CN104453985B - 一种水封阻火泄爆装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水封阻火泄爆装置及其控制方法，属于低浓度瓦斯管道安全输送领域。该装置包括三个腔和控制装置，三个腔分别为水封腔、泄爆腔、储水腔；该装置从根本上提高了水封阻火泄爆装置的水位检测和控制的可靠性，实现瓦斯燃烧和爆炸时的快速补水和水封作用，避免泄爆瞬间密封水快速回流至进气管路，可以大幅度提高水封阻火泄爆装置的可靠性和泄爆水封效果，为低浓度瓦斯管道输送系统提供安全保障。

Description

一种水封阻火泄爆装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种瓦斯管道输送系统的安全保护装置，具体涉及一种水封阻火泄爆装置，属于低浓度瓦斯管道安全输送领域。

背景技术

根据AQ1076-2009《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》，水封阻火泄爆装置是瓦斯发电输送管道和地面瓦斯排空管道的第一级安全保障设施。在管道内瓦斯燃烧和爆炸时，水封阻火泄爆装置应在第一时间起到阻止火焰通过并进入装置进气管道的作用，为避免引起井下瓦斯爆炸筑起第一道安全保障。然而当前的单筒和双筒水封阻火泄爆装置存在水位监测/控制困难、水封速度慢以及可靠性差等问题，为煤矿井下低浓度瓦斯的有效利用带来了隐患。

发明内容

为了从根本上提高水封阻火泄爆装置的水位检测和控制的可靠性，实现瓦斯燃烧和爆炸时的快速补水和水封作用，避免泄爆瞬间密封水快速回流至进气管路，本发明提供了一种带封堵门的三腔式水封阻火泄爆装置，从根本上解决上述问题，显著提高低浓度瓦斯管道输送系统的安全性和可靠性。

本发明提供的一种水封阻火泄爆装置，其特征在于：包括三个腔和控制装置，三个腔分别为水封腔、泄爆腔、储水腔；

所述水封腔顶部设有水封腔上封头，上封头中心设有检查口，底部设有水封腔下封头，水封腔下封头上方设有水封腔封堵装置，水封腔封堵装置固定在封堵座上，水封腔左侧下端设有气体输入管路，气体输入管路在水封腔内的底部设有分流网，水封腔右侧上端设有第一连接管路，水封腔右侧中部设有第一水位传感器，水封腔右侧下端设有第三连接管路，第三连接管路上方设有水封补水管，水封补水管位于分流网平面以下，第三连接管路下方设有水封排水管，水封补水管和水封排水管在第三连接管路同侧布置，水封腔左侧下端设有水封水位观察窗；

所述泄爆腔通过第一连接管路与水封腔连通，第一连接管路的端部设有封堵门，泄爆腔顶部设有泄爆腔上封头，上封头中心设有泄爆片，底部设有泄爆腔下封头，下封头底部通过第二连接管路与储水腔连接，泄爆腔的右侧设有气体输出管路；

所述储水腔位于泄爆腔下方且与泄爆腔平行设置，储水腔顶部设有储水腔上封头，上封头上方设有第二水位传感器，储水腔底部设有储水腔下封头，储水腔左侧通过第三连接管路与水封腔连通，第三连接管路上方设有储水腔水封补水管路，通往储水腔底部，储水腔水封补水管路上设有水封补水阀门，储水腔右侧设有储水水位观察窗，观察窗上方设有储水补水管，下方设有储水排水管；

所述控制装置包括第一水位传感器、第二水位传感器、补水压力传感器、补水电动球阀和排水电动球阀，第一水位传感器、第二水位传感器、补水压力传感器、补水电动球阀和排水电动球阀均与控制器连接，由控制器控制，控制器连接声光报警装置和显示终端。

