一种煤矿地面采动井煤层气集输装置的制作方法

本发明属于煤矿地面采动井煤层气集输利用工艺设备的
技术领域：
，具体是一种煤矿地面采动井煤层气集输装置。
背景技术：
：煤矿区煤层气地面井采动区卸压抽采充分利用了煤层采动过程中的卸压增透效应，可有效抽采煤矿卸压瓦斯，但井身结构、布井位置等对地面井的抽采效果影响较大同时，针对煤矿区煤层气中煤层气浓度变化范围大、波动大的特点，对于甲烷浓度低于80％的煤层气小部分企业采用掺混发电的处理方式，大部分企业直接排空或者点火燃烧处理。很少通过增压集输利用的方式进行处理的，蓝焰煤层气公司结合自身的实际情况，已形成的集开发利用于一体的成套技术及完整产业链，将有助于提高我国采动区煤层气抽采率和利用率．煤矿采动区煤层气地面井卸压抽采利用已经成为了煤层气开发领域一个重要的组成部分。采动井瓦斯气体在进入增压设备前除去其中混合的饱和水，同时考虑采动井现场运行工况，必须合理选择合适的脱水设备和增压设备，主要包括以下四方面：脱水设备选型及相关参数研究设计；增压设备选型及相关参数研究设计；抽采利用设备的安全参数设置研究设计；抽采利用设备的安全监测监控研究设计。技术实现要素：本发明为了解决采动井抽采现场安装脱水设备，在增压集输前除去瓦斯中的水气，解决瓦斯含水给增压设备运行带来的问题，提供一种煤矿地面采动井煤层气集输装置。本发明采取以下技术方案：一种煤矿地面采动井煤层气集输装置，包括井口、钢管、单向阀、防爆防回火装置、水环泵机组、水气分离器、冷干机和增压设备。所述的井口通过丝扣连接的方式与采动井生产套管连接到一起，井口上面焊接钢管，钢管上焊接法兰与井口闸阀i和单向阀依次连接；所述的单向阀通过钢丝软管与水环泵机组的主管路相连接；所述的水环泵机组的主管路前段安装有防爆防回火装置，水环泵机组后端安装有水气分离器装置；所述的水气分离器后的主管路上安装有流量计i；所述的流量计i通过三通阀分别与连接闸阀ii和闸阀iii连接；所述的闸阀ii通过主管路与放空管连接，闸阀iii通过支管线与冷干机连接；所述的冷干机通过支管路与增压设备连接；所述的增压设备上面安装有安全监测监控设备；所述的增压设备与流量计ii连接；所述的流量计ii通过闸阀iv与集输主管路连接。进一步的，防爆防回火装置和水环泵机组之间的主管路上安装有传感器探头。进一步的，安全监测监控设备包括甲烷浓度传感器、温度传感器、负压传感器和压差传感器。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、提出在采动井抽采现场安装脱水设备，在增压集输前除去瓦斯中的水气，解决瓦斯含水给增压设备运行带来的难题。2、水环式真空泵抽采的气体温度较高，创新性地将高温气体冷冻式干燥机增加到采动井集输工艺流程中，利用高温气体与冷冻式干燥机的冷媒进行热交换，降低高温气体的温度，加速高温气体中水蒸气的冷凝。3、提供了安全可靠的增压设备，为煤层气持续增压集输利用带来了可靠的保障。4、提出了安全抽采参数界限值，实现了实时监测监控和安全联锁，为采动井煤层气的安全集输利用提供了安全保障。附图说明图1为本发明的平面图；图中1-井口，2-钢管，3-闸阀i，4-单向阀，5-防爆防回火装置，6-水环泵机组，7-水气分离器，8-流量计i，9-闸阀ii，10-闸阀iii，11-冷干机，12-增压设备，13-流量计ii，14-闸阀iv。具体实施方式结合附图1，对本发明的具体实施方式作进一步说明：如图1所示，一种煤矿地面采动井煤层气集输利用工艺，包括ø244.5mm井口1、d159*7钢管2、ø150闸阀i3、ø150单向阀4、防爆防回火装置5、水环泵机组6、水气分离器7、ø150流量计i8、ø150闸阀ii9、ø150闸阀iii10、冷干机11、增压设备12、ø100流量计i13、ø100闸阀iv14。所述的ø244.5mm的井口1通过丝扣连接的方式与采动井生产套管连接到一起，井口上面焊接d159*7钢管2，钢管上焊接ø150mm的法兰与井口ø150闸阀i3和ø150单向阀4依次连接。所述的ø150单向阀4通过ø150mm*2500mm的钢丝软管与水环泵机组的d159*7钢管2的主管路相连接。所述的水环泵机组6的d159*7钢管的主管路前段安装有防爆防回火装置5，后端安装有水气分离器装置7。所述的防爆防回火装置5和水环泵机组6之间的d159*7钢管2的主管路上安装有甲烷浓度、温度、负压和压差等传感器探头只要对抽采煤层气的安全监测监控。所述的水气分离器7后的d159*7钢管2的主管路上安装有ø150流量计i8。