RU2808323C1 - Method and device for heating pipeline with associated petroleum gas - Google Patents

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention is related to heating means in which combustion occurs inside pipes that form a single unit with the body of the heating means, in particular, to devices and methods for heating a pipeline with associated petroleum gas (APG). The device has been developed for heating a pipeline with associated petroleum gas, containing a cylindrical housing, a pipeline heating unit located inside the housing, an ignition unit located inside the housing, and a gas supply unit. The cylindrical body is designed to be connected to a pipeline. The heating block is a series of burners located around the pipeline. The catalyst unit is located inside a cylindrical housing around the piping between the piping and the heating unit. The ignition unit is a glow plug; the gas supply unit is configured to mix associated petroleum gas and air in a given ratio.

EFFECT: possibility of efficient and environmentally friendly utilization of associated petroleum gases of various compositions.

2 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области нагревательных средств, в которых горение происходит внутри труб, составляющих единое целое с корпусом нагревательного средства, в частности, к устройствам и способам обогрева трубопровода попутным нефтяным газом (ПНГ).The invention relates to the field of heating means in which combustion occurs inside pipes that form a single unit with the body of the heating means, in particular, to devices and methods for heating a pipeline with associated petroleum gas (APG).

Уровень техникиState of the art

Известен подогреватель нефти, нефтяной эмульсии и тяжелых нефтяных эмульсий (RU74190U1, опубл. 2008.06.20). Известный подогреватель нефти, нефтяной эмульсии и тяжелых нефтяных эмульсий, характеризуется тем, что он имеет горизонтально вытянутый цилиндрический корпус, заполненный промежуточным теплоносителем, в среде которого размещены прикрепленные к корпусу с помощью фланцев топочная камера U-образной формы, в которую вварены поперечные переточные трубы и расположенный над ней, по меньшей мере, один продуктовый трубчатый змеевик в виде ряда секций, смещенных относительно друг друга, горелочное устройство, дымовую трубу и расширительный бак, топочная камера U-образной формы, в которую вварены поперечные переточные трубы максимального диаметра таким образом, что образуют спираль внутри топочного пространства, способствующую турбулизации (закручиванию) потоков дымовых газов с целью интенсификации теплообмена и наиболее полного использования энергии горения в конвективном теплообмене.A known heater for oil, oil emulsions and heavy oil emulsions (RU74190U1, publ. 2008.06.20). The known heater of oil, oil emulsion and heavy oil emulsions is characterized by the fact that it has a horizontally elongated cylindrical body filled with an intermediate coolant, in the environment of which there is a U-shaped combustion chamber attached to the body by means of flanges, into which transverse transfer pipes and located above it is at least one product tubular coil in the form of a number of sections offset relative to each other, a burner device, a chimney and an expansion tank, a U-shaped combustion chamber into which transverse transfer pipes of maximum diameter are welded so that form a spiral inside the combustion space, promoting turbulization (swirling) of flue gas flows in order to intensify heat exchange and make the most complete use of combustion energy in convective heat exchange.

Однако в известном решении используется промежуточный теплоноситель, не используется катализатор, не раскрыто использование ПНГ.However, the known solution uses an intermediate coolant, does not use a catalyst, and does not disclose the use of APG.

Известен подогреватель жидких и газообразных сред (RU2696160C1, опубл. 2019.07.31). Известное решение относится к устройствам для нагрева различных жидких и газообразных продуктов, в том числе нефти, воды, газа и их смесей, а именно к подогревателям с промежуточным теплоносителем, и может быть использовано в нефтяной, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Подогреватель жидких и газообразных сред содержит корпус, внутри которого размещены топочное устройство с температурным компенсатором, во внутреннем пространстве которого установлена, по меньшей мере, одна оребренная переточная труба и, расположенный с внешней стороны топочного устройства, по меньшей мере, один наружный продуктовый трубчатый змеевик, выполненный в форме цилиндрической спирали, а также горелочное устройство и дымовую трубу, размещенные на концах топочного устройства. наружный продуктовый трубчатый змеевик выполнен в форме цилиндрической спирали, переточные трубы оребрены, и оси корпуса, топочного устройства и наружного продуктового змеевика расположены параллельно. Технический результат заключается в увеличении теплопередачи от горелочного устройства к промежуточному теплоносителю, от промежуточного теплоносителя к продуктовому змеевику, а также от продуктового змеевика к нагреваемому продукту.A heater for liquid and gaseous media is known (RU2696160C1, publ. 2019.07.31). The known solution relates to devices for heating various liquid and gaseous products, including oil, water, gas and their mixtures, namely heaters with an intermediate coolant, and can be used in oil, petrochemical, gas and other industries. The heater of liquid and gaseous media contains a housing, inside of which there is a combustion device with a temperature compensator, in the internal space of which at least one finned transfer pipe is installed and, located on the outside of the combustion device, at least one external product tubular coil, made in the shape of a cylindrical spiral, as well as a burner device and a chimney located at the ends of the combustion device. The outer product tubular coil is made in the form of a cylindrical spiral, the transfer pipes are finned, and the axes of the housing, the combustion device and the outer product coil are located in parallel. The technical result consists in increasing heat transfer from the burner device to the intermediate coolant, from the intermediate coolant to the product coil, and also from the product coil to the heated product.

