CN207717172U - 一种孔口煤气流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种孔口煤气流量测量装置，它包括气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置且依次连接在地下气化出气钻孔孔口；所述气液固三相分离装置用于将煤气中含有的杂质组分从气相中脱除，降低其对煤气计量的影响，同时收集产生的冷凝液进行集中处理；所述煤气计量装置用于采集气液固三相分离装置分离后排出的干煤气的温度、压力和流量信号，从而得到干煤气的瞬时流量和累计流量；所述压力调节装置用于控制煤气流速，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。有益效果是：能够有效去除孔口煤气中的冷凝液，并有效控制孔口煤气流速，从而可有效进行孔口煤气流量测量。

Description

一种孔口煤气流量测量装置

技术领域

本实用新型属于煤炭及煤层气开采技术领域，具体涉及一种用于测量煤炭地下气化出气钻孔孔口煤气流量的孔口煤气流量测量装置。

背景技术

煤炭地下气化技术可将赋存在地下的煤炭通过热作用与化学反应直接转化为煤气或合成气，并从地下气化炉出气钻孔排出。地下气化出气钻孔排出的煤气组成复杂(也称为粗煤气或荒煤气或湿煤气)，除含有主要气体成分氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮气外，根据气化煤种的不同，一般还含有大量的水蒸汽、焦油、固体颗粒物(灰渣、煤渣、岩石颗粒物等)、液滴(煤气夹带水、油滴)等，以及少量或微量的硫化氢、氯化氢、氰化氢、氨、苯酚等杂质。从出气钻孔排出的高温荒煤气，在地面管道内输送过程中，因降温冷却、降压减速，荒煤气中含有的水蒸汽、焦油、固体颗粒物、液滴等易发生沉降、凝结形成冷凝液，并与荒煤气中气体成分呈气液两相流而被一起输送。这导致荒煤气在输送过程中，一方面因冷凝液会沉积在管道、煤气计量装置的内壁上，甚至堵塞计量装置，从而严重影响对荒煤气的计量，导致煤气计量不准确或失实，甚至无法直接计量，也就无法进行出口流量或压力的自动控制，这在一定程度上制约了对煤炭地下气化过程的自动化控制。由于荒煤气中杂质对流量测量的影响，传统上一般不直接测量各个出气钻孔的煤气流量，而是将各个出气钻孔收集的荒煤气送入煤气总管道，再对煤气总管道中的煤气进行集中净化处理，脱除荒煤气中的水蒸汽、焦油、固体颗粒物(灰渣、煤渣、岩石颗粒物等)、液滴(煤气夹带水、油滴)等杂质，然后对净煤气总流量进行测量，但是这种方式仍然无法获得各个出气钻孔的流量，因而实际操作过程中，一般凭经验进行出气流量的调节。另一方面因大量的冷凝液在管道内积聚，冷凝液中往往还有腐蚀性介质(如硫化氢、氯化氢、氰化氢、氨、苯酚等)对管道产生腐蚀，影响管道的长期安全运行；此外，需要在煤气总管道上额外设置排污管线，定期排出冷凝液，冷凝液中含有大量的污染物是潜在的污染源，影响文明生产。

为了解决这个问题，公开号为102032930A提出了一种分流式煤气流量测量装置，在计量装置内设置分流装置，当荒煤气流经分流装置时，荒煤气内冷凝液会向管道底部沉积并排除；干煤气则会向管道上部聚集，经进一步净化后进行计量，从而测得孔口煤气流量。现场实际使用中发现，计量装置内的分流装置效率太低，同时孔口煤气流速较快，导致无法有效去除冷凝液，从而难以实现分流测量的目的。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效去除孔口煤气中的冷凝液，并有效控制孔口煤气流速，从而可有效进行孔口煤气流量测量的孔口煤气流量测量装置。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种孔口煤气流量测量装置，包括气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置，所述气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置依次连接在地下气化出气钻孔孔口；所述气液固三相分离装置用于将煤气中含有的杂质组分从气相中脱除，降低其对煤气计量的影响，同时收集产生的冷凝液进行集中处理；所述煤气计量装置用于采集气液固三相分离装置分离后排出的干煤气的温度、压力和流量信号，从而得到干煤气的瞬时流量和累计流量；所述压力调节装置用于控制煤气流速，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。

优选的是，所述气液固三相分离装置包括分离器和分离罐，所述分离器为气液固三相分离器并设有煤气入口、气相出口和液相出口，其中煤气入口与所述出气钻孔孔口连通，气相出口与煤气计量装置连通；所述分离罐位于分离器下方且设有液相入口和水相出口，其中液相入口与分离器的液相出口连通，水相出口连接有水泵并通过水泵将分离罐内的冷凝液排至污水管道。

