Модульна вакуумно-насосна дегазаційна установка
Корисна модель відноситься до пересувних вакуумно-насосних дегазаційних установок, розташованих у гирла дегазаційних свердловин на поверхні гірських відводів вугільних шахт, і може бути використана для відкачування метаноповітряної суміші.
Результатом використання корисної моделі є технічні рішення, спрямовані на підвищення ступеня автоматизації та безпечної експлуатації установки за рахунок застосування сучасних мікроконтролерів високого технічного рівня, зниження вібро та шумового навантаження на навколишнє середовище та людину, та можливість комбінації насосних модулів залежно від продуктивності установки.
Модульна вакуумно-насосна дегазаційна установка складається з блоку зв'язку з дегазаційною свердловиною, блоку газоочищення, насосного блоку, блоку управління та телеметрії, блоку безпеки та газовідвідного блоку. Блок зв'язку зі свердловиною включає також свічку скидання газової суміші в атмосферу, автоматичні засувки і вогнеперегороджувач з приладами контролю, призначені для відсікання подачі метаноповітряної суміші в насосний модуль в аварійних ситуаціях і скидання її в атмосферу. При появі метану або зростанні температури в приміщеннях насосного модуля або модуля управління та телеметрії, мікроконтролер дає команди на вогнеперегородники та засувки для припинення подачі газової суміші з дегазаційної свердловини, та на швидкодіючі вентилятори для з'єднання приміщень із зовнішнім середовищем за допомогою автоматичних жалюзі або дверей. З появою загрози займання або вибуху мікроконтролер відключає установку від свердловини.
Корисна модель відноситься до пересувних вакуумно-насосних дегазаційних установок, розташованих у гирла дегазаційних свердловин на поверхні гірських відводів, що будуються, діють ішахт, що ліквідуються, і може бути використовується для автономної експлуатації як основне обладнання для відкачування шахтного газу (метаноповітряної суміші) як системного елемента забезпечення безпечної експлуатації вугільної шахти, а також як елемента систем альтернативного енергопостачання продуктивністю 50-250 Н·м 3 /хв.
Відомо кілька корисних моделей дегазаційних установок.
Установка містить вакуум-насоси з водовідділювачами, рециркуляційний насос та охолодний пристрій, що сполучається з вакуум-насосом і виконаний у вигляді радіатора з вентилятором.
Установка містить вакуум-насоси, апаратуру осушення газу, прилади контролю вмісту метану та його тиску в газовій суміші, пристрої керування та зашиті від аварійних режимів, трубопроводи подачі газу та систему регулювання концентрації метану з газоаналізатором.
Основними недоліками вказаних моделей є їх підвищена небезпека при експлуатації, сильна шумність і мала ступінь автоматизації. Для попередження аварійних ситуацій, а також вибуху або займання капотованих метаноповітряних сумішей, дегазаційні установки повинні бути максимально автоматизовані, а режим роботи повинен постійно контролюватись. Органи та засоби управління установкою повинні бути ергономічні і максимально прості та зручні для роботи технічного та обслуговуючого персоналу.
Установка містить вакуум-насоси, підключені через діелектричний роздільник до дегазаційної свердловини, прилади обліку концентрації, тиску, температури та витрати газової суміші, вологовідділювачі, пристрої керування та захисту від аварійних режимів із системою скидання газової суміші в атмосферу та вогнеперешкодники, встановлені на газопроводах суміші.
Основними недолікамиданої моделі є її висока шумність, низька ергономічність і енергоефективність.
Запропоновано модульну вакуумно-насосну дегазаційну установку з технічними рішеннями, спрямованими на підвищення ступеня автоматизації та безпечної експлуатації, зниження вібро та шумового навантаження на навколишнє середовище та людину, та можливість комбінації насосних модулів залежно від продуктивності установки.
