自动点火燃烧器的研制与应用

李卫权　白田增　吴　德　富玉海　仪忠建　任　严（.承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德　067000；.渤海钻探井下作业分公司，河北任丘　0655）

自动点火燃烧器的研制与应用

李卫权1白田增2吴德2富玉海2仪忠建2任严2
（1.承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德067000；2.渤海钻探井下作业分公司，河北任丘062552）

钻井、井下作业及油井测试过程中将产生含有较多甲烷、乙烷以及少量易挥发的液态烃及微量的二氧化碳、氮、硫化氢等杂质的伴生气，给安全生产带来重大隐患。为了解决该问题，研发了自动点火燃烧器，该装置用太阳能电池板提供能源，当伴生气压力超过0.1 MPa时，控制系统自动打火点燃液化气，引燃燃烧区内伴生气。现场应用表明，该燃烧器结构设计合理，拆装、运输方便，使用过程中不产生明火，比以往同类手动产品更加安全可靠。

井下作业；自动点火燃烧器；伴生气；低压点火；安全生产

在钻井、井下作业及油井测试过程中，尤其是排液过程，经常会有伴生气随地层流体一起从油层中逸出，伴生气含有大量甲烷、乙烷等低分子烷烃以及微量的二氧化碳、氮、硫化氢等［1-3］，气体浓度较高时常常聚集在储液池周围无法散去，不仅造成环境污染，同时存在闪爆等较大安全隐患。

目前油田通用的伴生气点火燃烧方式有2种，一是将点燃的火炬投掷到伴生气管道出口进行点燃；二是手工控制电器开关，让其在伴生气管道出口处产生高压放电，将伴生气点燃。但这两种点火方式存在以下弊端：一是无法判断出口是否存在伴生气，不管是投掷火炬点火，还是高压放电点火均无法准确把握点火时机，可能造成气体逸散，发生次生事故；二是火炬投掷点火效率低，而手工控制电器开关点火使用220伏交流电，需专配发电机；三是明火存在较大安全隐患。为消除伴生气点火存在的安全隐患，实现安全环保施工，自主研发了自动点火燃烧器，实现了施工现场低气量全自动点火。

1　技术分析

1.1结构

分体式自动点火燃烧器，主要由不锈钢燃烧器主体、防风罩、液化气罐、自动点火控制箱、进气控制机构、太阳能电池板、蓄电池及进气管道组成，结构见图1。罐体和自动点火控制箱分置在底板两侧，罐体内部盛有水且该罐体顶端连通设置有一上端开口的燃烧桶，燃烧桶底部侧面设有一用于输送伴生气的管接头，外接有一用于输送液化气的进气口，管线经自动点火控制箱进入到燃烧桶内。自动点火控制箱内部设有用于控制点燃液化气的点火控制机构，控制箱由太阳能电池供电。

图1　分体式自动点火燃烧器结构

1.2工作原理

施工现场经分离器分离后产生的伴生气最小压力达到0.1 MPa时，就能经过进气控制机构进入不锈钢燃烧主体。进气控制机构监测到压力信号并反馈至自动点火控制箱，自动点火控制箱通过控制软件系统将液化气阀门打开，然后控制自动点火器点燃液化气，此时可引燃不锈钢燃烧主体内伴生气。

控制系统通过热传感器（嵌于自动点火器内）检测到点火成功后自动关闭液化气点火系统，以节约液化气。若当控制系统通过热传感器检测到火把熄灭后，说明进气管道无伴生气或压力小于0.1 MPa ，系统处于相对安全状态。而当分离后的伴生气最小压力再次达到0.1 MPa时，自动点火燃烧器将重复上述过程，实现点火自动化。

1.3性能特点

（1）通过信号控制装置打开低压点火器和液化气开启阀门，将主气体出口的液化气点燃，从而引燃伴生气，实现点火自动化。

（2）常规点火燃烧器控制系统需要220 V外接电源，而该控制系统仅需12 V电压就可完成系统控制，且实现全自动操控。

（3）用12 V蓄电池和太阳能电池板作为能源，整个燃烧器为低电压点火燃烧器，避免了现场使用外接电源高压点火的不安全因素，大大降低了现场人员使用设备的安全风险。

（4）产出气体进入主燃烧器的管道中增加了阻火器和气体单向阀，并需要通过水柱进入主燃烧桶，阻断了与进气管道的气体连通，三层防回火装置，消除了主火炬的火源发生回火的可能性。

2　现场应用

该装置在华北油田固52、固413X等4口井试井过程中进行了现场应用。施工井抽汲压力2 MPa，H2S含量为200 mg/L的伴生气通过分离器后以大于0.1 MPa的压力进入燃烧器主体，该装置自动打开控制系统，实现自动点火，自动燃烧，放空尾气H2S含量在排放口为0，实现了完全燃烧（图2）。

图2　自动点火燃烧器现场照片

在整个作业过程中，燃烧器实现了多次自动点火、自动燃烧和自动关闭往复循环过程，达到了设计要求。通过试验证明该自动点火燃烧器，自动点火性能稳定可靠，拆装灵活，移动方便，能够保证井下作业和油井测试生产过程的安全。

3　结论

（1）自动点火燃烧器由太阳能电池供电，低气量自动点火，防回火，能满足现场高效安全燃烧伴生气需求。

（2）该装置安装便捷、运输方便、安全环保、高效可靠，能有效降低劳动强度，减少施工事故率，具有良好的推广应用前景。

［1］张籍元.井口伴生气综合利用技术［J］.化工管理，2013（8）：182.

［2］苏欣，王胜雷，张琳等.油田伴生气利用对策及现状［J］.天然气与石油，2008，26（2）：33-37.

［3］陈国龙，王春生，郑晓鹏.海上油田伴生气利用的关键技术［J］.中国造船，2012（10）：551-557.

［4］祝汝松，汤更生，陈志强，等.燃烧加热器气动阀门阀后压力的模糊控制［J］.实验流体力学，2010，24（1）：89-94.

（修改稿收到日期2015-06-15）

〔编辑朱伟〕

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

李卫权，1961年生。1990年毕业于石油大学矿场机械专业。现从事机械工程教学和相关科研工作，教授。邮箱：liweiquan6179@163.com。

引用格式：李卫权，白田增，吴德，等.自动点火燃烧器的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：125-126.