优选的是，在分离器的煤气入口与气相出口之间设有旁通管线并在旁通管线上设有二个旁通阀门和一个取样口，该取样口位于二个旁通阀门之间的旁通管线上，用于当分离器堵塞或日常维护时，开启旁通管线保证出气钻孔的持续出气，以及对焦油、固体颗粒物等进行取样分析。

优选的是，在水泵出口设有冷凝液流量计，用于对排放的冷凝液进行记录。

优选的是，在冷凝液流量计与污水管道之间的管路上设有液位控制阀，在分离罐上设有液位计，液位计的信号输出端与液位控制阀的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的排出。

优选的是，在冷凝液流量计与污水管道之间的管路上还设有通至所述出气钻孔孔口的冷凝水输送管，用于将所述分离罐内的部分冷凝液输送至出气钻孔孔口以冷却出口煤气；在冷凝水输送管上设有流量控制阀，所述冷凝液流量计的信号输出端与流量控制阀的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的流量大小。

优选的是，所述分离罐上还设有油相出口，油相出口通过油泵与焦油罐连通，在油泵与焦油罐之间的管路上还设有焦油流量计，用于排出焦油。

优选的是，所述煤气计量装置包括连通所述气相出口和压力调节装置入口的煤气管道及设在煤气管道上的气体流量计、温度传感器和压力传感器，所述煤气管道的入口与三相分离装置的气相出口连通，在煤气管道上靠近两端部分别设有上游截断阀和下游截断阀，以便于该煤气计量装置的日常维护。

优选的是，在煤气计量装置内还设有一根连通所述气相出口和压力调节装置入口的旁通支路，在旁通支路上设有旁通截断阀，用于故障时维持出气钻孔的持续出气。

优选的是，所述压力调节装置包括调节阀和截断阀，调节阀和截断阀通过管路并联在压力调节装置的入口和出口之间，在调节阀两侧的管路上分别设有上游截断阀和下游截断阀，以方便煤气计量装置的日常维护、故障时能够维持出气钻孔的持续出气。

本实用新型的有益效果是：

由于该装置包括气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置且依次连接在地下气化出气钻孔孔口；通过所述三相分离装置能够将煤气中含有的杂质组分从气相中脱除，降低其对煤气计量的影响，同时收集产生的冷凝液进行集中处理；所述煤气计量装置能够采集气液固三相分离装置分离后排出的干煤气的温度、压力和流量信号，从而得到干煤气的瞬时流量和累计流量；所述压力调节装置能够控制煤气流速，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定；因此该装置能够有效的去除出气钻孔孔口煤气中冷凝液，并有效的控制孔口煤气流速，从而可有效的进行孔口煤气流量测量；冷凝液在孔口进行集中收集，经简单处理后，可作为调节出气钻孔煤气温度的冷媒。同时，易于进行自动化控制与操作。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的结构示意图。

图中：出气钻孔1,气液固三相分离装置2,煤气计量装置3,压力调节装置4,分离器5,煤气入口5a,气相出口5b,液相出口5c,分离罐6,液相入口6a,水相出口6b,油相出口6c,水泵7,冷凝液流量计8,旁通管线9,旁通阀门10,取样口11，煤气管道12,上游截断阀13,压力传感器14，气体流量计15,温度传感器16,下游截断阀17，旁通截断阀18，旁通支路19，调节阀20,上游截断阀21,下游截断阀22，截断阀23,液位控制阀24，流量控制阀25，焦油流量计26,通过油泵27。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的一种孔口煤气流量测量装置，包括气液固三相分离装置2、煤气计量装置3和压力调节装置4，所述气液固三相分离装置2、煤气计量装置3和压力调节装置4依次连接在地下气化出气钻孔1孔口。所述气液固三相分离装置用于将煤气中含有的杂质组分从气相中脱除，降低其对煤气计量的影响，同时收集产生的冷凝液进行集中处理；所述煤气计量装置用于采集气液固三相分离装置分离后排出的干煤气的温度、压力和流量信号，从而得到干煤气的瞬时流量和累计流量；所述压力调节装置用于控制煤气流速，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。

