CN107152399B - 一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵的方法 - Google Patents
一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,属于提高液环真空泵效率的方法。配制定量高分子减阻剂,采用减阻剂加注机持续向循环水池中注入减阻剂,直至达到最佳减阻浓度;运行瓦斯抽放液环真空泵,高分子减阻剂作为液环真空泵工作介质进行瓦斯抽排;实时监测减阻剂的粘度、液位及瓦斯抽放泵运行性能,据此定时定量补充减阻剂,维持减阻剂的减阻性能及液位。所述高分子减阻剂为1~5‰浓度的聚丙烯酰胺溶液。本发明能大幅提高液环真空泵效率、降低运行能耗,显著延长泵的维护周期和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于真空泵技术领域,具体涉及一种高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法。
背景技术
液环真空泵以清水作为主要工作介质,以等温压缩方式进行气体抽排,具有卓越的安全、可靠性,广泛应用于煤矿瓦斯抽放、钢铁、化工、造纸、航空等领域。然而,液环真空泵也是公认的耗能高、效率低的产品。以煤矿瓦斯抽放领域为例,据不完全统计,国内一座大型矿井瓦斯抽放泵站年耗电费用高达上千万,甚至上亿元,约占煤矿总耗电量的1/4,且实际运行效率仅为10~40%。
【煤矿瓦斯抽采工程设计规范】规定:高瓦斯矿井或开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井必须建立瓦斯抽放系统。全国高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井2390处,以平均每座高瓦斯矿井用瓦斯抽放液环真空泵4台、平均轴功率300kW·h计算,以节能10%为标准,则全国仅煤矿领域年节电量在25亿kW·h左右,具有极大的节能空间。
公告号为CN 103388589B的中国发明专利公开了一种立式液环真空泵,主要依据是降低水环旋转所消耗的势能而提高泵的效率,但其忽略了水环同时具有为叶轮做正功的能力,且立式液环真空泵涡流损失大、结构较复杂,效率提高不明显;美国专利5295794 公布了一种具有旋转套筒结构的液环真空泵,效率提高较明显,但其结构复杂,故障率高、加工维护成本高,不具有市场推广性。现国内外针对液环真空泵的节能技术研究很少,且以优化泵过流部件结构参数为主,未抓住泵的效率低的本质原因,致使泵效率提高1~3%都很难实现。
发明内容
本发明目的是克服已有技术中的不足之处,提供一种高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,解决瓦斯抽放液环真空泵效率低、能耗高、故障率高的技术难题。
本发明提供一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,包括以下步骤:
a.配制高、低浓度两种高分子减阻剂溶液,高浓度溶液浓度范围为3~5%,低浓度液浓度范围为0.5‰~6‰,高、低浓度两种高分子减阻剂溶液分别装入供高、低浓度减阻剂加注机中;
b.采用高浓度减阻剂加注机,持续向循环水池注入高浓度减阻剂溶液,直至达到设定减阻浓度范围;
c. 运行瓦斯抽放液环真空泵,并以高分子减阻剂溶液作为液环真空泵的工作介质进行瓦斯抽排;
d. 采用监控系统实时监测循环水池内减阻剂溶液的粘度、液位及液环真空泵运行参数,根据减阻剂溶液的液位和粘度,定时定量添加高或低浓度减阻剂,以维持减阻剂的减阻性能及设定液位。
进一步,为了最大化的提高运行效率,所述高分子减阻剂溶液为聚丙烯酰胺溶液,所述步骤b中设定减阻浓度为1~5‰。
