CN108729966B - 一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，抽放泵站和乏风通风井分别通过管线连接至掺混装置，所述掺混装置连接至蓄热氧化装置，所述瓦斯蓄热氧化安全保障系统包括低浓度瓦斯输送安全保障系统、甲烷浓度超限保护系统；所述低浓度瓦斯输送安全保障系统包括执行机构和监测控制系统；所述执行机构设置在抽放泵站与掺混装置连接的管线上，包括水封阻火泄爆装置、自动喷粉抑爆装置、自动阻爆阀门、手动阀门；通过本系统可使蓄热氧化装置安全运行，而在发生瓦斯燃烧或爆炸事故时也可通过本套系统迅速泄压、阻火、灭火，切断危险源及传播途径。本发明采用的综合安全控制系统的设计与实现，有效地保障了低浓度瓦斯蓄热氧化利用项目的运行安全。

Description

一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统
技术领域
本发明属于能源循环利用安全保障领域，涉及一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统。
背景技术
中国是煤炭资源大国，伴随煤炭开采过程，会有大量瓦斯从煤矿井下释放出来。大量的乏风瓦斯及低浓度瓦斯因浓度低且不稳定，缺乏有效合理的利用方式。现阶段利用蓄热氧化技术处理低浓度瓦斯是一种较为前沿的方式。低浓度瓦斯在专业上一般指25%以下浓度的瓦斯，低浓度瓦斯蓄热氧化利用系统是将低浓度瓦斯与乏风瓦斯进行均匀掺混，然后再将掺混后瓦斯气体通入预热后的高温氧化炉内使甲烷氧化放出热量，利用氧化余热进行供暖、发电等。国内外已经对低浓度瓦斯蓄热氧化技术展开了研究，建立了一些试验装置，进行了相关试验研究，但装置存在运行安全可靠性不够完善、安全保障水平低等问题，未有解决系统运行安全稳定的方法或系统出现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，可有效保障低浓度瓦斯蓄热氧化系统的安全运行。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，抽放泵站和乏风通风井分别通过管线连接至掺混装置，所述掺混装置连接至蓄热氧化装置，所述瓦斯蓄热氧化安全保障系统包括低浓度瓦斯输送安全保障系统、甲烷浓度超限保护系统；
所述低浓度瓦斯输送安全保障系统包括执行机构和监测控制系统；所述执行机构设置在抽放泵站与掺混装置连接的管线上，包括水封阻火泄爆装置、自动喷粉抑爆装置、自动阻爆阀门、手动阀门；所述监测控制系统包括稳压电源、爆炸信号控制器、电气转换控制箱、第一甲烷浓度传感器、压力传感器、温度传感器、声光报警器和火焰传感器，第一甲烷浓度传感器、压力传感器、温度传感器和火焰传感器设置在执行机构后，所述爆炸信号控制器分别连接自动喷粉抑爆装置、自动阻爆阀门、和火焰传感器；
当低浓度瓦斯输送管路与掺混装置接口处发生燃烧或爆炸事故时，管路上安装的火焰传感器、压力传感器监测到爆炸信号后，迅速将开关量和模拟量信号传送给爆炸信号控制器，控制器经过逻辑判断，将控制命令发送给电气转换控制箱，而后电气转换控制箱发送控制信号驱动自动喷粉抑爆装置和阻爆阀门动作，自动喷粉抑爆装置喷出干粉灭火剂将传播到安设地点的火焰扑灭，阻爆阀门切断瓦斯输送管路，与此同时，水封阻火泄爆装置起到实时泄爆和熄灭火焰的作用，确保将瓦斯输送管道内的瓦斯燃烧或爆炸控制在有限范围内，有效防止爆炸或火焰沿低浓度瓦斯管道向抽放泵站传播，稳压电源为火焰传感器、压力传感器、声光报警器提供电源；
