УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ Российский патент 2023 года по МПК F23G7/04 

Изобретение относится к устройствам для термической нейтрализации промышленных стоков, образующихся на газовых, газоконденсатных и нефтяных промыслах и может быть использовано в химической, нефтехимической и прочих отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для термической нейтрализации жидких отходов, включающее в себя горизонтально размещенные факельные горелки, коллектор газа, патрубок входа газа, с размещенным на торце огнепреградителем, коллектор жидких отходов, патрубок входа жидких отходов, при этом коллекторы газа и жидких отходов подсоединены к факельным горелкам, снабжено рассекателем в виде тела Коанда, размещенным на коллекторе, параллельно горизонтальным факельным горелкам установлена дежурная горелка и в корпусах, выполненных в виде труб, размещены запальная горелка и датчик контроля пламени (патент РФ №2460017, F23G 7/04, F23N 5/00, опубл. 27.08.2012 г.).

Недостатком данного устройства является применение системы управления и датчика контроля пламени, а именно невозможность работы на кустах поглощающих скважин без подвода электроэнергии и при отрицательных температурах в условиях Крайнего Севера, а также дополнительные затраты на обслуживание.

Известна установка для утилизации промышленных стоков, включающая в себя корпус с расположенной внутри него трубой подачи пластовой воды, положение которой стабилизируется с помощью опорной пластины внутри корпуса, а с торцов корпуса - с помощью фланцевых соединений. С противоположного торца корпуса с помощью фланцевого соединения крепят корпус одного сопла с другим соплом, при этом внутри другого сопла расположена труба подачи пластовой воды с присоединенной к ней посредством резьбового соединения форсункой. Для фиксации сопла внутри корпуса установлено стопорное кольцо, которое крепят к корпусу сопла с помощью болтового соединения. К нижней части корпуса подведен газовый патрубок (патент РФ №159090, F23G 7/04, опубл. 27.01.2016).

Недостатком данного устройства является отсутствие тела Коанда и, как следствие, - нет завихрения газового потока, что немаловажно для более устойчивого горения внешнего «кольцевого» факела, тем самым существует вероятность срыва пламени, тем самым произойдет утечка утилизируемого продукта в атмосферу.

Известно горизонтальное факельное устройство для нейтрализации промышленных стоков, содержащее систему трубопроводов подачи газа и жидкости с запорным оборудованием, устройство нейтрализации промышленных стоков, снабженное двумя горизонтальными горелками и соединенное с трубопроводом подачи жидкости посредством патрубка входа жидкости, а с трубопроводом подачи газа посредством патрубка входа газа, одна из горизонтальных горелок представляет собой запальную горелку с расширяющимися соплами, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединена с трубопроводом подачи газа (Мамистов В.В., Кравченко В.А. и др. Разработки Южниигипрогаза по охране окружающей среды на объектах газодобывающих предприятий. - М.: ВНИИЭгазпром, 1986, - Обз. информ. Сер. Природный газ и защита окружающей среды. Вып. 4, с. 33, прототип).

Недостатком устройства является неполная нейтрализация промышленных стоков, обусловленная малой производительностью горелки 2,5-6 м³/час, тем самым не обеспечивая суточный объем утилизации промышленных стоков на установке комплексной подготовки газа.

Задачей заявленного технического решения является создание условий для обеспечения полной утилизации промышленных стоков, в том числе промышленных стоков промысла при проведении ремонтных работ на поглощающих скважинах.

