CC BY
15
УДК 62.634.8
Г. Х. Гумерова, М. Г. Кузнецов, Ю. Ф. Коротков, Ал. Н. Николаев
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ АВАРИЙНЫХ СБРОСАХ НЕФТЯНОГО ГАЗА НА ГАЗОНЕФТЕПРОМЫСЛАХ
Ключевые слова: окружающая среда, нефтяной газ, факельная установка.
В статье рассмотрены мероприятия по защите окружающей среды от выбросов нефтяного газа при порывах газонефтепроводов на газонефтепромыслах.
Keywords: environment, petroleum gas, a flare unit.
The article describes measures to protect the environment from gas emissions with the breaking of oil pipelines in gazoneftyanykh.
Огромные объёмы извлекаемого из газонефтяных скважин на поверхность нефтяного газа при возникновении аварийной ситуации ставят под угрозу загрязнения окружающей среды на больших пространствах.
На газонефтяных промыслах в обустройство совместного сбора, подготовки и транспортирования нефти, попутного нефтяного газа и пластовой воды входят сепараторы первой, второй и третьей ступеней сепарации, аппарат предварительного сброса пластовой воды, деэмульсатор, сепаратор концевой ступени сепарации и флотатор. Назначение и работа этих аппаратов описаны в [1]. Очищенный в аппаратах от нефти попутный нефтяной газ под пластовым давлением транспортируется на газоперерабатывающий завод.
В целях исключения загрязнения окружающей среды при порывах газо-нефтепроводов или нарушения герметичности аппаратов системы нефтега-зосбора содержат факельные установки аварийного сжигания нефтяного газа. Эти установки имеют га-зоподводящие трубопроводы, стояки, оголовки факелов, системы розжига и контроля и технологические площадки.
Основными элементами факельных установок, определяющими их технический уровень, являются оголовок факела и система розжига и контроля. Оголовок, в котором непосредственно сжигается нефтяной газ, изготавливается из жаропрочной стали, часто футерованной специальным составом.
Применяемый ранее розжиг факелов подручными средствами был крайне опасным в пожарном отношении, так как оператор и всё факельное хозяйство находились в зоне высоких температур горения нефтяного газа.
В настоящее время для розжига факела используется менее опасный способ - искровой способ в ручном или автоматическом режиме. В этом способе розжига опасными в пожарном отношении остаются контроль за поведением пламени, работа элементов электроискрового розжига и качественное сжигание нефтяного газа.
Поэтому дальнейшее совершенствование оголовка факела и системы розжига и контроля факелов идёт по пути повышения надежности и долговечности их работы и упрощения конструкции.
Факельные установки, разрабатываемые в СНГ, не имеют надёжной системы розжига и контроля за наличием пламени факела и не соответствуют последним требованиям безопасности, санитарии и экологии.
В ОАО «ТатНИИнефтемаш» разработан нормальный ряд факельных установок для эксплуатации в районах холодного климата. Эксплуатация их показала надёжность розжига пилотной горелки в диапазоне давления (0,2 - 0,6) МПа и позволила определить зону устойчивого её горения.
Характеристика факельных установок, разработанных в ОАО «ТатНИИнефтемаш», приведена в таблице 1 [2].
Таблица 1 - Характеристика факельных установок «ТатНИИнефтемаш»
Модели
Параметры
УФ--200Х УФ- -300Х УФ--500Х УФ--800Х О ® -
Максимально количество сжигаемого газа, м3/ч. 9000 20000 56000 144000 226000
Давление газа в пилотной горелке, МПа. 0,3-0,5
Условный диаметр ствола факела, мм. 200 300 500 800 1000
Высота факела, мм. 20 20 25 30 35
Количество пилотных горелок в системе розжига и контроля. 2 2 2 4 4
Система розжига и контроля. Электрическая
Достоинства моделей УФ-(200^1000)ХЛ следующие:
- конструкция оголовка факела позволяет произвести качественное сжигание нефтяного газа при изменении производительности факельной установки;
- конструкция молекулярного затвора позволяет в 20-раз снизить расход выносящего газа;
- система розжига и контроля за пламенем работает без применения сжатого воздуха;
- конструкция пилотных горелок обеспечивает устойчивый режим запального факела при сохранении постоянной температуры выходного конца корпуса горелки;
- применяемые гидродинамические датчики контроля за наличием пламени пилотных горелок отличаются своим быстродействием и стабильностью срабатывания, что выгодно отличает их от термопреобразователей;
- розжиг факельной установки может производиться как по алгоритму микропроцессора, так и в ручном режиме;
В ряде зарубежных стран на нефтепромыслах для аварийного сжигания нефтяного газа использую поверхностно-адгезионный эффект, известный под названием эффекта Коанда. Эффект заключается в том, что под высоким давлением газ при движении по криволинейной поверхности насадка приобретает при истечении геометрию этой криволинейной поверхности. С такой криволинейной геометрией движения газовая струя захватывает массу окружающего воздуха, в двадцать раз превышающую по объёму массу самого горючего газа. Это обеспечивает более или менее полное бездымное сгорание нефтяного газа при уменьшенном выделении лучистой энергии. Другое преимущество сжигания факела с использованием поверхностно - адгезионного эффекта заключается в ветроустойчивости пламени, более полном сгорании горючего газа, возможности горизонтального исполнения факельной установки и широком диапазоне пропускной способности.