Однако в известном решении используется промежуточный теплоноситель, не используется катализатор, не раскрыто использование ПНГ.However, the known solution uses an intermediate coolant, does not use a catalyst, and does not disclose the use of APG.

Известен выбранный в качестве прототипа блок утилизатор-рекуператор попутного нефтяного газа (RU118400U1, опубл. 2012.07.20). Известное решение относится к теплоэнергетическому оборудованию нефтяной отрасли. Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и эффективности использования попутного нефтяного газа с получением дополнительного источника тепла за счет теплопередачи через разделяющую твердую стенку от горящего газа рабочему агенту (теплоносителю). Блок утилизатор-рекуператор попутного нефтяного газа содержит корпус, с установленными входным и выходным патрубками и завихритель. Выходных патрубков по меньшей мере два, а в корпусе, в смонтированном внутри завихрителе размещена топка открытого типа, в которой установлен факельный оголовок, соединенный с патрубком для входа газа.The associated petroleum gas recovery unit selected as a prototype is known (RU118400U1, published 2012.07.20). The known solution relates to thermal power equipment in the oil industry. The technical result consists in simplifying the design, increasing the reliability and efficiency of using associated petroleum gas with obtaining an additional heat source due to heat transfer through the separating solid wall from the burning gas to the working agent (coolant). The associated petroleum gas recovery-recuperator unit contains a housing with installed inlet and outlet pipes and a swirler. There are at least two outlet pipes, and in the housing, in the swirler mounted inside, there is an open-type firebox, in which a flare tip is installed, connected to the gas inlet pipe.

Однако в известном решении не используется катализатор, не раскрыто использование ПНГ, а также условия его горения.However, the known solution does not use a catalyst; the use of APG, as well as the conditions for its combustion, are not disclosed.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

В одном аспекте раскрыто устройство для обогрева трубопровода попутным нефтяным газом, содержащее:In one aspect, a device for heating a pipeline with associated petroleum gas is disclosed, comprising:

- цилиндрический корпус;- cylindrical body;

- блок нагрева трубопровода, расположенный внутри корпуса;- pipeline heating unit located inside the housing;

- блок поджигания, расположенный внутри корпуса;- ignition unit located inside the housing;

- блок подвода газа;- gas supply unit;

характеризующееся тем, чтоcharacterized by the fact that

- цилиндрический корпус выполнен с возможностью соединения с трубопроводом;- the cylindrical body is designed to be connected to the pipeline;

- блок нагрева представляет собой ряд горелок, расположенных вокруг трубопровода; - the heating block is a series of burners located around the pipeline;

- блок катализатора расположен внутри цилиндрического корпуса вокруг трубопровода между трубопроводом и блоком нагрева, при этом блок катализатора представляет собой либо сетку с нанесенным катализатором, установленную вокруг трубопровода и закрепленную в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода, либо блок катализатора представляет собой пористый материал с нанесённым катализатором, установленный вокруг трубопровода и закрепленный в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода; - the catalyst block is located inside a cylindrical housing around the pipeline between the pipeline and the heating block, wherein the catalyst block is either a mesh with an applied catalyst installed around the pipeline and fixed in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline, or the catalyst block is a porous material with applied catalyst, installed around the pipeline and secured in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline;

- блок поджигания представляет собой свечу накаливания, выполненную с возможностью обеспечивать температуру воспламенения от 490 до 1000°С,- the ignition unit is a glow plug designed to provide an ignition temperature from 490 to 1000°C,

- блок подвода газа выполнен с возможностью смешивания попутного нефтяного газа и воздуха в заданном соотношении, чтобы количество попутного нефтяного газа составляло от 3 до 10,48% от общего объема,- the gas supply unit is designed with the ability to mix associated petroleum gas and air in a given ratio, so that the amount of associated petroleum gas ranges from 3 to 10.48% of the total volume,

- выходное отверстие для вывода нагретого газа, содержащего пары воды и углекислый газ.- an outlet for removing heated gas containing water vapor and carbon dioxide.