所述气液固三相分离装置包括分离器5和分离罐6，所述分离器5为气液固三相分离器并设有煤气入口5a、气相出口5b和液相出口5c，其中煤气入口5a、气相出口5b分别位于分离器5两侧，液相出口5c位于分离器5底部。所述煤气入口5a与所述出气钻孔孔口通过管路连通，气相出口5b与煤气计量装置通过管路连通。所述分离罐6位于分离器5下方且设有液相入口6a和水相出口6b，其中液相入口6a与分离器5的液相出口5c通过管路连通，水相出口6b连接有水泵7并通过水泵7和管路将分离罐6内的冷凝液排至污水管道。在水泵7出口的管路上安装有冷凝液流量计8，用于对排放的冷凝液进行记录。

在分离器5的煤气入口5a与气相出口5b之间连接有旁通管线9并在旁通管线9上安装有二个旁通阀门10和一个取样口11，该取样口位于二个旁通阀门10之间的旁通管线9上，用于当分离器5堵塞或日常维护时，开启旁通管线保证出气钻孔的持续出气，以及对焦油、固体颗粒物等进行取样分析。

所述煤气计量装置包括连通所述气相出口5b和压力调节装置入口的煤气管道12及安装在煤气管道12上的气体流量计15、温度传感器16和压力传感器14，所述煤气管道的入口与所述气相出口5b连通。所述压力传感器和温度传感器分别位于气体流量计的两侧，也可位于气体流量计的同一侧。在煤气管道上靠近两端部分别安装有上游截断阀13和下游截断阀17，以便于该煤气计量装置的日常维护。

所述煤气计量装置内还设有一根连通所述气相出口5b和压力调节装置入口的旁通支路19，旁通支路19与煤气管道的主体并联布置，在旁通支路19上安装有旁通截断阀18，用于故障时维持出气钻孔的持续出气。

所述压力调节装置包括调节阀20和旁通截断阀23，调节阀20和截断阀23通过管路并联在压力调节装置的入口和出口之间，在调节阀20两侧的管路上分别安装有上游截断阀21和下游截断阀22，以方便煤气计量装置的日常维护、故障时能够维持出气钻孔的持续出气。所述调节阀20为自动背压阀，用于自动调节开度，以维持系统设定背压值。

该孔口煤气流量测量装置的测量方法，包含步骤如下：

a)荒煤气分离：将出气钻孔排出的荒煤气通过管路送入气液固三相分离装置2，在气液固三相分离装置的分离器5内荒煤气中含有的水蒸汽、焦油、固体颗粒物、液滴等在重力、离心力等作用下发生沉降，凝结为冷凝液而从气相中分离，冷凝液积聚在所述分离器5的底部，并通过分离器5的液相出口5c排出至气液固三相分离装置的分离罐6，而除去冷凝液的干煤气从所述分离器5的气相出口5b进入煤气计量装置3；

b)煤气、冷凝液计量：将所述分离罐6内的冷凝液由水相出口6b排出，经冷凝液流量计8计量后通过水泵7泵送至污水管道；将进入煤气计量装置3的干煤气通过气体流量计获得工况下的流量值，通过温度传感器16、压力传感器14获得工况下的温度、压力值并送入气体流量计15，通过气体流量计15的流量积算仪根据采集的温度信号、压力信号和流量信号，经换算得到标准状况下的干煤气的瞬时流量和累计流量；

c)系统压力调节：将经过计量后的干煤气送入压力调节装置4，利用压力调节装置4的调节阀控制煤气流速，同时控制气化炉炉内压力，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。

实施例2

如图2所示，本实施例涉及的一种孔口煤气流量测量装置，其基本结构同实施例1，本实施例不再赘述，其区别在于：在冷凝液流量计8与污水管道之间的管路上安装有液位控制阀24，在分离罐6上安装有液位计，该液位计的信号输出端与液位控制阀24的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的排出；

在冷凝液流量计8与污水管道之间的管路上还连接有通至所述出气钻孔1孔口的冷凝水输送管，用于将所述分离罐6内排出的部分冷凝液输送至出气钻孔1以冷却出口煤气；在所述冷凝水输送管上安装有流量控制阀25，所述冷凝液流量计8的信号输出端与流量控制阀25的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的流量大小。所述分离罐6底部还设有油相出口6c，油相出口6c通过油泵27和管路与焦油罐连通，在油泵27与焦油罐之间的管路上还设有焦油流量计26，用于排出焦油。