所述的ø150流量计i8后的d159*7钢管的主管路上焊接有ø150的三通阀，该三通阀上焊接有ø150mm的法兰，两个法兰分别与ø150的闸阀ii9和闸阀iii10相连接。所述的ø150闸阀ii9和ø150闸阀iii10，一个通过主管路与放空管连接，一个通过支管线与冷干机11连接。所述的冷干机11通过支管路与后面的增压设备12连接。所述的增压设备12上面安装有氧气传感器、甲烷传感器等安全监测监控设备，起到安全报警和停机的功能。所述的增压设备后安装有ø100流量计ii13，该流量计用来统计进入集输主管路的气量的多少。所述的ø100流量计ii13后安装有ø100闸阀iv14用来切断停止供气后与集输主管路的连接。其中管路根据煤层采空、采动区地面井抽采最大混合量8~16m3/min，抽采过程中负压最大达到96.5kpa，结合现场经验，地面抽采管的管径按单井平均混合流量12m3/min进行管径计算。管径计算按一下公式：d=0.1457（q/v）式中：d-抽采管内径，m；q-管内气体流量，m3/min；v-气体流动速度，m/s，一般选经济流速5~15m/s，本算例管内气体流速取11m/s。带入上式得：d=0.1457（12/11）=0.1589（m）因此，密封壳体和增压机组进气管路均选用d159*7的无缝钢管，管内气体实际流速为：10.9m/s。所述的采动井集输工艺的的关键是瓦斯气体在进入增压设备前除去其中混合的饱和水，同时考虑采动井现场运行工况，必须合理选择合适的脱水设备和增压设备。脱水设备选型及相关参数研究设计常见的瓦斯脱水设备有天然气干燥器、冷冻式干燥机等，天然气干燥器是一种利用分子筛的吸附力对天然气进行干燥净化的装置，冷冻式干燥机原理是潮湿高温的气流流入蒸发器后通过蒸发器的换热功能与制冷剂热交换，气流中的热量被制冷剂带走，混合气流迅速冷却，其中的水份达到饱和温度迅速冷凝，冷凝后的水分经凝聚后形成水滴，分离后水从自动排水阀处排出。通过对成本及采动井现场综合考虑，将冷冻式干燥机作为本项目的脱水设备，设备的具体参数详见表1。表1冷冻式干燥机相关参数表项目参数产品型号xs-20000az公称进口容积流量13.9m3/min最大进气压力0.01mpa最大进气温度65℃出气温度15-25℃环境温度40℃电源380v3ph50hz功率11kw制冷剂r22增压设备选型及相关参数研究设计常见的煤层气增压设备有干式/喷油式螺杆增压机、漩涡增压机等增压设备。干式螺杆增压机是利用一对螺杆,在泵壳中作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备。漩涡增压机主机采用一种新型涡旋式气体压缩机，该设备是由两个圆渐开线型的动静涡盘相互啮合而完成吸气、压缩和排气的工作过程。喷油式螺杆增压机是利用一对螺杆,在泵壳中喷入润滑油介质作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备，该设备比较前两种设备有增压机油作介质，相对煤层气的易燃易爆特性更加安全可靠。通过煤矿安全至上的考虑适合选用喷油式增压机组作为本项目的增压设备，设备的具体参数详见表2。表2喷油式螺杆增压机相关参数表：项目参数产品型号kgc3-30vda1/kgc7-30vda1压缩介质煤层气容积流量3.4/7.25m3/min吸气压力-0.03/0.005mpa排气压力0.3mpa级数单级电机功率18.5/30kw额定转速2950/2980rpm安装方式整体撬装抽采利用设备的安全参数设置研究设计根据《特殊环境条件下甲烷爆炸极限测定》报告，甲烷-空气混合气体在环境压力0.4mpa、环境温度100℃、10j点火能量条件下，甲烷的爆炸上限为21%。据中国煤矿安全生产网数据，当氧气浓度低于12%时，甲烷氧气混合气体不会爆炸。本工艺对关键抽采参数设置了自动报警与停机界限值，以杜绝安全事故的发生。安全抽采参数界限值：ch4报警浓度小于或等于35%、停机浓度小于或等于30%；o2报警浓度大于或等于6%、停机浓度大于或等于8%；co报警浓度小于或等于60ppm；抽采停机负压小于或等于-80kpa。抽采利用设备的安全监测监控研究设计：监测监控系统是抽采工艺设计的安全监测部分，通过在抽采管道和抽采设备上安装各类传感器，在设备运行期间密切监测、记录甲烷、氧气、一氧化碳浓度、温度及抽采压力变化，测量信号经模数转换回传至抽采设备plc控制模块，可实现抽采设备自动联锁报警、停机功能，确保安全抽采，从而保证了井下煤矿的安全生产。当前第1页12