В другом аспекте раскрыт способ для обогрева трубопровода попутным нефтяным газом, содержащий этапы, на которых:In another aspect, a method for heating a pipeline with associated petroleum gas is disclosed, comprising the steps of:

- готовят газовую смесь;- prepare a gas mixture;

- поджигают газовую смесь в корпусе, охватывающем трубопровод;- ignite the gas mixture in the housing enclosing the pipeline;

характеризующийся тем, чтоcharacterized by the fact that

- готовят газовую смесь из попутного нефтяного газа и воздуха, причем количество попутного нефтяного газа составляет от 3 до 10,48% от общего объема;- prepare a gas mixture from associated petroleum gas and air, and the amount of associated petroleum gas ranges from 3 to 10.48% of the total volume;

- через ряд горелок запускают газовую смесь в цилиндрический корпус, охватывающий нагреваемый участок трубопровода;- the gas mixture is launched through a series of burners into a cylindrical body enclosing the heated section of the pipeline;

- осуществляют поджиг газовой смеси при температуре от 490 до 1000°С посредством свечи накаливания;- the gas mixture is ignited at a temperature from 490 to 1000°C using a glow plug;

- выводят нагретый газ, содержащий пары воды и углекислый газ, через выходное отверстие, - heated gas containing water vapor and carbon dioxide is removed through the outlet,

при этом между рядом горелок и трубопроводом размещают блок катализатора, при этом блок катализатора представляет собой либо сетку с нанесенным катализатором, установленную вокруг трубопровода и закрепленную в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода, либо блок катализатора представляет собой пористый материал с нанесённым катализатором, установленный вокруг трубопровода и закрепленный в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода.wherein a catalyst block is placed between the row of burners and the pipeline, wherein the catalyst block is either a mesh with a catalyst applied, installed around the pipeline and fixed in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline, or the catalyst block is a porous material with a catalyst applied, installed around the pipeline and secured in the housing so as to ensure uniform distance to the pipeline.

Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является эффективная и экологичная утилизация ПНГ.The main problem solved by the claimed invention is the efficient and environmentally friendly disposal of APG.

Сущность изобретения заключается в том, что ПНГ смешивают с воздухом в заданном соотношении, направляют к ряду горелок, расположенных вокруг трубопровода, и воспламеняют с помощью свечи накаливания. При этом между трубопроводом и горелками располагают слой катализатора, который обеспечивает полное сгорание ПНГ и вывод в качестве продуктов горения лишь углекислого газа и воды.The essence of the invention is that APG is mixed with air in a given ratio, directed to a series of burners located around the pipeline, and ignited using a glow plug. In this case, a catalyst layer is placed between the pipeline and the burners, which ensures complete combustion of APG and the removal of only carbon dioxide and water as combustion products.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в эффективной и экологичной утилизации попутных нефтяных газов разных составов.The technical result achieved by the solution is the efficient and environmentally friendly utilization of associated petroleum gases of various compositions.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 показывает заявленное изделие на трубопроводе и его разрез.Fig. 1 shows the claimed product on the pipeline and its section.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

ПНГ является ценным ресурсом, но при этом он усложняет добычу нефти, так как способствует повышению частоты выхода нефтедобывающего оборудования из строя, усложняет процесс добычи. В этой связи требуется откачивать ПНГ из скважин, но не всегда при этом есть возможность его экологичной и эффективной утилизации.APG is a valuable resource, but at the same time it complicates oil production, as it increases the frequency of oil production equipment failures and complicates the extraction process. In this regard, it is necessary to pump out APG from wells, but it is not always possible to dispose of it in an environmentally friendly and efficient manner.

Наиболее технологически разработанным и доступным способом утилизации ПНГ является сжигание в факелах или в тепловых энергетических установках, например, котельных агрегатах и газотурбинных установках.The most technologically developed and accessible method of APG utilization is combustion in flares or in thermal power plants, for example, boiler units and gas turbine units.

Ввиду специфики свойств и состава ПНГ, сжигание его в котельных агрегатах сопровождается необходимостью обеспечения калорийности самого газа и стабильности осуществления процесса. Так отклонения практической удельной теплоты сгорания газа в котле от расчетных значений снижают КПД процесса и негативно влияют на полноту процесса горения. Для поддержания оптимальной концентрации кислорода в продуктах сгорания и устранения оксида углерода применяется способ оптимизации процесса горения в котле, основанный на регулировании расхода воздуха. Однако, указанный подход имеет существенные ограничения ввиду необходимости предварительного подбора и определения оптимального количества кислорода в дымовых газах, что практически неосуществимо по причине нестабильности состава используемого газа. Due to the specific properties and composition of APG, its combustion in boiler units is accompanied by the need to ensure the caloric content of the gas itself and the stability of the process. Thus, deviations of the practical specific heat of combustion of gas in the boiler from the calculated values reduce the efficiency of the process and negatively affect the completeness of the combustion process. To maintain optimal oxygen concentration in combustion products and eliminate carbon monoxide, a method is used to optimize the combustion process in the boiler, based on regulating air flow. However, this approach has significant limitations due to the need for preliminary selection and determination of the optimal amount of oxygen in the flue gases, which is practically impossible due to the instability of the composition of the gas used.

Также одним из методов утилизации ПНГ является использование его в качестве топлива для газо-поршневых установок, в том числе, на газо-поршневых электростанциях. В этом случае необходимо учитывать возможность детонации топливной смеси в цилиндрах установок, другие эксплуатационные недостатки использования ПНГ в поршневых двигателях.Also, one of the methods of APG utilization is its use as fuel for gas piston plants, including gas piston power plants. In this case, it is necessary to take into account the possibility of detonation of the fuel mixture in the cylinders of the installations, and other operational disadvantages of using APG in piston engines.

