Устройство для автоматического поджигания газа

 

Изобретение относится к нейтрализации горючих токсичных сред методом сжигания и предназначено для поджигания газовых выбросов при аварийном разрыве действующих трубопроводов. Устройство позволяет обеспечить поджигание газа в любой точке контролируемого участка трубопровода в любой момент времени. Устройство содержит сигнализатор 1, электрозапальную систему 5 электрозапалов, подключенные через блок 4 управления к источнику электроэнергии. Электрозапалы установлены в ряд по периметру контролируемого участка трубопровода, причем, расстояние между электрозапалами в ряду, электрозапалами и поверхностью земли и между горизонтальными проекциями оси трубопровода и ряда электрозапалов определены из условия: 3,0-4,0(P<SP POS="POST">.</SP>D<SB POS="POST">у</SB>°<SP POS="POST">,25</SP>, где P - рабочее давление (МПа), D<SB POS="POST">у</SB> - условный диаметр трубопровода (м), а сигнализатор выполнен в виде разрывного проводника, установленного над трубопроводом зигзагообразно. 2 ил. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 F 23 Q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4634314/24-06 (22) 09.01.89 (46) 23.12.90. Бюл. № 47 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) Г.Л. Гендель, В.А. Малышкин и И.А. Рыбин (53) 621.182.326 (088.8) (56) Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И.

Факельные установки. — М.: Химия, 1979, с. 34, 35.

Зоткин В.И. Автоматизация и контрольно-измерительные приборы: Реферативный сб. ЦНИИГЭнефтехим, 1973, № 2, с. 18 — 20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДЖИГАНИЯ ГАЗА (57) Изобретение относится к нейтрализации горючих токсичных сред методом сжигания и предназначено для поджигания газовых

„„SU „„1615479 A 1

2 выбросов при аварийном разрыве действующих трубопроводов. Устройство позволяет обеспечить поджигание газа в любой точке контролируемого участка трубопровода в любой момент времени. Устройство содержит сигнализатор 1, электрозапальную систему 5 электрозапалов, подключенные через блок 4 управления к источнику электроэнергии. Электрозапалы установлены в ряд по периметру контролируемого участка трубопровода, причем расстояние между электрозапалами в ряду, электрозапалами и поверхностью земли и между горизонтальными проекциями оси трубопровода и ряда электрозапалов определены из условия:

3,0 — 4,0(P 0„)" 5, где Р— рабочае давление (МПа), 0 — условный диаметр трубопровода (м), а сигнализатор выполнен в виде разрывного проводника, установленного над трубопроводом зигзагообразно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

16 з

Изобретение касается нейтрализации горючих токсичных сред методом сжигания и предназначено для поджигания газовых выбросов при аварийном разрыве действуюц1их трубопроводов, транспортирующих токс ич кое с ырье.

Целью изобретения является повышение

Надежности автоматического поджигания газа.

На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг, 2 — то же, поперечный разрез.

Устройство для автоматического поджигания газа содержит сигнализатор 1 в виде разрывного проводника, расположенного между трубопроводом 2 и поверхностью земли зигзагообразно в горизонтальной плоскости, с шириной и шагом укладки зигзага, равным соответственно ширине и удвоенной ширине траншеи. Разрывной проводник может быть расположен, например, на середине расстояния от трубы до поверхности земли и закреплен в вершинах зигзага специальными стержнями 3. Разрывной проводник электрически связан через блок 4 управления с трансформатором (не показано) и воздушной системой 5 электрозапалов, расположенных по периметру контролируемого участка трубопровода 2. Система 5 состоит из ряда электрозапалов 6, подвешенных на двухпроводной электролинии 7, проложенной по изоляторам 8, опор 9.

В качестве электрозапалов 6 могут быть использованы малогабаритные электроискровые зажигалки.

Величина расстояния а между осью трубопровода и горизонтальной проекцией ряда электрозапалов, от электрозапалов до поверхности земли и между электрозапалами в ряду лежит в диапазоне а=3 — 4 (PD„O (q) где P u D — рабочее давление и условный диаметр трубопровода соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Аварийный разрыв трубопровода 2 и разрыв при выбросе грунта сигнализатора 1 (разрывного проводника), включенного в цепь блока 4 управления, приводит к подаче электроэнергии с транформатора в воздушную систему 5 с электрозапалами 6, обеспечивая поджигание выброса горючих газов и паров. После поджигания выброса система электрозапалов обесточивается с помощью реле времени. Схема расположения разрывного проводника для контроля разрыва трубопровода является наиболее предпочтительной потому, что подземное расположение проводника обеспечивает его сохранность от случайных повреждений, которые могут возникнуть при расположении его на поверх.ности. Выбранная форма укладки продиктована наибольшей вероятностью его разрыва выбросом грунта при разрыве трубопровода.

