RU2761709C1 - Vertical installation for thermal neutralization of gas and water - Google Patents
Vertical installation for thermal neutralization of gas and water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761709C1 RU2761709C1 RU2021102064A RU2021102064A RU2761709C1 RU 2761709 C1 RU2761709 C1 RU 2761709C1 RU 2021102064 A RU2021102064 A RU 2021102064A RU 2021102064 A RU2021102064 A RU 2021102064A RU 2761709 C1 RU2761709 C1 RU 2761709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- water
- oil
- evaporation
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/08—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для утилизации попутно-добываемых и отделяемых от нефти газа и пластовой воды на ранних стадиях эксплуатации нефтяного месторождения.The invention relates to the oil industry and is intended for utilization of associated gas and produced water and gas and formation water separated from oil in the early stages of oil field operation.
В России широкое применение получил огневой метод, как наиболее универсальный, надежный и недорогой. Сущность такого метода заключается в том, что промысловые стоки в распыленном мелкодисперсном состоянии впрыскиваются в факел, образуемый при сжигании газообразного или жидкого топлива. При этом происходит испарение воды, а вредные примеси разлагаются (сгорают) до безвредных составляющих (СО2 и Н2О).In Russia, the fire method is widely used as the most versatile, reliable and inexpensive. The essence of this method lies in the fact that field effluents in a sprayed finely dispersed state are injected into a torch formed during the combustion of gaseous or liquid fuel. In this case, water evaporates, and harmful impurities decompose (burn out) to harmless components (CO 2 and H 2 O).
Известны горизонтальные факельные установки термической утилизации промышленных стоков, в том числе и пластовой воды, путем испарения стоков в факеле горения природного газа с одновременным сжиганием органических и вредных примесей (Установка для сжигания промышленных стоков ГФУ-5, сайт ООО «ТюменНИИгипрогаз» - www.tngg.ru).Known horizontal flare installations for the thermal utilization of industrial wastewater, including formation water, by evaporation of wastewater in a natural gas flame with simultaneous combustion of organic and harmful impurities (Installation for the combustion of industrial wastewater HFU-5, website of LLC TyumenNIIgiprogaz - www.tngg .ru).
Использование горизонтальных факельных установок требует наличие источника напорного газа (с давлением не менее 0,2 МПа) для горелочного устройства установки, используемого в качестве топлива для термического обезвреживания (испарения) отделяемой от нефти нефтепромысловой сточной воды. Для обезвреживания (сжигания) отделяемого из нефти газа с давлением менее 0,2 МПа требуется дополнительно устанавливать факел низкого давления.The use of horizontal flare units requires a source of pressurized gas (with a pressure of at least 0.2 MPa) for the unit burner, which is used as a fuel for thermal neutralization (evaporation) of oil-field waste water separated from oil. For detoxification (combustion) of gas separated from oil with a pressure of less than 0.2 MPa, it is necessary to additionally install a low-pressure flare.
Полная утилизация (сжигание) попутно-добываемого газа обеспечивается в вертикальных факельных установках различной конструкции, в том числе и с использованием тепла сжигаемого газа, например, в так называемых установках нагрева рабочего агента (УНРА).Full utilization (flaring) of associated gas is provided in vertical flare installations of various designs, including using the heat of the flared gas, for example, in the so-called working agent heating installations (UNRA).
Известна вертикальная установка для термического обезвреживания газа и воды, включающая расположенные последовательно снизу вверх цилиндрическую камеру сжигания газа и дымовую трубу с устройством для отвода и возврата дымовых газов, предназначенная для эксплуатации на нефтяных и нефтегазовых месторождениях, для нагрева рабочего агента (подтоварной воды) подаваемого на буровую скважину. (Установка нагрева рабочего агента УНРА, сайт ООО «Энерготекнолоджи», info@enetech.ru).Known vertical installation for thermal neutralization of gas and water, which includes a cylindrical gas combustion chamber and a chimney with a device for removing and returning flue gases located in series from bottom to top, intended for operation in oil and oil and gas fields, for heating the working agent (bottom water) supplied to borehole. (Installation of heating of the working agent UNRA, website of Energoteknolodzhi LLC, info@enetech.ru).
