一种乏风模拟及双向逆流控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种乏风模拟及双向逆流控制系统，其包括乏风模拟系统和双向逆流控制系统，所述的乏风模拟系统包括用于储存甲烷气体的甲烷钢瓶、用于控制和监测甲烷流量的质量流量计、用于输送空气的罗茨风机、用于控制和监测空气流量的涡轮流量计、用于甲烷气体和空气混合和稳压的混合器和控制装置；甲烷钢瓶出口连接质量流量计，质量流量计出口连接混合器；罗茨风机出口连接涡轮流量计，涡轮流量计出口连接混合器；上述的质量流量计、罗茨风机、涡轮流量计分别与控制装置连接；双向逆流控制系统包括控制阀组和控制装置，混合器出来的模拟乏风通过控制阀组与乏风试验装置连接，控制装置与控制阀组连接，用于控制阀组的开关，进而控制气体进入乏风试验装置的流向变化；该装置可满足在乏风模拟试验中不同气体流量、浓度、流向控制要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术技术涉及到对混合气体浓度、流量控制和气体流向控制的装置，尤其涉及一种乏风模拟和控制试验装置。
技术介绍
中国煤炭资源丰富，伴随着煤层气的资源也十分巨大。据统计，在中国煤田埋深300-2000米范围内，煤层气资源总量为30-35万亿立方米，相当于385亿 450亿吨标准煤或265亿 310亿吨石油，与普通天然气总量(30万亿立方米)大致相等。煤层气是一种清洁能源。发展清洁能源可以丰富能源供应种类、增加煤矿安全和利于全球环境保护。煤矿中采用向矿井鼓风的方法排出矿井中的低浓度的甲烷。这类低浓度的甲烷气体一般浓度较低，浓度一般在I %以下，这类气体叫做乏风(VAM)。2000年全球矿井通风瓦 斯(VAM)的总量估计为152亿m3。通过矿井乏风排放的甲烷量约占全世界煤矿排放甲烷的70% (USEPA，2002)。中国占全世界的矿井通风瓦斯(VAM)总量的45%，仅次于中国的是美国(14%)，其余的是独联体(10%)，南非(6%)，波兰(6%)，澳大利亚(3%)等。大量的乏风排放不仅对能源是极大的浪费，也对环境造成了污染，因此对乏风利用对于我国煤矿方面进行节能减排具有重要意义。目前我国对乏风利用的研究还刚刚起步，缺少相关的成熟实验设备和技术经验，国际上也只有欧美极少数国家的人还在研究这方面的技术，主要涉及燃烧技术，对试验中需要的气体模拟和控制方面少有涉及。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是解决乏风试验模拟技术，提供一种能对乏风气体浓度和流量进行实时控制并对混合气的流向进行变换控制的装置，该装置能够满足乏风试验的需要。为实现上述目的，本技术提出了一种乏风模拟及双向逆流控制系统，其包括乏风模拟系统和双向逆流控制系统，所述的乏风模拟系统包括用于储存甲烷气体的甲烷钢瓶、用于控制和监测甲烷流量的质量流量计、用于输送空气的罗茨风机、用于控制和监测空气流量的涡轮流量计、用于甲烷气体和空气混合和稳压的混合器和控制装置；甲烷钢瓶出口连接质量流量计，质量流量计出口连接混合器；罗茨风机出口连接涡轮流量计，涡轮流量计出口连接混合器；上述的质量流量计、罗茨风机、涡轮流量计分别与控制装置连接；双向逆流控制系统包括控制阀组和控制装置，混合器出来的模拟乏风通过控制阀组与乏风试验装置连接，控制装置与控制阀组连接，用于控制阀组的开关，进而控制气体进入乏风试验装置的流向变化。优选地，上述的乏风模拟及双向逆流控制系统，所述的混合器包括文丘里管、旋流混合器、缓冲罐，甲烷和空气两种气体在文丘里管和旋流混合器进行充分混合，在缓冲罐内稳压。优选地，上述的乏风模拟及双向逆流控制系统，所述的控制阀组由四个气动蝶阀和相应管路组成，从混合器出来的气体分成两个支路，在每个支路上连接一个气动蝶阀，气动蝶阀后的管路再分成两路，一路与乏风试验装置相连，另一路通过一个气动蝶阀连通排气口。优选地，上述的乏风模拟及双向逆流控制系统，所述的控制装置采用PLC控制装置，包括PLC控制模块和人机界面。优选地，上述的乏风模拟及双向逆流控制系统，在混合器出口管路上还连接有一个甲烷仪。优选地，上述的乏风模拟及双向逆流控制系统，在所述的混合器上还连接有一个水封装置。本技术的有益效果是 采用本技术设备解决了模拟乏风气体浓度在1% -O. 1%，气体流量在IOOm3/h以下的情况进行乏风试验的需要，可满足在试验中气体流量，浓度，流向周期的不同要求，建立不同工况，以验证在不同工况下的乏风试验结果，提高试验效率。以下结合附图对本技术作进一步详细说明。图I为本技术的结构原理图。其中I-甲烧钢瓶；2_质量流量计；3_罗茨风机；4_润轮流量计；5-水封；6_控制装置；7-气动蝶阀；8_气动蝶阀；9_乏风试验装置；10_甲烷仪；11_混合器。