Технический результат заключается в повышении качества термической нейтрализации промышленных стоков за счет полной утилизации промышленных стоков промысла, обеспечивая безопасный режим работы установки комплексной подготовки газа.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство для термической нейтрализации промышленных стоков содержит систему трубопроводов подачи газа и жидкости с запорным оборудованием, устройство нейтрализации промышленных стоков, снабженное двумя горизонтальными горелками и соединенное с трубопроводом подачи жидкости посредством патрубка входа жидкости, а с трубопроводом подачи газа посредством патрубка входа газа, одна из горизонтальных горелок представляет собой запальную горелку с расширяющимися соплами, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединена с трубопроводом подачи газа, оно снабжено дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков, снабженным двумя горелками, система трубопроводов подачи газа и жидкости дополнительно снабжена трубопроводом резервной подачи промышленных стоков, снабженным задвижкой, обеспечивающей выход потока жидкости из трубопровода резервной подачи промышленных стоков, дополнительным трубопроводом, снабженным задвижкой и соединяющим трубопровод резервной подачи промышленных стоков с дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока промышленных стоков на расширяющиеся сопла горелок, трубопровод линии подачи газа дополнительно соединен с горелками дополнительного устройства для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока газа на расширяющиеся сопла горелок, обеспечивая проход потока газа, выходит через задвижку и шаровой кран с подачей газа на расширяющиеся сопла горелок одновременно на устройство нейтрализации промышленных стоков и на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена технологическая схема устройства для термической нейтрализации промышленных стоков, на фиг. 2 - фото системы трубопроводов с запорным оборудованием, на фиг. 3 - фото амбара с устройством нейтрализации промышленных стоков и дополнительным устройством нейтрализации промышленных стоков.

Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков включает следующие конструктивные элементы:

1 - трубопровод резервной подачи промышленных стоков с установки комплексной подготовки газа;

2 - задвижка;

3 - задвижка;

4 - трубопровод подачи газа с установки комплексной подготовки газа;

5 - задвижка;

6 - шаровый кран;

7 - трубопровод подачи промышленных стоков с установки комплексной подготовки газа;

8 - задвижка;

9 - задвижка;

10 - шаровый кран;

11 - устройство нейтрализации промышленных стоков;

12 - дополнительное устройство для нейтрализации промышленных стоков;

13 - амбар поглощающих скважин;

14 - дополнительный трубопровод;

15 - расширяющиеся сопла горелки.

Промышленные стоки представляют собой стоки от технологических установок, например, из котельной, от промывки и после опорожнения технологического оборудования, которые после очистки закачиваются по напорному коллектору в поглощающие скважины. Такой способ утилизации промышленных стоков на установку комплексной подготовки газа в настоящее время является основным.

В процессе длительной эксплуатации зачастую ухудшается приемистость поглощающих скважин, что в дальнейшем приводит к проведению работ по капитальному ремонту скважины и переводу приема промышленных стоков на другую скважину (при ее наличии) или утилизации в амбаре путем сжигания.

Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков содержит систему трубопроводов 1, 7, 4 и 14 с запорным оборудованием в виде задвижек 2, 3, 5, 8 и 9 и шаровых кранов 6 и 10, устройство нейтрализации промышленных стоков 11, дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков 12 и амбар поглощающих скважин 13.

Система трубопроводов включает в себя:

- трубопровод резервной подачи промышленных стоков 1 с установки комплексной подготовки газа (далее по тексту - «резервная линия подачи промстоков»), снабженный патрубком входа жидкости и задвижкой 2;

- трубопровод подачи газа 4 с установки комплексной подготовки газа (далее по тексту - «линия подачи газа»), снабженный патрубком входа газа, шаровыми кранами 6 и 10 и задвижкой 5;

- трубопровод подачи промышленных стоков 7 (далее по тексту - «линия подачи промстоков»), снабженный патрубком входа жидкости и задвижками 8 и 9;

- и дополнительный трубопровод 14, снабженный патрубком входа жидкости и задвижкой 3.

Резервная линия подачи промстоков 1 соединена с дополнительным устройством нейтрализации промышленных стоков 12 посредством дополнительного трубопровода 14, обеспечивая поступление промышленных стоков с установки комплексной подготовки газа (далее по тексту - «УКПГ») на дополнительное устройство нейтрализации промстоков 12.

Резервная линия подачи промышленных стоков 1 снабжена запорным оборудованием, обеспечивающим выход потока жидкости с трубопровода резервной подачи промышленных стоков 1 через задвижки и проход до патрубка входа жидкости, затем в форсунки и на расширяющиеся сопла 15 горелок.

Устройство нейтрализации промышленных стоков 11 снабжено двумя горизонтальными горелками с расширяющимися соплами 15, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединено с резервной линией подачи промстоков 1, с линией подачи промстоков 7 и линией подачи газа 4, при этом линия подачи газа 4 соединена с горелками устройства для нейтрализации промстоков 11.

Дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков 12 снабжено двумя горизонтальными горелками с расширяющимися соплами 15, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединено с резервной линией подачи промстоков 1, линией подачи промстоков 7 и линией подачи газа 4, при этом линия подачи газа 4 соединена с горелками дополнительного устройства для нейтрализации промстоков 12.

Горелки с расширяющимися соплами 15 соединены патрубками с трубопроводами подачи газа и жидкости, снабженными запорным оборудованием, при этом одна из горелок представляет собой горизонтальную запальную горелку, которая обеспечивает бездымное сгорание и исключение затухания газожидкостной смеси, выходящей с основного факела с пневматических форсунок.

Запальная горелка использует газ, который идет по криволинейной поверхности и огибает тело Коанда, создавая с наружной стороны разрежение и вовлекая в факел дополнительный воздух для бездымного сгорания и скрещивания с основным факелом, выходящим с пневматических форсунок. Запальная горелка поджигается наружным открытым огнем - зажженной паклей, уложенной на тело Коанда.

Задвижки расположены:

- задвижка 2 расположена на выходе с резервной линии подачи промстоков 1 с УКПГ;

- задвижка 3 расположена на дополнительным трубопроводе 14, между задвижкой 2 и дополнительным устройством нейтрализации промстоков 12, обеспечивая поступление промышленных стоков с УКПГ на дополнительное устройство нейтрализации промстоков 12;

- задвижка 5 расположена на выходе с линии подачи газа 4, обеспечивая поступление газа на устройство нейтрализации промстоков 11 и на дополнительное устройство нейтрализации промстоков 12;

- задвижка 8 расположена на выходе с линии подачи промстоков 7, обеспечивая поступление промышленных стоков с резервной линии подачи промстоков 1 посредством задвижки 2 или с линии подачи промстоков 7 на устройство нейтрализации промстоков 11 посредством задвижки 9 и на дополнительное устройство нейтрализации промстоков 12 посредством задвижки 3;

- задвижка 9 расположена на линии подачи промстоков 7 между задвижкой 8 и устройством нейтрализации промстоков 11, обеспечивая поступление промышленных стоков с УКПГ на устройство нейтрализации промстоков 11.

Шаровые краны расположены:

- шаровой кран 6 расположен на линии подачи газа 4 между задвижкой 5 и дополнительным устройством нейтрализации промстоков 12, обеспечивая поступление газа на дополнительное устройство нейтрализации промстоков 12;

- шаровой кран 10 расположен на линии подачи газа 4 между задвижкой 5 и устройством нейтрализации промстоков 11, обеспечивая поступление газа на устройство нейтрализации промстоков 11.

На резервной линии подачи промстоков 1 расположено запорное оборудование, обеспечивающее выход потока жидкости в виде промышленных стоков с УКПГ с резервной линии подачи промстоков 1 через задвижки 2 и 3, проход по дополнительному трубопроводу 14 и патрубку входа жидкости на расширяющиеся сопла 15 горелок устройства для нейтрализации промышленных стоков 11.

Линия подачи газа 4 соединена с горелками дополнительного устройства для нейтрализации промышленных стоков, обеспечивая проход потока газа, и выходит через задвижку 5 и шаровой кран 6 или 10 на патрубок входа газа дополнительного устройства для нейтрализации промышленных стоков 12 и далее на расширяющиеся сопла 15 горелок и, обеспечивая термическую нейтрализацию промышленных стоков путем расщепления жидкости в виде промышленных стоков с УКПГ на мельчайшие частицы в расширяющемся сопле 15 горелок.

Газ с капельками жидкости, выходя из расширяющего сопла 15 горелок, перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая поджигается пламенем запальной горелки. Запальная горелка представляет собой газ, который идет по криволинейной поверхности и огибает тело Коанда, создавая с наружной стороны разрежение и вовлекая в факел горелки дополнительный воздух для бездымного сгорания и скрещивания с факелом, выходящим с пневматических форсунок. Запальная горелка поджигается наружным открытым огнем - зажженной паклей, уложенной на тело Коанда, при этом вода горючей смеси испаряется в пламени факела основной горелки, а оставшиеся вещества горючей смеси под действием высокой температуры расщепляются на нейтральные составляющие.

Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков работает следующим образом.

Последовательно переключают запорную арматуру в виде задвижек на резервной линии подачи промышленных стоков 1, а именно, открытием:

задвижки 2, расположенной на выходе с резервной линии подачи промышленных стоков 1,

задвижки 3, расположенной на дополнительном трубопроводе 14.

Через задвижки 2 и 3 с резервной линии подачи промышленных стоков 1 жидкость в виде промышленных стоков подается по дополнительному трубопроводу 14 от резервной линии подачи промышленных стоков 1 через задвижки в форсунки и далее в расширяющиеся сопла 15 горелок дополнительного устройства нейтрализации промышленных стоков 12.

Последовательно переключают запорную арматуру в виде задвижек на трубопроводе линии подачи газа 4 с УКПГ, а именно, открытием задвижки 5, расположенной на выходе с трубопровода линии подачи газа 4 с УКПГ, и шарового крана 6, расположенного на трубопроводе линии подачи газа 4, через которые сухой газ из УКПГ подается на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков 12, подается в расширяющиеся сопла 15 горелок дополнительного устройства нейтрализации промышленных стоков 12.

Выходя из расширяющегося сопла 15 горелок с высокой скоростью, горючий сухой газ с капельками жидкости перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь газожидкостного потока, которую разжигают посредством запальной горелки, предварительно подожженной открытым огнем (зажженной паклей). При этом вода из горючей смеси газожидкостного потока испаряется в пламени факела горелки, горючая смесь сгорает, другие вещества газожидкостного потока под действием высокой температуры расщепляются на нейтральные составляющие, обеспечивая при этом полное сжигание всех промышленных стоков и сохраняя возможность производить утилизацию как по одной линии: основной 7 или резервной 1, так и по обеим линиям с использованием дополнительного трубопровода 14 для трубопровода резервной подачи промстоков 1, но одновременно на оба устройства нейтрализации промышленных стоков 11 и 12 для обеспечения сжигания всех промышленных стоков с УКПГ, повышая качество нейтрализации жидких промышленных отходов.

Заявленное техническое решение повышает качество термической нейтрализации промышленных стоков, позволяя полностью утилизировать промышленные стоки промысла посредством полного сжигания всех промышленных стоков, обеспечивая безопасный режим работы установки комплексной подготовки газа.

Пример осуществления предлагаемого устройства

В марте 2022 года на предприятии ООО «Газпром добыча Уренгой» на газоконденсатном промысле №5 на кусте поглощающих скважин были проведены испытания предлагаемого устройства во время проведения капитального ремонта скважины №24-П.

Для этого были смонтированы трубопроводы и запорная арматура:

- подачи промышленных стоков и подачи газа на дополнительное устройство нейтрализации 12;

После проведения монтажных работ по подключению резервной линии подачи промышленных стоков 1 с УКПГ к дополнительному устройству нейтрализации промышленных стоков 12:

- на резервной линии подачи промышленных стоков 1, открыли:

задвижку 2 на выходе с резервной линии подачи промышленных стоков 1, задвижку 3 на резервной линии подачи промышленных стоков 1 на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков 12. Тем самым произвели подачу жидкости по дополнительному трубопроводу 14 от резервной линии подачи промышленных стоков 1 в форсунки и далее в расширяющиеся сопла 15 горелок дополнительного устройства нейтрализации промышленных стоков 12;

- на линии подачи газа 4 с УКПГ, открыли:

задвижку 5 на выходе с линии подачи газа 4 с УКПГ, шаровой кран 6 на линии подачи газа 4 на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков 12. Тем самым произвели подачу сухого газа в расширяющиеся сопла горелок дополнительного устройства нейтрализации промышленных стоков 12.

На выходе из сопла с высокой скоростью, горючий газ (осушенный метан) с капельками жидкости перемешался с воздухом, образовав при этом горючую смесь в виде газожидкостной смеси. Далее был произведен розжиг газожидкостного потока. Вода испаряется в пламени факела, горючая смесь сгорает, другие вещества под действием высокой температуры расщепляются на составляющие.