В данной установке в качестве теплоносителя используются дымовые газы, образующиеся в процессе сгорания, т.е. сгорание газа осуществляется в отдельной вертикальной камере, в нижней части корпуса которой расположены основные горелки, на которых происходит воспламенение газового потока. Дымовые газы выходят из камеры сжигания за счет естественной тяги и служат теплоносителем для нагрева различных рабочих агентов установок подготовки нефти (воды, водонефтяной эмульсии и др.). При этом отвод дымовых газов из дымовой трубы в теплообменное устройство и возврат их в дымовую трубу после прохождения теплообменного устройства осуществляется с помощью газодувки (дымососа).In this installation, flue gases formed during combustion are used as a heat carrier, i.e. gas combustion is carried out in a separate vertical chamber, in the lower part of the body of which the main burners are located, on which the gas flow is ignited. Flue gases leave the combustion chamber due to natural draft and serve as a heat carrier for heating various working agents of oil treatment units (water, oil-water emulsion, etc.). In this case, the removal of flue gases from the chimney into the heat exchanger and their return to the chimney after passing through the heat exchanger is carried out using a gas blower (smoke exhauster).
Недостатком известной установки является то, что она не обеспечивает термическое обезвреживание (испарение) отделяемой от нефти пластовой воды.The disadvantage of the known installation is that it does not provide thermal neutralization (evaporation) of formation water separated from oil.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности работы вертикальной установки для термического обезвреживания газа и воды, за счет обеспечения испарения пластовой воды в потоке дымовых газов, образующихся при сжигании попутно-добываемого газа.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the vertical installation for thermal neutralization of gas and water, by ensuring the evaporation of formation water in the flow of flue gases generated during the combustion of associated gas.
Технический результат достигается тем, что в вертикальная установка, содержащая цилиндрическую камеру сжигания газа, дымовую трубу и устройства для отвода и возврата дымовых газов, снабжена камерой испарения, установленной между камерой сжигания газа и дымовой трубой, выполненной в виде расширяющегося снизу вверх усеченного конуса с форсунками для капельного ввода испаряемой воды, причем отношение верхнего диаметра (Dg) усеченного конуса и его нижнему диаметру (Он) может определяться следующим соотношением:The technical result is achieved by the fact that in a vertical installation containing a cylindrical gas combustion chamber, a chimney and devices for removing and returning flue gases, it is equipped with an evaporation chamber installed between the gas combustion chamber and the chimney, made in the form of a truncated cone expanding from bottom to top with nozzles for drip introduction of evaporated water, and the ratio of the upper diameter (Dg) of the truncated cone and its lower diameter (He) can be determined by the following ratio:
где: Wдг - начальная скорость дымовых газов, выходящих из камеры сгорания; Wвитк - скорость витания капли в потоке дымовых газов, а устройство отвода дымовых газов может быть соединено с камерой испарения в верхней ее части. where: W dg - the initial velocity of the flue gases leaving the combustion chamber; W turn - the speed of the droplet hovering in the flue gas stream, and the flue gas evacuation device can be connected to the evaporation chamber in its upper part.
Размещение между камерой сжигания газа и дымовой трубой камеры испарения, выполненной в виде усеченного конуса, расширяющегося снизу вверх, и снабженной форсунками для капельного ввода испаряемой воды позволяет производить обезвреживание отделяемой от нефти пластовой воды путем ее полного испарения в токе дымовых газов, образующихся при сжигании попутно-добываемого газа, что, в свою очередь, позволяет, при соответствующем технико-экономическом обосновании, решать проблему утилизации газа и воды на ранних стадиях эксплуатации нефтяных месторождений, на первоочередных участках добычи нефти, т.е. в условиях временного отсутствия других возможностей использования газа и воды в промысловых условиях.The location between the gas combustion chamber and the chimney of the evaporation chamber, made in the form of a truncated cone, expanding from the bottom up, and equipped with nozzles for drip introduction of evaporated water allows neutralization of formation water separated from oil by its complete evaporation in a stream of flue gases formed during combustion along the way -produced gas, which, in turn, allows, with an appropriate feasibility study, to solve the problem of gas and water utilization in the early stages of oil field exploitation, in the priority areas of oil production, i.e. in the absence of other opportunities for the use of gas and water in the field.
