CN201556091U

CN201556091U - 一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统

Info

Publication number: CN201556091U
Application number: CN2009202882059U
Authority: CN
Inventors: 王运阁; 于京春; 尉建中; 杨宝柱; 姜林庆; 刘叔伦; 邵凯; 王湘宁; 于江华; 陈伟彦; 马冬莲; 霍秀芝; 代莹; 徐方; 陈志丽
Original assignee: Shenyang Gas & Heat Research And Design Institute Or Construction Ministry
Current assignee: CCCC Gas & Heat Research and Design Institute Co., Ltd.
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-18

Abstract

本实用新型属于煤层气应用领域，具体地说是一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，包括中央处理器、模拟量输入模块及模拟量输出模块，模拟量输入模块的输入端接有压力变送器、温度变送器、热值仪及远传流量计，中央处理器对上述信号进行处理、通过模拟量输出模块接至气路中各电动调节阀的控制回路。本实用新型控制准确，能够保证矿井瓦斯气的热值稳定；通过参混空气或高热值的天然气，达到改变热值的目的，使混合气热值满足城市燃气稳定热值的需要，保持热值稳定。

Description

一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统

技术领域

本实用新型属于煤层气应用领域，具体地说是一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统。

背景技术

煤层气是煤在生成过程中的一种伴生气体产物，主要成份为甲烷。在煤炭开采时，煤层气便涌出到井下各种空间或巷道，这种气体俗称矿井瓦斯气也称矿井瓦斯。为了实现煤炭安全生产，煤矿利用矿井瓦斯抽放系统，将矿井瓦斯气抽出地面，以降低矿井瓦斯涌入生产工作面的数量和浓度，实现煤矿的安全生产。

随着中国经济的发展，社会的进步，能源问题已是我国面临的比较严峻的问题，据联合国的一份报告，我国煤矿每年向大气排放瓦斯气196亿立方米，居世界第一位，大约是全球排放总量的三分之一；不但造成了能源巨大浪费，同时引起了严重的大气污染。

在我国矿井瓦斯气作为城市燃气已有30～40年的实践，但是大规模的商业化应用只是近几年的事。由于其刚刚起步，矿井瓦斯气作为城市燃气在应用上还存在很多问题，需要深入研究，提供技术支持，以促进其发展。矿井瓦斯气稳定热值供应问题即是解决其瓦斯气在应用上的问题之一。

由于矿井瓦斯气的抽放量和浓度，取决于煤矿的煤炭生产，开采煤层的变化、生产工作面的衔接、煤炭的产量等等都影响着矿井瓦斯气的抽放量和浓度。总之，矿井瓦斯气抽放量的浓度是变化的，不是稳定的。而城市燃气必须保证燃烧设备的稳定燃烧，即维持气体浓度的恒定，保证热值稳定是城市燃气最基本的要求。目前，大多数城市基本上采用间歇性测量、人工测量，当浓度超标时，手动调节阀门进行调节或放空。技术落后已严重影响了矿井瓦斯气的大规模商业运作。近几年，又有部分地区使用稳定热值设备，现有的稳定热值设备只解决了矿井瓦斯在甲烷含量高时的处理，而甲烷含量低时该套设备便没有解决办法，不能满足矿井瓦斯气利用日益发展的要求。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型的在于提供一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统；该控制系统能够控制矿井瓦斯气气路各阀门的开关及开度，对矿井瓦斯气进行增热或减热，为城市燃气提供稳定的热值。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括中央处理器、模拟量输入模块及模拟量输出模块，模拟量输入模块的输入端接有压力变送器、温度变送器、热值仪及远传流量计，中央处理器对上述信号进行处理、通过模拟量输出模块接至气路中各电动调节阀的控制回路。

