CN108661696B - 一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，它包括瓦斯净化系统、瓦斯抽采泵工作液循环系统、补液系统和上位机监控系统。抽采管路中的瓦斯携带部分煤粉经旋风降尘装置净化，进入以高分子减阻液为工作介质的瓦斯抽采泵，并经气液分离器、液‑液换热器循环使用减阻工作液，辅以瓦斯排气管路上的低阻力脱水器实现减阻液的全封闭式循环。通过液位传感器监测气液分离器中的液位，由监控系统自动实现气液分离器中的补液，并实时监测减阻液的流量、换热器的压差、管路中的粉尘浓度等，保证地面抽采系统的稳定可靠运行。该系统可大幅提高瓦斯抽采泵站的运行效率和节水能力，显著降低减阻液的成本，节约人力物力，应用广泛。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统。
背景技术
瓦斯抽采泵站是煤矿瓦斯抽采系统中的核心部分。现有煤矿地面瓦斯抽采泵站普遍采用低位水池、高位水池、冷却塔、瓦斯抽采泵及必要防火隔爆装置等组成，形成半开式循环系统，造成了极大的水资源浪费，预计每天消耗5~120吨的清洁水。同时，瓦斯抽采泵站耗电量巨大，约占整个煤矿用电系统的四分之一以上，且现有瓦斯抽采泵运行效率极低。
为解决瓦斯抽采泵能耗高、效率低的现状，中国专利CN107152399A公开了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，极大地提高了瓦斯抽采泵的运行效率，该方法已成功应用于煤矿井下移动瓦斯抽采泵站，取得了显著的经济效益。然而，对于地面永久抽采泵站的大型或特大型瓦斯抽采泵，采用现有的瓦斯抽采系统并不特别适用，主要原因有两点：一是，大型瓦斯抽采泵耗水量极大，减阻工作液循环利用率低，导致需要频繁添加减阻工作液；二是，循环水池体积巨大，甚至达一千立方以上，减阻剂用量大，成本上升，节能净效益降低，阻碍了该技术在煤矿地面抽采泵站的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，可节约水资源，减阻工作液循环利用率高，用量小，增加节能净效益，智能化水平高，并能大幅提高瓦斯抽采泵的运行效率。
为实现上述目的，本发明的基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，包括瓦斯净化系统、瓦斯抽采泵工作液循环系统、补液系统以及监控系统；所述的瓦斯净化系统包括旋风降尘装置和粉尘浓度传感器，旋风降尘装置和粉尘浓度传感器依次安装在瓦斯抽采进气管路上；所述的瓦斯抽采泵工作液循环系统包括瓦斯抽采泵、气液分离器、液-液换热器、减阻液添加装置、温度传感器I、压差传感器、电磁流量计、温度传感器II和电机参数监测仪，所述气液分离器的出液口通过瓦斯抽采泵进液管路连接瓦斯抽采泵的进液口，温度传感器I、液-液换热器、减阻液添加装置、电磁流量计、温度传感器II依次安装在所述瓦斯抽采泵进液管路上，压差传感器的两个探测端分别设置在液-液换热器的两端，瓦斯抽采泵的排放口连接所述气液分离器的入口，瓦斯抽采泵连接电机参数监测仪；所述的补液系统包括低阻力脱水器、煤粉沉淀池、潜水泵、液位传感器和补液连接口，所述气液分离器的出气口通过瓦斯抽采排气管路连接低阻力脱水器，煤粉沉淀池设置在低阻力脱水器下方，潜水泵设置在煤粉沉淀池内，潜水泵通过补液管路依次连接补液连接口和所述气液分离器的回液口，所述液位传感器设置在所述气液分离器中，且位于回液口上方，液位传感器与潜水泵信号连接；所述监控系统包括上位机，所述粉尘浓度传感器、压差传感器、电磁流量计、温度传感器I、温度传感器II、液位传感器以及电机参数监测仪分别与所述上位机信号连接。
所述温度传感器I和所述液-液换热器之间的管路上设有球阀I，所述球阀I与所述上位机信号连接。
所述补液连接口和所述气液分离器的回液口之间的管路上设有球阀II，所述球阀II与所述上位机信号连接。
所述的减阻液添加装置根据电机参数监测仪监测的瓦斯抽采泵的运行功率变化来判断减阻液的添加量；当运行功率提升15%时，开启减阻液添加装置，缓慢注入减阻液；当运行功率降至最低功率时，停止注液。
所述的气液分离器内安装有除雾器，进行初次气液分离，再经过低阻力脱水器进行二次分离，实现减阻液的全封闭循环。
