RU2798632C1

RU2798632C1 - Gas combustion plant

Info

Publication number: RU2798632C1
Application number: RU2022126893A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Крист
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Экогаз"
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2023-06-23

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: intended for the complete combustion of gas, in particular, for the afterburning of associated petroleum gas coming out as a result of oil production in a well and oil transportation in an oil pipeline The gas combustion plant contains a combustion chamber, which is a reflector located around a spiral metal pipe for a heat carrier with the formation of a central through channel and slots. The reflector is made of separate vertical strips installed at an angle to the vertical axis of the through channel. The pipe is made of black steel, coated with carbon black and fixed on the inner edges of the vertical strips. The reflector strips are set at an angle to the vertical axis at an angle less than or equal to 25°.

EFFECT: ensuring complete combustion of gas.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и предназначено для полного сжигания газа, в частности, для дожигания попутного нефтяного газа, выходящего вследствие добычи нефти в скважине и транспортировки нефти в нефтепроводе.The invention relates to energy and is intended for the complete combustion of gas, in particular, for the afterburning of associated petroleum gas coming out as a result of oil production in a well and oil transportation in an oil pipeline.

Известно устройство для сжигания попутного нефтяного газа [RU № 2194921, МПК F23D 14/66, F23K 5/20, опубликовано 20.02.2002], которое содержит трубу для попутного нефтяного газа и трубу для выхода продуктов сгорания, камеру нагрева и поддувало, соединенные с камерой сгорания, содержащей электрод для воспламенения нефтяного попутного газа.A device for burning associated petroleum gas [RU No. 2194921, IPC F23D 14/66, F23K 5/20, published on February 20, 2002], which contains a pipe for associated petroleum gas and a pipe for the exit of combustion products, a heating chamber and a blower connected to a combustion chamber containing an electrode for igniting associated petroleum gas.

Недостатки известного устройства обусловлены наличием металлоемких конструктивных составляющих, таких как трубы, камера нагрева, поддувало, соединенные с камерой сгорания. Это повышает материалоемкость и себестоимость устройства, одновременно снижая его эксплуатационные возможности. Данное устройство также не позволяет получить пользу от сжигания газа - ценный энергоноситель при этом просто уничтожается.The disadvantages of the known device are due to the presence of metal-intensive structural components, such as pipes, a heating chamber, a blower connected to the combustion chamber. This increases the material consumption and cost of the device, while reducing its operational capabilities. This device also does not allow you to benefit from gas combustion - in this case, a valuable energy carrier is simply destroyed.

Более близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для сжигания газа [RU № 105406, МПК F23D 14/22, опубликовано 10.06.2011], содержащее камеру сгорания, выполненную в виде полого металлического корпуса с центральным сквозным каналом, оснащенную двумя стойками и представляющую собой геометрическую фигуру, выполненную со спирально расположенными на боковых стенках щелями, причем полый корпус выполнен цилиндрическим или в виде усеченного конуса из термостойкой нержавеющей стали.A closer analogue to the claimed invention is a gas combustion device [RU No. 105406, IPC F23D 14/22, published on 06/10/2011], containing a combustion chamber made in the form of a hollow metal case with a central through channel, equipped with two racks and representing a geometric a figure made with slots spirally arranged on the side walls, and the hollow body is made cylindrical or in the form of a truncated cone made of heat-resistant stainless steel.

Недостатком известного устройства является перегрев металлической ленты за счет инфракрасного излучения. Во избежание этого приходится использовать дорогостоящую жаропрочную сталь, содержащую вольфрам. Кроме того, в известной конструкции отсутствует возможность утилизации тепла с получением теплоносителя и последующей его передачи потребителям.The disadvantage of the known device is the overheating of the metal tape due to infrared radiation. To avoid this, it is necessary to use expensive heat-resistant steel containing tungsten. In addition, in the known design, there is no possibility of heat recovery to obtain a coolant and its subsequent transfer to consumers.