Расчетная конусность камеры испарения, а именно соответствие размера верхнего и нижнего диаметров (Dв и Dн, соответственно) усеченного конуса определенному соотношению где: Wдг - начальная скорость дымовых газов, выходящих из камеры сгорания; Wвитк - скорость витания капли в потоке дымовых газов, обеспечивает, с одной стороны, минимум величины выноса капель в дымовую трубу, а с другой стороны, минимум величины выпадения капель в камеру сгорания.The calculated taper of the evaporation chamber, namely, the correspondence of the size of the upper and lower diameters (D in and D n , respectively) of the truncated cone to a certain ratio where: W dg - the initial velocity of the flue gases leaving the combustion chamber; W turn - the rate of droplet hovering in the flue gas stream, provides, on the one hand, a minimum amount of droplet removal into the chimney, and on the other hand, a minimum amount of droplet fall into the combustion chamber.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 представлена предлагаемая вертикальная установка для обезвреживания газа и воды.The invention is illustrated graphically, where FIG. 1 shows the proposed vertical installation for neutralizing gas and water.
Установка термического обезвреживания газа и воды содержит линию входа газа 1 с горелками 2, камеру 3 сжигания газа, камеру 4 испарения, снабженную форсунками 5 для впрыскивания пластовой воды и дымовую трубу 6. Установка также снабжена штуцером 7 отвода парогазовой смеси из верхней части камеры испарения и штуцером 8 ввода парогазовой смеси в дымовую трубу.The installation for thermal neutralization of gas and water contains a
Камера испарения 4 выполнена в виде в виде усеченного конуса, причем отношение верхнего диаметра камеры 4 к ее нижнему диаметру определяется следующим соотношением:The
где: Wдг - начальная скорость дымовых газов, выходящих из камеры сгорания; Wвитк - скорость витания капли в потоке дымовых газов. where: W dg - the initial velocity of the flue gases leaving the combustion chamber; W turn - the speed of the droplet soaring in the flue gas stream.
Данное соотношение выбрано из следующих соображений.This ratio was selected from the following considerations.
Для обеспечения полноты испарения необходимо чтобы скорость падения впрыскиваемых в камеру 4 испарения капель была не выше скорости движения дымовых газов, выходящих из камеры 3 сжигания газа, а, с другой стороны, не ниже скорости уноса капель в дымовую трубу 6. Следовательно, после выхода дымовых газов из камеры сгорания, их скорость должна быть уменьшена до определенной величины, называемой скоростью витания капель (скоростью при которой капля в потоке дымовых газов переходит во взвешенное состояние).To ensure the completeness of evaporation, it is necessary that the rate of fall of the droplets injected into the
Скорость витания определяется, главным образом, размером капли, при этом с уменьшением размера капли уменьшается и скорость витания.The wobbling speed is mainly determined by the droplet size, while the wobbling speed decreases with decreasing droplet size.
где: Аr - критерий Архимеда для капли воды в потоке дымовых газов; dк - диаметр капли, впрыскиваемой в камеру испарения, g - ускорение свободного падения, ρв - плотность воды; μдг, ρдг - динамическая вязкость и плотность дымовых газов, соответственно.where: Аr - Archimedes criterion for a drop of water in a flue gas stream; d to - diameter of a drop injected into the evaporation chamber, g - gravitational acceleration, ρ in - water density; μ dg , ρ dg - dynamic viscosity and density of flue gases, respectively.
Скорость потока дымовых газов на выходе из камеры сгорания, как правило, задается исходя из рекомендаций по допустимым скоростям в дымовых трубах. Таким образом, нижний диаметр камеры испарения определяется по формуле:The flue gas flow rate at the outlet of the combustion chamber is usually set on the basis of recommendations for permissible velocities in the chimneys. Thus, the lower diameter of the evaporation chamber is determined by the formula:
где: Qдг - расход дымовых газов; [Wдг] - рекомендуемая скорость дымовых газов.where: Q dg - flue gas flow rate; [W dg ] - recommended flue gas velocity.
Минимальный верхний диаметр камеры испарения определяется по формуле:The minimum upper diameter of the evaporation chamber is determined by the formula:
Таким образом, отношение верхнего диаметра Dв камеры 4 к ее нижнему диаметру Dн должно составить Thus, the ratio of the upper diameter D in chamber 4 to its lower diameter D n should be
Установка работает следующим образом.The installation works as follows.