上述方案中，所述控制器为PLC控制器。

上述方案中，所述水封腔封堵装置包括封堵钢板、封堵橡胶板、封堵装置导向筒，封堵装置导向筒位于封堵钢板正下方，在封堵钢板的上表面贴有一层封堵橡胶板。导向筒是圆筒状的。

作为另一种实施方式，所述泄爆腔和储水腔为一体式设计，由位于中部的泄爆腔下封头和储水腔上封头分隔开，分为两个腔。

本发明提供了一种所述的水封阻火泄爆装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）设备开机后，应先完成自检，初始化工作状态；

（2）设备初始化完成后即进入实时监测状态，即开始将检测到的水位信号和补水压力信号实时传输给PLC控制器；PLC控制器通过将检测得到的信号数值与程序设定值进行对比，完成如下操作：

①如水封腔内当前水位低于程序设定的最低水位时，PLC控制器打开补水电动球阀，直至水封腔内的水位达到程序设定水位时停止；

②如水封腔内当前水位高于程序设定的最高水位时，PLC控制器打开排水电动球阀，直至水封腔内的水位达到程序设定水位时停止；

③如补水压力信号低于程序设定阈值时，PLC控制器通过闪烁显示终端和打开声光报警装置来进行警示；

④在显示终端上实时显示水封腔和储水腔内的水位和补水压力值。

实际工作过程中，水位传感器和补水压力传感器将水位信号和补水压力信号实时传输给PLC控制器，PLC控制器根据程序完成水封腔内水位的实时调节。当补水压力不足时，将在显示终端上闪烁并通过声光报警装置进行警示。

本发明提供的水封阻火泄爆装置，带来的有益效果：可以大幅度提高水封阻火泄爆装置的可靠性和泄爆水封效果，为低浓度瓦斯管道输送系统提供安全保障。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为水封腔结构示意图。

图4为泄爆腔结构示意图。

图5为储水腔结构示意图。

图6为水封腔封堵装置的结构示意图。

图7为水封阻火泄爆装置的控制框图。

图中1、水封腔，2、第一连接管路，3、泄爆封堵门，4、泄爆腔，5、气体输出管路，6、第二连接管路，7、泄爆腔主体，8、补水电动球阀，9、补水压力传感器，10、储水腔，11、排水电动球阀，12、水封补水阀门，13、第三连接管路，14、水封腔封堵装置，15、气体输入管路，16、水封腔上封头，17、检查口，18、水封腔主体，19、第一水位传感器，20、分流网，21、水封补水管，22、水封排水管，23、封堵座，24、水封腔下封头，25、水封水位观察窗，26、泄爆腔上封头，27、泄爆片，28、泄爆腔主体，29、泄爆腔下封头，30、储水腔上封头，31、第二水位传感器，32、储水补水管，33、储水水位观察窗，34、储水排水管，35、储水腔下封头，36、储水腔水封补水管路，37、封堵橡胶板，38、封堵钢板，39、封堵装置导向筒。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~5所示，本发明提供的水封阻火泄爆装置，包括三个腔和控制装置，三个腔分别为水封腔、泄爆腔、储水腔；

所述水封腔1顶部设有水封腔上封头16，水封腔上封头16中心设有检查口17，底部设有水封腔下封头24，水封腔下封头24上方设有水封腔封堵装置14，水封腔封堵装置14固定在封堵座23上，水封腔1左侧下端设有气体输入管路15，气体输入管路15在水封腔1内的底部设有分流网20，水封腔1右侧上端设有第一连接管路2，水封腔1右侧中部设有第一水位传感器19，水封腔1右侧下端设有第三连接管路13，第三连接管路13上方设有水封补水管21，水封补水管21与分流网20处于同一水平线上，第三连接管路13下方设有水封排水管22，水封补水管21和水封排水管22在第三连接管路13同侧平行布置，水封腔1左侧下端设有水封水位观察窗25；