Ближайшим аналогом является установка для сжигания газа [RU № 2779110, МПК F23D 14/00, опубликовано 31.08.2022]. В этой установке для сжигания газа, содержащей камеру сгорания, представляющую собой корпус в виде металлической ленты, спирально сформированной и закрепленной на стойках с образованием центрального сквозного канала и щелей между витками, внутри ленты по всей ее длине закреплена металлическая труба для теплоносителя, повторяющая спиральную форму ленты, при этом вход теплоносителя расположен в верхней части установки, а выход - в нижней. Корпус выполнен цилиндрическим или в виде усеченного конуса из термостойкой нержавеющей стали.The closest analogue is a gas combustion plant [RU No. 2779110, IPC F23D 14/00, published on 08/31/2022]. In this installation for gas combustion, containing a combustion chamber, which is a body in the form of a metal tape, spirally formed and fixed on racks with the formation of a central through channel and slots between the turns, a metal pipe for the coolant is fixed inside the tape along its entire length, repeating the spiral shape tape, while the coolant inlet is located at the top of the installation, and the outlet is at the bottom. The body is made cylindrical or in the form of a truncated cone made of heat-resistant stainless steel.

Недостатком ближайшего аналога является то, что в данном устройстве форма отражателя, функции которого выполняет лента из нержавеющей стали, спиральная. Это изделие является сложным в производстве с большим количеством отходов и материалоемкостью. The disadvantage of the closest analogue is that in this device the shape of the reflector, the function of which is performed by a stainless steel tape, is spiral. This product is difficult to manufacture with a large amount of waste and material consumption.

Вторым недостатком ближайшего аналога является прикрепление трубы теплоносителя к спиральной ленте. Труба и лента, таким образом, предполагают их изготовление из нержавеющей стали. Это обуславливает высокую стоимость изделия и низкий коэффициент теплопередачи (для нержавеющей стали он составляет 0,1...0,3) и, соответственно, низкий КПД нагрева теплоносителя.The second disadvantage of the closest analogue is the attachment of the coolant pipe to the spiral tape. The pipe and band are thus assumed to be made of stainless steel. This causes a high cost of the product and a low heat transfer coefficient (for stainless steel it is 0.1 ... 0.3) and, accordingly, a low heating efficiency of the coolant.

Еще одним недостатком является ввод теплоносителя сверху, а вывод снизу. Такая конструкция не позволяет обеспечить самопроизвольное движение теплоносителя снизу - вверх.Another disadvantage is the input of the coolant from above, and the output from below. This design does not allow spontaneous movement of the coolant from bottom to top.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение и удешевление конструкции.The objective of the present invention is to eliminate these disadvantages, namely, to simplify and reduce the cost of the design.

Указанная задача решается тем, что в установке для сжигания газа, содержащей камеру сгорания, представляющую собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы для теплоносителя отражатель с образованием центрального сквозного канала и щелей, а отражатель выполнен из отдельных вертикальных полос, полосы отражателя установлены под углом к вертикальной оси центрального сквозного канала, при этом труба выполнена из черной стали и покрыта техническим углеродом. Труба закреплена на внутренних гранях вертикальных полос, при этом полосы отражателя могут быть выполнены наклонными к вертикальной оси на угол меньший или равный 25°. Вход теплоносителя расположен в нижней части установки, а выход - в верхней.This problem is solved by the fact that in a gas combustion plant containing a combustion chamber, which is a reflector located around a spiral metal pipe for the coolant with the formation of a central through channel and slots, and the reflector is made of separate vertical strips, the reflector strips are installed at an angle to the vertical axis central through channel, while the pipe is made of black steel and coated with carbon black. The pipe is fixed on the inner faces of the vertical strips, while the strips of the reflector can be made inclined to the vertical axis at an angle less than or equal to 25°. The coolant inlet is located at the bottom of the unit, and the outlet is at the top.