进一步,为了实现自动化控制,所述监控系统包括上位机及分别与其相连接的粘度传感器、液位传感器、液环真空泵运行参数监测仪、第一控制阀、第二控制阀、高浓度减阻剂加注机和低浓度减阻剂加注机;所述粘度传感器、液位传感器分别用于检测高分子减阻剂溶液的粘度、液位高度;所述液环真空泵运行参数监测仪用于检测液环真空泵运行的参数;所述第一控制阀、第二控制阀分别用于控制与高、低浓度减阻剂加注机相连接的注液管路的开与闭。
进一步,为了保证真空循环泵高效稳定的运行,所述粘度传感器测量减阻剂溶液粘度低于设定浓度溶液粘度的3/4时,向上位机发出电信号,上位机控制第一控制阀打开,进行高浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液粘度达到设定溶液粘度时,上位机控制第一控制阀关闭;当液位传感器测量循环水池内减阻剂溶液的液位低于原液位的1/2时,向上位机发出电信号,上位机控制第二控制阀打开,进行低浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液的液位达到设定液位高度时,上位机控制第二控制阀关闭。
本发明的有益效果如下,由于采用了上述方法:
(1)由于高分子减阻剂特有的链状结构,可有效抑制水环产生的旋涡,从而能降低水环的涡流损失,并显著提高泵的效率和降低轴功率;通过采用这种这种方法,可使瓦斯抽放液环真空泵效率提高25%以上,降低运行轴功率10%以上。
(2)对于国内大中型高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井,可平均节约电耗100~1000万kW·h以上。若该方法推广至全国100座大中型煤矿,按工业用电1元/kW·h计算,则每年可节省电费1.0~10亿元,节能效果非常显著。
(3)高分子减阻剂相对于纯水工作液而言,具有更低的饱和蒸气压,使液环真空泵在高真空工况下,抽气量更大,更适合于电厂、炼钢等需要高真空大抽气量的工况。
(4)高分子减阻剂的润滑效果好,减轻了填料密封、机械密封、轴承等的负载,能够有效延长泵零件的寿命。
附图说明
图1是高分子减阻剂循环控制系统示意图;
图2是以水为工作介质的瓦斯抽放液环真空泵涡流损耗示意图;
图3是以高分子减阻剂为工作介质的瓦斯抽放液环真空泵涡流损耗示意图;
图4是某型号瓦斯抽放水环真空泵在不同高分子减阻剂浓度下的效率对比图;
图5是某型号瓦斯抽放水环真空泵在不同高分子减阻剂浓度下的轴功率对比图。
图中:1、循环水池;2、高分子减阻剂;3、高浓度减阻剂加注机;4、低浓度减阻剂加注机;5、第一控制阀;6、第二控制阀;7、液位传感器;8、粘度传感器;9、瓦斯抽放液环真空泵;10、上位机;11、蝶阀;12、补液管路;13、出液管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明:
如图1所示,一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,包括以下步骤:
a.配制高、低浓度两种高分子减阻剂溶液,高浓度溶液浓度范围为3~5%,低浓度液浓度范围为0.5‰~6‰,高、低浓度两种高分子减阻剂溶液分别装入供高、低浓度减阻剂加注机中;
b.采用高浓度减阻剂加注机,持续向循环水池注入高浓度减阻剂溶液,直至达到设定减阻浓度范围;
c. 运行瓦斯抽放液环真空泵,并以高分子减阻剂溶液作为液环真空泵的工作介质进行瓦斯抽排;
d. 采用监控系统实时监测循环水池内减阻剂溶液的粘度、液位及液环真空泵运行参数,根据减阻剂溶液的液位和粘度,定时定量添加高或低浓度减阻剂,以维持减阻剂的减阻性能及设定液位。
进一步,为了最大化的提高运行效率,所述高分子减阻剂溶液为聚丙烯酰胺溶液,所述步骤b中设定减阻浓度为1~5‰。