Однако ввиду небольшого количества затрубного нефтяного газа, зависящего от газосодержания пластового флюида, технологических особенностей применяемого метода добычи и других параметров, обустройство системы сбора и утилизации накапливаемого в затрубном пространстве газа на малых месторождениях зачастую экономически нецелесообразно, а стравливание его в атмосферу, как было указано ранее, может привести к необходимости выплаты штрафов. However, due to the small amount of annular oil gas, which depends on the gas content of the formation fluid, the technological features of the production method used and other parameters, the arrangement of a system for collecting and utilizing gas accumulated in the annular space in small fields is often not economically feasible, and venting it into the atmosphere, as indicated earlier may result in the need to pay fines.

Таким образом, важной задачей стоит необходимость разработки агрегатов малой мощности для полезной утилизации затрубного газа на промысле, способствующих не только применению газа в качестве энергоресурса, но и минимизации вредных выбросов.Thus, an important task is the need to develop low-power units for the useful utilization of annular gas in the field, facilitating not only the use of gas as an energy resource, but also minimizing harmful emissions.

Авторами предлагается устройство обогрева трубопровода, основной принцип которого основан на каталитическом окислении затрубного нефтяного газа с получением тепла, которое можно использовать для обогрева трубопровода, осуществляющего перекачку пластового флюида (или иной текучей среды: воды, газа) и, как следствие, позволит не только повысить степень полезной утилизации ПНГ, но и улучшит эксплуатационные характеристики транспортируемой жидкости. The authors propose a pipeline heating device, the main principle of which is based on the catalytic oxidation of annular oil gas to produce heat, which can be used to heat the pipeline pumping formation fluid (or other fluid: water, gas) and, as a result, will not only increase the degree of useful utilization of APG, but will also improve the operational characteristics of the transported liquid.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1, на которой:The diagram of the proposed device is shown in Fig. 1, on which:

1 – трубопровод,1 – pipeline,

2 – сетка с катализатором,2 – mesh with catalyst,

3 – горелки,3 – burners,

4 – корпус устройства обогрева,4 – heating device housing,

5 – свеча накаливания.5 – glow plug.

Важным требованием к разработанному устройству является необходимость обеспечения простой, безопасной, надежной и бесперебойной системы поджига, конструкция которой не допускает сбоя процесса горения в широком диапазоне состава горючей смеси. Для обеспечения надежной работы необходимо учитывать, то, что состав ПНГ различных месторождений варьируется в широких пределах (таблица 1). An important requirement for the developed device is the need to provide a simple, safe, reliable and uninterrupted ignition system, the design of which does not allow failure of the combustion process in a wide range of combustible mixture compositions. To ensure reliable operation, it is necessary to take into account that the composition of APG from different fields varies widely (Table 1).

Таблица 1. Состав попутного нефтяного газа трех месторождений, % об.Table 1. Composition of associated petroleum gas from three fields, % vol.

ПНГ 1PNG 1 ПНГ 2PNG 2 ПНГ 3PNG 3 СН4CH4 14,7614.76 3,713.71 29,9129.91 С2Н6С2Н6 5,555.55 4,014.01 6,116.11 С3Н8С3Н8 4,644.64 5,35.3 13,4513.45 С4Н10С4Н10 2,402.40 3,943.94 6,576.57 С5Н12S5H12 1,321.32 1,651.65 2,652.65 С6Н14S6H14 1,011.01 0,430.43 0,970.97 Н2SH2S 0,260.26 0,520.52 0,640.64 CO2CO2 0,030.03 3,873.87 00 N2N2 70,0370.03 76,5776.57 39,7039.70

С целью обеспечения непрерывности горения необходимо соблюдение важного условия – поддержание соотношения между топливом и окислителем. Так, при снижении доли топливной смеси относительно стехиометрического состава возрастают потери тепла из зоны пламени на нагрев избытка компонента, что приводит к уменьшению скорости распространения пламени, снижению теплового эффекта реакции и повышению скорости охлаждения зоны горения. При подаче бедных смесей (в случае снижения количества горючего) или богатых (недостаток окислителя), в которых соотношение топливо:окислитель выше критического пламя гаснет на некотором расстоянии от места его инициирования или смесь невозможно поджечь за счет внешнего источника тепла.In order to ensure continuity of combustion, an important condition must be met - maintaining the ratio between fuel and oxidizer. Thus, with a decrease in the proportion of the fuel mixture relative to the stoichiometric composition, heat loss from the flame zone to heat the excess component increases, which leads to a decrease in the rate of flame propagation, a decrease in the thermal effect of the reaction and an increase in the cooling rate of the combustion zone. When feeding lean mixtures (in case of a decrease in the amount of fuel) or rich mixtures (lack of oxidizer), in which the fuel:oxidizer ratio is higher than the critical one, the flame goes out at some distance from the place of its initiation or the mixture cannot be ignited by an external heat source.

