CN218293570U - 一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤炭地下气化技术领域，尤其是涉及一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，包括位于所述注气钻孔内的由若干个注气管段连接组成的输气管，每相邻的两个注气管段为一组注气管，每组注气管之间通过连接环固定连接，每组的两个注气管段中间通过切断装置本体连接，所述切断装置本体由卡环、耐高温弹簧和热熔环组成，所述卡环分别设在切断装置本体左右两侧注气管段的内壁上，所述卡环之间抵接有处于压缩状态的耐高温弹簧，设有卡环的注气管段之间通过热熔环固定连接，当火焰工作面到达热熔环时，热熔环断开后形成新的注气孔，由新的注气口为气化反应提供气化剂。

Description

一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置

技术领域

本实用新型涉及煤炭地下气化技术领域，尤其是涉及一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置。

背景技术

煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。地下气化技术只提取煤中含能组分，变物理采煤为化学采煤，实现了建井、采煤、地面气化三大工艺的合而为一，省去了庞大的煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺和设备，因而具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点，被誉为第二代采煤方法。煤炭地下气化技术不仅可以回收矿井遗弃的煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层。地下气化生产的煤气可作为燃气直接民用和发电，或者作为提取纯氢、合成油、二甲醚、氨、甲醇的原料气。因此，煤炭地下气化技术具有较好的经济效益和环境效益，大大提高了煤炭资源的利用率和利用水平，是我国洁净煤技术的重要研究和发展方向。

煤炭地下气化技术将在地下煤层中构筑成一个封闭的气化炉，由煤炭地下气化炉内气化剂注气管道为燃烧气化反应提供以氧气和水蒸汽为主的气化剂，燃烧和气化形成的火焰工作面将沿一定的方向推进，以实现煤炭地下气化炉的连续生产。

煤炭地下气化炉的煤气生产过程如下：煤炭地下气化是地下原位煤层的燃烧和气化反应过程，需要通过人工向煤层内钻孔，安装注气管道。煤炭地下气化炉点火成功后，由注气管道持续不断地提供气化剂(氧气、空气、水蒸汽等)，提供的气化剂与临近煤体发生燃烧和气化反应，并生成煤气(CO、H2、CH4等)，反应界面温度可达800～1200℃。在煤炭地下气化过程中，随着燃烧和气化的进行，煤体不断被消耗，地下气化炉反应界面(火焰工作面)是不断移动的。如果地下气化炉内的注气管出气口位置是固定不动的，那就导致注气管出气口与地下气化炉煤体反应界面的位置不断增大，提供的气化剂需要经过长距离的气体扩散才能够到达煤体反应界面，则会造成气化剂中的氧气与生成的可燃气体混合，造成煤气品质降低甚至导致地下气化炉内封闭空间内的气体爆炸，带来极大的安全隐患。

国内外现有的煤炭地下气化炉移动注气装置和技术方面，主要技术方案如下：

公开号CN107387055B的中国专利“一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法”公开了一种适用于煤炭地下气化的移动注气装置及方法，主要包括注气通道钻孔、注气通道护管、注气管路、热熔式弹性连接器、卡扣式连接器。该技术方案需要在煤炭地下气化炉注气钻孔内安装注气通道护管，该注气通道护管为筛管；热熔式弹性连接器布置于注气管路的一定位置，该热熔式弹性连接器由热熔式螺栓、凹式对接法兰和内嵌式弹簧组成。卡扣式连接器将两段注气管路连接在一起。

现有的技术方案虽然也能实现热熔式螺栓断开切断管路，但该装置结构较为复杂、成本高，需要安装注气钻孔内护管，同时需要凹式法兰连接，该连接方式并不利于注气管路在煤炭地下气化炉内的注气钻孔内安装，凸起的法兰边缘会增大注气管路在注气钻孔内的安装阻力，甚至会卡在注气钻孔内而难以安装成功；且凹式法兰内的内嵌式弹簧长度受凹式法兰尺寸限制，弹簧圈数少，弹力较小，难以弹开两段相邻的注气管路；卡扣式连接器直接通过卡扣对接，密封不严，造成开口连接器位置注气管路气体泄漏，导致注气通道内充满氧气，导致煤火逆向燃烧，容易导致整个注气管路上的热熔式弹性连接器受热断开，从而导致该装置失效，难以实现移动注气的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，能够解决煤炭地下气化炉内注气管只能固定点注气的难题，保障煤炭地下气化炉产气过程的连续稳定。

本实用新型提供一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，配合预留在煤层底部的注气钻孔使用，包括位于所述注气钻孔内的由若干个注气管段连接组成的输气管，每相邻的两个注气管段为一组注气管，每组注气管之间通过连接环固定连接，每组的两个注气管段中间通过切断装置本体连接，所述切断装置本体由卡环、耐高温弹簧和热熔环组成，所述卡环分别设在切断装置本体左右两侧注气管段的内壁上，所述卡环之间抵接有处于压缩状态的耐高温弹簧，设有卡环的注气管段之间通过热熔环固定连接，当火焰工作面到达热熔环时，热熔环断开后形成新的注气孔，由新的注气口为气化反应提供气化剂。

