无动力气固分离补风装置及方法与流程

1.本发明属于风沙地带油气站场通风除尘技术领域，具体涉及了一种无动力气固分离补风装置及方法。


背景技术：

2.油气站场厂房普遍配置多台大功率排风风机，防止室内有毒有害气体积聚，并排出工业设备散热。为保证室内风量平衡，通常设置送风箱或墙体百叶窗，进行风量补充。
3.我国西北部地区处于多风沙地带，风沙天气持续时间长，风速高，颗粒较大且密集。传统的送风箱方式补风，地面卷起的高速扬沙会直接冲击风箱进气端，导致设备老化现象严重，部件更换频次高，且风箱24小时工作，耗能较高；传统的墙体百叶窗方式补风，高风速砂尘直接冲击百叶，加快百叶更换频次，且因百叶目数原因难以有效捕捉10-50 μm粒径的风沙颗粒，室内积灰严重，风沙天气需站内运维人员每日清扫，尤其对于油气储运行业不利于无人站场理念的实现。传统方式补风方式不能较好过滤风沙颗粒，存在能耗高、备品备件更换频繁等现象，且无法有效探测入户空气组分并实现报警，导致厂房内重要设备处于不稳定环境中，加大运维人员工作负荷，提高站场运维成本。
4.运行管理中采用无人值守方式，是油气储运等工业领域未来发展方向，因此引入一种用于风沙地带油气站场的无动力气固分离补风方法，可以有效克服上述问题，助力无人值守、提质增效目标的实现。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种无动力气固分离补风装置及方法，以缓解现有补风方式不能较好过滤风沙颗粒，存在能耗高、备品备件更换频繁等现象的问题。
6.为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：
7.一种无动力气固分离补风装置包括竖直固定在地面上的第一立管和设置在第一立管内部上侧的第二立管，第一立管的顶部密封且侧壁上部切向连接横向的入风立管，第一立管的侧壁下部设置有第一出口；第二立管的管径小于第一立管，第二立管的顶部弯曲并伸出第一立管且端口接入室内。
8.更进一步地，第二立管内壁上交错设置若干个弧形挡尘板，各个挡尘板的一端连接于第二立管的内壁，另一端向下延伸至第二立管的中轴线上。
9.更进一步地，入风立管设置为l型且入口朝上，入风立管的出口切向连接第一立管，入风立管的顶端从上至下依次固定有防雨帽和防鸟罩。
10.更进一步地，第二立管的端口连接第三立管，第三立管设置为 l型且竖直固定于地面上，第三立管的侧壁连接设置有风量调节阀的送风风道且送风风道接入室内，第三立管的侧壁下部设置有第二出口。
11.更进一步地，还包括分别倾斜设置于第一立管和第三立管内部下方的第一导流板和第二导流板，第一导流板的底部低于第一出口，第二导流板的底部低于第二出口；第一出
口和第二出口分别连接有排污管。
12.更进一步地，还包括分别设置在第一立管和第三立管外壁上的人孔和吊耳，人孔的出口分别与第一立管和第三立管的管体连通。
13.更进一步地，还包括设置于第一立管上的爬梯和设置于第三立管顶部的冲洗管。
14.更进一步地，还包括设置于入风立管管体上部的气体探测器和声光报警器。
15.一种采用上述装置的无动力气固分离补风方法，包括如下步骤：
16.负压吸气：利用室内风机向室外排风形成室内外压差，以使室内压强低于室外压强，由入风立管吸入空气；
17.旋风分离：空气从入风立管切向进入第一立管，在第一立管和第二立管之间形成旋风分离，实现沙尘过滤；
18.惯性分离：调节第三立管的管径，保证管内风速达到预设数值，实现惯性过滤沙尘，过滤后的空气通过送风风道进入室内。
19.更进一步地，在负压吸气和旋风分离步骤之间还包括如下步骤：
20.利用气体探测器探测气体组分浓度是否达成爆炸下限；
21.在气体组分浓度达到爆炸下限时，关闭设置于送风风道上的风量调节阀以停止送风；
22.在气体组分浓度未达到爆炸下限时，执行旋风分离步骤。
23.本发明中无动力气固分离补风装置及方法的有益效果分析如下：