Как правило, в литературных источниках экспериментальные данные по концентрационным пределам горения приведены для индивидуальных углеводородных газов, в то время как для разнородных по составу ПНГ такие данные отсутствуют.As a rule, in the literature, experimental data on the concentration limits of combustion are given for individual hydrocarbon gases, while such data are not available for APGs of different compositions.

Авторами определены концентрационные пределы воспламенения углеводородного газа сложного состава (таблица 2).The authors determined the concentration limits of ignition of hydrocarbon gas of complex composition (Table 2).

Таблица 2 table 2

ПараметрParameter ПНГ 1PNG 1 ПНГ 2PNG 2 ПНГ 3PNG 3 Нижний концентрационный предел горючей части ПНГ, об. %Lower concentration limit of the flammable part of APG, vol. % 2,962.96 2,342.34 2,932.93 Верхний концентрационный предел горючей части ПНГ, об. %Upper concentration limit of the flammable part of APG, vol. % 11,9811.98 10,4810.48 11,7211.72 Коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе горючей частиExcess air coefficient at the lower concentration limit of the combustible part 2,102.10 2,672.67 2,132.13 Коэффициент избытка воздуха на верхнем концентрационном пределе горючей частиExcess air coefficient at the upper concentration limit of the combustible part 0,470.47 0,550.55 0,480.48 Нижний концентрационный предел забалластированного ПНГ, об. %Lower concentration limit of ballasted APG, vol. % 2,612.61 3,573.57 1,541.54 Верхний концентрационный предел забалластированного ПНГ, об. %Upper concentration limit of ballasted APG, vol. % 3,123.12 4,664.66 1,631.63 Коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе забалластированного ПНГExcess air coefficient at the lower concentration limit of ballasted APG 1,991.99 1,311.31 3,883.88 Коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе забалластированного ПНГExcess air coefficient at the lower concentration limit of ballasted APG 2,392.39 1,731.73 4,104.10

В рамках исследований авторами предложено каталитическое устройство для обогрева трубопровода , в котором происходит смешение ПНГ затрубного пространства скважины и воздуха в соотношении от 3 до 10,48% от общего и его самовоспламенение внутри полости аппарата посредством достижения температуры 490–1000°С. Предложенные параметры подготовки и воспламенения смеси обеспечивают стабильную и надежную работу устройства и достижение им заявленных результатов.As part of the research, the authors proposed a catalytic device for heating a pipeline, in which APG from the annulus of the well is mixed with air in a ratio of 3 to 10.48% of the total and its self-ignition inside the cavity of the apparatus occurs by reaching a temperature of 490–1000 ° C. The proposed parameters for the preparation and ignition of the mixture ensure stable and reliable operation of the device and the achievement of the stated results.

Данный метод позволяет получить тепло посредством конверсии ПНГ затрубного пространства и использовать его непосредственно на нефтепромысловом объекте для подогрева трубопровода 1, перекачивающего пластовый флюид.This method makes it possible to obtain heat through the conversion of APG from the annulus and use it directly at the oil field facility to heat pipeline 1 pumping formation fluid.

Использование катализатора снижает температуру горения (500–700°С против 1500°С и выше без катализатора) и увеличивает полноту сгорания (образуются только СО₂ и Н₂О при всех составах). В выбросах отсутствует CO, NO_x, сажа, продукты неполного окисления. Обеспечивается более высокий КПД, как следствие, полноты сгорания и меньшей температуры сгорания. Более низкие температуры сгорания ПНГ упрощают использование заявленного устройства для обогрева на трубопроводе 1 с нефтепродуктами. Нагрев нефтепродуктов снижает их вязкость и, как следствие, их легче перекачивать, что в свою очередь приводит к снижению энергозатрат.The use of a catalyst reduces the combustion temperature (500–700°C versus 1500°C and higher without a catalyst) and increases the completeness of combustion (only CO ₂ and H ₂ O are formed for all compositions). The emissions do not contain CO, NO _x , soot, or products of incomplete oxidation. Higher efficiency is ensured, resulting in complete combustion and lower combustion temperature. Lower combustion temperatures of APG simplify the use of the claimed device for heating on pipeline 1 with petroleum products. Heating petroleum products reduces their viscosity and, as a result, they are easier to pump, which in turn leads to a reduction in energy costs.

Катализатор, расположенный между горелками и трубопроводом, обеспечивает равномерное и полное протекание каталитических реакций по всему объему внутреннего пространства заявленного устройства, что обеспечивает достижение заявленного результата. The catalyst located between the burners and the pipeline ensures uniform and complete occurrence of catalytic reactions throughout the entire volume of the internal space of the claimed device, which ensures the achievement of the declared result.