154?9

В свободные концы модельного участка

ЗО трубопровода путем открытия пробкового крана подавали сжатый газ (азот) под давлением до 1,2 кГ/см (0,12 МПа). При этом происходил разрыв увлажненной в грунте бумаги, герметизирующей стык ПВХ трубки, т.е. разрыв модельного участка трубопро 5 вода с выбросом грунта и образованием струи истекающего из трубопровода газ а.

Определяли расстояние от условной точки истечения газа в атмосферу до поперечного сечения струи, в котором концентрация горю40 чего газа в воздухе достигает верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ) — в объемных долях 15О" по метану, а также расстояние до поперечного сечения струи, в котором концентрация горючего газа в воздухе достигает нижнего кон45 центрационного предела воспламенения (НКПВ) — в объемных долях 5,0Я по метану, В связи с тем, что вместо горючего газа (метана) в модель газопровода подавали азот, -концентрацию горючего газа (азота)

50 в струе аварийного выброса определяли косвенным методом путем определения концентрации кислорода. При рассеивании струи азота в атмосфере концентрация в ней азота уменьшается и, соответственно, концентрация кислорода увеличивается. Пересчетом концентраций кислорода и азота определяли поперечные сечения струи, в которых кислорода 17 8Я (что соответствует

15Я горючего газа ВКПВ) и 19 9О (что

4

Пример. Определение оптимального расположения электрозапалов относительно трубопровода производили экспериментально в лабораторных условиях. Исследования производили на экспериментальной модели действующего трубопровода, воспроизводящей основные условия испытаний с учетом масштабного фактора.

Аварийный разрыв трубопровода моделировали с помощью участка трубопровода из поливинилхлоридной трубки с внутренним диаметром 4,0; 6,0; 8,0 и 10 мм, прикрепленной капроновой нитью к стальной струне диаметром соответственно 0,85; 1,20; 1,60 и 2,20 мм для обеспечения упругих свойств трубки, соответствующих условиям испытаний. Две таких трубки с предварительно заклеенным тонкой бумагой стыком, укладывали в специальный грунт.

Модельный грунт в процессе испытаний готовили из крупно-зернистого (1,0...1,8 мм) кварцевого песка путем смачивания его и тщательного перемешивания с небольшим количеством водного раствора полиакриламида (ПАА) и натрий карбоксиметилцеллюлозы (МаКМЦ): 1 ч. 8Я ПАА на 4 ч.

Л/аКМЦ, растворенные в воде до вязкости

10 — 12 с, для обеспечения необходимых механических свойств грунта и предотвращения его разбрасывания струей сжатого газа.

1615479

45

55

5 соответствует 5О горючего газа в воздухе

НКПВ). При этом пробы газа отбирали по точкам подвижной координатной сетки, выполненной в виде рамки с натянутыми капроновыми нитями, расположенной параллельно оси трубопровода и перемещаемой по нормали к этой оси. Концентрации кислорода в пробах газа определяли автоматическим газоанализатором типа «Флюорит».

После определения зоны струи, в которой горючий газ способен воспламеняться и стабильно гореть, путем расположения в этой зоне по координатной сетке определенного количества стандартных электрозапалов определяли их количество, которое при расположении на определенном расстоянии от Оси трубопровода (по горизонтали и вертикали) обеспечивает с принятой степенью вероятности зажигание струи горючей газовоздушной смеси. Путем равномерного распределения электрозапалов на участке между сечениями в струе газа от ВКПВ до НКПВ определяли расстояния между электрозапалами. При этом исследования проводили при самом неблагоприятном направлении струи газового выброса — по оси трассы трубопровода.

Расстояние а от электрозапалов до оси трубопровода, до горизонтальной проекции ряда электрозапалов, от электрозапалов до поверхности земли и между электрозапаламн в ряду в каждой группе опытов (при одном и том же давлении и диаметре трубопровода), обеспечивающие наибольшую вероятность зажигания газового выброса, практически равны.

Результаты исследований, усредненные по группам опытов, представлены в табл. 1.

Производили также анализ условий и основных параметров выбросов газа при аварийных разрывах действующих трубопроводов предприятий добычи и транспорта газа.

Этот анализ показывает, что средние значения расстояний а должны иметь определенный диапазон значений, зависящий от степени воздействия на систему зажигания внешних негативных факторов, например, обусловливающих интенсивность теплоотвода в окружающую среду в период действия электрозапалов (ветер, осадки, песчаные бури, гололед, снижение температуры воздуха ) и высоты снежнего покрова. На основе сравнительного анализа расчетных значений расстояний а; вычисленных в зависимости от основных параметров аварийных газовых выбросов (с учетом воздействия и отсутствия внешних негативных факторов), и величин расстояний а, определенных экспериментально, диапазон оптимальных значений расстояний а при заданном диаметре (D ) и давлении (Р) принят в пределах произведения переменного числового коэффициента, изменяющегося от 3,0 до 4,0, на найденную з авис имость, причем в условиях наличия внешних негативных факторов принимается

6 меньшее значение параметра а, при их отсутствии — большее.

