, environmental safety and reduce the volume of non-productive use of fuel gas for thermal disposal of toxic products, especially in emergency cases.

Claims

A device for remote ignition of flare gases, including a high-voltage generator, a direct current generator connected to a bipolar electrolyzer made of a number of separate electrolytic cells isolated from each other and filled with an electrolyte consisting of an aqueous solution of alkali metal hydroxide, acetic acid and potassium dichromate, a separator, connected to a bipolar electrolyzer, a pressure sensor, which is an information element of the automatic control system, an electromagnetic valve, which is an executive element of this system, connected to a high-voltage electric discharge, and the electric discharge is connected to the ignition line.