CN105042335A - 基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络的分布式智能低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，属于瓦斯管道输送安全技术领域。在瓦斯输送管道上依次设有阻爆装置、抑爆装置、管道传感器组、水封泄爆装置、脱水装置，水封泄爆装置中设有压力式液位传感器、补水压力传感器、补水管路及电动补水阀门和排水管路及电动排水阀门，水封泄爆装置和脱水装置连接管道的竖直段设有冲击压力传感器，脱水装置的上方管道中设有火焰传感器。本发明基于网络和云智能技术，通过分布式的控制器和传感器，配合相应的阻爆、抑爆和泄爆装置，实现对低浓度瓦斯输送管道工作参数的实时监测、远端更新和自动报警，解决了低浓度瓦斯输送管道和抽采站的远程安全监测及保护。

Description

基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统

技术领域

本发明涉及一种基于网络的分布式智能低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，属于低浓度瓦斯管道输送安全技术应用领域。

背景技术

低浓度瓦斯（≤30%）是煤炭的伴生资源，给煤矿生产过程带来了非常严重的安全隐患，譬如瓦斯突出、瓦斯爆炸等，是制约国内外高瓦斯煤矿产量和生产安全性的关键因素。但作为一种清洁能源和煤层气的主要成分，低浓度瓦斯的抽采有助于煤矿额外获得经济利益，同时还可以保护煤矿所在区域环境，减少瓦斯通过回风排空等对整个生态环境的影响。为此，国家正积极推进煤层气矿权改革，提出“先抽后采，能抽尽抽，以用促抽”的思想，并将瓦斯抽采提升到了“生命工程和资源工程”的高度。这为未来我国煤矿瓦斯的抽采和充分利用提供了政策保证。

虽然国家在相关领域已经制定国家标准（AQ1071~1079），但在低浓度瓦斯管道输送安全监测和保护成套系统方面仍然缺乏相关标准。在产品层面上，当前国内瓦斯管道输送相关产品存在严重的同质化和品质参差不齐的问题，没有成套的安全监测和保护系统，无法满足未来瓦斯抽采过程对安全的需要。

发明内容

本发明旨在提供一种基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，基于网络和云智能技术，通过分布式的控制器和传感器，配合相应的阻爆、抑爆和泄爆装置，实现对低浓度瓦斯输送管道工作参数的实时监测、远端更新和自动报警，从根本上解决了低浓度瓦斯输送管道和抽采站的安全监测及保护的需要，最终可实现现场的无人值守。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，在瓦斯输送管道上依次设有阻爆装置、抑爆装置、管道传感器组、水封泄爆装置、脱水装置，水封泄爆装置中设有压力式液位传感器、补水压力传感器、补水管路及电动补水阀门和排水管路及电动排水阀门，补水管路的水平位置高于排水管路，水封泄爆装置和脱水装置通过瓦斯输送管道垂直连接，连接管道的竖直段设有冲击压力传感器，水封泄爆装置的水平段端部设有截止阀门，脱水装置的上方管道中设有火焰传感器；

所述阻爆装置、抑爆装置、冲击压力传感器和火焰传感器连接阻爆控制器，组成了低浓度瓦斯管道输送系统的安全保护执行单元；

所述管道传感器组、补水压力传感器、电动补水阀门、电动排水阀门连接检测监测控制器，组成了低浓度瓦斯管道输送系统的日常检测和控制单元；

所述检测监测控制器、阻爆控制器和远程主机采用网络或总线（CAN2.0或Profibus）互连，实现数据共享和传输。

所述日常检测和控制单元负责相关输送参数的实时检测、监测和控制；所述安全保护执行单元控制终端附近瓦斯爆炸瞬间的阻爆和抑爆操作。

所述管道传感器组监测的数据包括：管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度。

所述水封泄爆装置由泄爆筒和水封筒组成，泄爆筒和水封筒通过瓦斯输送管道连接，水封泄爆装置的泄爆筒底部设有压力式液位传感器，水封筒的中部设有补水压力传感器和补水管路及电动补水阀门，水封筒的底部设有排水管路及电动排水阀门。

