МОДУЛЬ ВАКУУМИРОВАНИЯ ДЕГАЗАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к газо- и геодинамическим явлениям, в частности к разработке угольных месторождений и может быть использована в составе модульной дегазационной установки для откачивания метановоздушной смеси из опасных по взрыву газов и пыли действующих и уже закрытых угольных шахт и рудников.
Так, из уровня техники известна мобильная вакуумно-насосная дегазационная установка, которая включает в себя вакуумные насосы, подключенные к дегазационной скважине, приборы учета концентрации, давления, температуры и расхода газовой смеси, влагоотделители, устройства управления и защиты от аварийных режимов с системой сброса газовой смеси в атмосферу и огнепреградители, установленные на газопроводах подачи газовой смеси, устройство защиты от аварийных режимов, микроконтроллеры (патент РФ №112939, E21F 7/00, опубликованный 27.01.2012).
Известна мобильная вакуумно-насосная дегазационная установка, которая включает в себя вакуумные насосы, подключенные к дегазационной скважине, приборы учета концентрации, давления, температуры и расхода газовой смеси, влагоотделители, устройства управления и защиты от аварийных режимов с системой сброса газовой смеси в атмосферу и огнепреградители, установленные на газопроводах подачи газовой смеси, автоматические задвижки, установленные на газопроводах сброса газовой смеси в атмосферу, устройство защиты от аварийных режимов, микроконтроллеры (патент РФ №112938, E21F 7/00 от 27.01.2012 г).
Недостаткам известного решения и наиболее близкого аналога являются недостаточная долговечность, надежность и безопасность работы модуля вакуумирования из-за отсутствия огнепреградителей непосредственно на входе и выходе каждого вакуумного насоса, невозможность создания разрежения более 50 кПа из-за риска чрезмерного перегрева (более плюс 150°С вследствие сжатия газа на выходе из вакуумного насоса), который может привести к выходу из строя самого вакуумного насоса либо воспламенению горючих угольной и породной пыли, кроме того, наличие одного продувочного трубопровода не позволяет запускать резервный вакуумный насос при работе одного вакуумного насоса на дегазационную сеть, компоновка оборудования не позволяет проводить осмотр и чистку огнепреградителей во время работы хотя бы одного вакуумного насоса без полной остановки дегазационной установки, недостаточная эффективность устройств подавления шума, распространяющегося от вакуумных насосов по газопроводам, из-за значительного удаления от источников шума (вакуумных насосов), отсутствие мероприятий по снижению шума, распространяющегося от работающего оборудования (вакуумные насосы, электродвигатели, ременная передача и т.д.) в окружающее пространство, не эффективное откачивание метановоздушной смеси (МВС) из действующих и закрытых (законсервированных) угольных шахт и рудников, не удобство доставки и монтажа установки, а также низкая безопасность обслуживающего персонала при ее эксплуатации, невозможность эксплуатации с протяженными дегазационными сетями в связи с ограничением по создаваемому разрежению.
Технической проблемой заявленной полезной модели является создание мобильного модуля вакуумирования, применяемого в составе дегазационной установки, способного эффективно откачивать метановоздушную смесь (МВС) по трубопроводам, имеющим большое аэродинамическое сопротивление вследствие значительной протяженности или обводненности, из действующих и закрытых (законсервированных) угольных шахт и рудников, снижение объема поступающего в горную выработку и выходящего на поверхность из почвы метана, путем применения вакуумного насоса с возможностью создания разрежения более 50 кПа, снижение до минимума, или полное исключение участия обслуживающего персонала в управлении работой модульной дегазационной установки (МДУ) и снижение вероятности человеческой ошибки при эксплуатации оборудования на опасном производственном объекте, эксплуатация независимо от внешних климатических влияний, передача оперативной информации о параметрах работы МДУ в диспетчерскую службу шахты для работы в рамках единой системы аэрогазового контроля (АГК), обеспечение долговечности, надежности работы модуля вакуумирования и повышение безопасности его работы.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в обеспечении долговечности и надежности работы модуля вакуумирования при работе вакуумного насоса с разрежением более 50 кПа.