Отделенный в системе сбора и подготовки нефти попутно-добываемый газ, подлежащий термическому обезвреживанию (сжиганию) направляется в линию 1 входа газа и поступает на горелки 2, где сгорает, и образующиеся при этом дымовые газы направляются в камеру испарения 4, в которую через форсунки 5 впрыскивается распыленная в этих форсунках пластовая вода. Распыленная в дымовых газах вода превращается в пар и вместе с дымовыми газами через дымовую трубу 6 выбрасывается в атмосферу.The associated produced gas separated in the oil collection and preparation system, subject to thermal neutralization (combustion), is sent to the
При необходимости и возможности использования тепла дымовых газов, последние совместно с испаренной водой отбираются из верхней части камеры 4 испарения через штуцер 7 и направлены в теплообменное устройство (не показано). Отдав часть тепла рабочему агенту (водонефтяная эмульсия, нефть) дымовые газы возвращаются на установку и поступают в дымовую трубу по штуцеру 8.If necessary and possible to use the heat of the flue gases, the latter, together with the evaporated water, are taken from the upper part of the
Пример работы установки в составе опытно-промышленного участка сбора, подготовки и отгрузки нефти.An example of the operation of the unit as part of a pilot industrial site for gathering, preparing and shipping oil.
После разгазирования и обезвоживания поступающей на участок водонефтегазовой смеси, отделенные попутно-добытые газ и вода поступают на установку термического обезвреживания. Расход воды в данном примере составляет 1,414 т/ч; газа - 362,8 ст. м3/ч. Расчет процесса сгорания данного количества газа показал, что расход дымовых газов будет равен 5354,5 ст м3/ч с теоретической температурой 1732°С.After degassing and dehydration of the water-oil-gas mixture entering the site, the separated associated gas and water are fed to the thermal neutralization unit. The water consumption in this example is 1.414 t / h; gas - 362.8 st. m 3 / h. The calculation of the combustion process for a given amount of gas showed that the flue gas flow rate will be equal to 5354.5 st m 3 / h with a theoretical temperature of 1732 ° C.
Скорость витания капли диаметром 60 мкм (расчетный диаметр капли распыливаемой воды в форсунках) составит 1,3 м/с. Следовательно, верхний диаметр конусной части камеры испарения составит 1,2 м.The soaring speed of a drop with a diameter of 60 microns (the calculated diameter of a drop of sprayed water in the nozzles) will be 1.3 m / s. Consequently, the upper diameter of the conical part of the evaporation chamber will be 1.2 m.
При конструировании установки можно принять любую скорость дымовых газов выше скорости витания капли, однако, рекомендуется принимать скорость потока в дымовых трубах 6-8 м/с.When designing the installation, it is possible to accept any flue gas velocity higher than the droplet soaring velocity, however, it is recommended to take the flow velocity in the stacks of 6-8 m / s.
Задавая скорость дымовых газов в нижней части камеры испарения, например, 6 м/с, получим, что в этом случае расчетный нижний диаметр камеры испарения будет равен Dн=1,2/(6/1,3)0,5=0,559≈0,6 м.Setting the speed of flue gases in the lower part of the evaporation chamber, for example, 6 m / s, we obtain that in this case the calculated lower diameter of the evaporation chamber will be D n = 1.2 / (6 / 1.3) 0.5 = 0.559≈ 0.6 m.
Высота камеры испарения обусловлена скоростью испарения капли в токе дымовых газов; для данного примера эта высота равна 2, 34 м.The height of the evaporation chamber is determined by the rate of droplet evaporation in the flue gas stream; for this example, this height is 2.34 m.
