Модульная вакуумно-насосная дегазационная установка

Полезная модель относится к передвижным вакуумно-насосным дегазационным установкам, расположенным у устья дегазационных скважин на поверхности горных отводов угольных шахт, и может быть использована для откачки метановоздушной смеси.

Результатом использования полезной модели являются технические решения, направленные на повышение степени автоматизации и безопасной эксплуатации установки за счет применения современных микроконтроллеров высокого технического уровня, снижение вибро и шумовой нагрузки на окружающую среду и человека, и возможность комбинации насосных модулей в зависимости от производительности установки.

Модульная вакуумно-насосная дегазационная установка состоит из блока связи с дегазационной скважиной, блока газоочистки, насосного блока, блока управления и телеметрии, блока безопасности и газоотводящего блока. Блок связи со скважиной включает в себя также свечу сброса газовой смеси в атмосферу, автоматические задвижки и огнепреградитель с приборами контроля, предназначенные для отсечения подачи метановоздушной смеси в насосный модуль в аварийных ситуациях и сброса ее в aтмocфеpy. При появлении метана или росте температуры в помещениях насосного модуля или модуля управления и телеметрии, микроконтроллер дает команды на огнепреградители и задвижки для прекращения подачи газовой смеси из дегазационной скважины, и на быстродействующие вентиляторы для соединения помещений с внешней средой с помощью автоматических жалюзи или дверных проемов. При появлении угрозы воспламенения или взрыва микроконтроллер отключает установку oт скважины.

Полезная модель относится к передвижным вакуумно-насосным дегазационным установкам, расположенным у устья дегазационных скважин на поверхности горных отводов строящихся, действующих и ликвидируемых шахт, и может быть используема для автономной эксплуатации в качестве основного оборудования для откачки шахтного газа (метановоздушной смеси) как системного элемента обеспечения безопасной эксплуатации угольной шахты, а также как элемента систем альтернативного энергоснабжения производительностью 50-250 Н·м³/мин.

Известно несколько полезных моделей дегазационных установок.

Авторское свидетельство СССР 361292, кл. E21F 7/100 с приоритетом oт 31.03.1970 г. опубликовано в 1973 г., Б. 1.

Установка содержит вакуум-насосы с водоотделителями, рециркуляционный насос и охлаждающее устройство, сообщающееся с вакуум-насосом и выполненное в виде радиатора с вентилятором.

Авторское свидетельство СССР 767363, кл. E21F 7/100, заявлено 11.09.1978 г., опубликовано в 1980 г., Б. 36)

Установка содержит вакуум-насосы, аппаратуру осушки газа, приборы контроля содержания метана и его давления в газовой смеси, устройства управления и зашиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газа и систему регулирования концентрации метана с газоанализатором.

Основными недостатками указанных моделей, является их повышенная опасность при эксплуатации, сильная шумность и малая степень автоматизации. Для предупреждения аварийных ситуаций, а так же взрыва или воспламенения каптируемых метановоздушных смесей, дегазационные установки должны быть в максимальной степени автоматизированы, а режим работы должен постоянно контролироваться. Органы и средства управления установкой, должны быть эргономичны и максимально просты и удобны для работы технического и обслуживающего персонала.

Пaтент на полезную модель 102059, приоритет от 15.03.2010 г.

Установка содержит вакуум-насосы, подключенные через диэлектрический разделитель к дегазационной скважине, приборы учета концентрации, давления, температуры и расхода газовой смеси, влагоотделители, устройства управления и защиты от аварийных режимов с системой сброса газовой смеси в атмосферу и огнепреградители, установленные на газопроводах подачи газовой смеси.

Основными недостатками данной модели, является ее высокая шумность, низкая эргономичность и энергоэффективность.

Предложена модульная вакуумно-насосная дегазационная установка с техническими решениями, направленными на повышение степени автоматизации и безопасной эксплуатации, снижение вибро и шумовой нагрузки на окружающую среду и человека, и возможность комбинации насосных модулей в зависимости от производительности установки.