进一步,为了实现自动化控制,所述监控系统包括上位机及分别与其相连接的粘度传感器、液位传感器、液环真空泵运行参数监测仪、第一控制阀、第二控制阀、高浓度减阻剂加注机和低浓度减阻剂加注机;所述粘度传感器、液位传感器分别用于检测高分子减阻剂溶液的粘度、液位高度;所述液环真空泵运行参数监测仪用于检测液环真空泵运行的参数;所述第一控制阀、第二控制阀分别用于控制与高、低浓度减阻剂加注机相连接的注液管路的开与闭。
进一步,为了保证真空循环泵高效稳定的运行,所述粘度传感器测量减阻剂溶液粘度低于设定浓度溶液粘度的3/4时,向上位机发出电信号,上位机控制第一控制阀打开,进行高浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液粘度达到设定溶液粘度时,上位机控制第一控制阀关闭;当液位传感器测量循环水池内减阻剂溶液的液位低于原液位的1/2时,向上位机发出电信号,上位机控制第二控制阀打开,进行低浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液的液位达到设定液位高度时,上位机控制第二控制阀关闭。
由于高分子减阻剂特有的链状结构,可有效抑制水环产生的旋涡,从而能降低水环的涡流损失,并显著提高泵的效率和降低轴功率;通过采用这种这种方法,可使瓦斯抽放液环真空泵效率提高25%以上,降低运行轴功率10%以上。对于国内大中型高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井,可平均节约电耗100~1000万kW·h以上。若该方法推广至全国100座大中型煤矿,按工业用电1元/kW·h计算,则每年可节省电费1.0~10亿元,节能效果非常显著。高分子减阻剂相对于纯水工作液而言,具有更低的饱和蒸气压,使液环真空泵在高真空工况下,抽气量更大,更适合于电厂、炼钢等需要高真空大抽气量的工况。高分子减阻剂的润滑效果好,减轻了填料密封、机械密封、轴承等的负载,能够有效延长泵零件的寿命。
一种高分子减阻剂循环控制系统,其包括:循环水池1、位于循环水池1内的高分子减阻剂溶液2、高浓度减阻剂加注机3、低浓度减阻剂加注机4、第一控制阀5、第二控制阀6、液位传感器7、粘度传感器8、液环真空泵9、上位机10、蝶阀11、补液管路12、出液管路13;所述高浓度减阻剂加注机3、低浓度减阻剂加注机4的进液口分别通过管路于承载有高、低浓度高分子减阻剂溶液的容器连通,高浓度减阻剂加注机3、低浓度减阻剂加注机4的出液口各通过一个注液管路连通到循环水池1内部,所述第一控制阀5、第二控制阀6分别设置于与高浓度减阻剂加注机3、低浓度减阻剂加注机4相连的注液管路上,所述液环真空泵9的进液口通过补液管路12与循环水池1内部连通,所述循环水池1的出液口通过出液管路与循环水池1连通,所述液位传感器7设置于循环水池1中,所述粘度传感器8设置于补液管路12中,液位传感器7与粘度传感器8通过数字信号转换后传输到上位机10中,进而上位机10控制根据液位传感器7与粘度传感器8控制第二控制阀6和第一控制阀5的开与关;补液管路12上设置有蝶阀11。该系统可显著提高瓦斯抽放液环真空泵的工作效率。
采用混合搅拌机,分别配制高、低浓度两种高分子减阻剂,高浓度以3~5%为宜,低浓度以0.5~6‰为宜,并分别装入高浓度减阻剂加注机3和低浓度减阻剂加注机4中(高浓度减阻剂加注机3主要用于初始注液和减阻剂溶液粘度降低时的补液,低浓度减阻剂加注机4主要用于循环水池1内的减阻剂溶液液位降低时的补液)。通过高浓度减阻剂加注机3向循环水池1中持续注入减阻剂溶液,直至达到最佳减阻浓度,即浓度为1~5‰;运行液环真空泵9,使高分子减阻剂溶液2作为液环真空泵9的工作介质进行瓦斯抽排过程;采用液位传感器7、粘度传感器8实时监测循环水池内的高分子减阻剂溶液2的粘度和液位,所述粘度传感器8测量到补液管路12中的减阻剂溶液粘度低于设定浓度溶液粘度的3/4时,向上位机10发出电信号,上位机10收到该信号后控制第一控制阀5打开,高浓度减阻剂溶液加注机3会进行高浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