其中：所述压力变送器包括第一～四压力变送器，其中第一～三压力变送器分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器的输入端相连，第四压力变送器设于混合器输出煤层气或混合气的气路上；所述温度变送器包括第一～四温度变送器，其中第一～三温度变送器分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器的输入端相连，第四温度变送器设于混合器输出煤层气或混合气的气路上；热值仪包括第一～三热值仪，其中第一热值仪设置在天然气气路的输入端、测量天然气的热值，第二热值仪设置在煤层气气路的输入端、测量煤层气输入端的初始热值，第三热值仪设置在混合器输出煤层气或混合气的气路上、测量输出煤层气或混合气的热值；所述远传流量计包括第一、二、三、四远传流量计，其中第一、二、三远传流量计分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器的输入端相连，第四远传流量计设于混合器输出煤层气或混合气的气路上；所述电动调节阀包括第一、二、三、四、五电动调节阀，在天燃气、煤层气及空气分别与混合器输入端连接的气路中分别设有第一、三、四电动调节阀，其中天燃气路中的第一电动调节阀的两端并联有对天然气气路流量进行微调的第二电动调节阀，空气气路中的第四电动调节阀的两端并联有对空气气路流量进行微调的第五电动调节阀。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型控制准确，能够保证矿井瓦斯气的热值稳定。

2.本实用新型通过参混空气或高热值的天然气，达到改变热值的目的，使混合气热值满足城市燃气稳定热值的需要，保持热值稳定。

2.采用热值仪连续测量煤层气和混合后气体的热值，并根据煤层气的热值状态，确定是否参混空气或高热值天然气，混合器输出端的热值仪随时检测混合气路中气体的热值是否在要求范围内，同时将热值信号反馈到调节控制系统，以对原料气(天然气和煤层气或空气和煤层气)的阀门开度进行控制调节。

3.本实用新型各气路中设置了可就地显示及远传气路中气体压力及温度的仪表，方便工作人员随时监控；各气路中的控制阀门便于开闭及控制、调节。

附图说明

图1为本实用新型的框图；

图2a为本实用新型控制系统的中央处理器示意图；

图2b为本实用新型控制系统的模拟量输入模块示意图之一；

图2c为本实用新型控制系统的模拟量输入模块示意图之二；

图2d为本实用新型控制系统的模拟量输出模块示意图；

图3为本实用新型控制系统的控制流程图；

图4为本实用新型矿井瓦斯气稳定热值供应装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1及图2a～2d所示，本实用新型包括中央处理器、模拟量输入模块及模拟量输出模块，模拟量输入模块的输入端接有压力变送器、温度变送器、热值仪及远传流量计，中央处理器(PLC)对上述信号进行处理、通过模拟量输出模块接至气路中各电动调节阀的控制回路。所述压力变送器包括第一～四压力变送器PIR101～PIR104，其中第一～三压力变送器PIR101～103分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器1的输入端相连，第四压力变送器PIR104设于混合器1输出煤层气或混合气的气路上。所述温度变送器包括第一～四温度变送器TIR101～TIR104，其中第一～三温度变送器TIR101～103分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器1的输入端相连，第四温度变送器TIR104设于混合器1输出煤层气或混合气的气路上。所述热值仪包括第一～三热值仪EIR101～EIR103，其中第一热值仪EIR101设置在天然气气路的输入端、测量天然气的热值，第二热值仪EIR102设置在煤层气气路的输入端、测量煤层气输入端的初始热值，第三热值仪EIR103设置在混合器1输出煤层气或混合气的气路上、测量输出煤层气或混合气的热值。所述远传流量计包括第一、二、三、四远传流量计L1101、L1201、L1301、L1401，其中第一、二、三远传流量计L1101、L1201、L1301分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器1的输入端相连，第四远传流量计L1401设于混合器1输出煤层气或混合气的气路上。所述电动调节阀包括第一、二、三、四、五电动调节阀F1103、F1104、F1203、F1303、F1304，在天燃气、煤层气及空气分别与混合器1输入端连接的气路中分别设有第一、三、四电动调节阀F1103、F1203、F1303，其中天燃气路中的第一电动调节阀F1103的两端并联有对天然气气路流量进行微调的第二电动调节阀F1104，空气气路中的第四电动调节阀F1303的两端并联有对空气气路流量进行微调的第五电动调节阀F1304。

如图4所示，矿井瓦斯气稳定热值的供应装置包括混合器1、仪表、热值仪及多个阀体，混合器1的输入端连接有三条气路，分别为与煤层气气源连接的煤层气气路、与天然气气源连接的天然气气路及与空气气源连接的空气气路；混合器1的输出端向储气柜输出煤层气或混合气。