Указанный технический результат достигается в модуле вакуумирования дегазационной установки, содержащем корпус, выполненный с возможностью соединения с модулем очистки, и размещенные в нем ротационные вакуумные насосы глубокого вакуума, снабженные огнепреградителями, продувочными трубопроводами, расположенными на входе и выходе упомянутых насосов, и системой охлаждения.
Благодаря выполнению модуля вакуумирования дегазационной установки, содержащим корпус, выполненный с возможностью соединения с модулем очистки, с размещенными в нем ротационными вакуумными насосами глубокого вакуума, снабженными огнепреградителями, расположенными на входе и выходе упомянутых насосов, продувочными трубопроводами и системой охлаждения обеспечивается долговечность и надежность работы модуля вакуумирования.
Использование ротационных насосов глубокого вакуума с подключенной системой охлаждения (инжекции охлаждающего газа) позволяет создавать разрежение более 50 кПа (до 93 кПа) без риска перегрева ротационного вакуумного насоса и выхода его из строя. При этом ротационные насосы глубокого вакуума имеют возможность создавать разрежение до 93 кПа, которым для работы в отличии от водокольцевых вакуумных насосов не требуется вода.
Снабжение ротационных вакуумных насосов глубокого вакуума на входе и выходе огнепреградителями обеспечивает безопасность, долговечность и надежность работы упомянутых насосов.
Оснащение каждого ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума в дегазационной установке продувочным трубопроводом позволяет осуществлять продувку во время запуска или остановки без влияния на параметры работающего вакуумного насоса, тем самым повышая безопасность, надежность и долговечность работы насосов и самого модуля вакуумирования.
В частности корпус модуля вакуумирования выполнен в виде металлического термо- и шумоизолированного модуль-контейнера, который исключает влияние внешних условий на параметры работы оборудования, а также препятствующему распространению шума от работающего оборудования в окружающее пространство.
В частности на выходе каждого ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума установлен глушитель шума,
В частности огнепреградители, установленные на входе и выходе насоса, представляют собой зажатую между фланцами щек корпуса огнепреградителя кассету с пламегасящим элементом в виде смотанных в рулон плоской и гофрированной стальных лент, образующих при сопряжении своих поверхностей узкие каналы треугольного сечения в которых происходит гашение пламени.
В частности, система охлаждения ротационных вакуумных насосов глубокого вакуума содержит патрубок отбора нагретого вследствие сжатия газа, подключенный между глушителем шума и огнепреградителем на выходе вакуумного насоса, радиатор с вентилятором и патрубки инжекции, подключаемые непосредственно к вакуумному насосу.
Модуль вакуумирования может быть снабжен блоком управления с автоматизированной системой управления, обеспечивающих работу модуля вакуумирования как в автоматическом (без участия человека) так и в ручном режимах, передачу оперативной информации о параметрах его работы в диспетчерскую шахты, а также работу в рамках единой системы аэрогазового контроля (АГК) шахты. Заявленная полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена компоновка модульной дегазационной установки (МДУ).
На фиг. 2 - модуль вакуумирования, где (А) - вид спереди, (Б) - вид сверху.
На фиг. 3 - технологическая схема модуля вакуумирования.
На фиг. 4 - модуль очистки, где (А) - вид спереди, (Б) - вид сверху
На фиг. 5 - модуль управления.
На фиг.6 модуль очистки, объединенный с модулем управления, где (А) - вид спереди, (Б) - вид сверху.
На фигурах приведены следующие конструктивные элементы.