Таким образом, оптимальные значения параметра а описываются эмпирической формулов (1), с помощью которой следует определять их значения при проектировании системы зажигания.

Проверку диапазона значений зависимости а проводи,пи в полевых условиях.

Имитацию аварийного выброса газа производили с помощью трубопровода

Я400 мм, проложенного на глубине 0,8 м от поверхности. Торец (срез) трубопровода перекрывался разрывной мембраной, разрывавшейся при давлении газа в трубопроводе, равном 1,0 МПа.

Электрозапалы (=,àæèãàëêè) развешивали над заглушенным мембраной торцом трубопровода на расстояниях, вычисленных с помощью найденной зависимости, но с более широким диапазоном значения цифрового коэффициента.

Производили выбросы газа и его поджигание при различных метеоусловиях, и ричем размещение электрозапалов изменялось От а=10(PD )О." до А=60 (РП )0 25

Ф

Надежность зажигания выбросов при различных расстояниях расположения электрозапалов а над срезом трубопровода фиксировали в процентах удачных попыток поджигания выброса к общему числу попыток, составлявшему 10 попыток (при каждом расстоянии) .

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Результаты проверки диапазона значений найденной заьнсимости для вычисления расстояния а расположения электрозапдлов над трубопроводом показали, что 100Яное зажигание выбросов происходит в диапазоне цифрового множителя, равного 3- 4.

Другие цифровые множители найденной зависимости уменьшают вероятность зажигания газового выброса.

При проведении исследований на установке и при изучении условий и основных параметров аварий на действующих трубопроводах анализировали также основные размеры выемок, образующихся при аварийном разрыве трубопровода в зависимости от диаметра трубопровода, давления в нем транспортируемой средь и механических свойств грунта. Наиболее рациональная схема расположения сигнализэторов — зигзагообразная укладка в горизонтальной плоскости с шириной и шагами укладки зигзага, равными соответственно ширине и удвоенной ширине траншеи, сооружаемой в грунте для укладки трубопровода. Другие схемы располсжения сигнализатора, например, предусматривающие расположение его в виде нескольких разрывных нитей (продольных) или по спирали вокруг трубопровода, требуют значительно больших затрат при мочтаже и ремонте сигнализатора, так как

1615479

7 обусловливают необходимость производства работ на полностью вывешенном трубопрооде, что требует выполнения больших объеов земляных работ.

Результаты анализа размеров, выемок в рунте, образующихся при разрыве труборовода, показывают, что шаг зигзагообазной укладки проводника датчика, равый удвоенной ширине траншеи, необходим достаточен для обеспечения его разрыва вероятностью не менее 0,999, поскольку 10 стройство для зажигания относится по стеени ответственности к первой группе техических средств, отказы которых опасны ля жизни людей.

Меньшие значения шага укладки провод15 ика-датчика не являются необходимыми и кономически нерациональны.

Использование устройства для автоматиеского поджигания газа обеспечивает поджигание токсичных горючих паров и газов, выделяющихся в результате аварийного 20 разрыва трубы в любом месте протяженного контролируемого участка трубопровода и в любой момент времени. Сгорание токсичных газов и паров снижает токсичность вредных веществ в выбросе и обеспечивает эффективное рассеивание продуктов сгорания в ,верхних слоях атмосферы, что по результаФормула изобретения

Таблица 1

Диаметры трубопроводов, м (давление постоянное) Показатель

0,40 0,52 0,72 1,02 1,22 1,42

4,70

5,00

Расстояние а, Та блица 2

Цифровой коэффициент

1 l (I

Показатели

1 2 3 3,5 4 5 6

2,4 2,8 3,2 4,0 4,8 му количеству попыток поджигания, 7

80 90 100 100 100 90 80

Расстояние а, м 0,8 1,6

Надежность зажигания к обц е8 там расчетов и экспериментальных исследований исключает образование опасной для жизни людей и животных загазованности приземного слоя атмосферы на прилегающей к трубопроводу территории.

1. Устройство для автоматического поджигания газа при разрыве контролируемого участка трубопровода, расположенного в зем ле, содержащее источник электроэнергии и сигнализатор, соединенный с блоком управления, связанным с системой электрозапалов, отличающееся тем, что, с цлью повышения надежности, электрозапалы установлены в ряд по периметру контролируемого участка, причем величина расстояния между элек розапалами в ряду, электрозапалами и поверхностью земли, между осью трубопровода и горизонтальной проекцией ряда электрозапалов лежит в диапазоне, равном 3 — 4 (P-..D )o> 5, где P — рабочее давление сре " Ф ды в трубопроводе, D — условный диаметр трубопровода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сигнализатор выполнен в виде разрывного проводника, расположенного зигзагообразно в земле над трубопроводом.

5,40 5,90 6,20 6,40

1615479

Составитель И. Аксенов

Редактор Н. Рогулич Техред А. Кравчук Корректор А. Осауленко

Заказ 3976 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород. ул. Гагарина, 101