所述压力式液位传感器、补水压力传感器、电动补水阀门、电动排水阀门和检测监测控制器组成了自动补水系统。

所述火焰传感器、冲击压力传感器和阻爆控制器组成了瓦斯燃烧/爆炸紧急处理系统。

所述管道传感器组、检测监测控制器和远程主机组成了现场瓦斯监测超限处理系统。

本发明提供的一种基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其应用方法包括以下步骤：

通电启动以后，设备即开始对管道传感器组的各检测对象（包括管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度）、压力式液位传感器、补水压力传感器、火焰传感器和冲击压力传感器进行实时监测，当出现水封泄爆装置水位异常、瓦斯爆炸和现场瓦斯超限的情况时即进入异常处理子程序；设备异常时，系统通过主动推送报警信息和短信平台实现主动示警和报警；设备正常工作时，远程主机会定时将整个设备的监测检测数据上传至云端；相关人员通过APP客户端在线实时关注设备运行情况以及故障信息。

所述异常处理子程序为水封泄爆装置的水位异常，处理方法为：

首先由检测监测控制器根据压力式液位传感器来判别当前水位是超过最高水位还是低于最低水位：若当前水位超过最高水位，则打开电动排水阀门，将当前水位快速降低至允许高度范围；若当前水位低于最低水位，则打开电动补水阀门，将当前水位快速提升至允许高度范围；在补水过程中，如果发现补水管路压力低于要求值，即补水管路没水或压力太低时，由补水压力传感器将信号反馈给检测监测控制器，再经由远程主机将数据上载至云端，同时给各客户端推送报警信息；当补水压力回复正常后，系统自动解除报警，并由远程主机详细记录故障报警信息。

所述异常处理子程序为瓦斯爆炸或燃烧，处理方法为：

首先由阻爆控制器根据火焰传感器和冲击压力传感器的信号变化快速判别出爆炸与否；一旦判定瓦斯爆炸或已燃烧，由阻爆控制器直接驱动阻爆装置和抑爆装置动作，以阻断管道内火焰往井下的传输通道；同时，由阻爆控制器将数据经远程主机上传至云端，并推送报警信息至所有客户端。

所述异常处理子程序为现场瓦斯超限，处理方法为：

首先由检测监测控制器根据传感器组中现场甲烷传感器的检测数据判别甲烷是否超限；一旦判定现场瓦斯超限，则由检测监测控制器直接将数据经远程主机上传至云端，同时给各客户端推送报警信息；若现场甲烷超过系统设定阈值时，检测监测控制器应立即关闭整个瓦斯管道输送系统。

本发明的有益效果：

本发明基于网络和云智能技术，通过分布式的控制器和传感器，配合相应的阻爆、抑爆和泄爆装置，实现对低浓度瓦斯输送管道工作参数的实时监测、远端更新和自动报警，从根本上解决了低浓度瓦斯输送管道和抽采站的安全监测及保护的需要，最终可实现现场的无人值守。

附图说明

图1为低浓度瓦斯管道输送监测保护系统总图。

图2为低浓度瓦斯管道输送监测保护系统工作框图。

图中：1瓦斯输送管道，2阻爆装置，3抑爆装置，4管道传感器组，5水封泄爆装置，6压力式液位传感器，7补水压力传感器，8补水管路及电动补水阀门，9排水管路及电动排水阀门，10冲击压力传感器，11截止阀门，12脱水装置，13火焰传感器，14检测监测控制器，15远程主机，16阻爆控制器，17为使用终端，18为短信平台/APP。

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所示，本发明提供了一种基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，包括：瓦斯输送管道1，阻爆装置2，抑爆装置3，管道传感器组4，水封泄爆装置5，压力式液位传感器6，补水压力传感器7，补水管路及电动补水阀门8，排水管路及电动排水阀门9，冲击压力传感器10，截止阀门11，脱水装置12，火焰传感器13，检测监测控制器14，远程主机15，阻爆控制器16。

在瓦斯输送管道上依次设有阻爆装置2、抑爆装置3、管道传感器组4、水封泄爆装置5、脱水装置12，水封泄爆装置5中设有压力式液位传感器6、补水压力传感器7、补水管路及电动补水阀门8和排水管路及电动排水阀门9，补水管路的水平位置高于排水管路，水封泄爆装置5和脱水装置12通过瓦斯输送管道垂直连接，连接管道的竖直段设有冲击压力传感器10，水封泄爆装置5的水平段端部设有截止阀门11，脱水装置12的上方管道中设有火焰传感器13；