混合器1输入端的一条气路为天然气气路、与天然气气源相连接。在该天然气气路中由天然气气源的输入端至混合器1的输入端之间依次设置有第一球阀F1101、第一远传流量计L1101、第一调压器F1102、第一电动调节阀F1103、第一紧急切断阀F1105、第二球阀F1106及第一止回阀F1107，天然气气路上并联有支路，该支路并联于第一球阀F1101的输入端与第二球阀F1106的输出端之间，支路上依次设置有第三球阀F1108及第一截止阀F1109，第三球阀F1108、第一截止阀F1109开关支路，当天然气气路进行检修时，第三球阀F1108及第一截止阀F1109开通，保证生产正常进行；在天燃气输入端设有第一热值仪EIR101，该第一热值仪EIR101与天燃气气路连接处之间的气路上设有第四球阀F1110，第一热值仪EIR101测量天燃气的热值；在第一球阀F1101与第一远传流量计L1101之间连接有带远传及就地显示功能的第一压力变送器PIR101，该第一压力变送器PIR101就地显示及远传气路中天然气的气体压力；在第一远传流量计L1101与第一调压器F1102之间连接有第一温度变送器TIR101，该第一温度变送器TIR101就地显示及远传气路中天然气的气体温度；在第一电动调节阀F1103的两端并联有小流量的第二电动调节阀F1104，用于对天然气气路的流量进行微调。第一球阀F1101开关气路，第一远传流量计L1101就地显示及远传天然气的气体流量，第一调压器F1102稳定及调节天然气气路中的气体压力，第一电动调节阀F1103调节天然气的气体流量，第一紧急切断阀F1105在事故情况下紧急切断气路，第二球阀F1106开关气路，第一止回阀F1107防止气体回流。

混合器1输入端的第二条气路为煤层气气路、与煤层气气源相连接；在该煤层气气路中由煤层气气源的输入端至混合器1的输入端之间依次设置有第五球阀F1201、第二远传流量计L1201、第二调压器F1202、第三电动调节阀F1203、第二紧急切断阀F1205、第六球阀F1206及第二止回阀F1207，煤层气气路上并联有支路，该支路并联于第五球阀F1201的输入端与第六球阀F1206的输出端之间，支路上依次设置有第七球阀F1208及第二截止阀F1209，第七球阀F1208、第二截止阀F1209开关支路，当煤层气气路进行检修时，第七球阀F1208及第二截止阀F1209开通，保证生产正常进行；在煤层气输入端设有第二热值仪EIR102，该第二热值仪EIR102与煤层气气路连接处之间的气路上设有第八球阀F1210，第二热值仪EIR102测量煤层气输入端的初始热值；在第五球阀F1201与第二远传流量计L1201之间连接有带远传及就地显示功能的第二压力变送器PIR102，该第二压力变送器PIR102就地显示及远传气路中煤层气的气体压力；在第二远传流量计L1201与第二调压器F1202之间连接有第二温度变送器TIR102，该第二温度变送器TIR102就地显示及远传气路中煤层气的气体温度。第五球阀F1201开关气路，第二远传流量计L1201就地显示及远传煤层气的气体流量，第二调压器F1202稳定及调节煤层气气路中的气体压力，第三电动调节阀F1203调节煤层气的气体流量，第二紧急切断阀F1205在事故情况下紧急切断气路，第六球阀F1206开关气路，第二止回阀F1207防止气体回流。

混合器1输入端的第三条气路为空气气路、与空气气源相连接；在该空气气路中由空气气源输入端至混合器1的输入端之间依次设置有第九球阀F1301、第三远传流量计L1301、第三调压器F1302、第四电动调节阀F1303、第三紧急切断阀F1305、第十球阀F1306及第三止回阀F1307，空气气气路上并联有支路，该支路并联于第九球阀F1301的输入端与第十球阀F1306的输出端之间，支路上依次设置有第十一球阀F1308及第三截止阀F1309，第十一球阀F1308、第三截止阀F1309开关支路，当空气气气路进行检修时，第十一球阀F1308及第三截止阀F1309开通，保证生产正常进行；在第九球阀F1301与第三远传流量计L1301之间连接有带远传及就地显示功能的第三压力变送器PIR103，该第三压力变送器PIR103就地显示及远传气路中空气的气体压力；在第三远传流量计L1301与第三调压器F1302之间连接有第三温度变送器TIR103，该第三温度变送器TIR103就地显示及远传气路中空气的气体温度；在第四电动调节阀F1303的两端并联有小流量的第五电动调节阀F1304，用于对空气气路的流量进行微调；第九球阀F1301开关气路，第三远传流量计L1301就地显示及远传空气的气体流量，第三调压器F1302稳定及调节空气气路中的气体压力，第四电动调节阀F1303调节空气的气体流量，第三紧急切断阀F1305在事故情况下紧急切断气路，第十球阀F1306开关气路，第三止回阀F1307防止气体回流。

