一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法技术方案

本发明专利技术属于能源利用技术领域，公开了一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法，设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合。实现了高精度混气，实时流量稳定跟随，爆炸极限气体稳定压力，可靠泄压，安全供气，燃气泄漏可靠报警和切断。

A mine gas safety mixing system and gas mixing ratio control method

【技术实现步骤摘要】
一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法
本专利技术属于能源利用
，尤其涉及一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法。
技术介绍
目前，现有的地面瓦斯抽放系统，分为高浓度瓦斯和低浓度瓦斯两套抽采系统。根据矿区之前运行经验及数据统计，高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm3/h，甲烷浓度为40％-50％。低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm3/h，甲烷浓度为15％-20％，混合后的甲烷含量设计值为30％。发电厂所需瓦斯气的甲烷含量必须保证30％以上，所以高浓度瓦斯气经过瓦斯抽放泵抽出后，经过湿式超压放散装置后进入管网，供瓦斯发电厂直接利用。低浓度瓦斯气由于甲烷含量低，接进爆炸极限，瓦斯发电厂无法直接进行利用，所以由瓦斯抽放泵抽出后直接排空处理。解决以上问题的难度为：(1)国内没有解决以上问题的成功案例，没有定型的可利用的技术方案，现有的混气技术均存在比较简单，混气精度比较低，不能完全适用于本设计工况，需加以改进和完善。(2)目前国内矿井气低甲烷浓度瓦斯气均采取直接对空排放处理，浪费资源，造成环境污染，急需适用的混气设备，本装置属于创新型产品。(3)由于天然气在大气中的爆炸范围为5％～15％，低浓度瓦斯气中甲烷浓度为15％-20％，非常接近爆炸范围，所以设备必须保证混气的均匀度，确保燃烧稳定安全。(4)低甲烷浓度瓦斯气为易爆气体，进入混气系统前必须保证压力和流量稳定，需考虑安全可靠的稳压装置和安全适用的放散系统。(5)主气源高甲烷浓度瓦斯气用气流量波动非常大，为了确保混气出口精度，必须保证从动气源准确地跟随主动气源的流量变化及时调整变化。(6)、本系统各路气体均为易燃易爆的燃气，控制系统需考虑燃气泄漏的安全保护措施。通过上述分析，目前没有成熟可靠的技术方案可用，只能借鉴其他类似系统的工艺，选用液化石油气混空中常用的随动流量混气系统，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有燃气混气设备混气介质浓度因远离爆炸极限；一般静态混合器结构简单，混气精度很差，混气不均匀，性能不可靠，工艺运行不稳定，安全控制水平低。(2)现有技术设备中，一般不考虑气体用量波动大的工况，设备选型按照最大流量设计，导致小用气量时，低于额定流量值10％以下，混气精度很低，甚至不能自动跟随。(3)低甲烷浓度瓦斯气接进爆炸极限，压力和流量超限对系统很危险，要采用安全及时的泄压方式。(4)低甲烷浓度瓦斯气接进爆炸极限，燃气泄漏很危险，必须采用防泄漏装置和工艺。解决以上问题及缺陷的意义为：瓦斯气发电厂由于高浓度瓦斯气产出气量不足，造成不能满负荷运行。而低浓度瓦斯气含有一定的甲烷，但不能满足瓦斯发电厂直接利用条件。经过抽放泵抽出后直接进行排空处理，造成大量资源浪费和环境污染。由于高浓度瓦斯气甲烷浓度高于瓦斯发电厂所需甲烷含量要求，低浓度瓦斯气甲烷浓度低于瓦斯发电厂所需甲烷含量要求。综合考虑，为减少资源浪费，所以将高浓度瓦斯气和低浓度瓦斯气进行混合后，保证混合气出口甲烷浓度≥25％以上，然后进入管网供瓦斯发电厂利用。这样既能充分利用低浓度瓦斯气减少浪费，降低环境污染，又能保证瓦斯发电厂效益最大化。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供了一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法。该矿井瓦斯气安全掺混系统设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置，历史报警查询，数据报表查询的PLC控制柜；工控机，与所述PLC控制柜相连接，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护；低甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置，最大限度保证高浓度瓦斯气流量偏小时(低于额定流量值10％以下)，低浓度瓦斯气的稳定跟随；高甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置；混气装置，配有三重混气装置的高效静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比。在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气安全放散管线设置并联的三路，一路为手动蝶阀路，管网压力超高时可手动开启泄压，一路为自动调节阀路，管网压力信号超限，控制系统联锁自动调节阀，阀口自动开启泄压，压力越高，阀口开度越大，如果管网压力超高，湿式放散阀自动开启泄压，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定，卸放的气体进入站区放散塔。在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置均设置可燃气体泄露报警器探头，所述可燃气体泄露报警器探头连接系统声光报警装置和各路燃气紧急切断阀。在一个实施例中，所述混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。在一个实施例中，所述混气装置的后方管道设有双路甲烷组分含量在线分析仪，在线分析仪连接压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、混合气体总流量计、出口手动蝶阀。在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10％时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10％范围时，控制系统进行报警。在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置中的低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值。在一个实施例中，所述配比需求为高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm3/h，甲烷浓度为40％-50％；低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm3/h，甲烷浓度为15％-20％；混合后的甲烷含量必须保证25％以上。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述矿井瓦斯气安全掺混系统的燃气掺混配比控制方法，该燃气掺混配比控制方法包括：低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述矿井瓦斯气安全掺混系统设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置，历史报警查询，数据报表查询的PLC控制柜；/n工控机，与所述PLC控制柜相连接，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护；/n低甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置；/n高甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置；/n混气装置，配有三重混气装置的高效静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比。/n

【技术特征摘要】
1.一种矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述矿井瓦斯气安全掺混系统设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置，历史报警查询，数据报表查询的PLC控制柜；
工控机，与所述PLC控制柜相连接，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护；
低甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置；
高甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置；
混气装置，配有三重混气装置的高效静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比。


2.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述低甲烷浓度瓦斯气安全放散管线设置并联的三路，一路为手动蝶阀路，管网压力超高时可手动开启泄压，一路为自动调节阀路，管网压力信号超限，控制系统联锁自动调节阀，阀口自动开启泄压，压力越高，阀口开度越大，如果管网压力超高，湿式放散阀自动开启泄压，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定，卸放的气体进入站区放散塔。


3.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置均设置可燃气体泄露报警器探头，所述可燃气体泄露报警器探头连接系统声光报警装置和各路燃气紧急切断阀。


4.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。


5.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述混气装置的后方管道设有双路甲烷组分含量在线分析仪，在线分析仪连接压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、混合气体总流量计、出口手动蝶阀。


6.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩民，韩铁岭，赵连宽，
申请(专利权)人：欧科能源技术天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12