Техническим результатом настоящего решения является увеличение эффективности утилизация тепла сжигаемого газа. Этот эффект достигается покрытием трубы техническим углеродом слоем 0,01...0,1 мм. Тем самым повышается коэффициент теплопередачи до 0,9...0,99. Это позволяет получить тепловую энергию, предназначенную для реализации сторонним потребителям. Дополнительным положительным эффектом является снижение стоимости самой конструкции за счет вертикального размещения полос отражателя и использования для теплообменника трубы из черной стали.The technical result of this solution is to increase the efficiency of heat recovery of the burned gas. This effect is achieved by coating the pipe with technical carbon with a layer of 0.01...0.1 mm. This increases the heat transfer coefficient to 0.9...0.99. This allows you to get thermal energy intended for sale to third-party consumers. An additional positive effect is the reduction in the cost of the structure itself due to the vertical placement of the reflector strips and the use of black steel pipes for the heat exchanger.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 изображен вид сбоку установки для сжигания газа; - in Fig. 1 is a side view of a gas flaring plant;

- на фиг. 2 изображен вид установки сверху;- in Fig. 2 shows a view of the installation from above;

- на фиг. 3 - общий вид установки в изометрии.- in Fig. 3 is a general view of the installation in isometry.

Установка для сжигания газа, в том числе для дожигания попутного нефтяного газа, содержит камеру сгорания 1 с устройством для воспламенения газа, например, в виде факельного оголовка 2 факелами розжига 3 и основным факелом 4. Камера сгорания 1 представляет собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы 5 для теплоносителя отражатель 6, выполненный из отдельных вертикальных полос 7 с образованием внутри установки центрального сквозного канала камеры горения 1. Между полосами 7 выполнены вертикальные щели 8. Щели 8 выполнены таким образом, чтобы боковой ветер не воздействовал на пламя внутри камеры сгорания 1, не гасил пламя. Полосы отражателя выполнены наклонными к вертикальной оси, преимущественно на угол, меньший или равный 25°. Экспериментально было установлено, что выполнение угла наклона к вертикальной оси установки меньший или равный 25° оптимально для охлаждения полос 7 отражателя 6 наружным воздухом.The installation for burning gas, including for post-combustion of associated petroleum gas, contains a combustion chamber 1 with a device for igniting gas, for example, in the form of a flare head 2 with ignition torches 3 and the main torch 4. The combustion chamber 1 is located around a spiral metal pipe 5 for the coolant, a reflector 6 made of separate vertical strips 7 with the formation of a central through channel of the combustion chamber 1 inside the installation. Vertical slots 8 are made between the strips 7. The slots 8 are made in such a way that the side wind does not affect the flame inside the combustion chamber 1, does not extinguish flame. The strips of the reflector are made inclined to the vertical axis, mainly at an angle less than or equal to 25°. It was experimentally found that the implementation of the angle of inclination to the vertical axis of the installation less than or equal to 25° is optimal for cooling the strips 7 of the reflector 6 with outside air.

Труба 5 жестко связана с восемью вертикальными металлическими стойками 9 через полосы 7, к которым труба 5 крепиться, преимущественно сваркой в верхней и нижней части камеры сгорания. Стойки 9 обвязаны поперечными восьмигранными кольцами 10, совместно образуют силовой каркас установки. Нижние основания 11 стоек 9 от перемещения закрепляются на грунте или фундаменте, например, посредством анкеров 12. Камера сгорания 1 может быть выполнена в виде цилиндра или усеченного конуса, нижнее основание которого имеет меньший диаметр, чем верхнее основание. Полосы 7 отражателя 6 выполнены из термостойкой нержавеющей стали, преимущественно полированной. Вариант с полированной нержавеющей сталью предпочтителен вследствие более высокого коэффициента отражения. Труба 5 выполнена из черной стали и покрыта слоем технического углерода, обеспечивающим наилучшую теплопередачу от пламени к трубе 5, при этом охлаждая полосы отражателя 6 в местах соприкосновения с трубой 5. Вход 13 теплоносителя в трубу 5 осуществляется в нижней части установки. Подача теплоносителя может осуществляться, например, при помощи насоса, или от центральной системы водоснабжения. Выход 14 теплоносителя расположен в верхней части установки. Подача теплоносителя в отличие от ближайшего аналога в нижнюю части установки обусловлена тем, что при испытаниях установки была подтверждена возможность самоциркуляции теплоносителя за счет теплового расширения. Это повышает надежность работы в случае отказа насоса.Pipe 5 is rigidly connected to eight vertical metal posts 9 through strips 7, to which pipe 5 is attached, mainly by welding in the upper and lower parts of the combustion chamber. Racks 9 are tied with transverse octagonal rings 10, together they form the power frame of the installation. The lower bases 11 of the racks 9 are fixed to the ground or foundation, for example, by means of anchors 12. The combustion chamber 1 can be made in the form of a cylinder or a truncated cone, the lower base of which has a smaller diameter than the upper base. The strips 7 of the reflector 6 are made of heat-resistant stainless steel, mostly polished. The polished stainless steel option is preferred due to the higher reflectivity. The pipe 5 is made of black steel and covered with a layer of carbon black, which provides the best heat transfer from the flame to the pipe 5, while cooling the strips of the reflector 6 at the points of contact with the pipe 5. The inlet 13 of the coolant into the pipe 5 is in the lower part of the installation. The coolant can be supplied, for example, by means of a pump, or from a central water supply system. Outlet 14 of the coolant is located in the upper part of the installation. The coolant supply, in contrast to the closest analogue, to the lower part of the installation is due to the fact that during the testing of the installation, the possibility of self-circulation of the coolant due to thermal expansion was confirmed. This improves operational reliability in the event of a pump failure.

