NO312565B1 - Fremgangsmate og system til tenning av brennbare fluider - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system til tenning av brennbare fluider, særlig gasser som strømmer ut av en gassledning i tilknytning til en fakkel eller et fakkeltårn o.l., slik det er angitt i de etterfølgende selvstendige patentkrav 1 og 7.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en ny konstruksjon og fremgangsmåte for drift av en tennbrikke som benyttes til å antenne brennbare gasser, såsom hydrokarongasser, på anlegg hvor det fremstilles og raffineres hydrokarboner (oljepro-dukter), såsom på oljeproduksjons-plattformer, og andre anlegg hvor det håndteres brennbare gasser.

Når det gjelder selve tenningen av slike brennbare gasser er det tidligere kjent en rekke løsninger. Slike løsninger går ut på at gassen antennes ved hjelp av en fyrstikk, en elektrisk gnist, en pilotbrenner, o.l, eller ved at det spres en sverm av glødende partikler inn i den gassen slik at den antenner.

I .tennsystemer av den sistnevnte type, utskytes det en brikke igjennom et rør, og brikken bringes til å detonere ved gassutslippet for å opprette nevnte gnistsverm. Brikken kan detoneres på to måter. Den ene, som eksempelvis er kjent fra norsk patentskrift nr. 177.162 (Statoil), går ut på at brikken slår an mot et fast legeme ved gassutslippet, og deformasjons- eller komprimeringsenergien gjør at en tennladning i brikken detonerer og sprer ut en sverm av gnister som antenner gassutslippet.

Den andre måte går ut at brikken inneholder en innvendig tennmekanisme som armeres og som etter et gitt hendelses-forløp detonerer og tenner gassen. Denne type er kjent fra norsk patentskrift nr. 179.762.

Oppfinnelsen har særlig befatning med sistnevnte teknologi, hvor brikken inneholder en innvendig tennmekanisme som må gjennomgå et gitt forløp av hendelser for at sprenglad-ningen skal detonere.

Tennmekanismen ifølge NO-17 9.7 62 armeres enten ved elektrisk impuls, eller ved hjelp av en mekanisk funksjon. Ved armering/tenning med elektrisk impuls, får tennbrikken til-ført elektrisk energi under sin bevegelse mot fakkeltoppen ved at den passerer to kontakter som skal tilføre tennbrikken en elektrisk puls. Tidsrommet fra selve armeringen og til detonasjon, må tilpasses den enkelte installasjon. En svakhet med denne type brikke er at når den først er blitt armert ved passering av nevnte kontaktsett, vil brikken uansett detonere etter det gitte tidsrom.

De mekaniske tennbrikker som er i produksjon og anvendes, armeres ved å tilføre et drivtrykk på minimum 4 bar i en bestemt tidsperiode. Dette er en ulempe siden tennbrikken får en unødvendig høy hastighet eller må holdes tilbake med en mekanisk innretning.

Etter at brikken er armert vil den normalt omsettes (detonere) ved utløpet av avfyringsrøret. Dersom brikken stopper i røret, må brikken lokaliseres og rørdelen med brikke må bringes til et sikkert område for detonering.

En annen ulempe med denne mekaniske tennbrikken er at dersom den ikke detonerer, er det umulig å avgjøre om den er armert, og en slik armert og udetonert tennbrikke utgjør en stor risikofaktor for personell som skal håndtere avfall etter tennsekvenser.

Den elektriske armeringsmetode, som er beskrevet i norsk patent nr. 179.762 forutsetter at brikken passerer to elektriske kontakter. Dette kan være en gnistkilde som krever spesielle foranstaltninger. En mulighet er da å installere disse kontaktene så langt oppe i fakkelbommen at de kommer utenfor eksplosjonsfårlige soner. Dette vil by på problemer med vedlikehold av systemet.

Den foreliggende oppfinnelse har som hensikt å frembringe en tennbrikke som overkommer de beskrevne svakheter.

Således er det et formål med oppfinnelsen å frembringe en tennbrikke (dvs en fremgangsmåte og et system) som frem-bringer en sterkt øket sikkerhet rundt selve armerings- og detoneringsprosedyren.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at tennbrikken, under sin ferd mot fluid-utslippet, gjennomgår detonasjonsfrembringende hendelser hvor en elektronikk registrerer flere påfølgende sekvenser, som: 1) en sekvens hvor et kontrollsystem aktiveres (slås på), 2) en sekvens hvor brikken armeres når den passerer og registrerer en på forhånd bestemt rekke av like eller

ulike pulspåvirkninger, og

3) en sekvens hvor brikken deretter bringes til å detonere ved en pulspåvirkning som tilsier at den har passert ledeorganet mot fluidutslippet.