所述泄爆腔4通过第一连接管路2与水封腔1连通，第一连接管路2的端部设有泄爆封堵门3，泄爆腔4顶部设有泄爆腔上封头26，泄爆腔上封头26中心设有泄爆片27，底部设有泄爆腔下封头29，泄爆腔下封头29底部通过第二连接管路6与储水腔10连接，泄爆腔4的右侧设有气体输出管路5；

所述储水腔10位于泄爆腔4下方且与泄爆腔4平行设置，储水腔10顶部设有储水腔上封头30，储水腔上封头30上方设有第二水位传感器31，储水腔10底部设有储水腔下封头35，储水腔10左侧通过第三连接管路13与水封腔1连通，第三连接管路13上方设有储水腔水封补水管路36，通往储水腔10底部，储水腔水封补水管路36上设有水封补水阀门12，储水腔10右侧设有储水水位观察窗33，储水水位观察窗33上方设有储水补水管32，下方设有储水排水管34；

所述控制装置包括第一水位传感器19、第二水位传感器31、补水压力传感器9、补水电动球阀8和排水电动球阀11，第一水位传感器19、第二水位传感器31、补水压力传感器9、补水电动球阀8和排水电动球阀11分别与控制器连接，由控制器控制，控制器连接声光报警装置和显示终端。

图6示出了水封腔封堵装置的结构：封堵装置导向筒39位于封堵钢板38正下方，在封堵钢板38的上表面贴有一层封堵橡胶板37。封堵装置导向筒39是为了避免封堵装置往上托举时与封堵座憋劲。而在封堵钢板38上贴上一层封堵橡胶板37是为了让封堵装置可以更有效的瞬间封住气体输入管路。

本发明三腔式水封阻火泄爆装置的工作原理：

瓦斯管道正常输送时，低浓度瓦斯从水封腔气体输入管路流入水封腔，在流经水封腔内分流网后，经第一连接管路和泄爆封堵门后进入泄爆腔，再通过气体输出管路流出整个水封泄爆装置。此时水封封堵装置在瓦斯气流作用下处于最低位置，泄爆封堵门在瓦斯气流作用下处于打开状态。水封腔内的水也在瓦斯气流的作用下部分流入储水筒，使得储水筒的水位比水封筒的水位高。

当水封泄爆装置气体输出端发生瓦斯爆炸时，爆炸产生的高压气流和冲击波瞬间进入泄爆腔，泄爆封堵门在压差作用下立即关闭，泄爆片破坏释放爆炸产生的高压气流。与此同时，高压爆炸气流通过第二连接管路作用在储水腔内水面上，将储水腔内的水快速压入水封腔内，高压水通过封堵座作用于水封封堵装置下表面，使得水封封堵装置被瞬间托举并封堵住水封腔的气体输入管路。储水腔内的部分高压水还通过水封补水管路快速进入水封封堵装置的上表面，让水封腔内的气体输入管路管口瞬间被水封住。在封堵装置和水封共同作用下，确保爆炸气流和火焰不会进入气体输入管路，避免引爆井下瓦斯气源。

本发明三腔式水封阻火泄爆装置的控制过程如下：

（1）设备开机后，应先完成自检等初始化工作。

（2）设备初始化完成后即进入实时监测状态，即开始将检测到得水位信号和补水压力信号实时传输给PLC控制器。PLC控制器通过将检测得到的信号数值与程序设定值进行对比，完成如下操作：

①如水封腔内当前水位低于程序设定的最低水位时，PLC控制器打开补水电动球阀8，直至水封腔内的水位达到程序设定水位停止；

②如水封腔内当前水位高于程序设定的最高水位时，PLC控制器打开排水电动球阀11，直至水封腔内的水位达到程序设定水位停止；

③如补水压力信号低于程序设定阈值时，PLC控制器通过闪烁显示终端和打开声光报警装置来进行警示；

④在显示终端上实时显示水封腔和储水腔内的水位和补水压力值。

实施例2：

本实施例提供了另一种结构布置方式。

本实施例的三个腔中，泄爆腔和储水腔为一体式设计，但还是由中间的上下封头分为两个腔。

其实不管这个装置是三个单独的筒还是两个单独的筒（此时泄爆腔和储水腔位于一个圆筒内），整个装置被分为三个独立的空腔。将泄爆腔作为一个单独筒，将储水腔作为一个单独筒，然后它们装配在一起，可以实现专利的功能。在一个单独筒里用泄爆腔下封头和储水腔上封头隔成泄爆腔和储水腔，这也是一种方式。