1 - модуль вакуумирования (MB);
2 - модуль очистки (МО);
3 - модуль управления (МУ);
4 - дегазационная скважина;
5 - магистральный газопровод;
6 - вакуумный газопровод;
7 - отводная труба;
8 - вакуумный газопровод очищенной метановоздушной смеси (МВС);
9 - выхлопной газопровод;
10 - ротационный вакуумный насос глубокого вакуума;
11 - отсечной затвор с пневмоприводом системы очистки;
12 - коллектор системы очистки метановоздушной смеси (МВС);
13 - система очистки метановоздушной смеси (МВС);
14 - отсечной затвор с пневмоприводом на входе ротационного вакуумного насоса;
15 - огнепреградитель на входе ротационного вакуумного насоса;
16 - глушитель шума;
17 - огнепреградитель на выходе ротационного вакуумного насоса;
18 - отсечной затвор с пневмоприводом на выходе ротационного вакуумного
насоса;
19 - нагнетательный газопровод;
20 - глушитель шума;
21 - затвор с пневмоприводом отводной трубы;
22 - огнепреградитель отводной трубы;
23 - продувочный трубопровод с отсечным затвором с пневмоприводом;
24 - металлический корпус термо-шумоизолированного модуль-контейнера;
25 - герметичная перегородка;
26 - электропривод ротационного вакуумного насоса;
27 - система контроля состава воздуха в технологическом помещении металлического корпуса модуля
28 - обогреватель;
29 - светильник технологического помещения;
30 - вентилятор аварийного проветривания;
31 - автономная автоматическая система пожаротушения;
32 - аппаратура управления с программируемым контроллером;
33 - аппаратура управления модулем очистки;
34 - патрубок отбора нагретого вследствие сжатия газа
35 - радиатор с вентилятором
36 - патрубки инжекции
37 - система анализа состава метановоздушной смеси (МВС);
38 - системой определения расхода метановоздушной смеси (МВС);
39 - рабочее место оператора;
40 - металлический корпус термоизолированного модуля управления (МУ) -3;
41 - пульт управления;
42 - светильник;
43 - конвектор;
44 - предметы мебели;
45 - кондиционер;
46 - санузел.
Модуль вакуумирования входит в состав модульной дегазационной установки и выполнен с возможностью соединения с модулем очистки модульной дегазационной установки. Модульная дегазационная установка включает в себя обязательное наличие не менее одного модуля вакуумирования (MB) -1, не менее одного модуля очистки (МО) - 2 и одного модуля управления (МУ) -3. Модуль очистки подключен к дегазационной скважине - 4 через магистральный - 5, и вакуумный газопроводы - 6. В модуле вакуумирования установлен ротационный вакуумный насос глубокого вакуума - 10. Модуль вакуумирования (МВ) - 1 выполнен в виде металлического корпуса -24, выполняющего роль термо-шумоизолирующеого модуль-контейнера, разделенного на два помещения изолированных друг от друга герметичной перегородкой - 25, в первом (технологическом) помещении размещены и неподвижно закреплены от одной до четырех насосных групп, состоящих из ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума - 10 с электроприводом - 26, причем ротационный вакуумный насос - 10 подключен своим входным патрубком к вакуумному газопроводу очищенной метановоздушной смеси -8 через отсечной затвор с пневмоприводом на входе вакуумного насоса - 14, огнепреградитель на входе вакуумного насоса - 15, причем между огнепреградителем - 15 и отсечным затвором -14 установлен продувочный трубопровод с затвором с пневмоприводом -23, выходной патрубок ротационного вакуумного насоса -10 сообщается с выхлопным газопроводом -9 через глушитель шума - 16, огнепреградитель на выходе вакуумного насоса - 17, отсечной затвор с пневмоприводом на выходе вакуумного насоса -18, нагнетательный газопровод - 19, глушитель шума - 20, причем система охлаждения (инжекции охлаждающего газа) подключается патрубком отбора нагретого вследствие сжатия газа - 34 между глушителем шума - 16 и огнепреградителем на выходе вакуумного насоса -17 через радиатор с вентилятором - 35 к ротационному вакуумному насосу - 10 через патрубки инжекции - 36.
В технологическом помещении модуля вакуумирования (MB) - 1 установлены система контроля состава воздуха (датчик метана), обогреватель - 28, светильник технологического помещения - 29, вентилятор аварийного проветривания - 30 и автономная автоматическая система пожаротушения - 31. Во втором помещении, в помещении системы управления, размещена аппаратура управления с программируемым контроллером - 32 (шкафы управления, коммутационная аппаратура и т.д.).