所述甲烷浓度超限保护系统包括浓度传感器、PLC控制系统、快速切断阀门、气动调节阀、旁通阀，各阀门连接至PLC控制系统并设置在掺混装置与蓄热氧化装置连接的管线上，乏风通风井内设置第二甲烷浓度传感器，监测井下乏风浓度，井下浓度超限时及时关断乏风总管阀门，混合后总管设激光甲烷浓度传感器，两个乏风通风井出口同时增设两台管道通用甲烷浓度传感器，抽放泵站和乏风通风井连接至掺混装置的管线上分别设防爆型气动调节阀和乏风总管阀门，所述甲烷浓度超限保护系统还包括气动快切阀，气动快切阀设置在抽放泵站与掺混装置之间，气动调节阀设置在掺混装置后，所述掺混装置通过主风机连接至蓄热氧化装置；防爆型气动调节阀，用于控制掺混的瓦斯流量；设置气动快切阀，该阀门在断电断气的情况下能够自动关闭，阻止高浓度瓦斯持续进入后端防止设备引起不安全因素；气动调节阀，用于控制蓄热氧化装置的进气量，浓度传感器监测混合气浓度，缓慢调节防爆型气动调节阀，使混合气浓度降低至要求浓度范围，监测到混合气浓度突然大幅升高时，立即关闭气动快切阀、快速切断阀门，关闭主风机，关闭进入各蓄热室的换向阀门，并打开旁通阀，使管道内气体放散。
进一步，所述监测控制系统采用市电和UPS两路电源同时供电。
进一步，所述安全保障系统还包括炉膛超温保护系统，所述炉膛超温保护系统包括炉膛温度传感器、高温烟气流量调节阀，炉膛超温保护系统的炉膛温度传感器设置在蓄热氧化装置的炉膛内，连接至PLC控制系统，所述高温烟气流量调节阀设置在炉膛高温烟气的出口；
进一步，通过炉膛内设置的炉膛温度传感器反馈炉膛的温度信息，当炉膛温度超过设定温度时，调节高温烟气排放阀门的开度，加快高温烟气的排放，同时调节防爆型气动调节阀，维持炉膛正常温度。
进一步，炉膛内的炉膛温度传感器为热电偶型温度传感器。
进一步，掺混装置连接蓄热氧化装置的管线上，设有干式阻火器。
进一步，所述蓄热氧化装置连接有助燃风机。
进一步，掺混装置采用内、外相反方向螺旋形介质通道，使两股气体不断改变方向并增速，在出口处进行对冲，使气体充分混合均匀。
本发明的有益效果在于：
本系统针对蓄热氧化装置运行时存在的风险设计了集低浓度瓦斯输送安全保障系统、甲烷浓度超限保护系统、断电保护系统、炉膛超温保护系统为一体的综合安全控制系统。通过本系统可使蓄热氧化装置安全运行，而在发生瓦斯燃烧或爆炸事故时也可通过本套系统迅速泄压、阻火、灭火，切断危险源及传播途径。本发明采用的综合安全控制系统的设计与实现，有效地保障了低浓度瓦斯蓄热氧化利用项目的运行安全。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，抽放泵站1和乏风通风井2分别通过管线连接至掺混装置3，掺混装置3连接至蓄热氧化装置4，瓦斯蓄热氧化安全保障系统包括低浓度瓦斯输送安全保障系统、甲烷浓度超限保护系统；
低浓度瓦斯输送安全保障系统包括执行机构5和监测控制系统；执行机构5设置在抽放泵站1与掺混装置3连接的管线上，包括水封阻火泄爆装置6、自动喷粉抑爆装置7、自动阻爆阀门8、手动阀门20；监测控制系统包括稳压电源、爆炸信号控制器10、电气转换控制箱18、第一甲烷浓度传感器11、压力传感器12、温度传感器13、声光报警器14和火焰传感器9，第一甲烷浓度传感器11、压力传感器12、温度传感器13和火焰传感器9设置在执行机构5后，爆炸信号控制器10分别连接自动喷粉抑爆装置7、自动阻爆阀门8、和火焰传感器9；
当低浓度瓦斯输送管路与掺混装置3接口处发生燃烧或爆炸事故时，管路上安装的火焰传感器9、压力传感器12监测到爆炸信号后，迅速将开关量和模拟量信号传送给爆炸信号控制器10，控制器经过逻辑判断，将控制命令发送给电气转换控制箱18，而后电气转换控制箱18发送控制信号驱动自动喷粉抑爆装置7和阻爆阀门8动作，自动喷粉抑爆装置7喷出干粉灭火剂将传播到安设地点的火焰扑灭，阻爆阀门8切断瓦斯输送管路，与此同时，水封阻火泄爆装置6起到实时泄爆和熄灭火焰的作用，确保将瓦斯输送管道内的瓦斯燃烧或爆炸控制在有限范围内，有效防止爆炸或火焰沿低浓度瓦斯管道向抽放泵站1传播，稳压电源为火焰传感器9、压力传感器12、声光报警器14提供电源；