В качестве катализатора может использоваться армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Cо₃O₄, CuO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Al₂O₃, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов Ti - Al, Ni - Al, Ni - Cr, Ti – Si. Также может использоваться катализатор на основе Pt/Al₂O₃, Pt/SiO₂, или La, Pd, Pt на Al₂O₃ или Pd, Pt/ZrO₂.A reinforced porous material can be used as a catalyst, containing as active components Co ₃ O ₄ , CuO, Cr ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ , Group VIII metals fixed on metal supports using Ti - Al alloys , Ni - Al, Ni - Cr, Ti – Si. A catalyst based on Pt/Al ₂ O ₃ , Pt/SiO ₂ , or La, Pd, Pt on Al ₂ O ₃ or Pd, Pt/ZrO ₂ can also be used.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS

Вариант 1 осуществленияEmbodiment 1

Устройство для обогрева трубопровода 1 попутным нефтяным газом состоит из цилиндрического корпуса 4, выполненного из жаропрочных материалов. Корпус 4 устанавливается на трубопроводе 1 посредством сборочных операций. Внутри корпуса 4 установлен блок нагрева, содержащий ряды горелок 3, равномерно расположенных внутри корпуса 4 вокруг трубопровода 1. К горелкам 3 подводится смесь из ПНГ и воздуха с заданным соотношением упомянутых компонентов. The device for heating the pipeline 1 with associated petroleum gas consists of a cylindrical body 4 made of heat-resistant materials. The housing 4 is installed on the pipeline 1 through assembly operations. Inside the housing 4 there is a heating unit containing rows of burners 3, evenly spaced inside the housing 4 around the pipeline 1. A mixture of APG and air with a given ratio of the mentioned components is supplied to the burners 3.

Смесь готовится с помощью насосов и смесителя (опционально). Воздух на горелки 3 может подаваться как через смеситель, так и напрямую внутрь устройства для обогрева. The mixture is prepared using pumps and a mixer (optional). Air can be supplied to burners 3 either through a mixer or directly inside the heating device.

Для поджигания смеси используется блок поджигания в виде свечи 5 накаливания, установленной внутри корпуса 4 посредством сборочных операций. К свече 5 накаливания подводится электрическое питание, а сила тока определяет температуру нити накала и соответственно температуру поджига. To ignite the mixture, an ignition unit in the form of a glow plug 5 is used, installed inside the housing 4 through assembly operations. Electrical power is supplied to the glow plug 5, and the current determines the temperature of the filament and, accordingly, the ignition temperature.

Заявленное решение характеризуется использованием блока катализатора, установленного внутри корпуса 4, между горелками 3 и трубопроводом 1. Блок катализатора может представлять собой сетку 2 с нанесенным катализатором, установленную вокруг трубопровода 1 и закрепленную в корпусе 4 так, чтобы обеспечить равномерное расстояние, либо катализатор может быть нанесен непосредственно на трубопровод 1, либо может располагаться на другом твёрдом (например, керамическом) носителе.The claimed solution is characterized by the use of a catalyst block installed inside the housing 4, between the burners 3 and the pipeline 1. The catalyst block can be a mesh 2 with an applied catalyst installed around the pipeline 1 and fixed in the housing 4 so as to ensure a uniform distance, or the catalyst can be applied directly to pipeline 1, or can be placed on another solid (for example, ceramic) carrier.

В одном из вариантов осуществления смешивание попутного нефтяного газа и воздуха осуществляется так, чтобы количество попутного нефтяного газа составляло от 3 до 12% от общего объема, что обеспечивает стабильное горение и полное сгорание ПНГ известных составов. In one embodiment, the mixing of associated petroleum gas and air is carried out so that the amount of associated petroleum gas ranges from 3 to 12% of the total volume, which ensures stable combustion and complete combustion of APG of known compositions.

В одном из вариантов осуществления свеча 5 накаливания выполнена с возможностью обеспечивать температуру воспламенения от 490 до 1000°С, что позволяет воспламенять смесь ПНГ и воздуха в применяемом диапазоне составов смеси ПНГ и воздуха.In one embodiment, the glow plug 5 is configured to provide an ignition temperature from 490 to 1000°C, which allows ignition of the APG and air mixture in the applicable range of APG and air mixture compositions.

Диаметр заявленного устройства подбирается таким, чтобы обеспечить возможность установки внутри корпуса 4 всех его элементов, при этом, чем больше диаметр устройства, тем больше поверхность рассеивания тепла в окружающую атмосферу, что снижает КПД. Для уменьшения этого рассеивания может применяться высокотемпературная теплоизоляция.The diameter of the claimed device is selected so as to ensure the possibility of installing all its elements inside the housing 4, while the larger the diameter of the device, the larger the surface for heat dissipation into the surrounding atmosphere, which reduces the efficiency. High temperature insulation can be used to reduce this dissipation.

Длина заявленного устройства подбирается такой, чтобы передать заданное количество тепла текучей среде в нефтепроводе. The length of the claimed device is selected so as to transfer a given amount of heat to the fluid in the oil pipeline.

Вариант 2 осуществленияOption 2

В одном из вариантов осуществления заявленное устройство представляет собой трубу с установленным на ней корпусом 4. Труба содержит фланцы для прикрепления к трубопроводу 1. Этот вариант осуществления представляет собой конструктивно и функционально единое устройство, производимое на заводе-изготовителе. Все элементы заявленного устройства соединены друг с другом посредством сборочных операций. In one embodiment, the claimed device is a pipe with a housing 4 mounted on it. The pipe contains flanges for attachment to the pipeline 1. This embodiment is a structurally and functionally single device produced at the manufacturer. All elements of the claimed device are connected to each other through assembly operations.

