CN100465413C - 深井热交换系统压力转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深井热交换系统压力转换系统，该系统包括：压力转换器、冷冻水泵及排污过滤器，压力转换器上设有冷却水进水口、冷却水回水口、冷冻水出水口和冷冻水回水口，压力转换器的冷却水进水口上设有与制冷系统冷冻水出水口连接的管路，压力转换器的冷却水回水口上设有与制冷系统连接的管路，压力转换器的冷冻水出水口上设有与降温系统的冷冻水进水管连接的管路，压力转换器的冷冻水回水口通过管路、排污过滤器及冷冻水泵与用于连接降温系统的冷冻水回水管的管路连接。该压力转换系统结构简单，克服了矿井埋深大、压力大的难题；将高压循环系统转换为设备和管道可以承受的低压闭路循环系统；减小系统的造价，缩短了建设工期。

Description

深井热交换系统压力转换系统

技术领域

本发明涉及一种压力转换技术，尤其涉及一种涉及在矿井热交换系统中降低设备及管道压力的压力转换系统，属于降低设备及管道压力处理领域。

背景技术

能源是推动社会经济快速运转的动力，能源的可持续开发与利用是实现社会经济、人口、资源、环境协调发展的重要基础与物质保障。进入21世纪，随着我国经济规模的迅速扩大和人民生活水平的不断提高，能源的总体需求量和人均消费量逐年增长。目前，我国已成为世界上仅次于美国的第二大能源消费国。我国是一个富煤、少气、缺油的国家。长期以来，煤炭一直是我国的主要能源资源，在我国一次性能源结构中占70％左右，已探明的煤炭资源量占世界总量的11.1％，而石油和天然气仅占总量的2.4％和1.2％，煤炭在我国一次性能源生产和消费构成中均占2/3以上。可见，煤资源条件决定了今后相当长的时间内，煤炭在中国一次性能源结构中占据不可替代的重要地位。随着国民经济的高速发展，煤炭需求将不断增加，煤炭作为我国主体能源的地位在今后50年内不会有改变

由于长期开采，浅部资源日趋枯竭，大部分煤矿不得不转入深部开采，根据目前资源开采状况，我国煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加，东部矿井正以每10年100～250m的速度发展。近年己有一批矿山进入深部开采，其中，在煤炭开采方面，沈阳采屯矿开采深度为1197m、开滦赵各庄矿开采深度为1159m、北票冠山矿开采深度为1059m、新汶孙村矿开采深度为1055m、北京门头沟开采深度为1008m、长广矿开采深度为1000m。可以预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000m到1500m的深度。虽然我国西部地区浅部煤炭资源量很大，但水资源缺乏、生态环境脆弱，同时受交通运输等外部条件制约，煤炭开发重心西移的方案在近期内难以实现。因此，作为一次性能源消费的主体，为保证煤炭资源在我国矿产资源中的主体地位，进行深部开采是必然趋势。

随着开采深度的增加，在深部开采的条件下，地温的升高是工作条件恶化的重要原因，持续的高温将对人体的健康和工作能力造成极大的伤害，使劳动生产率大大下降。我国《煤矿安全规程》第102条规定：“生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃”，“当空气温度超过时，必须缩短超温点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇”，“采掘工作面的空气温度超过30℃，必须停止作业”，“新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施”。

而以往的深井降温系统只有制冷系统和降温系统两部分组成，但随着矿井深度的不断加大，制冷系统和降温系统之间的设备及管道要承受的压力不断增大。压力的增大不但会导致不安全生产系数的提高，同时也会为了保证设备及管道承受高压而增加造价投资

发明人发现在现有的深井热交换系统中还没有进行压力转换的系统，用于在深井降温系统中降低降温系统的设备及制冷系统与降温系统之间的管道所承受的压力，同时实现热交换的功能。

发明内容

本发明提供了一种深井热交换系统压力转换系统，该系统设置在深井热交换系统的制冷系统和降温系统之间，可有效降低设备及管道所承受的压力，保证深井热交换系统设备及管道运行于可以承受的安全压力范围内。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供了一种深井热交换系统压力转换系统，该系统包括：

压力转换器、冷冻水泵及排污过滤器，压力转换器上设有冷却水进水口、冷却水回水口、冷冻水出水口和冷冻水回水口，压力转换器的冷却水进水口上设有与制冷系统冷冻水出水口连接的管路，压力转换器的冷却水回水口上设有与制冷系统连接的管路，压力转换器的冷冻水出水口上设有与降温系统的冷冻水进水管连接的管路，压力转换器的冷冻水回水口通过管路、排污过滤器及冷冻水泵与用于连接降温系统的冷冻水回水管的管路连接。