甲烷浓度超限保护系统包括浓度传感器15、PLC控制系统16、快速切断阀门17、气动调节阀23、旁通阀19，各阀门连接至PLC控制系统并设置在掺混装置3与蓄热氧化装置4连接的管线上，乏风通风井2内设置第二甲烷浓度传感器32，监测井下乏风浓度，井下浓度超限时及时关断乏风总管阀门30，混合后总管设激光甲烷浓度传感器31，两个乏风通风井出口同时增设两台管道通用甲烷浓度传感器，抽放泵站1和乏风通风井2连接至掺混装置3的管线上分别设防爆型气动调节阀28和乏风总管阀门30，甲烷浓度超限保护系统还包括气动快切阀29，气动快切阀29设置在抽放泵站1与掺混装置3之间，气动调节阀23设置在掺混装置3后，掺混装置3通过主风机24连接至蓄热氧化装置；气动调节阀28，用于控制掺混的瓦斯流量；设置气动快切阀29，该阀门在断电断气的情况下能够自动关闭，阻止高浓度瓦斯持续进入后端防止设备引起不安全因素；气动调节阀23，用于控制蓄热氧化装置的进气量，浓度传感器15监测混合气浓度，缓慢调节防爆型气动调节阀28，使混合气浓度降低至要求浓度范围，监测到混合气浓度突然大幅升高时，立即关闭气动快切阀29、快速切断阀门17，关闭主风机24，关闭进入各蓄热室的换向阀门，并打开旁通阀19，使管道内气体放散。本实施例中，安全保障系统还包括炉膛超温保护系统，炉膛超温保护系统包括炉膛温度传感器21、瓦斯流量调节阀22、高温烟气流量调节阀，27为压力传感器，炉膛超温保护系统的炉膛温度传感器21设置在蓄热氧化装置4的炉膛内，连接至PLC控制系统16，瓦斯流量调节阀22、设置在蓄热氧化装置4的入口处，高温烟气流量调节阀设置在炉膛高温烟气的出口。炉膛内的炉膛温度传感器21为热电偶型温度传感器。掺混装置3通过主风机24连接至蓄热氧化装置4。掺混装置3连接蓄热氧化装置4的管线上，设有干式阻火器25。蓄热氧化装置4连接有助燃风机26。助燃风机26为蓄热氧化装置4在冷态启动过程中燃料提供助燃空气，发生氧化反应，将除维持系统自热平衡之外的多余热量以高温烟气形式抽出蓄热氧化装置4。气动调节阀23和气动快切阀29均采用双作用气动执行器。
当掺混后甲烷浓度较高或瓦斯流量较大时，因甲烷氧化放热，炉膛内温度可以升高至1000℃以上。一般蓄热氧化装置设计正常温度为900℃左右。当炉膛温度过高时，装置正常运行存在安全风险。
温度传感器21选用热电偶型温度传感器，为提高温度测量的可靠性，温度传感器采用冗余设计，即每个测点设置2个温度传感器。防爆型气动调节阀28具有较高的调节精度，高温烟气流量调节阀（33）应流过的烟气温度高，该调节阀还应具有耐高温性。其中22为流量传感器，27为压力传感器，用于配合浓度传感器15检测动作提供信号。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，抽放泵站（1）和乏风通风井（2）分别通过管线连接至掺混装置（3），所述掺混装置（3）连接至蓄热氧化装置（4），其特征在于：所述瓦斯蓄热氧化安全保障系统包括低浓度瓦斯输送安全保障系统、甲烷浓度超限保护系统；
所述低浓度瓦斯输送安全保障系统包括执行机构（5）和监测控制系统；所述执行机构（5）设置在抽放泵站（1）与掺混装置（3）连接的管线上，包括水封阻火泄爆装置（6）、自动喷粉抑爆装置（7）、自动阻爆阀门（8）、手动阀门（20）；所述监测控制系统包括稳压电源、爆炸信号控制器（10）、电气转换控制箱（18）、第一甲烷浓度传感器（11）、压力传感器（12）、温度传感器（13）、声光报警器（14）和火焰传感器（9），第一甲烷浓度传感器（11）、压力传感器（12）、温度传感器（13）和火焰传感器（9）设置在执行机构（5）后，所述爆炸信号控制器（10）分别连接自动喷粉抑爆装置（7）、自动阻爆阀门（8）、和火焰传感器（9）；