Установка для сжигания газа работает следующим образом.Installation for burning gas works as follows.

Газ или попутный нефтяной газ подается на факельный оголовок 2, зажигается факелом розжига 3, после чего задействуют основной факел 4. Сжигаемый газ, создает тепловое (инфракрасное) излучение, которое с помощью отражателя 6 состоящего из полос 7, отражаясь, возвращается в зону горения внутри камеры сгорания 1, за счет чего увеличивается скорость горения и потока сжигаемого газа. Вертикальный поток горения газа в камере 1 через щели 8 вовлекает наружный холодный воздух в зону горения, за счет чего охлаждается отражатель 6, пластины 7 не перегреваются.Gas or associated petroleum gas is supplied to the torch head 2, ignited by the ignition torch 3, after which the main torch 4 is activated. combustion chamber 1, thereby increasing the rate of combustion and the flow of combustion gas. The vertical flow of gas combustion in chamber 1 draws outside cold air into the combustion zone through slots 8, due to which reflector 6 is cooled, plates 7 do not overheat.

В установке по трубе 5 циркулирует теплоноситель, например, вода или антифриз. Тепловое излучение в камере сгорания 1, в том числе отражаясь от полос 7, нагревает трубу 3 с теплоносителем, утилизируется всем змеевиком, образуемым трубой 5, и в последующем поступает для обогрева, например, систем отопления помещений и на другие нужды. Вследствие конструктивных особенностей заявляемой установки внутри установки создается температура горения, достаточная для полного окисления меркаптанов, сероводорода и капельной жидкости, а высокая скорость потока не дает окислиться азоту из атмосферы. In the installation, a coolant circulates through pipe 5, for example, water or antifreeze. Thermal radiation in the combustion chamber 1, including being reflected from the strips 7, heats the pipe 3 with the coolant, is utilized by the entire coil formed by the pipe 5, and subsequently supplied for heating, for example, space heating systems and for other needs. Due to the design features of the proposed installation, a combustion temperature is created inside the installation that is sufficient for the complete oxidation of mercaptans, hydrogen sulfide and dropping liquid, and a high flow rate prevents nitrogen from the atmosphere from being oxidized.

Конструкция установки имеет небольшую металлоемкость и материалоемкость, имеет упрощенную технологию изготовления в сравнении с ближайшем аналогом, легко перемещается и монтируется, в аварийных случаях может работать без принудительной (насосом) подачи теплоносителя.The design of the unit has a small metal and material consumption, has a simplified manufacturing technology in comparison with the nearest analogue, is easy to move and install, in emergency cases it can work without forced (pump) supply of coolant.

Claims

1. Installation for gas combustion, containing a combustion chamber, which is a reflector located around a spiral metal pipe for a coolant with the formation of a central through channel and slots, characterized in that the reflector is made of separate vertical strips installed at an angle to the vertical axis of the through channel, with In this case, the pipe is made of black steel, coated with carbon black and fixed on the inner edges of the vertical strips.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the strips of the reflector are set at an angle to the vertical axis at an angle less than or equal to 25 degrees.

3. Installation according to claim 1, different the fact that the coolant inlet is located at the bottom of the installation, and the outlet is at the top.