池1内溶液粘度达到设定溶液粘度时,粘度传感器8发出另一个电信号,上位机10收到该电信号时会控制第一控制阀5关闭;当液位传感器7测量循环水池1内减阻剂溶液的液位低于原液位的1/2时,向上位机10发出电信号,上位机10收到该电信号后控制第二控制阀6打开,进行低浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池1内溶液的液位达到设定液位高度时,液位传感器7向上位机10发出另一个电信号,上位机10控制第二控制阀6关闭。
该系统针对液位降低或粘度降低两种情况,分别设置两套管路,避免了液位过高或粘度过高的不足。
如图2和图3所示,通过采用高分子减阻剂作为瓦斯抽放液环真空泵的工作介质的方法,液环真空泵内水环造成的涡流损失明显减小,效率可明显提高,节能效果显著。
如图4和图5所示,采用聚丙烯酰胺水溶液(PAM)作为瓦斯抽放液环真空泵的工作介质的方法后,该型号瓦斯抽放水环真空泵的效率明显提高,轴功率显著降低。以进口压力50kPa为例(该压力通常作为评价水环真空泵性能好坏的工况点),在4‰浓度下,该水环泵效率由32.58%提高至42.94%,相对提高30.2%;轴功率由60.758kW降低至48.496kW,相对降低20.2%,节能效果显著。同时,由于瓦斯抽放水环真空泵型号多样,最佳减阻浓度可能不同。根据现场经验,针对不同型号的瓦斯抽放水环真空泵,最佳减阻浓度在1~5‰之间。
Claims (4)
1.一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.配制高、低浓度两种高分子减阻剂溶液,高浓度溶液浓度范围为3~5%,低浓度液浓度范围为0.5‰~6‰,高、低浓度两种高分子减阻剂溶液分别装入供高、低浓度减阻剂加注机中;
b.采用高浓度减阻剂加注机,持续向循环水池注入高浓度减阻剂溶液,直至达到设定减阻浓度范围;
c. 运行瓦斯抽放液环真空泵,并以高分子减阻剂溶液作为液环真空泵的工作介质进行瓦斯抽排;
d. 采用监控系统实时监测循环水池内减阻剂溶液的粘度、液位及液环真空泵运行参数,根据减阻剂溶液的液位和粘度,定时定量添加高或低浓度减阻剂,以维持减阻剂的减阻性能及设定液位。
2.根据权利要求1所述的一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,其特征在于,所述高分子减阻剂溶液为聚丙烯酰胺溶液,所述步骤b中设定减阻浓度为1~5‰。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,其特征在于:所述监控系统包括上位机及分别与其相连接的粘度传感器、液位传感器、液环真空泵运行参数监测仪、第一控制阀、第二控制阀、高浓度减阻剂加注机和低浓度减阻剂加注机;所述粘度传感器、液位传感器分别用于检测高分子减阻剂溶液的粘度、液位高度;所述液环真空泵运行参数监测仪用于检测液环真空泵运行的参数;所述第一控制阀、第二控制阀分别用于控制与高、低浓度减阻剂加注机相连接的注液管路的开与闭。
4.根据权利要求3所述的一种采用高分子减阻剂提高瓦斯抽放液环真空泵效率的方法,其特征在于:所述粘度传感器测量减阻剂溶液粘度低于设定浓度溶液粘度的3/4时,向上位机发出电信号,上位机控制第一控制阀打开,进行高浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液粘度达到设定溶液粘度时,上位机控制第一控制阀关闭;当液位传感器测量循环水池内减阻剂溶液的液位低于原液位的1/2时,向上位机发出电信号,上位机控制第二控制阀打开,进行低浓度减阻剂溶液的注入;当循环水池内溶液的液位达到设定液位高度时,上位机控制第二控制阀关闭。
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