Спосіб визначення межі вибухобезпечності метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах

Реферат: Спосіб визначення межі вибухобезпечності метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах, при якому проводять одночасне вимірювання концентрації метану і кисню. Встановлюють межу нормованої вибухобезпечної зони метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах по формулі: KвО2=0,5 KСН4, де: KвО2 - концентрація кисню, KСН4 - концентрація метану, виміряна газоаналізатором метану. UA 112578 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ МЕЖІ ВИБУХОБЕЗПЕЧНОСТІ МЕТАНОПОВІТРЯНИХ СУМІШЕЙ У ДЕГАЗАЦІЙНИХ ТРУБОПРОВОДАХ UA 112578 U UA 112578 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вугільної промисловості і може бути використана для виробництва теплової і (або) електричної енергії, в якому енергоносієм є метаноповітряна суміш дегазаційних свердловин. Відомим аналогом є спосіб визначення межі вибухобезпечності метаноповітряної суміші, при якому вимірюють концентрацію метану в трубопроводах дегазацій. Для цієї мети в Україні випускаються датчики метану систем дегазації ДМД [1] і апаратура контролю режиму дегазації АКРД [2] з діапазоном вимірювань 0-99,9 % CH4. Недоліком аналога є межі вибухобезпечності метаноповітряної суміші є те, що при цьому не визначається процентний вміст кисню в суміші, що транспортується. Необхідність визначення процентного вмісту кисню виходить з результатів теоретичних і експериментальних досліджень, приведених в [3] і [4], які свідчать про те, що межі вибухонебезпеки суміші, в основному, визначаються співвідношенням метану і окислювача. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб, що полягає у визначенні меж вибухонебезпеки по вимірюванню концентрації двох компонентів (метану і кисню), представлений на діаграмі вибухонебезпечних сумішей (Фіг. 1), складеній на основі досліджень Кауерда, 1928 рік [5]. На цій діаграмі трикутником визначена вибухонебезпечна зона (II) і зона (V) з високим вмістом горючого газу, метаноповітряної суміші, яка є потенційно можливим енергоносієм. Між національними нормативними документами, регулюючими безпеку при транспортуванні метану дегазаційними трубопроводами і його утилізацією, існують відмінності в оцінці мінімальної концентрації метану, що розглядається як безпечна для транспортування і утилізації, при цьому в різних країнах вона варіюється в діапазоні від 25 % до 40 %. Правилами безпеки вугільних шахт України (НПАОП 10.0-1.01-05) [6] і СОУ 10.1 00174088.001-2004 [7] нормується неприпустима об'ємна частка метану в суміші трубопроводів дегазацій, що каптується, 3,5-25 %. Європейською економічною комісією ООН партнерство "Метан - на ринки" як мінімальний критерій безпеки коефіцієнта безпеки, що рекомендується, як мінімум в два рази перевищує верхню межу значення вибухонебезпеки - 15 % (тобто 30 % або більш по концентрації метану) [5]. Відповідно до цих вимог межа неприпустимого застосування метаноповітряної суміші на діаграмі Фіг. 1 пройде по лінії EF. Недоліком найближчого аналога є те, що об'ємна частка метану трубопроводів дегазацій 3,5-30 % є типовою для більшої частини трубопроводів дегазацій України і, як наслідок, цього суміш газів в зоні (III) лівіше за лінію EF не може бути використана як паливо теплоенергетичними споживачами, а повинна викидатися через свічки в атмосферу. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу визначення допустимої межі вибухобезпечності метаноповітряної суміші в дегазаційних трубопроводах, в якому за рахунок визначення співвідношення процентного змісту метану і кисню у газовій суміші встановлюється межа безпечної зони, виходячи з чого збільшується відбір споживчого газу і як наслідок зменшується даремний викид в атмосферу, тобто знижується шкідливий вплив на екологію і збільшується вироблення теплової і (або) електричної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб для визначення межі вибухобезпечності метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах проводять одночасне вимірювання концентрації метану і кисню, згідно з корисною моделлю, встановлюють межу нормованої вибухобезпечної зони метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах по формулі: КвО2=0,5 