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行业新闻

生物质燃烧机的现场应用

生物质燃烧机的现场应用

    摘要  围绕测试产液处理方式,对于燃烧处理列出了典型的生物质燃烧机类型。着眼于影响生物质燃烧机燃烧效率的核心因素,分析了压力雾化、旋流雾化、气动雾化以及气泡雾化的四种雾化喷嘴的结构及特点,探讨了流程控制、点火系统、雾化喷嘴回压、水喷淋、雾化空气供应、噪音及热辐射、重油燃烧等生物质燃烧机方面的现场应用。根据现场应用存在的问题,提出研发新一代无水高效生物质燃烧机的建议。

    当前政府和作业者日益关注油气田开发的环境问题,包括测试期间产液的环保处理。产液物性未知性及并场或者油田处理能力的局限,给产液处理带来挑战。燃烧作为重要的处理方式之一,基本实现了环保、无黑烟、无落油等要求,降低有害气体溢散的风险以及产液回收的成本,其应用越来越广泛,逐渐从海上应用推广到陆上。国内就此展开了一些国产化及应用研究‘-羽。

1  测试产出液的处理方式

    对于海上平台测试或产液回收困难、回收成本高、环保要求高、具备供水条件的陆地测试,建议采用生物质燃烧机。

2  生物质燃烧机及其燃烧效率

2.1  测试产液的燃烧处理

    在1960年美国Flowpetrol公司第一次在海上引入燃烧系统,首次实现了海上平台产液的经济处理,燃烧处理类型及技术也随着油田技术的进步得到不断发展和丰富。按照燃烧流体类型分为天然气燃烧器、原油生物质燃烧机及泥浆生物质燃烧机。其中天然气生物质燃烧机有卧式、立式以及焚烧炉三种形式。其中原油燃烧器一般为卧式生物质燃烧机,按照喷头数目常见有单喷头、三喷头、四喷头、六喷头生物质燃烧机,按照水喷淋形式分为单喷头独立水喷淋、多喷头混合水喷淋、无水喷淋生物质燃烧机,按照单个喷头上喷嘴个数,有单喷嘴喷头燃烧器和多喷嘴喷头生物质燃烧机。

2.2生物质燃烧机的典型结构及功能

    一般原油生物质燃烧机主要由燃烧头、管汇、点火系统、支架和辅助装置组成观图1)。

    其中燃烧头用于原油在燃烧头处和压缩空气混合,并使原油雾化最后将雾化后的原油喷射出去,借助点火系统点燃原油;管汇用于提供原油、压缩空气、喷射水的通道和导向;点火系统用于电源通过点火系统形成高压,在点火头处的火花塞放电作为点火源点燃石油液化气、天然气或柴油用以引燃原油;支架用于将燃烧头、点火头、喷水嘴、管汇等固定在一起,形成一个整体起支撑作用,同时设计转盘可以根据风向适当调节燃烧方向;辅助水喷淋装置用于将水泵泵来的水按两个方向喷射,一个径向喷射形成水幕,隔离热辐射,防止热辐射对设备的损害,另一个向前喷射包裹火焰,起到助燃作用。

2.3  生物质燃烧机喷嘴雾化效率及方式

    一般喷嘴结构应考虑雾化方式、雾化级数、长度及直径尺寸、孔径大小、旋流方式、混合位置、相对流向等因素。对于液体燃料的雾化方式有压力雾化、机械雾化、气动雾化、气泡雾化四种方式(见表2)¨羽,也有其它雾化方式,包括超声雾化、气哨雾化、静电雾化等。表2原油生物质燃烧机喷嘴雾化方式分析

    以上四种雾化方式现有测试燃烧方式都有应用,目前原油生物质燃烧机产品采用压力雾化方式和气泡雾化方式较少,大部分都采用机械雾他和气动雾化的混合雾化方式。对于原油生物质燃烧机的混合雾化方式按照旋流方式有外旋流(Green dragon)和内旋流Supersea)喷嘴;按照油流与介质混合的位置分为外混式Evergreen基本型及Green dragon改进型)和内混式喷嘴;按照雾化次数分为一级雾化、二级雾化和多极雾化喷嘴;按照油流与介质的相对流向分为直流式Gvergreen)、涡流式和交流式(Super sea)喷嘴等。喷嘴性能指标主要有流量特性、喷雾锥角、喷雾周向不均匀度,雾化质量指标主要有雾滴尺寸、雾化均匀度、雾滴速度、雾滴数密度、雾滴体积流量等。