所述压力转换器为多个，多个压力转换器并联连接。

所述并联后的多个压力转换器为各个压力转换器的冷冻水出水口相互连接，冷冻水回水口相互连接，冷却水进水口相互连接，冷却水回水口相互连接。

所述多个压力转换器构成的压力转换系统设在制冷系统与降温系统之间，与制冷系统构成低压闭路上循环系统，与降温系统构成低压闭路下循环系统。

所述冷冻水泵为两个，两个冷冻水泵并联连接，并联后的两个冷冻水泵一端通过管路与压力转换器的冷冻水回水口连接，另一端通过排污过滤器与用于连接降温系统的冷冻水回水管的管路连接。

所述系统还包括补水箱，补水箱的一端通过管路与压力转换器的冷却水回水口上的管路连接，另一端通过管路与用于与降温系统的冷冻水回水口连接的管路连接。

所述系统还包括水表，水表设置在与压力转换器的冷冻水出水口连接的管路上。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施方式提供的压力转换系统，采用压力转换器及其连接管路，将该系统用于深井热交换系统的制冷系统与降温系统之间，使深井热交换系统分为上循环系统和下循环系统，将整个热能转换高压循环系统分为两个低压闭路循环系统——上循环系统和下循环系统，同时实现上循环系统与下循环系统的液-液形式热交换功能。且在冷冻水泵和排污过滤器的配合下，可以将制冷系统中的水以降温系统的设备，以及制冷系统与降温系统之间的管路可承受的压力状况下流到降温系统中。该压力转换系统结构简单，克服了矿井埋深大、压力大的难题；将高压循环系统转换为设备和管道可以承受的低压闭路循环系统；增加了系统管道及设备材料的选择便利性；大大减小了整个深井热能转换系统的工程造价，缩短了建设工期。

附图说明

图1为本发明实施例的压力转换系统的连接示意图；

图2为本发明实施例的压力转换系统在深井内布置的示意图；

图3为本发明实施例的压力转换系统中的压力转换装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的压力转换系统中的压力转换装置的另一结构示意图；

图中：1、压力转换器；2、冷冻水泵；3、排污过滤器；4、水表；5、补水箱。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种深井热交换系统压力转换系统，该系统包括压力转换器、冷冻水泵及排污过滤器，压力转换器上设有冷却水进水口、冷却水回水口、冷冻水出水口和冷冻水回水口，压力转换器的冷却水进水口上设有与制冷系统冷冻水出水口连接的管路，压力转换器的冷却水回水口上设有与制冷系统冷冻水回水口连接的管路，压力转换器的冷冻水出水口上设有与降温系统的冷冻水进水管连接的管路，压力转换器的冷冻水回水口通过管路、排污过滤器及冷冻水泵与用于连接降温系统的冷冻水回水管的管路连接。该系统用在深井热交换系统中，设置在制冷系统与降温系统之间，降低深井开采水平间高差导致的高压，保证系统设备及管道运行于可以承受的安全压力范围内，同时以液-液热交换形式完成循环水体的换热作用。

为便于理解，下面结合附图和具体的实施例进行说明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种压力转换系统，用于深井换热系统中，该系统具体包括：

压力转换器1、冷冻水泵2及排污过滤器3，压力转换器1上设有冷却水进水口24、冷却水回水口21、冷冻水出水口23和冷冻水回水口22，压力转换器1的冷却水进水口24上设有与制冷系统A的冷冻水出水口连接的管路7，压力转换器的冷却水回水口21上设有与制冷系统A连接的管路6，压力转换器1的冷冻水出水口23上设有与降温系统B的冷冻水进水管连接的管路9，压力转换器1的冷冻水回水口22通过管路、排污过滤器3及冷冻水泵2与用于连接降温系统B的冷冻水回水管的管路8连接。所述系统还包括用于向闭路的循环系统中补水的补水箱5，补水箱5的一端通过管路与压力转换器1的冷却水回水口21上的管路6连接，另一端通过管路与用于与降温系统B的冷冻水回水管的管路8连接。与压力转换器的冷冻水出水口连接的管路上还设有用于测量管路中水流量的水表4。

其中，所述的压力转换器1可以为多个，此处为三个，三个压力转换器并联连接。即三个压力转换器的冷冻水出水口23相互连接，冷冻水回水口22相互连接，冷却水进水口24相互连接，冷却水回水口21相互连接。

如图3、图4所示，所述压力转换系统设在制冷系统与降温系统之间，用于将整个热交换高压循环系统分为两个低压闭路循环系统——上循环系统和下循环系统，同时实现上循环系统与下循环系统的液-液形式热交换功能。压力转换器的内部主体为钛板换热板。