При этом в трубе содержится завихритель потока текучей среды, который позволяет более равномерно нагревать текучую среду в трубе за счет ее перемешивания. Завихритель может быть выполнен в виде лопаток, винтовой поверхности, выступов и т.д., конкретная конструкция завихрителя не является существенной в рамках данной заявки. Равномерному нагреву способствует и круговое расположение горелок 3 и сетки 2.In this case, the pipe contains a fluid flow swirler, which allows the fluid in the pipe to be heated more uniformly due to its mixing. The swirler can be made in the form of blades, a helical surface, protrusions, etc.; the specific design of the swirler is not essential within the scope of this application. The circular arrangement of burners 3 and grid 2 also contributes to uniform heating.

В другом варианте осуществления заявленное устройство монтируется на существующую трубу, которая в таком варианте не содержит завихрителя, и поэтому для достижения того же уровня обогрева необходимо использовать более длинный корпус заявленного устройства.In another embodiment, the inventive device is mounted on an existing pipe, which in this embodiment does not contain a swirler, and therefore, to achieve the same level of heating, it is necessary to use a longer body of the inventive device.

Вариант 3 осуществленияOption 3

В одном из вариантов осуществления функции блока смешения выполняет сам корпус 4 заявленного устройства, в этом варианте воздух в корпус 4 подается через трубу или через отверстия в корпусе 4. В этом варианте воздух в корпус 4 попадает самотёком, а горелки 3 обеспечены перфорированным кольцом, из отверстий которого выходит ПНГ, конструкция кольца обеспечивает требуемое соотношение в смеси газов внутри корпуса 4.In one embodiment, the functions of the mixing unit are performed by the housing 4 of the claimed device itself; in this embodiment, air is supplied to the housing 4 through a pipe or through holes in the housing 4. In this embodiment, the air enters the housing 4 by gravity, and the burners 3 are provided with a perforated ring, from holes in which APG comes out, the design of the ring ensures the required ratio in the gas mixture inside housing 4.

Работа заявленного изобретенияOperation of the claimed invention

Для обогрева трубопровода 1 попутным нефтяным газом готовят газовую смесь и подают ее в корпус 4 устройства для обогрева с помощью блока подвода газа, причем подача осуществляется через множество горелок, расположенных внутри корпуса 4 вокруг трубопровода 1. Количество попутного нефтяного газа в смеси составляет от 3 до 12% от общего объема смеси.To heat the pipeline 1 with associated petroleum gas, a gas mixture is prepared and supplied to the housing 4 of the heating device using a gas supply unit, and the supply is carried out through a plurality of burners located inside the housing 4 around the pipeline 1. The amount of associated petroleum gas in the mixture is from 3 to 12% of the total volume of the mixture.

После начала подачи подготовленной газовой смеси на свечу 5 накаливания подают заданный ток, который раскаляет нить накаливания до требуемой температуры, что приводит к поджигу газовой смеси, что вызывает воспламенение газовой смеси во всем объеме корпуса 4 заявленного устройства. Поджиг газовой смеси осуществляется при температуре от 490 до 1000°С. После воспламенения прекращается подача электрического питания на свечу 5, для этого в цепи электропитания свечи установлен датчик пламени, с помощью которого определяется момент воспламенения.After the supply of the prepared gas mixture begins, a given current is supplied to the glow plug 5, which heats the filament to the required temperature, which leads to ignition of the gas mixture, which causes ignition of the gas mixture throughout the entire volume of the housing 4 of the claimed device. The gas mixture is ignited at temperatures from 490 to 1000°C. After ignition, the supply of electrical power to spark plug 5 is stopped; for this purpose, a flame sensor is installed in the power supply circuit of the spark plug, with the help of which the moment of ignition is determined.

Пламя распространяется от горелок в сторону сетки 2 с нанесенным катализатором, что способствует более быстрому и эффективному окислению компонентов ПНГ, уменьшению количества вредных выбросов.The flame spreads from the burners towards grid 2 with the applied catalyst, which contributes to faster and more efficient oxidation of APG components and a reduction in the amount of harmful emissions.

Нагретый газ, содержащий в основном только углекислый газ и пары воды, выводится из устройства через по меньшей мере одно выходное отверстие.The heated gas, containing mainly only carbon dioxide and water vapor, is removed from the device through at least one outlet.

Тепло передается текучей среде в трубопроводе 1 посредством теплопередачи через металлическую стенку трубопровода 1.Heat is transferred to the fluid in conduit 1 by heat transfer through the metal wall of conduit 1.