具体实施方式如图所示是本技术的一个实施例，其包括乏风模拟和双向逆流控制两个子系统，乏风模拟系统由甲烷钢瓶I、质量流量计2、罗茨风机3、涡轮流量计4、混合器11和控制装置6组成，控制装置6采用PLC控制装置，包括PLC控制模块和人机界面。甲烷钢瓶I中储存了高浓度的甲烷气体，用于和空气混合后模拟不同浓度的乏风，质量流量计2输入端与甲烷钢瓶I连接，输出端与混合器11连接，质量流量与控制装置6连接，具有测量反馈通过的甲烷气体流量、根据控制装置6的控制指令控制输出气体流量的功能，一般甲烷钢瓶I的气体是高压气体，需要通过减压后输出，因此在甲烷钢瓶I出口还连接有一个减压装置。甲烷钢瓶I中的气体减压后通过质量流量计2，质量流量计2接受控制装置6的信号，根据设定值进行甲烷气体质量流量的PID控制。模拟乏风的控制由罗茨风机3输入，罗茨风机3后面连接一个涡轮流量计4，再接入混合器11，罗茨风机3和涡轮流量计4分别与控制装置6连接，空气流量由罗茨风机3变频控制调节输出，流量设定通过上位机进行。混合器11中包括文丘里管、旋流混合器、缓冲罐。在混合器11上还连接有一个水封5装置，水封5装置可以控制混合器缓冲罐中混合气的压力，相当于一个背压阀。甲烷和空气两种气体在文丘里管和旋流混合器进行充分混合，在缓冲罐内稳压，确保混合气体浓度稳定。流量中涉及到的涡轮流量计4测量精度达到I. O级，质量流量计2的测量精度达到O. 8级。仪器精度保证了控制装置6对气体混合浓度的精度要求，保证混合气体的品质。双向逆流控制系统包括控制阀组和控制装置6，混合气体在进入试验装置的流量变化主要依靠不同阀门的启闭状态的切换来实现。控制阀组由四个气动蝶阀7、8和相应管路组成，从混合器11出来的气体分成两个支路，在每个支路上连接一个气动蝶阀8，气动蝶阀8后的管路再分成两路，一路与乏风试验装置9相连，另一路通过一个气动蝶阀7连通排气口。控制装置6通过对两组阀门的启闭控制实现气体进入试验装置时流向的周期变化。在大口径管道中气动阀门的启闭速度快于电动阀门，保证在切换过程中气体泄漏量最少。气动蝶阀7、8可以进行周期性的切换关闭状态，其切换周期可通过人机界面进行控制，便于调整试验工况。采用气动阀门进行流向切换具有速度快，维护简单，设备可靠的特点。气动阀门的启闭时间I秒左右，小于同口径电动阀门的启闭时间，减少气体在切换过程中存在的气体泄漏量。阀门启闭的执行机构采用PLC进行周期控制。气动阀门启闭的周期时间间隔可通过人机界面进行设定，这样便于试验中调整切换周期，而无需停止试验。在混合器11出口管路上还连接有一个甲烷仪10，用于监测混合后也就是模拟的 乏风的甲烷浓度。本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护的范围。权利要求1.一种乏风模拟及双向逆流控制系统，其特征在于其包括乏风模拟系统和双向逆流控制系统，所述的乏风模拟系统包括用于储存甲烷气体的甲烷钢瓶(I)、用于控制和监测甲烷气体流量的质量流量计(2)、用于输送空气的罗茨风机(3)、用于控制和监测空气流量的涡轮流量计(4)、用于甲烷气体和空气混合和稳压的混合器(11)和控制装置(6);甲烷钢瓶(I)出口连接质量流量计(2)，质量流量计(2)出口连接混合器(11);罗茨风机(3)出口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乏风模拟及双向逆流控制系统，其特征在于：其包括乏风模拟系统和双向逆流控制系统，所述的乏风模拟系统包括用于储存甲烷气体的甲烷钢瓶(1)、用于控制和监测甲烷气体流量的质量流量计(2)、用于输送空气的罗茨风机(3)、用于控制和监测空气流量的涡轮流量计(4)、用于甲烷气体和空气混合和稳压的混合器(11)和控制装置(6)；甲烷钢瓶(1)出口连接质量流量计(2)，质量流量计(2)出口连接混合器(11)；罗茨风机(3)出口连接涡轮流量计(4)，涡轮流量计(4)出口连接混合器(11)；上述的质量流量计(2)、罗茨风机(3)、涡轮流量计(4)分别与控制装置(6)连接；双向逆流控制系统包括控制阀组和控制装置(6)，混合器(11)出来的模拟乏风通过控制阀组与乏风试验装置(9)连接，控制装置(6)与控制阀组连接，用于控制阀组的开关，进而控制气体进入乏风试验装置(9)的流向变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟炯，陈泽智，李冰，刘宇，周启金，
申请(专利权)人：上海齐耀动力技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：