24.此无动力气固分离补风装置包括竖直固定在地面上的第一立管和设置在第一立管内部上侧的第二立管，第一立管的顶部密封且侧壁上部切向连接横向的入口风道，第一立管的侧壁下部设置有第一出口；第二立管的管径小于第一立管，第二立管的顶部弯曲并伸出第一立管且端口接入室内。
25.空气通过横向的入风立管切向进入第一立管，在第一立管的内壁和第二立管的外壁形成的空间中旋转，密度较大的沙尘在重力的作用下同时向下运动，沉积于第一立管底部并通过第一出口排出，密度较小的空气向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内漩涡，从而进入第二立管中，然后进入室内，完成补风过程。通过上述旋风分离的过程可有效实现沙尘颗粒过滤，且本发明中的装置利用自然界的风能驱动，节能效果良好。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1本发明实施方式提供的无动力气固分离装置的结构示意图正视图；
28.图2本发明实施方式提供的无动力气固分离装置的结构示意图侧视图；
29.图3本发明实施方式提供的无动力气固分离装置的进风口示意图；
30.图4本发明实施方式提供的无动力气固分离补风方法的流程示意图；
31.图5本发明实施方式模拟气固分离过程的气流速度云图；
32.图6本发明实施方式模拟气固分离过程的气流压力云图；
33.图7本发明实施方式模拟气固分离过程的砂尘体积分率云图。
34.图标：
35.100-第一立管；200-第二立管；300-第三立管；400-入风立管； 500-送风风道；600-气体探测器；700-声光报警器；800-爬梯；900-冲洗管；001-第一出口；002-第二出口；003-排污管；004-人孔；005-吊耳；006-防雨帽；007-防鸟罩；008-法兰；110-第一导流板；120-第一底座； 210-挡尘板；310-第二导流板；320-第二底座。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.油气站场厂房普遍配置多台大功率排风风机，防止室内有毒有害气体积聚，并排出工业设备散热。为保证室内风量平衡，通常设置送风箱或墙体百叶窗，进行风量补充。
40.我国西北部地区处于多风沙地带，风沙天气持续时间长，风速高，颗粒较大且密集。传统的送风箱方式补风，地面卷起的高速扬沙会直接冲击风箱进气端，导致设备老化现象严重，部件更换频次高，且风箱24小时工作，耗能较高；传统的墙体百叶窗方式补风，高风速砂尘直接冲击百叶，加快百叶更换频次，且因百叶目数原因难以有效捕捉10-50 μm粒径的风沙颗粒，室内积灰严重，风沙天气需站内运维人员每日清扫，尤其对于油气储运行业不利于无人站场理念的实现。传统方式补风方式不能较好过滤风沙颗粒，存在能耗高、备品备件更换频繁等现象，且无法有效探测入户空气组分并实现报警，导致厂房内重要设备处于不稳定环境中，加大运维人员工作负荷，提高站场运维成本。
41.有鉴于此，本发明提供了一种无动力气固分离补风装置，请一并参考图1至图3，该装置包括竖直固定在地面上的第一立管100和设置在第一立管100内部上侧的第二立管200，第一立管100的顶部密封且侧壁上部切向连接横向的入风立管400，第一立管100的侧壁下部设置有第一出口001；第二立管200的管径小于第一立管100，第二立管200的顶部弯曲并伸出第一立管100且端口接入室内。
42.更进一步地，第一立管100竖直固定在地面通过第一底座120 实现，第一底座120包括地脚螺栓和加强板，地脚螺栓的型号为m20且设置为12个，加强板厚度为10mm且设置为12个。第一底座120基础与地脚螺栓规格信息据风速与入风立管400、第一立管100和第二立管 200的重量进行计算确认。