混合器1的输出端向储气柜输出煤层气或混合气的气路上设置有第四远传流量计L1401及第十二球阀F1401，混合器1与第四远传流量计L1401之间依次设有第三热值仪EIR103、带远传及就地显示功能的第四压力变送器PIR104及带远传及就地显示功能的第四温度变送器TIR104，第三热值仪EIR103与混合器输出气路连接处之间的气路上设有第十三球阀F1402。第三热值仪EIR103用于测量输出管路上的气体热值，带远传及就地显示功能的第四压力变送器PIR104用于监测输出管路上的气体压力，带远传及就地显示功能的第四温度变送器TIR104用于监测输出管路上的气体温度。

本实用新型的工作原理为：

如图3所示，中央处理器通过模拟量输出模块控制煤层气气路上的第三电动调节阀F1203开启，煤层气气路开通；第二热值仪EIR102测量到煤层气路中煤层气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，中央处理器将该热值信号与设定热值相比，若高于设定热值、且达到开启第四电动调节阀F1303的热值范围，中央处理器通过模拟量输出模块向第四电动调节阀F1303发出信号，控制第四电动调节阀F1303开启，空气气路开通，煤层气及空气分别经过各自气路进入到混合器1内，在混合器1内均匀混合后，再由混合器1的输出端输出；输出的混合气再通过第三热值仪EIR103进一步测量，第三热值仪EIR103测量到混合气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，以确保输出的混合气与设定热值相等，向储气柜输出；若高于设定热值、且达到开启第五电动调节阀F1304的热值范围，中央处理器通过模拟量输出模块向第五电动调节阀F1304发出信号，控制第五电动调节阀F1304(微调电动调节阀)开启，空气气路开通，煤层气及空气分别经过各自气路进入到混合器1内，在混合器1内均匀混合后，再由混合器1的输出端输出；输出的混合气再通过第三热值仪EIR103进一步测量，第三热值仪EIR103测量到混合气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，以确保输出的混合气与设定热值相等，向储气柜输出。

若第二热值仪EIR102测量到的热值信号低于设定热值，天然气气路上的第一热值仪EIR101开启，测量天然气热值，第一、二热值仪EIR101、EIR102测量的热值分别通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，中央处理器根据第一、二热值仪EIR101、EIR102分别测量的天然气热值及煤层气热值，确定天然气的掺混比例；若低于设定热值、且达到开启第一电动调节阀F1103的热值范围，中央处理器通过模拟量输出模拟向第一电动调节阀F1103发出信号，控制天然气气路中第一电动调节阀F1103的开度，进行掺混；天然气气路开通，煤层气及天然气经过各自气路进入混合器1内，在混合器1内均匀混合后，再由混合器1的输出端输出；输出的混合气再通过第三热值仪EIR103进一步测量，第三热值仪EIR103测量到混合气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，以确保输出的混合气与设定热值相等，向储气柜输出；如果低于设定热值、且达到开启第二电动调节阀F1104，中央处理器通过模拟量输出模块向第二电动调节阀F1104发出信号，控制第二电动调节阀F1104(微调电动调节阀)开启，天然气气路开通，煤层气及天然气分别经过各自气路进入到混合器1内，在混合器1内均匀混合后，再由混合器1的输出端输出；输出的混合气再通过第三热值仪EIR103进一步测量，第三热值仪EIR103测量到混合气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，以确保输出的混合气与设定热值相等，向储气柜输出。

如果第二热值仪EIR102测量到的热值信号等于设定热值，煤层气进入混合器1内，再由混合器1的输出端输出；输出的煤层气再通过第三热值仪EIR103进一步测量，第三热值仪EIR103测量到混合气的热值，将信号通过模拟量输入模块传送到中央处理器的输入端，以确保输出的煤层气与设定热值相等，向储气柜输出。

具体为：

本实用新型采用原料煤层气热值范围在10.46MJ/Nm³(2500Kcal/Nm³)～27.21MJ/Nm³(6500Kcal/Nm³)；需要将其热值调定到城市燃气稳定热值18.83±0.42MJ/Nm³(4500±100Kcal/Nm³)：