Повышение степени автоматизации и безопасной эксплуатации установки достигается за счет применения микроконтроллеров современного технического уровня, которые имеют высокую скорость обработки данных и формирования управляющих сигналов, что позволяет максимально снизить время реакции системы управления и телеметрии при выходе параметров paботы установки за критические рамки, а также уменьшает влияние человеческого фактора.

Снижение шумов и вибраций, достигается путем установки систем шумоподавления на входные и выходные газотрубопроводы установки. Модуль и насосы устанавливаются на специализированные виброопоры.

Для удобства доставки и монтажа ВНСМИ, а также для обеспечения безопасной эксплуатации применено разделение установки на два отдельных модуля. В первом модуле располагаются насосы и газотрубопроводы (насосный модуль), а во втором располагается оборудование системы управления (модуль КИП). Насосный модуль имеет два типоразмера: с 2-мя и 3-мя насосами, из которых один обязательно резервный. Комбинация насосных модулей позволяет получить необходимую производительность установки. Например, при производительности установки 50 Нм³/мин применяется модуль с 2-мя насосами (один резервный) производительностью 50 Нм³/мин. При производительности установки в 100 Нм ³/мин используется насосный модуль с 3-мя насосами (один резервный) производительностью по 50 Нм³/мин, или модуль с 2-мя насосами (один резервный) производительностью 100 Нм³/мин и.т.д, т.е количество насосных модулей зависит от производительности насосов и установки в целом.

На Фиг.1 приведена технологическая схема установки ВНСМИ с 2-мя насосами.

Дегазационная установка располагается на поверхности шахты вблизи дегазационной скважины и может иметь производительность от 50 до 250 Н·м³/мин. Дегазационная установка представляет собой комплект оборудования, включающий в себя следующие основные элементы: шумоподавитель (1), свеча сброса с огнепреградителем (2), влагоотделигель (3), oгнепреградигель (4), основной насосный агрегат (5), байпас основного насосного агрегата (6), резервный насосный агрегат (7), байпас резервного насосного агрегата (8), влагоотделитель (9), огнепреградитель (10), шумоподавитель (11), свеча утилизации с огнепреградителем (12).

Блок связи с дегазационной скважиной имеет установленные на газотрубопроводе датчики концентрации метана и кислорода, свечу сброса, огнепреградитель с электронным термометром, шумоподавитель и клапан продувки. Подвод газотрубопровода от дегазационной скважины к свече сброса осуществляют через систему пожарной сигнализации и автоматического пожаротушения, автоматическую задвижку, а к блоку газоочистки - через автоматическую задвижку и шумоподавитель.

Блок газоочистки оборудован влагоотделителем с электронным манометром, пороговым датчиком уровня и сливом конденсата, и огнепреградителем.

Блок насосов состоит из двух вакуумных насосов Основной и Резервный. На входе насосный блок имеет электронный вакуумметр и электронный термометр, а на выходе - влагоотделитель со сливом конденсата. Каждый вакуумный насос снабжен датчиками температуры подшипников и ускорения вибрации корпусов, электронными термометрами с индикаторами, электронными манометрами с индикаторами, а на выходе насоса установлен электронный расходомер.

Газоотводящий блок установлен на выходе насосного блока. В него входят огнепреградитель с электронным термометром, шумоподавитель и свеча утилизации со сбросом конденсата, а также коммуникативная система блока безопасности с электронно-оптическим датчиком пламени.

Необходимо отметить, что насосный блок и блок управления и телеметрии установлены в модулях, оборудованных приборами контроля концентрации метана, и связаны с внешней средой посредством быстродействующих вентиляторов через систему автоматизированных вентиляционных жалюзи и дверных проемов.

