自動點火燃燒器的研制與應(yīng)用

李衛(wèi)權(quán)　白田增　吳　德　富玉?！x忠建　任　嚴(yán)（.承德石油高等?？茖W(xué)校機械工程系，河北承德　067000；.渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北任丘　0655）

自動點火燃燒器的研制與應(yīng)用

李衛(wèi)權(quán)1白田增2吳德2富玉海2儀忠建2任嚴(yán)2
（1.承德石油高等?？茖W(xué)校機械工程系，河北承德067000；2.渤海鉆探井下作業(yè)分公司，河北任丘062552）

鉆井、井下作業(yè)及油井測試過程中將產(chǎn)生含有較多甲烷、乙烷以及少量易揮發(fā)的液態(tài)烴及微量的二氧化碳、氮、硫化氫等雜質(zhì)的伴生氣，給安全生產(chǎn)帶來重大隱患。為了解決該問題，研發(fā)了自動點火燃燒器，該裝置用太陽能電池板提供能源，當(dāng)伴生氣壓力超過0.1 MPa時，控制系統(tǒng)自動打火點燃液化氣，引燃燃燒區(qū)內(nèi)伴生氣?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，拆裝、運輸方便，使用過程中不產(chǎn)生明火，比以往同類手動產(chǎn)品更加安全可靠。

井下作業(yè)；自動點火燃燒器；伴生氣；低壓點火；安全生產(chǎn)

在鉆井、井下作業(yè)及油井測試過程中，尤其是排液過程，經(jīng)常會有伴生氣隨地層流體一起從油層中逸出，伴生氣含有大量甲烷、乙烷等低分子烷烴以及微量的二氧化碳、氮、硫化氫等［1-3］，氣體濃度較高時常常聚集在儲液池周圍無法散去，不僅造成環(huán)境污染，同時存在閃爆等較大安全隱患。

目前油田通用的伴生氣點火燃燒方式有2種，一是將點燃的火炬投擲到伴生氣管道出口進(jìn)行點燃；二是手工控制電器開關(guān)，讓其在伴生氣管道出口處產(chǎn)生高壓放電，將伴生氣點燃。但這兩種點火方式存在以下弊端：一是無法判斷出口是否存在伴生氣，不管是投擲火炬點火，還是高壓放電點火均無法準(zhǔn)確把握點火時機，可能造成氣體逸散，發(fā)生次生事故；二是火炬投擲點火效率低，而手工控制電器開關(guān)點火使用220伏交流電，需專配發(fā)電機；三是明火存在較大安全隱患。為消除伴生氣點火存在的安全隱患，實現(xiàn)安全環(huán)保施工，自主研發(fā)了自動點火燃燒器，實現(xiàn)了施工現(xiàn)場低氣量全自動點火。

1　技術(shù)分析

1.1結(jié)構(gòu)

分體式自動點火燃燒器，主要由不銹鋼燃燒器主體、防風(fēng)罩、液化氣罐、自動點火控制箱、進(jìn)氣控制機構(gòu)、太陽能電池板、蓄電池及進(jìn)氣管道組成，結(jié)構(gòu)見圖1。罐體和自動點火控制箱分置在底板兩側(cè)，罐體內(nèi)部盛有水且該罐體頂端連通設(shè)置有一上端開口的燃燒桶，燃燒桶底部側(cè)面設(shè)有一用于輸送伴生氣的管接頭，外接有一用于輸送液化氣的進(jìn)氣口，管線經(jīng)自動點火控制箱進(jìn)入到燃燒桶內(nèi)。自動點火控制箱內(nèi)部設(shè)有用于控制點燃液化氣的點火控制機構(gòu)，控制箱由太陽能電池供電。

圖1　分體式自動點火燃燒器結(jié)構(gòu)

1.2工作原理

施工現(xiàn)場經(jīng)分離器分離后產(chǎn)生的伴生氣最小壓力達(dá)到0.1 MPa時，就能經(jīng)過進(jìn)氣控制機構(gòu)進(jìn)入不銹鋼燃燒主體。進(jìn)氣控制機構(gòu)監(jiān)測到壓力信號并反饋至自動點火控制箱，自動點火控制箱通過控制軟件系統(tǒng)將液化氣閥門打開，然后控制自動點火器點燃液化氣，此時可引燃不銹鋼燃燒主體內(nèi)伴生氣。

控制系統(tǒng)通過熱傳感器（嵌于自動點火器內(nèi)）檢測到點火成功后自動關(guān)閉液化氣點火系統(tǒng)，以節(jié)約液化氣。若當(dāng)控制系統(tǒng)通過熱傳感器檢測到火把熄滅后，說明進(jìn)氣管道無伴生氣或壓力小于0.1 MPa ，系統(tǒng)處于相對安全狀態(tài)。而當(dāng)分離后的伴生氣最小壓力再次達(dá)到0.1 MPa時，自動點火燃燒器將重復(fù)上述過程，實現(xiàn)點火自動化。