进一步地，根据火焰工作面燃烧移动速度，所述切断装置本体在整个所述注气钻孔内等间距布置。

进一步地，所述热熔环采用熔点为650℃的铝镁合金制成。

进一步地，所述注气管两端均设有螺纹，与所述连接环螺纹连接，并保持连接处的气密性。

进一步地，所述热熔环两端通过螺纹与相邻的注气管段连接在一起，并保持连接处的气密性。

进一步地，所述卡环是内嵌焊接在注气管段内壁上的金属圆环，起到固定耐高温弹簧位置的作用。

进一步地，所述耐高温弹簧是内嵌于热熔环和注气管段连接处的耐高温、高强度弹簧，所述耐高温弹簧两端卡在卡环的位置，安装完毕后呈压缩状态；当热熔环达到熔点熔化后，呈压缩状态的弹簧在弹力的作用下推开两端的注气管段，切断输气管，达到提供新的气化剂注入口的目的。

进一步地，所述热熔环和连接环的内径大于注气管段的外径，所述热熔环和连接环的内壁设有螺纹，所述注气管段的外壁设有螺纹。

进一步地，所述输气管的管径范围为DN80～DN600。

进一步地，所述输气管的直径小于注气钻孔60-90mm。

有益效果：

本实用新型主要用于煤炭地下气化炉内注气管路被动触发式间隔熔断来切断管路以实现随火焰工作面的定向移动而移动注气，保障煤炭地下气化炉安全、稳定、连续产气；可适用于不同口径的注气管，安装方便；且可调热熔响应温度，响应灵敏可靠；可调间隔分布距离，操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的煤炭地下气化移动注气的管路切断装置在煤炭地下气化炉注气钻孔内的安装剖面图；

图2是煤炭地下气化移动注气的管路切断装置在煤炭地下气化炉注气钻孔内的安装剖面图A-A横截面图；

图3是煤炭地下气化移动注气的管路切断装置本体的连接图；

图4是煤炭地下气化移动注气的管路切断装置本体的局部放大图。

附图标记说明：1-煤层、2-火焰工作面、3-注气钻孔、4-煤层顶底板、5-注气管段-1、6-注气管段-2、7-卡环、8-耐高温弹簧、9-热熔环、10-连接环。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，如图1-4所示，配合预留在处于煤层顶底板4之间的煤层1底部的注气钻孔3使用，注气钻孔3的直径为200mm，包括位于注气钻孔3内的由若干个注气管段5、6(注气管段-1和注气管段-2)连接组成的输气管，输气管直径为140mm，每相邻的两个注气管段为一组注气管，每组注气管之间通过连接环10固定连接，每组的两个注气管段中间通过切断装置本体连接，切断装置本体由卡环7、耐高温弹簧8和热熔环9组成，卡环7分别设在切断装置本体左右两侧注气管段的内壁上，卡环之7间抵接有处于压缩状态的耐高温弹簧8，卡环7是内嵌焊接在注气管段内壁上的金属圆环，起到固定耐高温弹簧8位置的作用。设有卡环7的注气管段之间通过热熔环9固定连接，当火焰工作面2到达热熔环9时，热熔环9断开后形成新的注气孔，由新的注气口为气化反应提供气化剂。根据火焰工作面燃烧移动速度，切断装置本体在整个注气钻孔内等间距布置。当火焰工作面位置移动到注气管上的切断装置本体位置时，该切断装置本体的热熔环9受火焰工作面高温热作用而被动熔断，并触发内置压缩弹簧释放弹簧弹力切断管路，形成新的气化剂注入口，由新的气化剂注入口提供煤炭地下气化炉火焰工作面所需的气化剂，且新的气化剂注入口输送的气化剂直接就近输送到火焰工作面反应界面位置，连续稳定地提供气化剂，从而达到随火焰工作面定向移动而间隔移动、就近和连续稳定提供气化剂的目的。

煤炭地下气化火焰工作面附近的温度可达800-1200℃，火焰工作面的移动速度一般为0.2m/d-1.0m/d，当热熔环位于火焰工作面附近时，由于金属的热传导系数较大，高温在较短的时间内可使热熔环的温度达到接近于火焰工作面高温，为热熔环在高温下的熔断创造了条件。热熔环选用熔点为650℃左右的铝镁合金材料制成，既保证热熔式弹性连接器4具有可靠的高温熔断反应特性，又保证热熔环在常温下具有较好的强度。当温度大于650℃时，热熔环不超过12个小时发生熔断，此时火焰工作面的移动距离最大约为0.5m，所形成的新的注气口依然在火焰工作面附近，因此可保证气化剂的注入效果。

注气管两端均设有螺纹，与连接环螺纹连接，并保持连接处的气密性，热熔环两端通过螺纹与相邻的注气管段连接在一起，并保持连接处的气密性。

耐高温弹簧是内嵌于热熔环和注气管段连接处的耐高温、高强度弹簧，耐高温弹簧两端卡在卡环的位置，安装完毕后呈压缩状态；当热熔环达到熔点熔化后，呈压缩状态的弹簧在弹力的作用下推开两端的注气管段，切断输气管，达到提供新的气化剂注入口的目的。