Изобретение позволяет повысить эффективность работы вертикальной установки для термического обезвреживания газа и воды, обеспечивая полноту испарения пластовой воды в потоке дымовых газов, образующихся при сжигании попутно-добываемого газа.The invention improves the efficiency of the vertical installation for thermal neutralization of gas and water, ensuring the completeness of the formation water evaporation in the flue gas flow generated during the combustion of associated gas.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102064A RU2761709C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Vertical installation for thermal neutralization of gas and water |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102064A RU2761709C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Vertical installation for thermal neutralization of gas and water |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761709C1 true RU2761709C1 (en) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021102064A RU2761709C1 (en) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | Vertical installation for thermal neutralization of gas and water |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761709C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4140471A (en) * | 1977-05-09 | 1979-02-20 | National Airoil Burner Company, Inc. | Ground flare stack |
SU827892A1 (en) * | 1979-06-20 | 1981-05-07 | Институт Термофизики И Электрофизикиан Эстонской Ccp | Pulsating combustion apparatus for fire neutralizing of wastes |
SU1716258A1 (en) * | 1990-03-19 | 1992-02-28 | Научно-Производственное Объединение По Исследованию И Проектированию Энергетического Оборудования Им.И.И.Ползунова | Liquid waste thermal deactivation apparatus |
RU74689U1 (en) * | 2007-12-13 | 2008-07-10 | Владимир Васильевич Долотовский | FIRE NEUTRALIZER OF INDUSTRIAL DRAINS |
CN102644928A (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-22 | Das环境专家有限公司 | Device for carrying out heat treatment on waste gas containing harmful substances |
RU2523906C1 (en) * | 2013-04-24 | 2014-07-27 | Игорь Владимирович Долотовский | Fire-based industrial waste neutraliser with container removal of mechanical impurities |
-
2021
- 2021-01-29 RU RU2021102064A patent/RU2761709C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4140471A (en) * | 1977-05-09 | 1979-02-20 | National Airoil Burner Company, Inc. | Ground flare stack |
SU827892A1 (en) * | 1979-06-20 | 1981-05-07 | Институт Термофизики И Электрофизикиан Эстонской Ccp | Pulsating combustion apparatus for fire neutralizing of wastes |
SU1716258A1 (en) * | 1990-03-19 | 1992-02-28 | Научно-Производственное Объединение По Исследованию И Проектированию Энергетического Оборудования Им.И.И.Ползунова | Liquid waste thermal deactivation apparatus |
RU74689U1 (en) * | 2007-12-13 | 2008-07-10 | Владимир Васильевич Долотовский | FIRE NEUTRALIZER OF INDUSTRIAL DRAINS |
CN102644928A (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-22 | Das环境专家有限公司 | Device for carrying out heat treatment on waste gas containing harmful substances |
RU2523906C1 (en) * | 2013-04-24 | 2014-07-27 | Игорь Владимирович Долотовский | Fire-based industrial waste neutraliser with container removal of mechanical impurities |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9366479B2 (en) | Condensation plume mitigation system for exhaust stacks | |
JP6563372B2 (en) | Exhaust gas treatment equipment | |
WO2003067151A1 (en) | Method of incinerating waste liquid utilizing industrial combustion equipment, and mixed liquid | |
RU2551494C2 (en) | Compact effluents concentrator running on waste heat | |
EP0575540B1 (en) | Reduction of sulfur emissions from coal-fired boilers | |
CN102168857B (en) | High-concentration saliferous organic waste liquid incinerator and incineration technique | |
CN103822216A (en) | Incineration method for saliferous organic mixed effluent | |
CN103499098B (en) | A kind of high concentration organic waste liquid burning equipment and technique | |
US20140182296A1 (en) | Apparatus and method of burning sewage sludge and generating power thereof | |
RU2761709C1 (en) | Vertical installation for thermal neutralization of gas and water | |
CN2568978Y (en) | Incineration system for organic waste liquid and waste gas | |
RU2425289C1 (en) | Flame neutraliser of industrial wastes | |
US3362360A (en) | Method and apparatus for incinerating waste material | |
CA2231670C (en) | Heavy oil emulsified fuel combustion apparatus | |
EP0458842A1 (en) | Apparatus and process for the elimination of atmospheric pollution. | |
CN208750738U (en) | A kind of processing system for burning combined steam overheat | |
CN203586229U (en) | High-concentration organic waste liquid incineration equipment | |
CN105509067A (en) | Typical domestic refuse incineration treatment system | |
RU2662757C1 (en) | Heat-generating installation | |
CN105664643A (en) | Pyrolytic charring apparatus for diseased livestock | |
CN205878219U (en) | Reduce vapour fog injection system that NOx discharged | |
RU2619429C1 (en) | Method of contact heat exchange and device for its implementation | |
JPS6046323B2 (en) | Hydrocarbon combustion method and device | |
US5213778A (en) | Method for treating combustion exhaust gases | |
RU160276U1 (en) | DEVICE FOR WASTE WATER COMBUSTION OF COCOCHEMICAL PRODUCTION |