De foretrukne utførelser av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er som angitt i de uselvstendige fremgangsmåtekrav 2-6.

Systemet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det detonasjonsfrembringende system omfatter en elektronisk kontrollkrets omfattende: 1) en sekvens hvor kontrollsystemet aktiveres (slås pa) , 2) en sekvens hvor brikken armeres når den passerer og registrerer en på forhånd bestemt rekke av de nevnte

like eller ulike pulspåvirkninger, og

3) en sekvens hvor brikken deretter bringes til å detonere ved en pulspåvirkning som tilsier at den har passert ledeorganet mot fluidutslippet.

De foretrukne utførelser av systemet ifølge oppfinnelsen, er som angitt i de uselvstendige systemkrav 8-13.

Den økte sikkerhet ved bruken av den oppfinneriske brikke ligger i at brikken må gjennomgå et på forhånd gitt antall impulspåvirkninger før den i det hele tatt armeres og detoneres. Videre kan man, under fastsettelse av nevnte forløp av hendelser, ta hensyn til brikkens hastighet og angi en øvre og nedre grense. I tillegg kan man angi et tidsvindu for når detonering kan finne sted. Utenom disse grenseverdiene (for tidsrom og hastighet) vil brikken ikke være armert. Den nye brikken er utformet slik at all kommu-nikasjon er trådløs slik at kontaktflater unngås.

Før man går over til å beskrive en konkret utførelse av oppfinnelsen med henvisning til figurer, skal det i det etterfølgende kort beskrives de tekniske muligheter og prinsipper som ligger til grunn for oppfinnelsen.

Teknologien er tenkt som følger:

Tennbrikken benytter en elektrisk operert tennsats for detonering. Strøm til antenning kan komme fra en kraftkilde, f.eks. et batteri, som er inkludert i tennbrikken. Tennbrikken aktiveres ved at den «ser» en rekke hendelser introdusert i eller på lederøret frem mot gassblandingen som skal antennes. Tennbrikken detoneres ved at den »selv ser» når den kommer ut av lederøret. Dette kan gjøres med flere typer sensorer basert på lys, magnetisme eller lyd. Alternativt kan andre typer sensorer benyttes.

Tennbrikken er avslått under transport og lagring og kan ikke armeres hvis den ikke passerer et minimum antall hendelser i løpet av et kort tidsvindu eller tidsrom. Kontrollkrets og sensorer er innstøpt slik at brikken ikke har ut-vendige kontaktpunkter.

Når kontrollkretsen har gitt en detoneringspuls, vil den huske tilstanden og den kan ikke å gi flere detonerings-pulser. Etter at detoneringspulsen er sendt, vil kraft-kilden bli utladet. Tennbrikken vil da være død og kan ikke brukes på nytt.

Funksjonsbeskrivelse for elektronisk tennbrikke: Teknologien baserer seg på at en tennbrikke ledes gjennom et rør på samme måte som en rørpost. Ved utløpet av røret vil brikken detonere og sende ut en sky av gnister. Gnist-regnet skal antenne en gass som befinner seg i området.

Tennbrikken kan sendes ut ved forskjellige trykk og luft-mengde, da tennbrikkens hastighet ikke er avgjørende for dens funksjon.

Oppfinnelsen skal forklares mere detaljert under henvisning til de medfølgende figurer, hvori: Figur 1 viser en fakkel som et eksempel på gassutslipp med et system for antennelse av gass i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom en tennbrikke ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 3 viser skjematisk den hendelsesstyrte funksjonsse-kvensen til tennbrikken ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 4 viser et forstørret utsnitt av situasjonen ved utløpet fra et lederør.

På figur 1 er det vist prinsippet ved antennelse av en gasstrøm 13 i en fakkel 18 ved enden av et flammetårn 17, hvor et gnistregn 14 fra en tennbrikke 9 antenner gassen 13. Ved enden av lederør 10 omsettes/detonerer brikken og danner et gnistregn som antenner gasstrømmen 13.

På figur 2 er hovedkomponentene i tennbrikken 9 vist. Tennsatsen 1 består av et eksplosivt materiale som danner glød-ende partikler for antennelse av gassen. En elektrisk akti-verbar tennsats 2 får detoneringssignal fra kontrollkretsen når de riktige hendelser er registrert.

All elektronikk blir drevet av strøm fra en kraftkilde 6, (såsom et batteri), og er innstøpt i et plastmateriale 8 eller beskyttet på annen måte.