Модуль очистки (МО) - 2 выполнен в виде термо-шумоизолированного модуль-контейнера - 24, разделенного на два помещения изолированных друг от друга герметичной перегородкой - 25, в первом (технологическом) помещении размещены система очистки МВС - 13 с автоматическим сливом жидкости по мере наполнения, вакуумный газопровод - 6, вакуумный газопровод очищенной МВС - 8, коллектор системы очистки МВС - 12, отсечной затвор с пневмоприводом системы очистки - 11, затвор с пневмоприводом отводной трубы - 21, отводная труба -7 с огнепреградителем отводной трубы - 22, система контроля состава воздуха в помещении (датчик метана) - 27, обогреватели - 28, светильники технологического помещения - 29, вентилятор аварийного проветривания - 30 и автономная автоматическая система пожаротушения - 31, во втором помещении - помещении системы управления (ПСУ) размещена аппаратура управления модулем очистки - 33 (шкафы управления, коммутационная аппаратура и т.д.) модулем очистки (МО) - 2, МДУ оснащена системой анализа состава МВС - 37 в магистральном газопроводе - 5, а также системой определения расхода МВС - 38 в вакуумном газопроводе очищенной МВС - 8.
Модуль вакуумирования в составе модульной дегазационной установки работает следующим образом.
В зоне всасывания ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума - 10 создается разрежение, вследствие чего метановоздушная смесь (МВС) из дегазационной скважины - 4 по магистральному газопроводу - 5 и вакуумному газопроводу - 6, через отсечной затвор с пневмоприводом системы очистки -11, коллектор системы очистки метановоздушной смеси (МВС) - 12, систему очистки метановоздушной смеси (МВС) - 13, вакуумный газопровод - 8 очищенной метановоздушной смеси (МВС), через отсечной затвор с пневмоприводом - 14 и огнепреградитель - 15 поступает на вход ротационного вакуумного насоса - 10. Далее, метановоздушная смесь (МВС) после глушителя шума - 16 разделяется на два потока: часть через огнепреградитель - 17, отсечной затвор - 18, выбрасывается в атмосферу по нагнетательному газопроводу - 19 через выхлопной газопровод - 9 оборудованный глушителем шума - 20, а часть, проходя через патрубок отбора нагретого вследствие сжатия газа - 34 и радиатор с вентилятором - 35, охлаждается и через патрубки инжекции - 36 поступает в зону сжатия ротационного вакуумного насоса, охлаждая его, тем самым исключая нагрев более плюс 150°С при создании разрежения более 50 кПа.
В случае остановки модульной дегазационной установки (МДУ), метановоздушная смесь (МВС) выбрасывается в атмосферу из дегазируемой выработки за счет естественной тяги через затвор с пневмоприводом отводной трубы - 21, огнепреградитель отводной трубы - 22, и отводную трубу - 7.
Перед запуском или остановкой ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума - 10 его продувают свежим воздухом через продувочный трубопровод - 23 имеющий отсечной затвор с пневмоприводом.
Все электрическое и неэлектрическое оборудование технологических помещений модульной дегазационной установки (МДУ) выполнено во взрывозащищенном исполнении.
Модульная дегазационная установка (МДУ) (фиг. 1-5) включает в себя обязательное наличие не менее одного модуля вакуумирования (MB) - 1, не менее одного модуля очистки (МО) - 2 и один модуль управления (МУ) - 3.
Модуль вакуумирования (MB) - 1 (фиг. 2 и фиг. 3) предназначен для создания разрежения в дегазационной скважине - 4, в результате которой метановоздушная смесь (МВС) начинает движение от скважины - 4 в сторону ротационного вакуумного насоса (насосов) - 10. Модуль вакуумирования (МВ) - 1 выполнен в виде металлического корпуса-24 выполняющего роль термо-шумоизолирующего модуль-контейнера, разделенного на два помещения изолированных друг от друга герметичной перегородкой - 25. В первом (технологическом) помещении размещено от одной до четырех насосных групп, состоящих из ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума - 10 с электроприводом - 26. На входе ротационного вакуумного насоса глубокого вакуума - 10 установлены отсечной затвор с пневмоприводом - 14, продувочный трубопровод с отсечным затвором и пневмоприводом - 23, огнепреградитель - 15, а на выходе ротационного вакуумного насоса - 10, после глушителя шума - 16, укреплены система инжекции охлаждающего газа, включающая в себя патрубок отбора нагретого вследствие сжатия газа - 34, радиатор с вентилятором - 35, патрубки инжекции - 36,огнепреградитель -17, отсечной затвор - 18, нагнетательный газопровод - 19 и выхлопной газопровод - 9, оборудованный глушителем шума - 20.