43.空气通过横向的入风立管400切向进入第一立管100，在第一立管100的内壁和第二立管200的外壁形成的空间中旋转，密度较大的沙尘在重力的作用下同时向下运动，沉积于第一立管100底部并通过第一出口001排出，密度较小的空气以及部分密度较小的沙尘向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内漩涡，从而进入第二立管200中，然后进入室内，完成补风过程。通过上述旋风分离的过程可有效实现沙尘颗粒过滤，且本发明中的装置利用自然界的风能驱动，节能效果良好。
44.较为优选的，第二立管200与第一立管100设置为同轴，第一立管100设置为上部是圆柱形，下部为与圆柱形相连的圆锥形，圆锥形底部的直径越小，空气在第一立管100中获得的旋转角度就越大，向上运动的空气中携带的沙尘密度颗粒就越小，通过旋风分离实现的过滤沙尘的效果就越好。
45.本实施例的可选方案中，第二立管200内壁上交错设置若干个弧形挡尘板210，挡尘板210的一端连接于第二立管200的内壁，另一端向下延伸至第二立管200的中轴线上。挡尘板210设置为向下延伸的弧形的好处是能够更好阻挡空气中的沙尘继续向上运动；弧形挡尘板210 交错设置且各个弧形挡板向下延伸至第二立管200的中轴线，从而有效限制了空气在第二立管200中以类似于s型的运动轨迹向上运动，一方面空气中的沙尘在多个挡尘板210的阻挡下向下沉降，进一步实现沙尘过滤，另一方面起到了降低风速的作用。
46.本实施例的可选方案中，入风立管400设置为l型且入口朝上，入风立管400的出口切向连接第一立管100，入风立管400的入口朝上的作用是通过顶部进风，最大限度的避免地面扬尘。更进一步地，入风立管400的顶端从上至下依次固定有防雨帽006和防雨帽007。防雨帽 007由不锈钢钢圈与不锈钢网组成，不锈钢钢圈通过螺栓箍在入风立管 400管体上，防雨帽007用于防止鸟类等动物进入装置内部。防雨帽006 通过螺栓固定在入风立管400的侧壁上，防雨帽006用于防止雨雪、冰雹直接进入管体，利用螺栓固定，方便防雨帽006或防鸟网的清理、拆卸或更换。
47.本实施例的可选方案中，第二立管200的端口焊接法兰008，通过法兰008连接第三立管300，第三立管300设置为l型且竖直固定于地面上，第三立管300的侧壁连接设置有风量调节阀的送风风道500且送风风道500接入室内，第三立管300的侧壁下部设置有第二出口002。第三立管300竖直固定在地面通过第二底座320实现，第二底座320包括地脚螺栓和加强板，地脚螺栓的型号为m20且设置为12个，加强板厚度为10mm且设置为12个。第二底座320基础与地脚螺栓规格信息据风速与第三立管300的重量进行计算确认。
48.上述无动力气固分离补风装置的工作过程具体说明如下：
49.利用室内风机向室外排风形成室内外压差，以使室内压强低于室外压强，由入风立管400吸入空气，空气通过入风立管400的出口切向进入第一立管100，并在第一立管100内和第二立管200外壁的空间中旋转，密度较大的沙尘在重力的作用下同时向下运动，沉积于第一立管 100底部并能通过第一出口001排出，密度较小的空气以及部分密度较小的沙尘向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内漩涡，从而进入第二立管200
中；空气在第二立管200中继续向上运动，并在交错设置的挡尘板210的阻挡下，进一步过滤空气中的沙尘；空气通过第二立管200进入第三立管300，第三立管300的管径小于第二立管200，从而使风速降低，同时，因为空气从第三立管300的横向段进入第三立管300的纵向段时，空气改为向下运动，然后通过第三立管300侧壁上的送风风道500进入室内完成补风过程，而空气中的沙尘在惯性作用下继续向下运动并沉积在第三立管300底部，进一步实现沙尘过滤。