本发明利用地面瓦斯泵站已有的低位水池、高位水池及冷却塔，为液-液换热器提供冷却高温减阻液的循环冷却水；利用气液分离器中的少量减阻液作为瓦斯抽采泵的供液源，取代了特大体积的循环水池，实现了减阻液的低成本投入和净效益的高回报；通过瓦斯进气管路上的旋风降尘装置，减少了煤粉进入瓦斯抽采泵的数量，降低了煤粉对瓦斯抽采泵叶片和泵体的磨损，并可有效防止液-液换热器的堵塞，保证系统的稳定运行；通过安装有除雾器的气液分离器和低阻力脱水器的串联，可高效地回收排出瓦斯抽采泵外的减阻液，节约了大量的水资源，并进一步降低了减阻剂的成本；通过温度传感器、压差传感器、电磁流量计的实时监测，可直观地反映液-液换热器的工作状况和运行效果。
本发明提供的全封闭式节能系统，可用于提高瓦斯抽采泵的运行功率，实现了减阻工作液的高效循环与利用，尤其适用于煤矿地面永久式大型瓦斯抽采泵站。本系统占地空间小、智能化水平高、操作方便，节水节能效果显著，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统示意图。
图中：1、瓦斯净化系统；101、旋风降尘装置；102、粉尘浓度传感器；2、瓦斯抽采泵工作液循环系统；201、瓦斯抽采泵；202、气液分离器；203、温度传感器I；204、球阀I；205、液-液换热器；206、压差传感器；207、减阻液添加装置；208、电磁流量计；209、温度传感器II；3、补液系统；301、低阻力脱水器；302、煤粉沉淀池；303、潜水泵；304、液位传感器；305、补液连接口；306、球阀II；4、上位机；5、电机参数监测仪；6、瓦斯抽采进气管路；7、瓦斯抽采泵进液管路；8、瓦斯抽采排气管路；9、补液管路。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，包括瓦斯净化系统1、瓦斯抽采泵工作液循环系统2、补液系统3以及监控系统。
所述的瓦斯净化系统包括旋风降尘装置101和粉尘浓度传感器102，旋风降尘装置101和粉尘浓度传感器102依次安装在瓦斯抽采进气管路6上。
所述的瓦斯抽采泵工作液循环系统2包括瓦斯抽采泵201、气液分离器202、液-液换热器205、减阻液添加装置207、温度传感器I203、压差传感器206、电磁流量计208、温度传感器II209和电机参数监测仪5，所述气液分离器202的出液口D通过瓦斯抽采泵进液管路7连接瓦斯抽采泵201的进液口，温度传感器I203、液-液换热器205、减阻液添加装置207、电磁流量计208、温度传感器II209依次安装在所述瓦斯抽采泵进液管路7上，所述压差传感器206的两个探测端分别设置在所述液-液换热器205的两端，所述瓦斯抽采泵201的排放口连接所述气液分离器202的入口A，所述瓦斯抽采泵201连接电机参数监测仪5。所述温度传感器I203和所述液-液换热器205之间的管路上设有球阀I204。
所述的补液系统3包括低阻力脱水器301、煤粉沉淀池302、潜水泵303、液位传感器304和补液连接口305，所述气液分离器202的出气口B通过瓦斯抽采排气管路8连接低阻力脱水器301，煤粉沉淀池302设置在低阻力脱水器301下方，潜水泵303设置在煤粉沉淀池302内，潜水泵303通过补液管路9依次连接补液连接口305和所述气液分离器202的回液口C，所述液位传感器304设置在所述气液分离器202中，且位于回液口C上方，液位传感器304与潜水泵303信号连接。所述补液连接口305和所述气液分离器202的回液口C之间的管路上设有球阀II306。
所述的监控系统包括上位机4，所述粉尘浓度传感器102、压差传感器206、电磁流量计208、温度传感器I203、温度传感器II209、液位传感器304以及电机参数监测仪5分别与所述上位机4信号连接；粉尘浓度传感器102用于监测经降尘装置过滤后的煤粉浓度，温度传感器I 203和温度传感器II 209、压差传感器206分别用于监测减阻液流经液-液换热器205前后的温度和压差，电磁流量计208用于监测减阻液流经液-液换热器205的流量，液位传感器304用于监测气液分离器202内的液位高度，电机参数监测仪5用于监测瓦斯抽采泵201的运行参数。所述球阀I204与所述上位机4信号连接，上位机4接收温度传感器、压差传感器、电磁流量计所反馈的温度、压力、流量信号并控制球阀I204的启/闭运转。所述球阀II306与所述上位机4信号连接，上位机4接收液位传感器304所反馈的液位信号并控制球阀II306的启/闭运转。