В проектируемых в настоящее время отечественных факельных установках проблема неполного сгорания нефтяного газа решается приданием выбрасываемой из оголовка газовой струе вихревого колебательного движения [3]. В резонансном режиме работы оголовка поперечные пульсации газового потока существенно интенсифицируют теплопере-нос, повышая тем самым полноту сгорания горючей смеси.
Ветроустойчивость пламени может быть достигнута, например, тангенциальным подводом воздуха в зону горения горючей смеси [4].
Представляет интерес использование для воспламенения нефтяного газа на нефтепромыслах газодинамических воспламенителей [5, 6].
На рисунке 1 показан газодинамический воспламенитель [7], в котором рабочей средой является воздух или какой-либо другой газ.
Резонансная трубка выполнена многоступенчатой, причём диаметр каждого последующего участка по направлению к топливоподающей трубе
меньше диаметра предыдущего участка. Конец резонансной трубки размещён в топливо подающей трубе и выполнен заглушенным.
Рис. 1 - Газодинамический воспламенитель: 1 -газоподающая труба; 2 - сопловой насадок; 3 -акустическая камера; 4 - резонансная трубка; 5 -топливоподающая труба; 6 - излучатель; 7 - обратный клапан; 8 - теплоизолятор
Воздух под давлением поступает в газоподаю-щую трубу, проходит сопловой насадок и попадает в акустическую камеру и через неё - в резонансную трубку. Взаимодействие газовой рабочей среды, вытекающей с большой скоростью из соплового насадка в акустическую камеру, с колеблющимися в резонансной трубке столба газа приводит к возникновению в воспламенителе акустических колебаний. Эти колебания сопровождаются втеканием газа в резонансную трубку и вытеканием его из неё, что вызывает генерацию в воспламенителе периодических ударных волн.
Периодические колебания скорости газа большой амплитуды в резонансной трубке вызывают нагрев её заглушенного конца до температуры порядка 1000С0.
Излучатель выполнен в виде зонтика и часть горючего газа в топливоподающей трубе попадает в полость этого зонтика, образуя зону замедленного движения потока. Такая аэродинамика потока газа в зонтике способствует увеличению времени пребывания части горючего газа в зоне излучения излучателем тепловой энергии. Контактируя с излучателем, горючий газ воспламеняется, сгорает и факел пламени при выходе из топливоподающей трубы поджигает горючую газовую смесь, движущуюся по основному газопроводу.
Обратный клапан на акустической камере остаётся в закрытом положении, предохраняя полость камеры и резонансную трубку от воздействия внешней среды. При работающем воспламенителе воздух сбрасывается с акустической камеры через обратный клапан в атмосферу.
Достоинством газодинамических воспламенителей является высокая надежность в работе в зонах высоких температур горения горючего газа.
Литература
1. Коротков Ю.Ф., Ермакова Е.Ю., Козулина О.В., Кузнецов М.Г., Панков О.А. // Вестник Казан. технол. ун-та. -2013. Том 16, № 5 - С. 234-235.
2. Макаров Н.А., Зинкичёв Е.А., Кузьмин А.П. Труды Тат-НИИнефтемаш, С.18-21. (1992).
3. Патент РФ 2371637 (2009).
4. Патент РФ 63499 (2007).
5. Авт. Свид. СССР 871569 (2004).
6. Патент РФ 2334916 (2006).
7. Кузнецов М.Г., Козулина О.В., Коротков Ю.Ф., Шаги-валеев А.А., Николаев А.Н.// Вестник Казан. технол. унта - 2014. Т. 17, № 2 - С. 257-258.
© Г. Х. Гумерова - к.т.н., доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, [email protected]; М. Г. Кузнецов - к.т.н., доц. той же кафедры; Ю. Ф. Коротков - к.т.н., доц. той же кафедры; Ал. Н. Николаев - к.т.н., доц. той же кафедры.
© G. G. Haydarovna, Ph. D., associate Professor of Department "Equipment of food productions", KNRTU, [email protected]; M. G. Kuznetsov, Ph. D., associate Professor, the same Department; Yu. F. Korotkov, Ph. D., associate Professor, the same Department; A. N. Nikolaev, Ph. D., associate Professor, the same Department.