1.3性能特點

（1）通過信號控制裝置打開低壓點火器和液化氣開啟閥門，將主氣體出口的液化氣點燃，從而引燃伴生氣，實現(xiàn)點火自動化。

（2）常規(guī)點火燃燒器控制系統(tǒng)需要220 V外接電源，而該控制系統(tǒng)僅需12 V電壓就可完成系統(tǒng)控制，且實現(xiàn)全自動操控。

（3）用12 V蓄電池和太陽能電池板作為能源，整個燃燒器為低電壓點火燃燒器，避免了現(xiàn)場使用外接電源高壓點火的不安全因素，大大降低了現(xiàn)場人員使用設(shè)備的安全風(fēng)險。

（4）產(chǎn)出氣體進(jìn)入主燃燒器的管道中增加了阻火器和氣體單向閥，并需要通過水柱進(jìn)入主燃燒桶，阻斷了與進(jìn)氣管道的氣體連通，三層防回火裝置，消除了主火炬的火源發(fā)生回火的可能性。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

該裝置在華北油田固52、固413X等4口井試井過程中進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。施工井抽汲壓力2 MPa，H2S含量為200 mg/L的伴生氣通過分離器后以大于0.1 MPa的壓力進(jìn)入燃燒器主體，該裝置自動打開控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動點火，自動燃燒，放空尾氣H2S含量在排放口為0，實現(xiàn)了完全燃燒（圖2）。

圖2　自動點火燃燒器現(xiàn)場照片

在整個作業(yè)過程中，燃燒器實現(xiàn)了多次自動點火、自動燃燒和自動關(guān)閉往復(fù)循環(huán)過程，達(dá)到了設(shè)計要求。通過試驗證明該自動點火燃燒器，自動點火性能穩(wěn)定可靠，拆裝靈活，移動方便，能夠保證井下作業(yè)和油井測試生產(chǎn)過程的安全。

3　結(jié)論

（1）自動點火燃燒器由太陽能電池供電，低氣量自動點火，防回火，能滿足現(xiàn)場高效安全燃燒伴生氣需求。

（2）該裝置安裝便捷、運輸方便、安全環(huán)保、高效可靠，能有效降低勞動強度，減少施工事故率，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

［1］張籍元.井口伴生氣綜合利用技術(shù)［J］.化工管理，2013（8）：182.

［2］蘇欣，王勝雷，張琳等.油田伴生氣利用對策及現(xiàn)狀［J］.天然氣與石油，2008，26（2）：33-37.

［3］陳國龍，王春生，鄭曉鵬.海上油田伴生氣利用的關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國造船，2012（10）：551-557.

［4］祝汝松，湯更生，陳志強，等.燃燒加熱器氣動閥門閥后壓力的模糊控制［J］.實驗流體力學(xué)，2010，24（1）：89-94.

（修改稿收到日期2015-06-15）

〔編輯朱偉〕

Development and application of autoignition burner

LI Weiquan1, BAI Tianzeng2, WU De2, FU Yuhai2, YI Zhongjian2, REN Yan2
（1. Mechanical Engineering Department of Chengde Advanced Petroleum College, Chengde 067000, China; 2. Downhole Operation Branch Company of Bohai Drilling Engineering Company, Renqiu 062552, China）

Drilling, downhole operation and oil well testing will generate associated gas which has high content of methane, ethane, small content of volatile liquid hydrocarbon as well as trace amount of carbon dioxide, nitrogen, hydrogen sulfide and other impurities, bringing about major hidden danger to production safety. An autoignition burner is developed, which adopts solar panel to provide energy. When associated gas pressure exceeds 0.1 MPa, control system will enable automatic ignition to ignite liquefied gas combustion rod, thus to ignite the associated gas in combustion area. It is shown from field application that the burner features reasonable structure design, convenient assembly or disassembly and transportation, and is not easy to generate open fire, thus the burner is safer and more reliable than previous similar manual products.

autoignition burner; associated gas; low-pressure ignition; production safety

TE931+.1

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0125 – 02

10.13639/j.odpt.2015.04.31

李衛(wèi)權(quán)，1961年生。1990年畢業(yè)于石油大學(xué)礦場機械專業(yè)。現(xiàn)從事機械工程教學(xué)和相關(guān)科研工作，教授。郵箱：liweiquan6179@163.com。

引用格式：李衛(wèi)權(quán)，白田增，吳德，等.自動點火燃燒器的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：125-126.