一种基于涡流管的放空火炬自动点火装置 |
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| 申请号 | CN201710279882.3 | 申请日 | 2017-04-25 | 公开(公告)号 | CN107420923A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 中国石油大学(华东); | 发明人 | 梁法春; 王骅钟; 韩璐媛; 陈婧; | ||||
| 摘要 | 一种基于 涡流 管的放空火炬自动点火装置，主要包括：放空管、涡 流管 、温差发电模 块 、三通混合器、引射器以及点火器，来自放空管的可燃气体进入涡流管，高速气流在涡流管内发生 能量 分离产生冷、热两股气流，冷、热气流分别与温差发电片冷、热端板换热产生 电能 ，使点火器内热 电阻 丝 温度 升高达到着火点。冷、热气流经过温差发电模块后重新混合进入引射器，吸入一部分空气后形成可燃混合气体，随后流经点火器时被电热阻丝点燃，从而激发火炬燃烧。本 发明 结构简单、无需维护，仅依靠可燃气体自身做动 力 源，不需长明火炬，具有广泛应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于涡流管的放空火炬自动点火装置，其特征在于：主要包括放空管(1)、涡流管(2)、温差发电模块(3)、三通混合器(4)、引射器(5)以及点火器(6)，涡流管进气口(8)通过管道与放空管(1)相连通，涡流管(2)的冷气出口(9)通过冷流进气管(20)与温差发电模块(3)的冷气腔(16)相连通，涡流管(2)的热气出口(10)通过热流进气管(21)与温差发电模块(3)的热气腔(17)相连通，三通混合器(4)安装在引射器(5)上游，三通混合器(4)的两入口分别通过冷流出气管(22)和热流出气管(23)与冷气腔(16)和热气腔(17)相连，引射器(5)的出口通过管道与点火器进气口(28)相连。 |
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| 说明书全文 | 一种基于涡流管的放空火炬自动点火装置技术领域: [0002] 天然气具有易燃、易爆特性，一旦泄漏容易发生火灾、爆炸，如果含有硫化氢，还极易引发中毒事故。因此，在天然气生产中，集气站、天然气处理厂等通常设置有长明火炬，其功能是一旦生产系统发生故障，天然气将通过放空系统进入火炬燃烧，从而避免发生火灾、爆炸以及硫化氢中毒事故。 [0003] 现在的火炬放空系统使用净化处理后的洁净天然气作为燃料，当放空气体进入放空管路后，在出口处由长明火炬点燃，放空气发生燃烧，天然气转化为二氧化碳和水，硫化氢转化为二氧化硫，从而可以消除或降低危害，保障站场安全。 [0004] 传统的长明火炬的问题是，无论是天然气生产系统是否正常，放空火炬需一直燃烧，在无放空气体时也会消耗天然气，造成了大量能源的浪费。 [0005] 当前节能减排已成为全社会共识，为了克服现有的放空系统存在的问题，本发明利用涡流管的能量分离原理，提出了一种利用放空气体自身提供能量点燃火炬的自动点火装置。正常生产时，点火系统不激发，而一旦发生泄漏或其他故障，有气体放空时点火装置自动启动，将放空气迅速点燃，从而在保障安全的同时，减少了燃料消耗。发明内容： [0006] 本发明涉及一种基于涡流管的放空火炬自动点火装置，主要包括：放空管、涡流管、温差发电模块、三通混合器、引射器以及点火器，涡流管进气口通过管道与放空管相连通，涡流管冷气出口通过冷流进气管与温差发电模块的冷气腔相连通，涡流管热气出口通过热流进气管与温差发电模块的热气腔相连通，三通混合器安装在引射器上游，三通混合器的两入口分别通过冷流出气管和热流出气管与冷气腔和热气腔相连，引射器的出口通过管道与点火器进气口相连。 [0008] 所述的温差发电模块由温差发电片、冷气腔以及热气腔组成，冷气腔位于热气腔的上方，温差发电模块表面均包覆有保温层，所述的冷气腔为顶面封闭的圆筒状结构，顶面设有冷流进口管以及冷流出气管，冷流出气管入口端面与筒体顶面齐平，冷流进气管深入到筒体内，冷流进口管末端为喇叭口，喇叭口距温差发电片冷端板的距离约为冷气腔直径的0.2-0.3倍；热气腔为底面封闭的圆筒状结构，其直径与冷气腔相同，底面设有热流进口管以及热流出口管，热流出气管入口端面与筒体底面齐平，热流进气管深入到筒体内，热流进口管末端为喇叭口，喇叭口距温差发电片热端板的距离约为热气腔直径的0.2-0.3倍。 [0010] 所述的点火器为圆筒状结构，点火器进气口通过管道与引射器出口相连，出气口与放空管的末端相连通，点火器内安装有止回阀，出气口处设有电热阻丝，电热阻丝两端分别通过导线与温差发电模块相连。 [0011] 所述的冷端板、热端板均为导热性能好的金属材料。 [0012] 本发明在工作时，来自放空管的一部分气体进入涡流管，高速运动的气体在涡流管内发生能量分离，一端产生热气流，另一端产生冷气流，冷、热气流分别施加到温差发电片两侧，从而产生电能，使点火器内热电阻温度升高，达到着火点。冷、热气流经过温差电池后再进入引射器，通过吸入空气后形成可燃混合气体，混合气体在点火器内被热电阻点燃，从而激发火炬燃烧。 [0013] 与现有的放空装置相比，该装置具有如下益处： [0014] (1)仅依靠放空气体作为动力源和电力源，绿色环保。 [0016] 图1为本发明的组成示意图； [0017] 图2为涡流管结构和工作原理示意图； [0018] 图3为温差发电模块结构示意图； [0019] 图4为引射器结构示意图； [0020] 图5为点火器结构示意图。 [0021] 图中：1.放空管；2.涡流管；3.温差发电模块；4.三通混合器；5.引射器；6.点火器；7.导线；8.涡流管进气口；9.涡流管冷气出口；10.涡流管热气出口；11.涡流室；12.冷端管； 13.热端管；14热力调节阀；15.温差发电片；16.冷气腔；17.热气腔；18.冷端板；19.热端板； 20.冷流进气管；21.热流进气管；22.冷流出气管；23.热流出气管；24.喷嘴；25.吸入室；26.拉法尔喷管；27.吸气口；28.点火器进气口；29.电热阻丝；30.止回阀；31.火炬。 具体实施方式: [0022] 下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，本发明的保护范围不限于下述的实施例。 [0023] 如图1所示，本发明主要包括：放空管1、涡流管2、温差发电模块3、三通混合器4、引射器5以及点火器6，涡流管进气口8通过管道与放空管1相连通，涡流管2的冷气出口9通过冷流进气管20与温差发电模块3的冷气腔16相连通，涡流管2的热气出口10通过热流进气管21与温差发电模块3的热气腔17相连通，三通混合器4安装在引射器5上游，三通混合器4的两入口分别通过冷流出气管22和热流出气管23与冷气腔16和热气腔17相连，引射器5的出口通过管道与点火器6进气口28相连。 [0024] 石油天然气站场，生产系统中的放空气体汇聚到放空管1，由于涡流管2的进口与放空管1相连通，当放空管1内有放空气流时，一部分气体会进入涡流管2。 [0025] 如图2所示，所述的涡流管2主要由涡流室11、冷端管12、热端管13以及热流调节阀14组成，放空气体以很高的速度沿切线方向进入涡流室11，气流在涡流室11内形成高速涡旋，在涡流效应作用下分离成温度不相等的两部分气流。其中，处于中心部位的回流气流温度降低，形成冷气流，由冷端管12的冷气出口9流出，而处于外层部位的气流温度升高，形成热气流，从热端管13的热气出口10流出，这一现象即被称为涡流管的能量分离效应，又称Ranque效应。热端管13靠近热气出口10处安装有热流调节阀14。通过热流调节阀14可以控制进入冷端管12和热端管13的气体流量比例，进而改变冷气出口9与热气出口10的气流温度。 [0026] 如图3所示，所述的温差发电模块3由温差发电片15、冷气腔16以及热气腔17组成，冷气腔16位于热气腔17的上方，二者中间为温差发电片15，温差发电模块3表面均包覆有保温层。 [0027] 所述的冷气腔16为顶面封闭的圆筒状结构，顶面设有冷流进口管20以及冷流出气管22，冷流出气管22入口端面与筒体顶面齐平，冷流进气管20深入到筒体内，冷流进口管20末端为喇叭口，喇叭口距温差发电片15冷端板18的距离约为冷气腔16直径的0.2-0.3倍；热气腔17为底面封闭的圆筒状结构，其直径与冷气腔16相同，底面设有热流进口管21以及热流出口管23，热流出气管23入口端面与筒体底面齐平，热流进气管21深入到筒体内，热流进口管21末端为喇叭口，喇叭口距温差发电片15热端板19的距离约为热气腔17直径的0.2-0.3倍。 [0028] 温差发电片15与冷气腔16接触侧设有冷端板18，与热气腔17接触侧设有热端板19，由于热气流倾向于向上运动，而冷气流倾向于向下运动，将冷气腔16置于于热气腔17的上方，而温差发电片15置于二者之间，有利于增强冷、热气流与冷端板18及热端板19的换热效果。来自于涡流管冷端管12的冷气流通过冷流进气管20进入冷气腔16，在喇叭口的作用下扩大喷射气流作用面积，加快热量交换，使冷端板18保持较低温度。与此类似，来自于涡流管热端管13的热气流通过热流进气管21进入热气腔17。同样，在喇叭口的作用下热气流向热端板19喷射，将热量传递给热端板19，使其保持较高温度。为增强换热效果，冷端板18和热端板19均采用铝等导热性能良好的金属材质。 [0029] 如图3所示，为了减少冷量和热量的散失，保持冷端板18和热端板19之间具有较大的温差，温差发电模块3的表面均包覆有保温层。在冷热气流作用下，温差发电模块3的冷端板18和热端板19具有较大温差，温差发电片15可将其转换为电能通过导线7输出，为点火器6供电能。 [0030] 冷流出气管22与热流出气管23分别与三通混合器4相连，来自冷气腔16的冷气流和来自热气腔17的热气流混合后进入引射器5。 [0031] 如图4所示，引射器5由喷嘴24、吸入室25和拉法尔喷管26组成，三者依次连通，吸入室25侧壁上安装有吸气口27。引射器5的功能是将进入喷嘴24的气体作为工作介质，依靠其流过喷嘴24时产生的负压将外界空气吸入，从而形成易燃混合气。混合气通过喷嘴24，压能转变为动能，导致气体流速增大，压力降低，从而在吸入室25内产生低压。由于吸气口27连通大气环境和吸入室25，而吸入室25压力小于周围大气压力，在差压作用下，外界空气通过吸气口27进入吸入室25，空气与放空管1中的气体在引射器5的拉法尔喷管26中混合，选用合适的引射器5规格，可使得混合气体中空气和放空气体的组成的混合气中燃气浓度在燃烧极限范围之内，遇到火源能迅速燃烧。 [0032] 引射器5出口为可燃气体混合物，但如果没有点火能的激发不会发生燃烧反应。点火是通过点火器6实现的。引射器5出口气体通过管道输往点火器6。 [0033] 如图5所示，点火器6为圆筒状结构，其进气口28通过管道与引射器5出口相连，点火器6安装在放空管1的末端，点火器内安装有止回阀30，点火器6出气口处设有电热阻丝29，电热阻丝29两端分别通过导线7与温差发电模块3相连。在冷端板18和热端板19温差作用下，温差发电模块3产生电压，施加到热电阻丝29两端，使其温度升高，达到着火点，当来自于引射器5的可燃混合气体与通过高温电热阻丝29时被点燃，形成火炬31。止回阀30的功能是防止火焰逆向传播，进而发生爆炸风险。 [0034] 来自于放空管1的放空气体通过出口排出时，被火炬31点燃，将一起燃烧。 [0035] 本发明工作过程简述如下： [0036] 当放空气体进入放空管1时，一部分气体进入涡流管2，在涡流效应作用下产生冷热两股气流。其中冷气流进入冷气腔16降低温差发电片15冷端板18温度，热气流进入热气腔17，提升热端板19温度。在冷热端板温差作用下，温差发电片15产生电压，通过导线7施加在电热阻丝29两端，使电热阻丝29温度升到达到着火温度。来自于冷气腔16和热气腔17的冷热气流分别通过冷流出气管22和热流出气管23在三通混合器4中混合后进入引射器5，抽吸一部分空气形成可燃气体混合物从引射器5出口排出，进入点火器6时被热电阻丝29点燃形成火炬31，并进一步点燃放空管1排出的其余放空气体。 [0037] 本发明巧妙利用涡流管2同时产生冷气流和热气流的原理，通过温差发电模块3提供电能，利用引射器5在管路中混合适量的空气，利用温差发电模块3产生的电能为点火器6提供电能。本发明核心部件涡流管2、温差发电片15、引射器5、电热阻丝29等均为常见设备，价格低，易于维修和更换。与现有的火炬放空系统相比，其优点是：只需要放空管路中已有的气体作为动力源和电力源来实现火炬系统的点火。只要放空管路中有气体流过时，该装置便能迅速响应，实现自动点火。与当前普遍采用的长明火炬相比，只在发生放空时点燃火炬，保证生产安全的同时节能了大量燃料。 |
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