当低浓度瓦斯输送管路与掺混装置（3）接口处发生燃烧或爆炸事故时，管路上安装的火焰传感器（9）、压力传感器（12）监测到爆炸信号后，迅速将开关量和模拟量信号传送给爆炸信号控制器（10），控制器经过逻辑判断，将控制命令发送给电气转换控制箱（18），而后电气转换控制箱（18）发送控制信号驱动自动喷粉抑爆装置（7）和阻爆阀门（8）动作，自动喷粉抑爆装置（7）喷出干粉灭火剂将传播到安设地点的火焰扑灭，阻爆阀门（8）切断瓦斯输送管路，与此同时，水封阻火泄爆装置（6）起到实时泄爆和熄灭火焰的作用，确保将瓦斯输送管道内的瓦斯燃烧或爆炸控制在有限范围内，有效防止爆炸或火焰沿低浓度瓦斯管道向抽放泵站（1）传播，稳压电源为火焰传感器（9）、压力传感器（12）、声光报警器（14）提供电源；
所述甲烷浓度超限保护系统包括浓度传感器（15）、PLC控制系统（16）、快速切断阀门（17）、第一气动调节阀（23）、旁通阀（19），各阀门连接至PLC控制系统并设置在掺混装置（3）与蓄热氧化装置（4）连接的管线上，乏风通风井（2）内设置第二甲烷浓度传感器（32），监测井下乏风浓度，井下浓度超限时及时关断乏风总管阀门（30），混合后总管设激光甲烷浓度传感器（31），两个乏风通风井出口同时增设两台管道通用甲烷浓度传感器，抽放泵站（1）和乏风通风井（2）连接至掺混装置（3）的管线上分别设防爆型第二气动调节阀（28）和乏风总管阀门（30），所述甲烷浓度超限保护系统还包括气动快切阀（29），气动快切阀（29）设置在抽放泵站（1）与掺混装置（3）之间，第一气动调节阀（23）设置在掺混装置（3）后，所述掺混装置（3）通过主风机（24）连接至蓄热氧化装置；第二气动调节阀（28），用于控制掺混的瓦斯流量；设置气动快切阀（29），该阀门在断电断气的情况下能够自动关闭，阻止高浓度瓦斯持续进入后端防止设备引起不安全因素；第一气动调节阀（23），用于控制蓄热氧化装置的进气量，浓度传感器（15）监测混合气浓度，缓慢调节第二气动调节阀（28），使混合气浓度降低至要求浓度范围，监测到混合气浓度突然大幅升高时，立即关闭气动快切阀（29）、快速切断阀门（17），关闭主风机（24），关闭进入各蓄热室的换向阀门，并打开旁通阀（19），使管道内气体放散；
所述监测控制系统采用市电和UPS两路电源同时供电；所述安全保障系统还包括炉膛超温保护系统，所述炉膛超温保护系统包括炉膛温度传感器（21）、高温烟气流量调节阀（33），炉膛超温保护系统的炉膛温度传感器（21）设置在蓄热氧化装置的炉膛内，连接至PLC控制系统，所述高温烟气流量调节阀（33）设置在炉膛高温烟气的出口；通过炉膛内设置的炉膛温度传感器（21）反馈炉膛的温度信息，当炉膛温度超过设定温度时，调节高温烟气流量调节阀（33）的开度，加快高温烟气的排放，同时调节第二气动调节阀（28），维持炉膛正常温度。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，其特征在于：炉膛内的炉膛温度传感器（21）为热电偶型温度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，其特征在于：掺混装置（3）连接蓄热氧化装置（4）的管线上，设有干式阻火器（25）。
4.根据权利要求1所述的一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，其特征在于：所述蓄热氧化装置（4）连接有助燃风机（26）。
5.根据权利要求1所述的一种瓦斯蓄热氧化安全保障系统，其特征在于：掺混装置（3）采用内、外相反方向螺旋形介质通道，使两股气体不断改变方向并增速，在出口处进行对冲，使气体充分混合均匀。
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