Claims (4)

1.一种水封阻火泄爆装置，其特征在于：包括三个腔和控制装置，三个腔分别为水封腔、泄爆腔、储水腔；

所述水封腔顶部设有水封腔上封头，上封头中心设有检查口，底部设有水封腔下封头，水封腔下封头上方设有水封腔封堵装置，水封腔封堵装置固定在封堵座上，水封腔左侧下端设有气体输入管路，气体输入管路在水封腔内的底部设有分流网，水封腔右侧上端设有第一连接管路，水封腔右侧中部设有第一水位传感器，水封腔右侧下端设有第三连接管路，第三连接管路上方设有水封补水管，水封补水管位于分流网平面以下，第三连接管路下方设有水封排水管，水封补水管和水封排水管在第三连接管路同侧布置，水封腔左侧下端设有水封水位观察窗；

所述水封腔封堵装置包括封堵钢板、封堵橡胶板、封堵装置导向筒，封堵装置导向筒位于封堵钢板正下方，在封堵钢板的上表面贴有一层封堵橡胶板；

所述泄爆腔通过第一连接管路与水封腔连通，第一连接管路的端部设有泄爆封堵门，泄爆腔顶部设有泄爆腔上封头，上封头中心设有泄爆片，底部设有泄爆腔下封头，下封头底部通过第二连接管路与储水腔连接；

所述储水腔位于泄爆腔下方且与泄爆腔平行设置，储水腔顶部设有储水腔上封头，上封头上方设有第二水位传感器，储水腔底部设有储水腔下封头，储水腔左侧通过第三连接管路与水封腔连通，第三连接管路上方设有储水腔水封补水管路，通往储水腔底部，储水腔水封补水管路上设有水封补水阀门，储水腔右侧设有储水水位观察窗，观察窗上方设有储水补水管，下方设有储水排水管；

所述控制装置包括第一水位传感器、第二水位传感器、补水压力传感器、补水电动球阀和排水电动球阀，第一水位传感器、第二水位传感器、补水压力传感器、补水电动球阀和排水电动球阀均与控制器连接，由控制器控制，控制器连接声光报警装置和显示终端。

2.根据权利要求1所述的水封阻火泄爆装置，其特征在于：所述控制器为PLC控制器。

3.根据权利要求1所述的水封阻火泄爆装置，其特征在于：所述泄爆腔和储水腔为一体式设计，由位于中部的泄爆腔下封头和储水腔上封头分隔开，分为两个腔。

4.一种权利要求1~3任一项所述的水封阻火泄爆装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）设备开机后，应先完成自检，初始化工作状态；

（2）设备初始化完成后即进入实时监测状态，即开始将检测到的水位信号和补水压力信号实时传输给PLC控制器；PLC控制器通过将检测得到的信号数值与程序设定值进行对比，完成如下操作：

①如水封腔内当前水位低于程序设定的最低水位时，PLC控制器打开补水电动球阀，直至水封腔内的水位达到程序设定水位时停止；

②如水封腔内当前水位高于程序设定的最高水位时，PLC控制器打开排水电动球阀，直至水封腔内的水位达到程序设定水位时停止；

③如补水压力信号低于程序设定阈值时，PLC控制器通过闪烁显示终端和打开声光报警装置来进行警示；

④在显示终端上实时显示水封腔和储水腔内的水位和补水压力值。