Разместить информацию

Инновационная технология термической утилизации сбросных газов и промстоков

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.
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 токсичные газы и пары в аварийных случаях, в период пуска оборудования в работу, при остановке оборудования на ремонт и при наладке технологического режима.
Зажигание факела является одной из важнейших операций, обеспечивающей безопасное и надлежащее функционирование факельной установки.
Горение представляет собой быстро протекающую химическую реакцию, сопровождающуюся выделением тепла и света. В общем случае газовая система, способная к горению, состоит из горючего и окислителя, которые в процессе горения взаимодействуют друг с другом. Поток тепла и наличие активных компонентов инициируют химическую реакцию в следующем слое и т.д. Таким образом, распространение зоны горения по газовой смеси обусловлено тепло- и массопереносом.
Анализ способов розжига сбросных газов на факельных установках показывает, что розжиг горючих газов и токсичных жидкостей осуществляется посредством газовых горелок, в основном путем создания стехиометрической газовой смеси природного газа и воздуха и инициирования горения этой смеси высоковольтным электрическим разрядом.
Условием успешного розжига факела по традиционной технологии 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 [1].
Образование горючей смеси необходимого состава зависит от турбулентности смешивающихся газов, т. е. от скорости потока и способов смесеобразования. Все эти условия приводят к тому, что стехиометрическая смесь газов формируется случайным образом, поэтому процесс розжига факела носит случайный характер.
В этой связи традиционные системы розжига как отечественные, так и зарубежные обладают недостаточной надежностью, отличаются длительным временем формирования стехиометрической смеси горючего (природного газа) и окислителя (кислорода воздуха) в результате процесс розжига является практически неуправляемым и достигает десятки минут.
Эти обстоятельства вызывают необходимость в газовых горелках, одна из которых должна гореть постоянно, потребляя значительный объем добываемого газа: до 11 м3/час. Предварительная оценка потерь объема добытого газа при розжиге и эксплуатации одной горелки в течение года составляет более 100 тысяч м3.
При гомогенном горении системы, состоящей из предварительно перемешанных газов, процесс горения может протекать в виде детонации, скорость которой превышает скорость звука в данной газовой смеси в 10 и более раз и достигает 2000-3000 м/с. Стационарный комплекс, представляющий собой ударную волну и зону химической реакции, называется детонационной волной, а само явление – детонацией [2].
В современном представлении детонационная волна, распространяющаяся в горючей газовой среде, является двухслойной. Первый слой представляет собой адиабатическую ударную волну, при распространении которой в газовой среде газ сильно разогревается. В химически активном газе этот разогрев, если он достаточно интенсивен, может вызвать воспламенение газовой смеси. Область, в которой протекает горение, образует второй, весьма тонкий слой, примыкающий непосредственно к ударной волне.
Необходимым условием детонации газовой смеси является полное ее сгорание в зоне химической реакции, следующей за фронтом ударной волны. При этом скорость сгорания должна быть настолько велика, что реакция завершается во фронте ударной волны, а количество выделяющейся энергии должно быть достаточно для поддержания стационарной ударной волны.
В ООО «ТюменНИИгипрогаз», в целях повышения производственной надежности, экологической безопасности термической утилизации сбросных газов и многофазных систем промстоков и снижения объемов потребляемого газа, разработана технология дистанционного розжига горизонтальных и вертикальных факельных установок посредством формирования стационарной детонационной волны в линии розжига, не имеющая аналогов в отечественной и зарубежной практике [3, 4].
Эта особенность детонационной волны позволяет инициировать горение одновременно в нескольких горелках факельной установки, что повышает надежность технологии термической утилизации, особенно в аварийных случаях.
Для реализации этой технологии разработано и серийно производится устройство детонационного розжига (УДР) стационарного и мобильного вариантов. В состав УДР входят аппаратурный комплекс и линия формирования детонационной волны – линия розжига.
Принцип действия УДР состоит в автоматическом формировании в линии розжига стехиометрической смеси горючего и окислителя (водорода и кислорода) посредством электролиза водного раствора щелочного металла. В процессе электролиза указанного раствора, например, концентрацией 10 % КОН, непосредственно создается газовая смесь водорода и кислорода, готовая к химической реакции горения, которая заполняет линию розжига. Высоковольтным разрядом инициируется детонационное горение этой смеси в линии розжига, пламенем которой поджигают газ в дежурной горелке или непосредственно токсичные среды, поступающие по стволовой трубе.
УДР обладает следующими преимуществами:
– автоматическим созданием стехиометрической смеси горючего и окислителя и формированием стационарной детонационной волны в линии розжига;
– безотказностью и высокой надежностью розжига факелов в различных климатических условиях;
– автоматической системой управления и контроля по радиоканалу на любом расстоянии;
– термической утилизацией сбросного газа при ремонте трубопроводов без использования газовых горелок и пилотного газа;
– низкими капитальными затратами на эксплуатацию и обслуживание.
УДР имеет Сертификат соответствия № РОСС RU НХ 28.Н 00083, РАЗРЕШЕНИЕ № РРС 00-29749 на применение, защищено патентами РФ.
В 2008-2009 гг. успешно проведены опытно-промышленные испытания мобильного УДР для розжига горизонтальных факельных установок на Комсомольском ГМ ООО «Газпром добыча Ноябрьск», на ГК ВТСМ ООО «НОВАТЭК-Таркосаленефтегаз», на вертикальной факельной установке Нижнепавловского ЛПУ УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург».
К настоящему времени стационарные комплексы УДР поставлены Заполярному НГДУ ООО «Газпром добыча Ямбург», Комсомольскому ГП ООО «Газпром добыча Ноябрьск», ООО «Лукойл-Пермь», ООО «УралОйл», ООО «Газпром добыча Оренбург», ООО «Газпром добыча Надым».
Очередной задачей термической утилизации сбросных газов и промстоков в целях защиты экологии и экономической целесообразности является регенерация продуктов горения и рекуперация тепла.


Список использованных источников
1.Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. – М: Химия, 1979. – С. 184.
2. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шихтер Б.И. Физика взрыва. – М: ГИФМЛ, 1959. С. 240-260.
3. Патент РФ № 2294485
4. Патент РФ № 2375635

Автор статьи:

ТюменНИИгипрогаз, ООО

Научно-исследовательские институты

+7-3452-286222 , +7-3452- 274049
625019 Россия Тюмень Воровского,2
Контактное лицо
Написать письмо Сохранить контакт Сообщить об ошибке