Підвищення ступеня автоматизації та безпечної експлуатації установки досягається за рахунок застосування мікроконтролерів сучасного технічного рівня, які мають високу швидкість обробки даних та формування керуючих сигналів, що дозволяє максимально знизити час реакції системи керування та телеметрії при виході параметрів роботи установки за критичні рамки, а також зменшує вплив людського фактора.
Зниження шумів і вібрацій досягається шляхом встановлення систем шумоподавлення на вхідні та вихідні газотрубопроводи установки. Модуль та насоси встановлюються на спеціалізовані віброопори.
Для зручності доставки та монтажу ВНСМІ, а також для забезпечення безпечної експлуатації застосовано поділ установки на два окремі модулі. У першому модулі розташовуються насоси та газотрубопроводи (насосний модуль), а в другому розташовується обладнання системи керування (модуль КВП). Насосний модуль має два типорозміри: з двома та трьома насосами, з яких один обов'язково резервний. Комбінація насосних модулів дозволяє отримати потрібну продуктивність установки. Наприклад, при продуктивності установки 50 Нм 3 /хв застосовується модуль з двома насосами (один резервний) продуктивністю 50 Нм 3 /хв. При продуктивності установки в 100 Нм 3 /хв використовується насосний модуль із трьома насосами (один резервний)продуктивністю по 50 Нм 3 /хв, або модуль з двома насосами (один резервний) продуктивністю 100 Нм 3 /хв і.т.д, тобто кількість насосних модулів залежить від продуктивності насосів та установки в цілому.
На Фіг.1 наведена технологічна схема установки ВНСМІ з двома насосами.
Дегазаційна установка розташовується на поверхні шахти поблизу свердловини дегазації і може мати продуктивність від 50 до 250 Н·м 3 /хв. Дегазаційна установка являє собою комплект обладнання, що включає наступні основні елементи: шумоподавлювач (1), свічка скидання з вогнеперегородником (2), вологовідділювач (3), oгнепреградигель (4), основний насосний агрегат (5), байпас основного насосного агрегату (6) ), резервний насосний агрегат (7), байпас резервного насосного агрегату (8), вологовідділювач (9), вогнезапобіжник (10), шумоподавлювач (11), свічка утилізації з вогнезапобіжником (12).
Блок зв'язку з дегазаційною свердловиною має встановлені на газотрубопроводі датчики концентрації метану та кисню, свічку скидання, вогнеперегороджувач з електронним термометром, шумоздавлювач та клапан продування. Підведення газотрубопроводу від дегазаційної свердловини до свічки скидання здійснюють через систему пожежної сигналізації та автоматичного пожежогасіння, автоматичну засувку, а до блоку газоочищення - через автоматичну засувку та шумоподавлювач.
Блок газоочищення обладнаний вологовідділювачем з електронним манометром, пороговим датчиком рівня та зливом конденсату, та вогнеперешкодником.
Блок насосів складається з двох вакуумних насосів Основний та Резервний. На вході насосний блок має електронний вакуумметр та електронний термометр, а на виході – вологовідділювач зі зливом конденсату. Кожен вакуумний насос має датчики температури підшипників іприскорення вібрації корпусів, електронних термометрів з індикаторами, електронних манометрів з індикаторами, а на виході насоса встановлено електронний витратомір.
Газовідвідний блок встановлений на виході насосного блоку. В нього входять вогнеперегороджувач з електронним термометром, шумоподавлювач та свічка утилізації зі скиданням конденсату, а також комунікативна система блоку безпеки з електронно-оптичним датчиком полум'я.
Необхідно відзначити, що насосний блок і блок управління та телеметрії встановлені в модулях, обладнаних приладами контролю концентрації метану, і пов'язані із зовнішнім середовищем за допомогою швидкодіючих вентиляторів через систему автоматизованих вентиляційних жалюзі та дверних отворів.
