Технический анализ азотных генераторов на угольных шахтах: основное оборудование для предотвращения и тушения пожаров на угольных шахтах

В системе обеспечения безопасности на угольных шахтах пожары, взрывы газа и самовозгорание угольных пластов всегда были высокорисковыми проблемами. Особенно с увеличением глубины добычи угля возрастают риски, такие как утечка воздуха в выработанных пространствах, окисление угля и самонагревание угля. Традиционные методы вентиляции и пожаротушения стали недостаточными для удовлетворения современных требований к управлению безопасностью на угольных шахтах.

В этом контексте ""генератор азота для угольных шахт" постепенно стал важным компонентом системы безопасности шахт.

Путем генерации азота высокой чистоты на месте и его непрерывной подачи в подземные выработки можно эффективно снизить концентрацию кислорода и создать инертную среду, тем самым достигнув:

• Предотвращение пожаров в выработанных пространствах
• Предотвращение взрывов газа
• Инертизационная защита зон пожара
• Предотвращение взрывов в системах транспортировки угля
• Подавление окисления угля

В настоящее время большинство крупных угольных шахт построили централизованные станции генерации азота для угольных шахт и включили их в долгосрочную систему безопасной эксплуатации шахты.

В данной статье будет систематически проанализирован принцип работы, состав системы, основные параметры, логика выбора и будущие тенденции развития генераторов азота для угольных шахт с технической точки зрения отрасли.

Уголь является легко окисляющимся веществом.

Когда угольный пласт подвергается воздействию воздуха, он медленно подвергается окислительным реакциям с кислородом и непрерывно выделяет тепло.

Если тепло не может быть рассеяно вовремя, это приведет к:

• Тление
• Локальный перегрев
• Самовозгорание угольного пласта
• Распространение пожара

Риск самовозгорания выше в выработанных пространствах, герметизированных зонах и зонах с остаточным углем в туннелях.

Для взрыва газа требуются три условия:

• Горючий газ
• Кислород
• Источник воспламенения

Среди них концентрация кислорода является ключевым фактором.

Путем подачи азота в подземные выработки можно эффективно снизить содержание кислорода, тем самым снизив риск взрыва.

Поэтому азотная инертизация стала важной мерой безопасности для шахт с высоким содержанием газа.

Традиционное пожаротушение на угольных шахтах в основном включает:

• Заполнение раствором
• Распыление воды
• Химическое пожаротушение
• Изоляция и герметизация

Однако эти методы имеют следующие недостатки:

• Ограниченная площадь покрытия
• Длительный цикл пожаротушения
• Высокий риск вторичного повторного возгорания
• Сложное строительство

В то время как азотное пожаротушение относится к "газовой инертизации для предотвращения и тушения пожаров", оно имеет преимущества широкого охвата и сильной стойкости.

С увеличением глубины шахты:

• Повышение температуры грунта
• Увеличение утечки воздуха
• Изменение давления угольного пласта
• Увеличение выхода газа

Эти факторы увеличат риск пожаров и взрывов на угольных шахтах.

Поэтому современные шахты все больше полагаются на крупномасштабные системы непрерывной подачи азота.

Генератор азота для угольных шахт - это промышленное оборудование, которое непрерывно извлекает азот из воздуха с помощью технологии разделения воздуха.

Его основная цель:

Обеспечение источника защитного инертного газа для шахты путем непрерывной и стабильной выработки азота высокой чистоты.

Воздух содержит примерно 78% азота, поэтому генератору азота нужно только отделить кислород, влагу и примеси, чтобы получить необходимый азот.

В настоящее время угольная промышленность в основном использует:

Наиболее распространенное решение.

Характеристики:

• Высокая чистота азота
• Стабильная работа
• Высокая мощность непрерывной подачи
• Подходит для крупных угольных шахт

Подходит для:

• Низкий расход
• Мобильный
• Сценарии с низкой чистотой

Его особенностью является простая конструкция, но чистота относительно низкая.

В настоящее время крупные угольные шахты по-прежнему в основном используют технологию PSA.

PSA (адсорбция при переменном давлении) - это процесс адсорбции при переменном давлении.

Основной принцип:

Использование углеродных молекулярных сит для разделения воздуха из-за различной скорости адсорбции кислорода и азота.

Воздушный компрессор сжимает воздух до:

• 0,7 - 1,0 МПа

Затем он поступает в систему очистки.

Через:

• Низкотемпературная сушилка
• Точный фильтр
• Система удаления масла

Удалить:

• Вода
• Масло
• Пыль

Чтобы избежать загрязнения углеродного молекулярного сита.

Сжатый воздух поступает в адсорбционную башню:

Углеродные молекулярные сита преимущественно адсорбируют кислород, углекислый газ и некоторые примеси.

Азот удерживается и выводится.

После насыщения адсорбционная башня быстро снижает давление.

Адсорбированный кислород высвобождается и выводится.

Углеродное молекулярное сито восстанавливает свою адсорбционную способность.

Две адсорбционные башни работают попеременно:

• Одна башня адсорбирует
• Одна башня регенерирует

Таким образом достигается непрерывная и стабильная подача азота.

Полная станция азотного снабжения угольных шахт обычно состоит из следующих частей:

Функция:

Обеспечение стабильного сжатого воздуха.

Типичные конфигурации:

• Компрессор с всасыванием воздуха
• Компрессор с постоянным магнитом и переменной частотой

Включая:

• Охлаждающая сушилка
• Сушильная машина
• Точный фильтр
• Маслоотделитель

Его функция - защита молекулярного сита.