上述系统中，所述冷冻水泵为两个，两个冷冻水泵并联连接，并联后的两个冷冻水泵一端通过管路与压力转换器1的冷冻水回水口22连接，另一端通过排污过滤器3与用于连接降温系统B的冷冻水回水管的管路8连接。

上述的压力转换系统应用在深井换热系统中时，其在深井内布置的示意图如图2所示，通过其压力转换器的作用，将整个热能转换高压循环系统分为两个低压闭路循环系统——上循环系统和下循环系统，并可同时实现上循环系统与下循环系统的液-液形式热交换功能。其中，排污过滤器3用于去除管道中的污垢，冷冻水泵2用于实现下循环系统(降温系统与压力转换系统构成)的管道的闭路水循环，补水箱5用于为闭路水循环系统补水，水表4用于测量管路中水流量。

对该深井热交换系统压力转换系统应用在实际的深井煤矿的情况进行说明：如开采深度最深已达-1000m以下的煤矿，随着开采深度的增加，地温越来越高。目前，-1010m水平7446工作面空气温度高达34～36℃，工作面围岩岩体表面温度达40℃左右，相对湿度100％，各个采掘点的温度普遍较高，湿度较大，即使在冬季各采掘工作面迎头温度也超过了《煤矿安全规程》的相关规定。在这种高温高湿的环境下，工人热害疾病非常严重，死亡事件也有发生，安全形势十分严峻。而且，随着开采的深入，必将全部进入到-1000m以下进行开采，热害问题如得不到有效解决，必将直接影响到各个煤矿的生存与发展。因此，解决深部热害问题已成为关系到煤矿可持续性发展的关键性因素。

根据冷源工程设计，制冷系统的制冷工作站布置在-600水平，降温系统的降温工作站作为整个循环系统的末端设备工作站，其布置位置距离降温工作面以近为宜，而降温工作面——7446工作面位于井下-1010水平，故降温系统的降温工作站布置在-1010水平。本发明实施例的压力转换系统布置在制冷工作站与降温工作站之间，即-800水平。

本实施例由于在-800水平设置了压力转换系统，克服了矿井埋深大、压力大的技术难题，将高差410m的高水压循环系统转换为设备和管道可以承受的低压闭路循环系统，为系统管路及设备材料的选择减少了很多不必要的麻烦，大大减小了工程造价，缩短了工期。

综上所述，本发明实施例中的压力转换系统通过压力转换器的作用，可以将高压的循环系统转换成低压的闭路循环系统，减少了压力对深井换热系统的影响，降低了整个深井换热系统的成本及施工建设周期。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，该系统包括:

压力转换器(1)、冷冻水泵(2)及排污过滤器(3)，压力转换器(1)上设有冷却水进水口(24)、冷却水回水口(21)、冷冻水出水口(23)和冷冻水回水口(22)，压力转换器(1)的冷却水进水口(24)上设有与制冷系统(A)冷冻水出水口连接的管路(7)，压力转换器(1)的冷却水回水口(21)上设有与制冷系统(A)连接的管路(6)，压力转换器(1)的冷冻水出水口(23)上设有与降温系统(B)的冷冻水进水管连接的管路(9)，压力转换器(1)的冷冻水回水口(22)通过管路、排污过滤器(3)及冷冻水泵(2)与用于连接降温系统(B)的冷冻水回水管的管路(8)连接。

2、根据权利要求1所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述压力转换器为多个，多个压力转换器并联连接。

3、根据权利要求1所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述并联后的多个压力转换器为各个压力转换器的冷冻水出水口(23)相互连接，冷冻水回水口(22)相互连接，冷却水进水口(24)相互连接，冷却水回水口(21)相互连接。

4、根据权利要求3所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述多个压力转换器构成的压力转换系统设在制冷系统与降温系统之间，与制冷系统构成低压闭路上循环系统，与降温系统构成低压闭路下循环系统。

5、根据权利要求1所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述冷冻水泵为两个，两个冷冻水泵并联连接，并联后的两个冷冻水泵一端通过管路与压力转换器(1)的冷冻水回水口(22)连接，另一端通过排污过滤器(3)与用于连接降温系统(B)的冷冻水回水管的管路(8)连接。

6、根据权利要求1所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述系统还包括补水箱(5)，补水箱(5)的一端通过管路与压力转换器(1)的冷却水回水口(21)上的管路(6)连接，另一端通过管路与用于与降温系统(B)的冷冻水回水口(22)连接的管路(8)连接。

7、根据权利要求1所述的深井热交换系统压力转换系统，其特征在于，所述系统还包括水表(4)，水表(4)设置在与压力转换器(1)的冷冻水出水口连接的管路(9)上。

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