50.沉积于立管底部的沙尘需要定期清理，因此，本实施例中的无动力气固分离补风装置还包括分别倾斜设置于第一立管100和第三立管 300内部下方的第一导流板110和第二导流板310，第一导流板110的底部低于第一出口001，第二导流板310的底部低于第二出口002；第一出口001和第二出口002分别连接有排污管003。第一导流板110和第二导流板310倾斜设置的作用是便于汇集风沙、雨雪或清理后的污水，便于后续集中处理和排污。导流板与管体围成的空间将沙尘隔离于室外，并可储存一段时间(连续风沙天气20日以上)的沙尘，保证室内清洁环境的基础上降低运维难度与频次，适合无人值守。
51.本实施例的可选方案中，还包括分别设置在第一立管100和第三立管300外壁上的人孔004和吊耳005，人孔004的出口分别与第一立管100和第三立管300的管体连通，更进一步地，人孔004分别设置直径相同的法兰008片与盲板，盲板保持常闭状态，盲板设置扶手。较为优选的人孔004设置在排污管003的上方，方便运维人员进入并清理管道。吊耳005分别对称对称焊接固定在所述第一立管100与第三立管300 的侧壁上，由吊机垂直吊装。
52.本实施例的可选方案中，还包括设置于第一立管100上的爬梯 800和设置于第三立管300顶部的冲洗管900。冲洗管900作用是接入水管后可对第一立管100内部冲洗，并通过排污管003排污；爬梯800焊接在第一立管100上且高处设置围栏，用于检修声光报警器700、气体探测器600，更换防雨帽007与防雨帽006，以及利用冲洗管900冲洗立管。
53.厂房周围普遍设置柴油发电机、原料加工车间等设施或单体，其挥发的易燃易爆气体有进入厂房的隐患，现有的补风方式难以阻止可燃气体入户并对运维人员及时做出提醒。
54.有鉴于此，本实施例中的无动力气固分离补风装置还包括设置于入风立管400管体上部的气体探测器600和声光报警器700。声光报警器700设置为1个，气体探测器600设置为两个及以上，防止误检。
55.关于可燃性气体的检测过程具体说明如下：
56.在空气进入入风立管时，气体探测器600监测空气中可燃性气质组分(如ch4)浓度是否达到爆炸下限，如果达到爆炸下限，则触发声光报警器700进行报警，同时关闭送风风道500处的风量调节阀以停止送风，采用气体探测器600和声光报警器700，通过向站控实时传输数据，避免可燃气体进入室内并实现报警功能。实施例二
57.本实施例提供了一种采用实施例一中装置的无动力气固分离补风方法，请参考图4，具体包括如下步骤：
58.s1、负压吸气：利用室内风机向室外排风形成室内外压差，以使室内压强低于室外压强，由入风立管400吸入空气；
59.s3-2、旋风分离：空气从入风立管400切向进入第一立管100，在第一立管100和第
二立管200之间形成旋风分离，实现沙尘过滤；
60.s4、挡尘板210过滤：空气进入第二立管200，并在交错设置的挡尘板210作用下进一步实现沙尘过滤；
61.s5、惯性分离：调节第三立管300的管径，保证管内风速达到预设数值，实现惯性过滤沙尘；
62.s6、进入室内：过滤后的空气通过送风风道500进入室内，完成补风过程；
63.s7-1、旋风过滤的沙尘沉积于第一立管100底部，定期通过人孔004进入第一立管100内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出，需要时可通过冲洗管900对第一立管100内部进行冲洗。
64.s7-2、挡尘板阻挡的沙尘沉积于第一立管100底部，定期通过人孔004进入第一立管100内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出，需要时可通过冲洗管900对第一立管100内部进行冲洗。
65.s7-3、惯性过滤的沙尘沉积于第三立管300底部，定期通过人孔004进入第三立管300内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出。
66.结合实施例一和实施例二，上述无动力气固分离补风方法的有益效果具体如下：