Figur 3 viser tennbrikkens 9 funksjonssyklus. I posisjon 1 (Posi) er kontrollkretsen strømløs. I pos2 blir kontrollkretsen aktivert ved et ytre signal, såsom fra en pulsgiver 11. I pos3 er kontrollkretsen pos5 aktiv og venter på en serie av hendelser 12 (dvs fra en rekke (her vist 3 stk) pulsgivere 12). Dersom denne serien av hendelser 12 ikke blir detektert innen et tidsvindu (tidsrom), vil tennbrikken 9 gå tilbake til tilstanden i posi, hvor strømkretsen slås av. I pos4 har tennbrikken detektert sekvensen av hendelser 12 og starter detektering av lederør (dvs hvor lederøret 10 ender. I pos5 vil tennbrikken føle på rørvegg til brikken forlater lederør. I pos6 er tennbrikken 9 på vei ut av lederøret 10. Kontrollkretsen 5 vil detektere manglende rør og sende detoneringssignal til tennsatsen 2.

På figur 4 er det vist et forstørret utsnitt av situasjonen ved utløpet fra lederøret 10. Brikken 9 har nettopp forlatt lederøret 10 og eksploderer og sprer gnistene 14 utover gassen 13. For tydelighets skyld er brikken 9 inntegnet på figuren.

Med den foreliggende oppfinnelse har man oppnådd en vesentlig forbedring idet den elektronisk tennbrikke er helstøpt uten åpne kontaktflater. Den må gå gjennom en serie hendelser før den armeres, noe som kan inntreffe langt fra ut-skytingsenheten. Brikken har innebygget en mekanisme for å deaktivere seg selv, og når detoneringssekvensen er satt i verk vil den drepe/avbryte sin egen kraftforsyning. Risi-koen for personell som skal håndtere restavfall er derved vesentlig redusert i tillegg til at håndtering og transport er sikker. Brikken kan også stoppes i røret og fjernes fra røret uten risiko for personell etter en forhåndsprogram-mert tid etter avfyring.

Tennbrikken kan således bringes tilbake til utskytings-enheten og skytes på nytt eller legges i egnet avfalls-kontainer.

Et annet mål som er oppnådd med foreliggende oppfinnelse, er at den elektroniske tennbrikken nå kan brukes på alle fakkel-applikasjoner uten at individuell tilpasning er nød-vendig.

Alternativer:

De ytre hendelsene som brikkens elektronikk kan drives i forhold til, kan for eksempel bestå av følgende: Eventuelt pulser som opprettes i form magnetfelt, fra en lyskilde, en lydkilde, en varmekilde eller en G-kraft sensor.

Det er foretrukket ifølge oppfinnelsen at den elektroniske kontrollkrets innvendig i brikken drives av en kraftkilde (et batteri) innvendig i brikken. Imidlertid ønsker man at kretsen ikke skal være «strømførende» før brikken skal anvendes, slik at batteriet ikke unødig tappes for strøm. Derfor er brikken i utgangspunktet slått av.

Når brikken virkelig skal anvendes, gjennomføres det følge-lig et innledende slå-på-trinn hvor elektronikkretsen blir strømførende slik at avfølingen av pulsangivelser kan starte. Slå på-funksjonen kan derfor være den første sekvens av forhåndsgitte pulser som kopler batteriet til kretsen.

Deretter følger de foran omtalte pulshendelser som må komme i riktig forhåndsgitt sekvens for at en senere registrering av at brikken er ute av lederøret fører til at brikken detonerer.

Brikken gjennomgår derved tre trinn:

1) den slås på

2) den armeres

3) den detoneres.

Ved oppfinnelsen er det følgelig frembrakt en ny fremgangsmåte og et system med en tennbrikke som representerer et stort fremskritt på dette tekniske området, med bl.a. øket sikkerhet mot at tennbrikker kan detonere utilsiktet.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med referanse til kon-krete ikke-begrensende løsninger for systemet, vil det være tydelig for en fagmann at oppfinnelsens utførelser kan end-res og modifiseres på en rekke ulike måter, uten å avvike fra oppfinnelsens idé slik den er definert i de etterfølg-ende patentkravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved tenning av utslipp (13) av brennbare fluider, såsom av gasser som slippes ut i en fakkel (17), hvor en tennbrikke (9) settes i bevegelse mot fluidutslippet langsmed et ledeorgan (10) og bringes til å detonere i eller nær fluidutslippet, slik at fluidet antennes, karakterisert ved at under sin ferd mot fluid-utslippet gjennomgår brikken detonasjonsfrembringende hendelser hvor en elektronikk registrerer flere påfølgende sekvenser, som: 1) en sekvens (11) hvor et kontrollsystem aktiveres (slås pa) , 2) en sekvens hvor brikken armeres når den passerer og registrerer en på forhånd bestemt rekke av like eller ulike pulspåvirkninger (12), og 3) en sekvens hvor brikken deretter bringes til å detonere ved en pulspåvirkning (3) som tilsier at den har passert ledeorganet mot fluidutslippet.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det anvendes et system hvor sekvensene l)-3) av pulspåvirkninger fritt kan velges, såsom slik at det innbyrdes tidsforløp mellom to tilstøtende pulser, og/eller tidsforløp mellom sekvenser av pulser, og/eller tidsforløp mellom startpuls og sluttpuls, er innenfor gitt øvre og nedre grenser for å utløse en detonasjonen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1-2, karakterisert ved at systemet anvender magnetfelt, lys, lyd, trykk, elektrisk strøm, elekromagnetiske strålingspulser, endringer i tyngdekrefter (G-påvirkning) og/eller stråling til å gi nevnte pulspåvirkninger .