Блок безопасности имеет командоконтроллер во взрывобезопасном исполнении, к которому подключены датчики управления проветриванием, вентилятор, автоматические жалюзи, датчики разряжения и температуры подаваемой к вакуумным насосам газовой смеси, датчики контроля работы вакуумных насосов, расхода газовой смеси, датчики и исполнительные модули автоматического пожаротушения и пожарной сигнализации, автоматические задвижки, датчики слива конденсата и связи с дегазационной скважиной, электронно-оптические датчики пламени и огнепреградителей и датчики газоочистки.

Блок управления и телеметрии находится в отдельном модуле и содержит силовые шкафы, шкаф приборов автоматики управления оборудованием, кондиционер, отопитель электрический, датчик концентрации метана к блоке, электронный датчик температуры в блоке, освещение и вентилятор, соединенный с датчиками температуры и датчиками концентрации метана.

Ниже описан принцип работы модульной вакуумно-насосной дегазационной установки.

Газовая смесь из дегазационной скважины поступает к модульной дегазационной установке, и при нормальной ее работе при постоянном контроле показателей проходит через блок газоочистки в насосный блок, проходит окончательную очистку от влаги и конденсата и через газоотводящий блок поступает к потребителю. Блоки управления и безопасности контролируют работу установки и обеспечивают заданные показатели ее работы. При появлении угрозы воспламенения газовой смеси, исходящей из скважины, противопожарный блок через командоконтроллер отключает с помощью автоматической задвижки подачу газовой смеси в дегазационную установку и направляет ее на сброс в атмосферу или обеспечивает срабатывание огнепреградителя и автоматической задвижки при угрозе воспламенения метана извне через свечу сброса. При появлении метана или росте температуры в помещениях модулей, командоконтроллер дает команды на огнепреградители и автоматические задвижки для прекращения подачи газовой смеси. Выдает команды на быстродействующие вентиляторы для соединения с внешней средой с помощью автоматических жалюзи или дверных проемов. При появлении угрозы взрыва или воспламенения установки командоконтроллер отключает установку oт скважины.

Модульная вакуум-насосная дегазационная установка обеспечивает:

- постоянство объемного содержания метана в перекачиваемой газовой смеси;

- автоматическое отключение от дегазационной скважины при возникновении угрозы воспламенения или взрыва отводимой газовой смеси;

- автоматическое предотвращение распространения взрывного горения по газоотводящим трубопроводам в сторону устья дегазационной скважины со стороны дегазационной уcтановки;

- автоматическое предотвращение взрывного горения по газоотводящим трубопроводам в сторону дегазационной установки со стороны устройства сброса газовой смеси в атмосферу или установок ее утилизации;

- автоматический контроль работы всех элементов установки в режиме реального времени с передачей информации на пульты диспетчерского контроля;

1. Модульная вакуумно-насосная дегазационная установка включает в себя вакуумные насосы, подключенные к дегазационной скважине, приборы учета концентрации, давления, температуры и расхода газовой смеси, влагоотделители, устройства управления и защиты от аварийных режимов с системой сброса газовой смеси в атмосферу и огнепреградители, установленные на газопроводах подачи газовой смеси, автоматические задвижки, установленные на газопроводах сброса газовой смеси в атмосферу, устройство защиты от аварийных режимов, отличающаяся тем, что она снабжена микроконтроллерами современного технического уровня, которые имеют высокую скорость обработки данных и формирования управляющих сигналов, что позволяет максимально снизить время реакции системы управления и телеметрии при выходе параметров работы установки за критические рамки, а также уменьшает влияние человеческого фактора.

2. Модульная вакуумно-насосная дегазационная установка по п.1, отличающаяся тем, что имеет минимальный уровень шума и вибрации при работе за счет применения виброопор и системы подавления шума.

3. Модульная вакуумно-насосная дегазационная установка по п.1, отличающаяся тем, что она состоит из отдельных модулей (насосные модули и модуль управления), что обеспечивает удобство доставки и монтажа установки, а также повышает безопасность обслуживающего персонала при ее эксплуатации.