Предложенные диапазоны температуры поджига и концентрации ПНГ в газовой смеси обеспечивают надежную работу и достижение заявленного технического результата.The proposed ranges of ignition temperature and APG concentration in the gas mixture ensure reliable operation and achievement of the stated technical result.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе изложенной в описании информации и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.The embodiments are not limited to the embodiments described herein, but other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention will become apparent to one skilled in the art based on the information set forth herein and knowledge of the prior art.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.Elements referred to in the singular do not exclude the plurality of elements unless specifically stated otherwise.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.The methods disclosed herein contain one or more steps or actions to achieve the described method. The steps and/or actions of the method can replace each other without going beyond the scope of the claims. In other words, unless a specific order of steps or acts is specified, the order and/or use of specific steps and/or acts may be varied without departing from the scope of the claims.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.While exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it is to be understood that such embodiments are illustrative only and are not intended to limit the broader invention, and that the invention is not intended to be limited to the specific arrangements and structures shown and described. since various other modifications may be apparent to those skilled in the art.

Claims (21)

1. Устройство для обогрева трубопровода попутным нефтяным газом, содержащее:1. A device for heating a pipeline with associated petroleum gas, containing: - цилиндрический корпус;- cylindrical body; - блок нагрева трубопровода, расположенный внутри корпуса;- pipeline heating unit located inside the housing; - блок поджигания, расположенный внутри корпуса;- ignition unit located inside the housing; - блок подвода газа;- gas supply unit; характеризующееся тем, чтоcharacterized by the fact that - цилиндрический корпус выполнен с возможностью соединения с трубопроводом;- the cylindrical body is designed to be connected to the pipeline; - блок нагрева представляет собой ряд горелок, расположенных вокруг трубопровода; - the heating block is a series of burners located around the pipeline; - блок катализатора расположен внутри цилиндрического корпуса вокруг трубопровода, между трубопроводом и блоком нагрева, при этом блок катализатора представляет собой либо сетку с нанесенным катализатором, установленную вокруг трубопровода и закрепленную в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода, либо блок катализатора представляет собой пористый материал с нанесённым катализатором, установленный вокруг трубопровода и закрепленный в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода; - the catalyst block is located inside a cylindrical housing around the pipeline, between the pipeline and the heating block, wherein the catalyst block is either a mesh with an applied catalyst installed around the pipeline and fixed in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline, or the catalyst block is porous material coated with a catalyst installed around the pipeline and secured in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline; - блок поджигания представляет собой свечу накаливания, выполненную с возможностью обеспечивать температуру воспламенения от 490 до 1000°С,- the ignition unit is a glow plug designed to provide an ignition temperature from 490 to 1000°C, - блок подвода газа выполнен с возможностью смешивания попутного нефтяного газа и воздуха в заданном соотношении, чтобы количество попутного нефтяного газа составляло от 3 до 10,48% от общего объема,- the gas supply unit is designed with the ability to mix associated petroleum gas and air in a given ratio, so that the amount of associated petroleum gas ranges from 3 to 10.48% of the total volume, - выходное отверстие для вывода нагретого газа, содержащего пары воды и углекислый газ.- an outlet for removing heated gas containing water vapor and carbon dioxide. 2. Способ для обогрева трубопровода попутным нефтяным газом, содержащий этапы, на которых:2. A method for heating a pipeline with associated petroleum gas, containing the steps of: - готовят газовую смесь;- prepare a gas mixture; - поджигают газовую смесь в корпусе, охватывающем трубопровод;- ignite the gas mixture in the housing enclosing the pipeline; характеризующийся тем, чтоcharacterized by the fact that - готовят газовую смесь из попутного нефтяного газа и воздуха, причем количество попутного нефтяного газа составляет от 3 до 10,48% от общего объема;- prepare a gas mixture from associated petroleum gas and air, and the amount of associated petroleum gas ranges from 3 to 10.48% of the total volume; - через ряд горелок запускают газовую смесь в цилиндрический корпус, охватывающий нагреваемый участок трубопровода;- the gas mixture is launched through a series of burners into a cylindrical body enclosing the heated section of the pipeline; - осуществляют поджиг газовой смеси при температуре от 490 до 1000°С посредством свечи накаливания;- the gas mixture is ignited at a temperature from 490 to 1000°C using a glow plug; - выводят нагретый газ, содержащий пары воды и углекислый газ, через выходное отверстие, - heated gas containing water vapor and carbon dioxide is removed through the outlet, при этом между рядом горелок и трубопроводом размещают блок катализатора, при этом блок катализатора представляет собой либо сетку с нанесенным катализатором, установленную вокруг трубопровода и закрепленную в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода, либо блок катализатора представляет собой пористый материал с нанесённым катализатором, установленный вокруг трубопровода и закрепленный в корпусе так, чтобы обеспечить равномерное расстояние до трубопровода.wherein a catalyst block is placed between the row of burners and the pipeline, wherein the catalyst block is either a mesh with a catalyst applied, installed around the pipeline and fixed in the housing so as to ensure a uniform distance to the pipeline, or the catalyst block is a porous material with a catalyst applied, installed around the pipeline and secured in the housing so as to ensure uniform distance to the pipeline.