所述水封泄爆装置5由泄爆筒和水封筒组成，泄爆筒和水封筒通过瓦斯输送管道连接，水封泄爆装置5的泄爆筒底部设有压力式液位传感器6，水封筒的中部设有补水压力传感器7和补水管路及电动补水阀门8，水封筒的底部设有排水管路及电动排水阀门9。

其中管道传感器组4监测的数据包括：管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度等。它与补水压力传感器7、电动补水阀门、电动排水阀门分别连接检测监测控制器14，组成了低浓度瓦斯管道输送系统的日常检测和控制单元，可以实现相关输送参数的实时检测、监测和控制；

阻爆装置2、抑爆装置3、冲击压力传感器10、火焰传感器13分别连接阻爆控制器16，组成了低浓度瓦斯管道输送系统的安全保护执行单元，实现终端附近瓦斯爆炸瞬间的阻爆和抑爆操作，避免火焰进入地下瓦斯输送管道1；

检测监测控制器14、阻爆控制器16和远程主机15采用网络或总线（CAN2.0或Profibus）互连，实现数据共享和传输。远程主机15安装在远离低浓度瓦斯管道输送系统现场的地方，可通过网络将系统监测数据和报警数据发布到云端，并可自动推送至各客户端，便于相关工作人员及时、准确地掌握系统运行情况。

如图2所示，本发明的监测和保护系统工作框图包括三个模块：自动补水系统控制子程序、瓦斯燃烧/爆炸紧急处理子程序和现场瓦斯监测超限处理子程序。其中自动补水系统由压力式液位传感器6、补水压力传感器7、电动补水阀门、电动排水阀门和检测监测控制器14组成。瓦斯燃烧/爆炸紧急处理系统包括火焰传感器13、冲击压力传感器10和阻爆控制器16组成。现场瓦斯监测超限处理系统包括管道传感器组4、检测监测控制器14和远程主机15组成。

本发明提供的监测保护系统运行过程如下：

通电启动以后，设备即开始对管道传感器组4的各检测对象（包括管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度等）、压力式液位传感器6、补水压力传感器7、火焰传感器13和冲击压力传感器10进行实时监测，当出现水封泄爆装置水位异常、瓦斯爆炸和现场瓦斯超限等情况时即按图2所示流程图进入异常处理子程序。

当水封泄爆装置5水位异常时：首先由检测监测控制器14根据压力式液位传感器6来判别当前水位是超过最高水位还是低于最低水位。若当前水位超过最高水位，则打开电动排水阀门9，将当前水位快速降低至允许高度范围；若当前水位低于最低水位，则打开电动补水阀门8，将当前水位快速提升至允许高度范围。在补水过程中，如果发现补水管路压力低于要求值，即补水管路没水或压力太低时，由补水压力传感器7将信号反馈给检测监测控制器14，再经由远程主机15将数据上载至云端，同时给各客户端推送报警信息。当补水压力回复正常后，系统自动解除报警，并由远程主机15详细记录故障报警信息。

当瓦斯爆炸或燃烧时：首先由阻爆控制器16根据火焰传感器13和冲击压力传感器10的信号变化快速判别出爆炸与否。一旦判定瓦斯爆炸或已燃烧，由阻爆控制器16直接驱动阻爆装置2和抑爆装置3动作，以阻断管道内火焰往井下的传输通道。同时，由阻爆控制器16将数据经远程主机15上传至云端，并推送报警信息至所有客户端。

当出现现场瓦斯超限时：首先由检测监测控制器14根据管道传感器组4中现场甲烷传感器的检测数据判别甲烷是否超限。一旦判定现场瓦斯超限，则由检测监测控制器14直接将数据经远程主机15上传至云端，同时给各客户端推送报警信息。若现场甲烷超过系统设定阈值时，检测监测控制器14可立即关闭整个瓦斯管道输送系统。

设备正常工作时，远程主机15也会定时将整个设备的监测检测数据上传至云端。相关人员可通过APP客户端在线实时关注设备运行情况以及故障信息。设备异常时，系统可通过主动推送报警信息和短信平台实现主动示警和报警。

Claims (9)