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1-3, karakterisert ved at under sekvens 3) utsender brikken signaler (3), idet nevnte pulsregistrering innebærer at brikken enten registrerer refleksjon av nevnte pulser, eller ikke, fra ledeorganet (10) som eksempelvis er et lederør.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at det i brikken (9) anvendes et system med en elektronikk som drives av en kraftkilde (6), og når kontrollkretsen blir slått på og armert, sluttes strømkretsen etter at brikken har passert en gitt sekvens av et antall impulsgivende organer (12) i tilknytning til ledeorganet, mens systemet anvender utsendt impulser (3), for å registrere at den har forlatt ledeorganet (10) og starte detonasjonen ved at kontrollkretsen på en sikker måte registrerer at brikken (9) har forlatt ledeorganet (10).

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, k arakterisert ved at tennbrikken (9) er avslått under transport og lagring og kan ikke armeres uten at den passerer et på forhånd bestemt antall hendelser i løpet av et gitt tidsrom (tidsvindu).

7. System for antenning av utslipp av brennbare fluider (13), såsom av gasser som slippes ut i en fakkel (17), omfattende en tennbrikke (9) som kan bringes til å detonere ved fluidutslippet (13) for å antenne dette, samt organ for fremføring/leding (10) av tennbrikken frem mot gassutslippet, karakterisert ved at det detonasjonsfrembringende system omfatter en elektronisk kontrollkrets omfattende 1) en sekvens (11) hvor kontrollsystemet aktiveres (slås pa) , 2) en sekvens hvor brikken armeres når den passerer og registrerer en på forhånd bestemt rekke av de nevnte like eller ulike pulspåvirkninger (12), og 3) en sekvens hvor brikken deretter bringes til å detonere ved en pulspåvirkning (3) som tilsier at den har passert ledeorganet mot fluidutslippet.

8. System i samsvar med krav 7, karakterisert ved at brikkens (9) detonasjonsutløsende krets omfatter en elektronisk krets med en eller flere like/ulike sensorer som er innrettet til å detektere en gitt sekvens av pulspåvirkninger, såsom slik at det innbyrdes tidsforløp mellom to tilstøtende pulser, og/eller tidsforløp mellom sekvenser av pulser, og/eller tidsforløp mellom startpuls og sluttpuls, er innenfor gitt øvre og nedre grenser for å utløse detonasjonen.

9. System i samsvar med krav 7-8, karakterisert ved at brikken (9) omfatter sensorer for registrering av magnetfelter, lys, lyd, trykk, elektrisk strøm, elekromagnetiske strålingspulser, endringer i tyngdekrefter (G-påvirkning) og/eller stråling til å gi nevnte pulspåvirkninger.

10. System i samsvar med et av kravene 7-9, karakterisert ved at brikken (9) omfatter et system med en elektronisk kontrollkrets som drives av en kraftkilde (6), såsom et batteri, og for at kontrollkretsen skal kunne slås på og derved brikken (9) armeres, må en strømkrets sluttes ved at brikken passerer en gitt sekvens av et antall impulsgivende organer i tilknytning til ledeorganet, og systemet anvender utsendt impulser, for å registrere at den har forlatt ledeorganet og starte detonasjonen ved at kontrollkretsen på en sikker måte registrerer at brikken (9) har forlatt ledeorganet (10). 12. System i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at tennbrikken (9) er innrettet til å være avslått under transport og lagring og kan ikke armeres uten at den passerer et på forhånd bestemt antall hendelser i løpet av et gitt tidsrom (vindu). 13. System i samsvar med krav 7, karakterisert ved at ledeorganet er et rør (10) som leder frem tilnærmet til fluidutslippet (13) .