当煤层气热值低于18.42MJ/Nm³(4400Kcal/Nm³)时，为了提高煤层气热值，在煤层气中参混高热值的天然气，使煤层气与天然气的混合气热值达到18.83MJ/Nm³(4500Kcal/Nm³)，供用户使用。

当煤层气热值高于19.25MJ/Nm3(4600Kcal/Nm3)时，为了降低煤层气的热值，在煤层气中参混空气，使煤层气与空气的混合气热值达到18.83MJ/Nm3(4500Kcal/Nm3)，供用户使用。

当煤层气热值在18.42MJ/Nm3(4400Kcal/Nm3)～19.25MJ/Nm3(4600Kcal/Nm3)之间时，煤层气热值符合要求，煤层气不做调节，直接供用户使用。

本实用新型的第一～三热值仪为市购产品，购置于北京北分麦哈克分析仪器有限公司、型号为GXH-101A；第一～四流量计为市购产品，购置于天津市第五机床厂生产的EX智能型积算仪；第一～三调压器为市购产品，购置于北京好石佳燃气设备有限责任公司、型号为RTZ-73/15×25；第一～五电动调节阀为市购产品，其中天然气气路及空气气路中的第一、二电动调节阀及第四、五电动调节阀购置于辽宁省鞍山工装自控仪表有限公司、型号为ZDL JP-16K；煤层气气路中的第三电动调节阀购置于辽宁省鞍山工装自控仪表有限公司、型号为KOSO-AR；混合器为市购产品，购置于江苏省启东市旺达工程技术研究所生产的UV静套混合器；第一～四压力变送器为市购产品，购置于辽宁省沈阳吉盛仪表有限公司、型号为JS-3051；第一～四温度变送器为市购产品，购置于辽宁省沈阳吉盛仪表有限公司、型号为NZPKJ。

Claims

1.一种矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：包括中央处理器、模拟量输入模块及模拟量输出模块，模拟量输入模块的输入端接有压力变送器、温度变送器、热值仪及远传流量计，中央处理器对上述信号进行处理、通过模拟量输出模块接至气路中各电动调节阀的控制回路。

2.按权利要求1所述矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：所述压力变送器包括第一～四压力变送器(PIR101～PIR104)，其中第一～三压力变送器(PIR101～PIR103)分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器(1)的输入端相连，第四压力变送器(PIR104)设于混合器(1)输出煤层气或混合气的气路上。

3.按权利要求1所述矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：所述温度变送器包括第一～四温度变送器(TIR101～TIR104)，其中第一～三温度变送器(TIR101～TIR103)分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器(1)的输入端相连，第四温度变送器(TIR104)设于混合器(1)输出煤层气或混合气的气路上。

4.按权利要求1所述矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：所述热值仪包括第一～三热值仪(EIR101～EIR103)，其中第一热值仪(EIR101)设置在天然气气路的输入端、测量天然气的热值，第二热值仪(EIR102)设置在煤层气气路的输入端、测量煤层气输入端的初始热值，第三热值仪(EIR103)设置在混合器(1)输出煤层气或混合气的气路上、测量输出煤层气或混合气的热值。

5.按权利要求1所述矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：所述远传流量计包括第一、二、三、四远传流量计(L1101、L1201、L1301、L1401)，其中第一、二、三远传流量计(L1101、L1201、L1301)分别设于天燃气、煤层气及空气的气路中，天燃气、煤层气及空气气路分别与混合器(1)的输入端相连，第四远传流量计(L1401)设于混合器(1)输出煤层气或混合气的气路上。

6.按权利要求1所述矿井瓦斯气稳定热值供应装置的控制系统，其特征在于：所述电动调节阀包括第一、二、三、四、五电动调节阀(F1103、F1104、F1203、F1303、F1304)，在天燃气、煤层气及空气分别与混合器(1)输入端连接的气路中分别设有第一、三、四电动调节阀(F1103、F1203、F1303)，其中天燃气路中的第一电动调节阀(F1103)的两端并联有对天然气气路流量进行微调的第二电动调节阀(F1104)，空气气路中的第四电动调节阀(F1303)的两端并联有对空气气路流量进行微调的第五电动调节阀(F1304)。