该孔口煤气流量测量装置的测量方法，包含步骤如下：

a)荒煤气分离：将出气钻孔排出的荒煤气通过管路送入气液固三相分离装置2，在气液固三相分离装置的分离器5内荒煤气中含有的水蒸汽、焦油、固体颗粒物、液滴等在重力、离心力等作用下发生沉降，凝结为冷凝液而从气相中分离，冷凝液积聚在所述分离器5的底部，并通过分离器5的液相出口5c排出至气液固三相分离装置的分离罐6，而除去冷凝液的干煤气从所述分离器5的气相出口5b进入煤气计量装置3；

b)煤气、冷凝液计量：送入分离罐6内的冷凝液分成水相和油相，分别通过冷凝液流量计8和焦油流量计26计量后，分别泵送至污水管道和焦油罐；将所述分离罐6内的冷凝液泵送至污水管道的同时，将部分冷凝液通过冷凝水输送管泵送至出气钻孔1，用于冷却高温煤气。将进入煤气计量装置的干煤气通过气体流量计15获得工况下的流量值，通过温度传感器16、压力传感器14获得工况下的温度、压力值并送入气体流量计15，通过气体流量计15的流量积算仪根据采集的温度信号、压力信号和流量信号，经换算得到标准状况下的干煤气的瞬时流量和累计流量；

c)系统压力调节：将经过计量后的干煤气送入压力调节装置4，利用压力调节装置的调节阀20控制煤气流速，同时控制气化炉炉内压力，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种孔口煤气流量测量装置，其特征是：它包括气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置，所述气液固三相分离装置、煤气计量装置和压力调节装置依次连接在地下气化出气钻孔孔口；所述气液固三相分离装置用于将煤气中含有的杂质组分从气相中脱除，降低其对煤气计量的影响，同时收集产生的冷凝液进行集中处理；所述煤气计量装置用于采集气液固三相分离装置分离后排出的干煤气的温度、压力和流量信号，从而得到干煤气的瞬时流量和累计流量；所述压力调节装置用于控制煤气流速，稳定煤气计量装置的压力，保证测量过程的稳定。

2.根据权利要求1所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：所述气液固三相分离装置包括分离器和分离罐，所述分离器为气液固三相分离器并设有煤气入口、气相出口和液相出口，其中煤气入口与所述出气钻孔孔口连通，气相出口与煤气计量装置连通；所述分离罐位于分离器下方且设有液相入口和水相出口，其中液相入口与分离器的液相出口连通，水相出口连接有水泵并通过水泵将分离罐内的冷凝液排至污水管道。

3.根据权利要求2所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：在分离器的煤气入口与气相出口之间设有旁通管线并在旁通管线上设有二个旁通阀门和一个取样口，该取样口位于二个旁通阀门之间的旁通管线上，用于当分离器堵塞或日常维护时，开启旁通管线保证出气钻孔的持续出气，以及对焦油、固体颗粒物等进行取样分析。

4.根据权利要求2所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：在水泵出口设有冷凝液流量计，用于对排放的冷凝液进行记录。

5.根据权利要求4所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：在冷凝液流量计与污水管道之间的管路上设有液位控制阀，在分离罐上设有液位计，液位计的信号输出端与液位控制阀的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的排出。

6.根据权利要求4或5所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：在冷凝液流量计与污水管道之间的管路上还设有通至所述出气钻孔孔口的冷凝水输送管，用于将所述分离罐内的部分冷凝液输送至出气钻孔孔口以冷却出口煤气；在冷凝水输送管上设有流量控制阀，所述冷凝液流量计的信号输出端与流量控制阀的信号输入端连接，用于自动控制冷凝液的流量大小。

7.根据权利要求6所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：所述分离罐上还设有油相出口，油相出口通过油泵与焦油罐连通，在油泵与焦油罐之间的管路上还设有焦油流量计，用于排出焦油。

8.根据权利要求1或7所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：所述煤气计量装置包括连通所述气相出口和压力调节装置入口的煤气管道及设在煤气管道上的气体流量计、温度传感器和压力传感器，所述煤气管道的入口与三相分离装置的气相出口连通，在煤气管道上靠近两端部分别设有上游截断阀和下游截断阀，以便于该煤气计量装置的日常维护。

9.根据权利要求8所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：在煤气计量装置内还设有一根连通所述气相出口和压力调节装置入口的旁通支路，在旁通支路上设有旁通截断阀，用于故障时维持出气钻孔的持续出气。

10.根据权利要求1或9所述的孔口煤气流量测量装置，其特征是：所述压力调节装置包括调节阀和截断阀，调节阀和截断阀通过管路并联在压力调节装置的入口和出口之间，在调节阀两侧的管路上分别设有上游截断阀和下游截断阀，以方便煤气计量装置的日常维护、故障时能够维持出气钻孔的持续出气。