工作原理：开启减阻液添加装置207，向瓦斯抽采泵201内注入定量的减阻液，形成以该减阻液为工作介质的瓦斯抽采泵运行系统，并记录此时电机参数监测仪5所采集的功率值P。瓦斯抽采进气管路6中的瓦斯气和携带的部分煤粉经旋风降尘装置101对煤粉进行过滤，并由粉尘浓度传感器102监测过滤后的煤粉浓度，净化后的瓦斯气进入瓦斯抽采泵201内；在瓦斯抽采泵201排气过程中，瓦斯和同时排出泵外的减阻液一同进入高效气液分离器202中，其中瓦斯经瓦斯抽采排气管路8排入大气或发电机组，大部分的减阻液被高效气液分离器202捕集而落入其中，而未被高效气液分离器202成功捕集的减阻液经低阻力脱水器301的二次分离后进入煤粉沉淀池302；煤粉沉淀池302中的潜水泵303接收来自液位传感器304的输出信号，通过补液管路9、补液连接口305和球阀II 306，对高效气液分离器202自动补液，维持高效气液分离器202内液位的稳定。
由于瓦斯抽采泵201产生的圧缩热传递给减阻液，高效气液分离器202中的高温减阻液经液-液换热器205降低至适宜温度，并送入瓦斯抽采泵201内；通过安装于瓦斯抽采泵进液管路7上的温度传感器I 203、温度传感器II 209、压差传感器206依次监测减阻液流经液-液换热器205前后的温度和压差，通过安装于瓦斯抽采泵进液管路7上的电磁流量计208监测减阻液流经液-液换热器205的流量，可反映液-液换热器205的冷却效果和工作状况，以此判断系统的运行稳定性。瓦斯抽采泵201运行一定时间后，当电机参数监测仪5监测的瓦斯抽采泵201的运行功率较最初的功率P升高15%时，再次开启减阻液添加装置207，注入定量减阻液，以保证瓦斯抽采泵201一直处于高效节能范围内运行。
使用时，每次间隔3~10天，完全置换一次瓦斯抽采泵201内的工作液，重新添加减阻液。
Claims (3)
1.一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，其特征在于：包括瓦斯净化系统（1）、瓦斯抽采泵工作液循环系统（2）、补液系统（3）以及监控系统；
所述的瓦斯净化系统包括旋风降尘装置（101）和粉尘浓度传感器（102），旋风降尘装置（101）和粉尘浓度传感器（102）依次安装在瓦斯抽采进气管路（6）上；
所述的瓦斯抽采泵工作液循环系统（2）包括瓦斯抽采泵（201）、气液分离器（202）、液-液换热器（205）、减阻液添加装置（207）、温度传感器I（203）、压差传感器（206）、电磁流量计（208）、温度传感器II（209）和电机参数监测仪（5），气液分离器（202）的出液口D通过瓦斯抽采泵进液管路（7）连接瓦斯抽采泵（201）的进液口，温度传感器I（203）、液-液换热器（205）、减阻液添加装置（207）、电磁流量计（208）、温度传感器II（209）依次安装在所述瓦斯抽采泵进液管路（7）上，压差传感器（206）的两个探测端分别设置在液-液换热器（205）的两端，瓦斯抽采泵（201）的排放口连接所述气液分离器（202）的入口A，瓦斯抽采泵（201）连接电机参数监测仪（5）；
所述的补液系统（3）包括低阻力脱水器（301）、煤粉沉淀池（302）、潜水泵（303）、液位传感器（304）和补液连接口（305），所述气液分离器（202）的出气口B通过瓦斯抽采排气管路（8）连接低阻力脱水器（301），煤粉沉淀池（302）设置在低阻力脱水器（301）下方，潜水泵（303）设置在煤粉沉淀池（302）内，潜水泵（303）通过补液管路（9）依次连接补液连接口（305）和气液分离器（202）的回液口C，液位传感器（304）设置在气液分离器（202）中，且位于回液口C上方，液位传感器（304）与潜水泵（303）信号连接；
所述的监控系统包括上位机（4），所述的粉尘浓度传感器（102）、压差传感器（206）、电磁流量计（208）、温度传感器I（203）、温度传感器II（209）、液位传感器（304）以及电机参数监测仪（5）分别与所述上位机（4）信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，其特征在于：所述温度传感器I（203）和所述液-液换热器（205）之间的管路上设有球阀I（204），所述球阀I（204）与所述上位机（4）信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于减阻工作液的全封闭瓦斯抽采泵节能系统，其特征在于：所述补液连接口（305）和所述气液分离器（202）的回液口C之间的管路上设有球阀II（306），所述球阀II（306）与所述上位机（4）信号连接。
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