3  现场应用

3.1  流程控制

    测试期间操作生物质燃烧机的流程管线观图1)包括:来自分离器或测试罐的原油管线和控制阀及单流阀控制到雾化头的原油流量,来自分离器的旁通/气出口管线和控制阀及单流阀,来自空气压缩机的雾化空气管线及截断阀和单流阀,来自平台水源的水管线及控制阀,以及柴油助燃管线及控制阀。

3.2  点火头

    一般燃烧喷头都有独自的气/油引火和点火系统,安装在燃烧喷嘴下,通过火花塞点燃助燃点火头,长明火焰保持在燃烧喷头和冷却水之间。在测试启始阶段,点火嘴通常需要压力为15~20 psi丙烷或任何萁它的储存源气体,点燃后可从分离器获取点火天然气。当天然气供给量超过1MMSCF/d,由于天然气流出喷嘴时体积膨胀,流速非常高,使得气流温度急剧下降,达不到天然气点火温度而熄火。

3.3雾化喷嘴回压

    雾化喷头中喷嘴尺寸大小会影响雾化效果,一般尺寸越小,喷嘴回压越高,压力雾化效果越好,物化颗粒越小。回压可以在分离器油管线或者燃烧臂前监测,当回压低时可将产液导入储罐并通过泵送到生物质燃烧机以达到较好的燃烧效果,或调整雾化喷嘴数目及尺寸,或将部分分离器天然气导入油管线以提高回压。一般雾化喷嘴处压力约为120 psi,对于高产量可在300 psi左右。

3.4水喷淋及注水量

    当开始有烟时,缓慢打开注入水控制阀。当一定量的水注入火焰时,将会看到只有小束灰色到棕色的烟。建议允许火焰有一定量的烟形成。当水注入速度太高时,将会产生大量灰色的烟,而且可能会灭火。过多的冷却水将引起滴油,因此建议冷却水量控制在油产量的1.5倍同时水压维持在150~240 psi之间。

3.5  雾化空气量

    压缩空气供气量影响燃烧喷嘴雾化效果嘲,分别出现洁净燃烧区、灰烟区、黑烟区、脱火区,一般雾化空气用量较大,需配置800或1250SCFM的压风机。其用量可以参考燃料量与压缩空气用量的关系图观图2),或者通过空气用量计算公式计算:SG2X 178. 039 lj13/lj13。理想的空气/原油比例为20%~ 40%,实际应用中一般在10%~20%之间。也可考虑使用分离器中天然气作为雾化剂。

3.6重油、油基泥浆、返排液的燃烧

    影响燃烧的原油物性因素包括化学成介、黏度以及含水率。生物质燃烧机的标准处理量一般是指重度35。以下的轻质油。考虑到重油、油基泥浆、返排液、罐底物,一般黏度较大、燃料少,最好采用专门的泥浆生物质燃烧机。3个雾化头中有1个专门的泥浆+柴油雾化头以及2个助燃柴油雾化头或者直接使用天然气。在生物质燃烧机下部安装集液盘收集不可燃烧液体,同时泥浆+柴油雾化头旁安装2个点火头确保点火成功。增加柴油是保证普通生物质燃烧机碳氢化合物含量占总体积的60%以上且混合均质,也可以考虑产液特别是稠油加热的方法来改进原油物性。

3.7  噪音及热辐射危害

    燃烧时热辐射可能导致喷嘴局部变形、点火系统工作失灵、操作人员难以靠近,严重的可能烧毁烧塌生物质燃烧机或者对平台局部设备设施造成损坏。根据标准当辐射量为440 Btu/hr/舻时为裸露皮肤无伤害的上限,当辐射量为1500 Btu/hr/ft2时为API RP521推荐的油田工人防护服工作上限。定时检测平台受热甲板边缘的空气温度,当温度大于50℃时应采取冷却措施包括强化水喷淋系统或延长燃烧点距离等措施直至关井。

    据统计,75 dB为人体耳朵舒适度上限,105 dB永久损害听觉,120 dB在这种环境下呆超过1 min即会产生暂时耳聋。

4  结论与认识

    目前.生物质燃烧机在海外油田得到成功应用。同时在应用中还存在若干问题,包括:喷嘴结构及雾化机理认识不清,雾滴气化过程及效果不清,热辐射及噪音的预测,压缩空气用量需要优化,陆上燃烧喷淋水用量太大,无现场监测及控制系统,点火系统故障率高,返排初期或高含水燃烧难解决,稠油燃烧效率有待改进,油滴飘落污染池边土壤以及一些结构上的一些问题等。

    由此,有必要对生物质燃烧机展开进一步研究,以便研发新一代无水高效生物质燃烧机,以满足海上和陆地日益严格的环保要求同时实现现场的方便及经济应用。

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点击次数:  更新时间:2018-06-13 22:11:15  【打印此页】  【关闭