Нейтрализации утилизации в данном случае подверглись промышленные стоки с УКПГ, а именно очищенные стоки от технологических установок, котельной, от промывки и после опорожнения технологического оборудования.

На выходе из нейтрализации получили паровую смесь.

Заявленное устройство повысило качество термической нейтрализации промышленных стоков, позволило полностью утилизировать промышленные стоки промысла посредством полного сжигания всех промышленных стоков, показало свою эффективность в части создания условий для полной утилизации промышленных стоков промысла, например, в период проведения ремонтных работ на поглощающих скважинах.

Монтаж предлагаемого устройства был выполнен таким образом, чтобы сохранилась возможность производить утилизацию только по одной линии (основной или резервной), но на оба устройства нейтрализации промышленных стоков для обеспечения сжигания всех промышленных стоков с УКПГ.

Изобретение относится к устройствам для термической нейтрализации промышленных стоков, образующихся на газовых, газоконденсатных и нефтяных промыслах и может быть использовано в химической, нефтехимической и прочих отраслях народного хозяйства. Технический результат - повышение качества термической нейтрализации промышленных стоков за счет полной утилизации промышленных стоков промысла, обеспечивая безопасный режим работы установки комплексной подготовки газа. Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков содержит систему трубопроводов подачи газа и жидкости с запорным оборудованием, устройство нейтрализации промышленных стоков, снабженное двумя горизонтальными горелками и соединенное с трубопроводом подачи жидкости посредством патрубка входа жидкости, а с трубопроводом подачи газа посредством патрубка входа газа. Одна из горизонтальных горелок представляет собой запальную горелку с расширяющимися соплами, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединена с трубопроводом подачи газа. Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков снабжено дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков, снабженным двумя горелками. Система трубопроводов подачи газа и жидкости дополнительно снабжена трубопроводом резервной подачи промышленных стоков, снабженным задвижкой, обеспечивающей выход потока жидкости из трубопровода резервной подачи промышленных стоков, дополнительным трубопроводом, снабженным задвижкой и соединяющим трубопровод резервной подачи промышленных стоков с дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока промышленных стоков на расширяющиеся сопла горелок. Трубопровод линии подачи газа дополнительно соединен с горелками дополнительного устройства для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока газа на расширяющиеся сопла горелок, обеспечивая проход потока газа через задвижку и шаровой кран, и с подачей газа на расширяющиеся сопла горелок одновременно на устройство нейтрализации промышленных стоков и на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков. 3 ил., 1 пр.

Устройство для термической нейтрализации промышленных стоков содержит систему трубопроводов подачи газа и жидкости с запорным оборудованием, устройство нейтрализации промышленных стоков, снабженное двумя горизонтальными горелками и соединенное с трубопроводом подачи жидкости посредством патрубка входа жидкости, а с трубопроводом подачи газа посредством патрубка входа газа, одна из горизонтальных горелок представляет собой запальную горелку с расширяющимися соплами, форсунками и рассекателем в виде тела Коанда, присоединенным снизу к горелке, и соединена с трубопроводом подачи газа, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков, снабженным двумя горелками, система трубопроводов подачи газа и жидкости дополнительно снабжена трубопроводом резервной подачи промышленных стоков, снабженным задвижкой, обеспечивающей выход потока жидкости из трубопровода резервной подачи промышленных стоков, дополнительным трубопроводом, снабженным задвижкой и соединяющим трубопровод резервной подачи промышленных стоков с дополнительным устройством для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока промышленных стоков на расширяющиеся сопла горелок, трубопровод линии подачи газа дополнительно соединен с горелками дополнительного устройства для нейтрализации промышленных стоков с возможностью подачи потока газа на расширяющиеся сопла горелок, обеспечивая проход потока газа через задвижку и шаровой кран, и с подачей газа на расширяющиеся сопла горелок одновременно на устройство нейтрализации промышленных стоков и на дополнительное устройство нейтрализации промышленных стоков.