Система контроля состава воздуха (датчик метана) установлена внутри металлического корпуса - 27 термо-шумоизолированного модуль-контейнера - 24, в помещении в котором установлены обогреватель - 28, светильник технологического помещения - 29, вентилятор аварийного проветривания - 30 и автономная автоматическая система пожаротушения - 31.
Во втором помещении, в помещении системы управления, размещена аппаратура управления с программируемым контроллером - 32 (шкафы управления, коммутационная аппаратура и т.д.).
Модуль очистки (МО) - 2 (фиг. 4) выполнен в виде термо- и шумоизолированного модуль-контейнера - 24, разделенного на два помещения изолированных друг от друга герметичной перегородкой - 25. В первом (технологическом) помещении размещены система очистки МВС - 13 с автоматическим сливом жидкости по мере наполнения, к коллектору системы очистки МВС - 12 через отсечной затвор с пневмоприводом системы очистки - 11 подключен вакуумный газопровод -6, в то же время вакуумный трубопровод - 6 сообщается с атмосферой через затвор с пневмоприводом отводной трубы - 21, огнепреградитель отводной трубы - 22 и отводную трубу - 7 для беспрепятственного выхода МВС под естественным давлением в обход вакуумного насоса в случае остановки МДУ, на выходе из системы очистки установлен вакуумный газопровод - 8 очищенной метановоздушной смеси (МВС), в технологическом помещении установлены система контроля состава воздуха (датчик метана) в помещении металлического корпуса модуля - 27, обогреватели - 28, светильники технологического помещения - 29, вентилятор аварийного проветривания - 30 и автономная автоматическая система пожаротушения - 31. Во втором помещении системы управления размещена аппаратура управления модулем очистки - 33 (шкафы управления, коммутационная аппаратура и т.д.) модуля очистки (МО) - 2.
Модульная дегазационная установка (МДУ) на базе ротационных вакуумных насосов -10 комплектуется системой анализа состава метановоздушной смеси (МВС) - 37 проходящей по магистральному газопроводу - 5, а также системой определения расхода - 38 в вакуумном газопроводе - 8 очищенной метановоздушной смеси (МВС) данное оборудование позволяет осуществлять непрерывный контроль производительности МДУ и концентрации метана в откачиваемой МВС.
В модуле управления (МУ) - 3 (фиг. 5) размещено рабочее место оператора - 39. Модуль выполнен в виде металлического термоизолированного корпуса - 40, с пультом управления - 41, светильниками - 42, конвекторами - 43, необходимыми предметами мебели - 44, кондиционером - 45 и санузлом -46.
При совмещении модуля очистки (МО) - 2 и модуля управления (МУ) - 3 в один модуль очистки (МО) (Фиг. 2), в него добавляется дополнительно помещение оператора, отделенное от технологического герметичной перегородкой -25. На фиг. 6 представлен вариант размещения основного оборудования в модуле очистки (МО) - 2, совмещенном с модулем управления (МУ) - 3.
Таким образом, модульная дегазационная установка (МДУ) может работать с дегазационными сетями, обладающими значительным аэродинамическим сопротивлением без угрозы перегрева оборудования и воспламенения рудничного газа при создании разрежения более 50 кПа, для МДУ не требуется вода, снижены шумовые характеристики путем установки эффективных глушителей шума на выходе вакуумного ротационного насоса и использования термо - и шумоизолированного модуль-контейнера, установлены продувочные трубопроводы для каждого ротационного вакуумного насоса, обеспечивающие возможность осуществления продувки одного вакуумного насоса при работе другого, разработана и внедрена автоматизированная система управления дегазационной установкой (АСУ ДУ), обеспечивающая работу МДУ как в автоматическом (без участия человека) так и в ручном режимах, передачу оперативной информации о параметрах работы МДУ в диспетчерскую шахты, а также работу в рамках единой системы аэрогазового контроля АГК шахты.
Таким образом, использование ротационных насосов глубокого вакуума с подключенной системой охлаждения позволяет создавать разрежение без риска перегрева ротационного вакуумного насоса и выхода его из строя, а также снабжение каждого вакуумного насоса огнепреградителями, способствует обеспечению долговечности и надежности работы как самих насосов, так и модуля вакуумирования в целом.