Основное оборудование.

Она в основном состоит из:

• Адсорбционная башня
• Углеродное молекулярное сито
• Пневматический клапан
• Демпфер

Используется для:

• Стабилизация давления
• Балансировка расхода
• Сглаживание колебаний

Реализует:

• Автоматическое переключение
• Контроль чистоты
• Регулирование давления
• Сигнализация неисправности
• Удаленный мониторинг

Включая:

• Трубопровод
• Система повышения давления
• Скважина для подачи азота

Отвечает за подземную транспортировку.

При выборе системы генерации азота для угольных шахт учитываются в основном следующие параметры.

Единица измерения: Нм³/ч

Типичный диапазон:

• 200 - 5000 Нм³/ч

Для крупных угольных шахт он может быть еще выше.

Типичные требования:

Обычно контролируется:

• ≤ 1%
• ≤ 3%
• ≤ 5%

В зависимости от условий работы.

Низкая точка росы может избежать:

• Конденсация в трубопроводе
• Накопление воды под землей
• Коррозия оборудования

Типичные требования:

• ≤ -40℃

Давление на выходе системы генерации азота обычно составляет:

• 0,6 - 1,3 МПа

Основное применение.

Путем непрерывной подачи азота:

• Снижение концентрации кислорода.
• Подавление окисления угля.

• Предотвращение повторного возгорания.
• Поддержание долгосрочной стабильной инертной среды.

• Снижение риска взрывоопасных пределов.

Используется для:

• Хранение угольной пыли
• Конвейерная лента для угля
• Пылевое пространство

Некоторые предприятия угольной химии используют централизованную подачу азота.

Эта крупная угольная шахта использует:

• Система генерации азота PSA мощностью 2000 Нм³/ч
• Чистота азота 98%

Используется для длительной подачи азота в выработанные пространства.

После работы системы:

• Концентрация CO значительно снизилась
• Температура зоны пожара стабильна
• Риск самовозгорания снижен

Эта шахта с высоким содержанием газа использует:

• Система генерации азота с двойным резервированием

Достигает:

• Непрерывная подача азота
• Автоматическое переключение
• Удаленный мониторинг

Эффективно повышает уровень безопасности шахты.

Главное - не размер оборудования.

А фактический расход азота.

Необходимо рассчитать:

• Объем утечки
• Объем зоны окисления
• Продолжительность подачи азота

Более высокая чистота означает:

• Увеличение энергопотребления
• Увеличение расхода воздуха

Не обязательно чем выше, тем лучше.

Оборудование для угольных шахт обычно требует:

• Круглосуточная работа
• Ежегодная непрерывная работа более 8000 часов

Угольные шахты относятся к особым средам.

Должны соответствовать:

• Взрывозащищенное электрооборудование
• Взрывозащищенный двигатель
• Правила безопасности шахт

Современные шахты уделяют больше внимания:

• Беспилотная эксплуатация
• Дистанционное управление
• Сетевое взаимодействие данных

Самым большим источником энергопотребления системы генерации азота для угольных шахт является:

Потребление электроэнергии воздушными компрессорами

Обычно составляет более 70% общего энергопотребления

Факторы, влияющие на энергопотребление, включают:

• Чистота азота
• Давление сжатия
• Влажность воздуха
• Эффективность молекулярного сита
• Эффективность переключения клапанов

Как снизить энергопотребление?

• Для снижения потерь при частичной нагрузке.

• Чрезмерная чистота значительно увеличит энергопотребление.

• Утечка приведет к огромным потерям энергии.

• Уменьшить перепад давления.

Засорение приведет к:

• Увеличение перепада давления
• Увеличение энергопотребления

Неисправность молекулярного сита приведет к:

• Снижение чистоты
• Чрезмерное содержание кислорода

Пневматические клапаны - это компоненты с высокой частотой работы.

Они требуют особого обслуживания.

Включая:

• Замена смазочного масла
• Проверка подшипников
• Проверка системы охлаждения

• Обеспечить точность определения чистоты.

Распространенные причины:

• Старение молекулярных сит
• Утечка клапана
• Чрезмерное содержание влаги в воздухе
• Нестабильное давление

Производство азота PSA зависит от стабильного адсорбционного давления.

После падения давления:

• Снижается адсорбционная способность кислорода.
• Чистота немедленно колеблется.

Быстрое снижение давления полезно для:

• Регенерация молекулярного сита
• Повышение эффективности адсорбции

Частые запуски и остановки приведут к:

• Увеличению износа клапанов
• Влиянию на срок службы молекулярных сит
• Вызовет нестабильную чистоту

Оборудование для производства азота на угольных шахтах обычно должно соответствовать:

Стандарты безопасности угольных шахт, включая:

• Правила взрывозащиты
• Правила электрооборудования шахт
• Правила мониторинга безопасности

Правила сосудов под давлением

Включая:

• Газовые резервуары
• Трубопроводы под давлением

Стандарты тестирования чистоты газа

Обеспечить:

• Содержание кислорода соответствует стандартам
• Стабильность газа соответствует стандартам

В будущем угольные шахты будут стремиться к:

• Наличие централизованных станций генерации азота.

Включая:

• Прогнозирование неисправностей с помощью ИИ
• Удаленное обслуживание
• Сетевое взаимодействие данных

• Снизить потребление электроэнергии на единицу азота.

• Сократить период установки.

• Уменьшить вмешательство человека.