Блок безпеки має командоконтролер у вибухобезпечному виконанні, до якого підключені датчики управління провітрюванням, вентилятор, автоматичні жалюзі, датчики розрядження і температури газової суміші, що подається до вакуумних насосів, датчики контролю роботи вакуумних насосів, витрати газової суміші, датчики та виконавчі модулі автоматичного пожежогасіння та пожежної сигналізації , автоматичні засувки, датчики зливу конденсату та зв'язку з дегазаційною свердловиною, електронно-оптичні датчики полум'я та вогнеперегороджувачів та датчики газоочищення.
Блок управління та телеметрії знаходиться в окремому модулі і містить силові шафи, шафа приладів автоматики управління обладнанням, кондиціонер, електричний обігрівач, датчик концентрації метану до блоку, електронний датчик температури в блоці, освітлення та вентилятор, з'єднаний з датчиками температури та датчиками концентрації метану.
Нижче описано принцип роботи модульної вакуумно-насосної дегазаційної установки.
Газова суміш із дегазаційної свердловининадходить до модульної дегазаційної установки і при нормальній її роботі при постійному контролі показників проходить через блок газоочищення в насосний блок, проходить остаточне очищення від вологи і конденсату і через газовідвідний блок надходить до споживача. Блоки управління та безпеки контролюють роботу установки та забезпечують задані показники її роботи. При появі загрози займання газової суміші, що виходить зі свердловини, протипожежний блок через командоконтролер відключає за допомогою автоматичної засувки подачу газової суміші в дегазаційну установку і направляє її на скидання в атмосферу або забезпечує спрацьовування вогнеперегороджувача і автоматичної засувки через загрозу займання метану ззовні. При появі метану або зростанні температури в приміщеннях модулів командоконтролер дає команди на вогнеперешкодники та автоматичні засувки для припинення подачі газової суміші. Видає команди на швидкодіючі вентилятори для з'єднання із зовнішнім середовищем за допомогою автоматичних жалюзі або дверних отворів. У разі виникнення загрози вибуху або займання установки командоконтролер відключає установку від свердловини.
Модульна вакуум-насосна дегазаційна установка забезпечує:
- сталість об'ємного вмісту метану в газовій суміші, що перекачується;
- автоматичне відключення від дегазаційної свердловини при виникненні загрози займання або вибуху газової суміші, що відводиться;
- автоматичне запобігання поширенню вибухового горіння газовідвідними трубопроводами у бік гирла дегазаційної свердловини з боку дегазаційної установки;
- автоматичне запобігання вибуховому горінню газовідвідними трубопроводами у бік дегазаційної установки з боку пристрою скидання газовоїсуміші в атмосферу чи установок її утилізації;
- автоматичний контроль роботи всіх елементів установки у режимі реального часу з передачею інформації на пульти диспетчерського контролю;
1. Модульна вакуумно-насосна дегазаційна установка включає вакуумні насоси, підключені до дегазаційної свердловини, прилади обліку концентрації, тиску, температури і витрати газової суміші, вологовідділювачі, пристрої управління та захисту від аварійних режимів з системою скидання газової суміші в атмосферу і вогні встановлені на газопроводах подачі газової суміші, автоматичні засувки, встановлені на газопроводах скидання газової суміші в атмосферу, пристрій захисту від аварійних режимів, що відрізняється тим, що вона забезпечена мікроконтролерами сучасного технічного рівня, які мають високу швидкість обробки даних та формування сигналів, що управляють, що дозволяє максимально знизити час реакції системи керування та телеметрії при виході параметрів роботи установки за критичні рамки, а також зменшує вплив людського фактора.
2. Модульна вакуумно-насосна дегазаційна установка за п.1, що відрізняється тим, що має мінімальний рівень шуму та вібрації при роботі за рахунок застосування віброопор та системи придушення шуму.
3. Модульна вакуумно-насосна дегазаційна установка за п.1, що відрізняється тим, що вона складається з окремих модулів (насосні модулі та модуль управління), що забезпечує зручність доставки та монтажу установки, а також підвищує безпеку обслуговуючого персоналу під час її експлуатації.