67.1、通过室内外压差实现无动力补风，节能效果良好；
68.2、请参考图6至图7，通过旋风分离、挡尘板过滤和惯性过滤可逐级实现不同颗粒度沙尘的过滤，有效提升过滤效率；
69.3、请参考图5，通过挡尘板过滤、调节第三立管300管径，可逐步降低风速，有效降低室外高风速对室内设备的冲击，延缓设备损坏或老化；
70.4、通过入风立管400顶部进风，最大程度避免地面扬尘；
71.5、可重复利用剩余或废弃管道制作立管，价格低廉；
72.6、管体与导流挡板围成空间将沙尘隔离于室外，并可储存一段时间(连续风沙天气20日以上)的沙尘；配合人孔004、排污管003与冲洗管900可完成室外清理，保证室内清洁环境的基础上降低运维难度与频次，适合无人值守；
73.7、适用于我国西部及中东北非地区新建或待改造油气站场厂房，适用范围较广。
74.本实施例还提供了一种采用实施例一中装置的自动防爆无动力气固分离补风方法，请参考图4，具体包括如下步骤：
75.s1、负压吸气：利用室内风机向室外排风形成室内外压差，以使室内压强低于室外压强，由入风立管400吸入空气；
76.s2、监测气体组分：利用气体探测器600探测气体组分浓度是否达成爆炸下限；
77.s3-1、在气体组分浓度达到爆炸下限时，关闭设置于送风风道 500上的风量调节阀以停止送风，并触发声光报警器700；
78.s3-2、在气体组分浓度未达到爆炸下限时，旋风分离：空气从入风立管400切向进入第一立管100，在第一立管100和第二立管200之间形成旋风分离，实现沙尘过滤；
79.s4、挡尘板210过滤：空气进入第二立管200，并在交错设置的挡尘板210作用下进一步实现沙尘过滤；
80.s5、惯性分离：调节第三立管300的管径，保证管内风速达到预设数值，实现惯性过滤沙尘；
81.s6、进入室内：过滤后的空气通过送风风道500进入室内，完成补风过程；
82.s7-1、旋风过滤的沙尘沉积于第一立管100底部，定期通过人孔004进入第一立管100内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出，需要时可通过冲洗管900对第一立管100内部进行冲洗。
83.s7-2、挡尘板阻挡的沙尘沉积于第一立管100底部，定期通过人孔004进入第一立管100内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出，需要时可通过冲洗管900对第一立管100内部进行冲洗。
84.s7-3、惯性过滤的沙尘沉积于第三立管300底部，定期通过人孔004进入第三立管300内部并清理沙尘，然后通过排污管003排出。
85.上述自动防爆无动力气固分离补风方法的有益效果具体如下：
86.1、通过室内外压差实现无动力补风，节能效果良好；
87.2、请参考图6至图7，通过旋风分离、挡尘板过滤和惯性过滤可逐级实现不同颗粒度沙尘的过滤，有效提升过滤效率；
88.3、请参考图5，通过挡尘板过滤、调节第三立管300管径，可逐步降低风速，有效降低室外高风速对室内设备的冲击，延缓设备损坏或老化；
89.4、通过入风立管400顶部进风，最大程度避免地面扬尘；
90.5、入风立管400顶部设置气体探测器600和声光报警器700，检测可燃气体组分，事故状态实现就地报警并上传信号，从而实现自动防爆；
91.6、可重复利用剩余或废弃管道制作立管，价格低廉；
92.7、管体与导流挡板围成空间将沙尘隔离于室外，并可储存一段时间(连续风沙天气20日以上)的沙尘；配合人孔004、排污管003与冲洗管900可完成室外清理，保证室内清洁环境的基础上降低运维难度与频次，适合无人值守；
93.8、适用于我国西部及中东北非地区新建或待改造油气站场厂房，适用范围较广。
94.最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。