热熔环和连接环的内径大于注气管段的外径，热熔环和连接环的内壁设有螺纹，注气管段的外壁设有螺纹，热熔环和连接环分别通过螺纹套设在注气管段上，没有了法兰结构的阻碍，减小注气管在注气钻孔内安装时的阻力。

工作和使用过程：

该切断装置设在煤炭底部内的注气钻孔内，当火焰工作面位置移动到注气管上的切断装置本体临近位置时，热熔环受火焰工作面高温热作用而被动熔断和触发释放弹簧进而切断注气管，形成新的气化剂注入口，由新的气化剂注入口提供煤炭地下气化炉火焰工作面所需的气化剂，以达到随火焰工作面定向移动而间隔移动就近提供气化剂的目的。本实用新型解决了煤炭地下气化炉内注气管只能固定点注气的难题，保障煤炭地下气化炉产气过程的连续稳定。本实用新型提供的切管装置可适用于不同口径的注气管，安装方便；且可调热熔响应温度，响应灵敏可靠；可调间隔分布距离，操作简单。

解决了煤炭地下气化炉内的注气管不能实现气化剂注入口随火焰工作面的定向移动而移动并就近提供气化剂的问题，避免了气化剂在整个地下气化炉内无序扩散并与可燃气体混合造成煤气品质减低甚至导致地下气化炉内煤气爆炸的问题；同时解决了以往技术方案存在的结构复杂、成本高、弹力小难以切管、注气管连接处漏气以及注气管在注气钻孔内安装困难甚至难以安装的问题。

注气管段之间采用螺纹连接，可方便直接安装在煤炭地下气化炉内的注气钻孔内，无需安装钻孔护管；该切断装置可适用不同管径的注气管，结构简单，组合方便；切断装置本体安装间距可调，热熔环熔断响应温度可调，响应灵敏可靠；热熔环熔断切管属于被动触发式切管，无需人为操作，且切管位置就位于煤炭地下气化炉内火焰工作面临近位置，可直接就近为火焰工作面提供气化剂，气化剂注入位置精准，方便可靠，实现了安全、连续、稳定为煤炭地下气化火焰工作面提供气化剂的目的。

本实用新型提供的一种煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，与现有技术方案相比较，其优点如下：

1.可组装成单节组合管路，组合管路间采用螺纹连接，可方便直接安装在煤炭地下气化炉内的注气钻孔内，无需安装钻孔护管；

2.该切断装置可适用不同管径的注气管，结构简单，组合方便；

3.切断装置本体安装间距可调，热熔环熔断响应温度可调，响应灵敏可靠；

4.热熔环熔断切管属于被动触发式切管，无需人为操作，且切管位置就位于煤炭地下气化炉内火焰工作面临近位置，可直接就近为火焰工作面提供气化剂，气化剂注入位置精准，方便可靠，实现了安全、连续、稳定为煤炭地下气化火焰工作面提供气化剂的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，配合预留在煤层底部的注气钻孔使用，其特征在于，包括位于所述注气钻孔内的由若干个注气管段连接组成的输气管，每相邻的两个注气管段为一组注气管，每组注气管之间通过连接环固定连接，每组的两个注气管段中间通过切断装置本体连接，所述切断装置本体由卡环、耐高温弹簧和热熔环组成，所述卡环分别设在切断装置本体左右两侧注气管段的内壁上，所述卡环之间抵接有处于压缩状态的耐高温弹簧，设有卡环的注气管段之间通过热熔环固定连接，当火焰工作面到达热熔环时，热熔环断开后形成新的注气孔，由新的注气口为气化反应提供气化剂。

2.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，根据火焰工作面燃烧移动速度，所述切断装置本体在整个所述注气钻孔内等间距布置。

3.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述热熔环采用熔点为650℃的铝镁合金制成。

4.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述注气管两端均设有螺纹，与所述连接环螺纹连接，并保持连接处的气密性。

5.根据权利要求4所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述热熔环两端通过螺纹与相邻的注气管段连接在一起，并保持连接处的气密性。

6.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述卡环是内嵌焊接在注气管段内壁上的金属圆环，起到固定耐高温弹簧位置的作用。

7.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述耐高温弹簧是内嵌于热熔环和注气管段连接处的耐高温、高强度弹簧，所述耐高温弹簧两端卡在卡环的位置，安装完毕后呈压缩状态；当热熔环达到熔点熔化后，呈压缩状态的弹簧在弹力的作用下推开两端的注气管段，切断输气管，达到提供新的气化剂注入口的目的。

8.根据权利要求5所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述热熔环和连接环的内径大于注气管段的外径，所述热熔环和连接环的内壁设有螺纹，所述注气管段的外壁设有螺纹。

9.根据权利要求1所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述输气管的管径范围为DN80～DN600。

10.根据权利要求9所述的实现煤炭地下气化移动注气的管路切断装置，其特征在于，所述输气管的直径小于注气钻孔60-90mm。

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