1.一种基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：在瓦斯输送管道上依次设有阻爆装置、抑爆装置、管道传感器组、水封泄爆装置、脱水装置，水封泄爆装置中设有压力式液位传感器、补水压力传感器、补水管路及电动补水阀门和排水管路及电动排水阀门，补水管路的水平位置高于排水管路，水封泄爆装置和脱水装置通过瓦斯输送管道垂直连接，连接管道的竖直段设有冲击压力传感器，水封泄爆装置的水平段端部设有截止阀门，脱水装置的上方管道中设有火焰传感器；

所述阻爆装置、抑爆装置、冲击压力传感器和火焰传感器连接阻爆控制器，组成了安全保护执行单元；

所述管道传感器组、补水压力传感器、电动补水阀门、电动排水阀门连接检测监测控制器，组成了日常检测和控制单元；

所述检测监测控制器、阻爆控制器和远程主机采用网络或总线互连，实现数据共享和传输。

2.根据权利要求1所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述日常检测和控制单元负责相关输送参数的实时检测、监测和控制；所述安全保护执行单元负责控制瓦斯爆炸瞬间的阻爆和抑爆操作。

3.根据权利要求1所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述管道传感器组监测的数据包括：管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度。

4.根据权利要求1所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述水封泄爆装置由泄爆筒和水封筒组成，泄爆筒和水封筒通过瓦斯输送管道连接，水封泄爆装置的泄爆筒底部设有压力式液位传感器，水封筒的中部设有补水压力传感器和补水管路及电动补水阀门，水封筒的底部设有排水管路及电动排水阀门。

5.根据权利要求1所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述压力式液位传感器、补水压力传感器、电动补水阀门、电动排水阀门和检测监测控制器组成了自动补水系统；所述火焰传感器、冲击压力传感器和阻爆控制器组成了瓦斯燃烧/爆炸紧急处理系统；所述管道传感器组、检测监测控制器和远程主机组成了现场瓦斯监测超限处理系统。

6.根据权利要求1所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：应用方法包括以下步骤：

通电启动以后，设备即开始对管道传感器组的各检测对象（包括管道内输气流量、输气压力、气体温度、瓦斯浓度以及工作环境甲烷浓度）、压力式液位传感器、补水压力传感器、火焰传感器和冲击压力传感器进行实时监测，当出现水封泄爆装置水位异常、瓦斯爆炸和现场瓦斯超限的情况时即进入异常处理子程序；设备异常时，系统通过主动推送报警信息和短信平台实现主动示警和报警；设备正常工作时，远程主机会定时将整个设备的监测检测数据上传至云端；相关人员通过APP客户端在线实时关注设备运行情况以及故障信息。

7.根据权利要求6所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述异常处理子程序为水封泄爆装置的水位异常，处理方法为：

首先由检测监测控制器根据压力式液位传感器来判别当前水位是超过最高水位还是低于最低水位：若当前水位超过最高水位，则打开电动排水阀门，将当前水位快速降低至允许高度范围；若当前水位低于最低水位，则打开电动补水阀门，将当前水位快速提升至允许高度范围；在补水过程中，如果发现补水管路压力低于要求值，即补水管路没水或压力太低时，由补水压力传感器将信号反馈给检测监测控制器，再经由远程主机将数据上载至云端，同时给各客户端推送报警信息；当补水压力回复正常后，系统自动解除报警，并由远程主机详细记录故障报警信息。

8.根据权利要求6所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述异常处理子程序为瓦斯爆炸或燃烧，处理方法为：

首先由阻爆控制器根据火焰传感器和冲击压力传感器的信号变化快速判别出爆炸与否；一旦判定瓦斯爆炸或已燃烧，由阻爆控制器直接驱动阻爆装置和抑爆装置动作，以阻断管道内火焰往井下的传输通道；同时，由阻爆控制器将数据经远程主机上传至云端，并推送报警信息至所有客户端。

9.根据权利要求6所述的基于网络的低浓度瓦斯管道输送过程监测保护系统，其特征在于：所述异常处理子程序为现场瓦斯超限，处理方法为：

首先由检测监测控制器根据传感器组中现场甲烷传感器的检测数据判别甲烷是否超限；一旦判定现场瓦斯超限，则由检测监测控制器直接将数据经远程主机上传至云端，同时给各客户端推送报警信息；若现场甲烷超过系统设定阈值时，检测监测控制器应立即关闭整个瓦斯管道输送系统。