КСН4, де: КвО2 - концентрація кисню, КСН4 - концентрація метану, виміряна газоаналізатором метану. При цьому нормованою безпечною зоною є зона, в якій концентрація кисню, виміряна датчиком кисню КвО2 і дорівнює, або менше концентрації кисню КвО 2, обчисленої за приведеною формулою. На діаграмі Фіг. 3 межа допустимої вибухобезпечної зони метаноповітряних сумішей в дегазаційних трубопроводах, визначена по приведеній формулі представлена лінією MN. Точка N, відповідна 30°% концентрації метану у суміші, вибрана згідно з рекомендаціями європейської економічної комісії ООН партнерство "Метан - на ринки" [5]. Метаноповітряна суміш правіша за лінію MN, зони (V), (VI) може безпечно використовуватися для вироблення теплової і (або) електричної енергії. Зона (І), як на Фіг. 1 так і на Фіг. 3, зона з низьким вмістом горючого матеріалу при підвищенні кількості метану може стати вибухонебезпечною. Зона (II) на Фіг. 3, вибухонебезпечна зона, зона (III) - суміш викидається, зона (IV) не може стати вибухонебезпечною навіть при попаданні додаткової кількості повітря. 1 UA 112578 U 5 10 15 20 25 30 35 Площу багатокутника MNSP зони (V), характеризує частина суміші для вироблення теплової і (або) електричної енергії, яка повинна, згідно з лінією EF на діаграмі Фіг. 1. зона (III), при способі визначення вибухобезпечності, що діє, марно викидатися через свічки в атмосферу. Спосіб визначення допустимої межі вибухобезпечності метаноповітряної суміші в дегазаційних трубопроводах пояснюється діаграмою на Фіг. 2. Де: 1 - дегазаційний трубопровід, 2 - клапан подачі суміші на установку, що реалізує спосіб, що заявляється, 3 - клапан подачі суміші теплоенергетичному споживачеві, 4 - клапан подачі суміші на свічку, 5 - датчик вимірювання концентрації метану, 6 - датчик вимірювання концентрації кисню, 7 - контролер, 8 - теплоенергетичний споживач, 9 - свічки для скидання метаноповітряної суміші в атмосферу. Корисну модель виконують наступним чином. Відкривається клапан 2. При цьому метаноповітряна суміш з дегазаційного газопроводу 1 надходить в газоаналізатори метану 5 і кисню 6. Вихідні сигнали газоаналізаторів, пропорційні процентному вмісту в суміші метану (КСН4) і кисню КиО2, надходять у контролер 7. У контролері 7 проводиться обчислення за приведеною формулою значення процентного вмісту кисню (КвО2) і порівнюється із виміряним значенням процентного вмісту кисню (КиО2). При концентрації кисню, виміряної датчиком кисню КиО 2 рівною або менше концентрації кисню, обчисленою за приведеною формулою КвО2, контролер 7 подає сигнал на відкриття клапана 3 і метаноповітряна суміш надходить теплоенергетичному споживачеві. При концентрації кисню, виміряної датчиком кисню КиО2, більшої концентрації кисню, обчисленою за приведеною формулою (КвО2), контролер 7 подає сигнал на закривання клапана 3 і відкриття клапана 4 і метаноповітряна суміш марно викидається, через свічку 9, в атмосферу. Джерело інформації: 1. Датчик метану систем дегазації ДМД. Керівництво по експлуатації 1589.00.00.000 РЕ Конотоп: ВАТ НВО "Червоний металіст", 2006. - 31 с. 2. Апаратура контролю режиму дегазації АКРД. Керівництво по експлуатації 1551.00.00.000 РЕ - Конотоп: ВАТ НВО "Червоний металіст"; 2006. – 50 с. 3. Льюїс, Би. Горіння, полум'я і вибухи в газах / Б. Льюїс; Г. Ельбе. // Друге видання під ред. Щепкіна K.I. - М.: Мир, 1968, 592 с. 4. Термодинамічні властивості індивідуальних речовин. Довідник в 2-х томах під ред. В.П. Глушко. Т.2. М, 1962, 916 с. 5. Європейська економічна комісія партнерство "Метан - на ринки", Керівництво по якнайкращій практиці ефективної дегазації джерел метановидалення і утилізації метану на вугільних шахтах, Серія публікацій ЕЕК по енергетиці № 31, Організація Об'єднаних Націй НьюЙорк і Женева, 2010. 6. НПАОП 10.0-1.01-05 Правила безпеки у вугільних шахтах. - К.: Відлуння, 2005. - 398 с. 7. СОУ 10.1 00174088.001-2004 "Дегазація вугільних шахт. Вимоги до способів і схеми дегазації", Київ, 2004. - 162 с. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб визначення межі вибухобезпечності метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах, при якому проводять одночасне вимірювання концентрації метану і кисню, який відрізняється тим, що встановлюють межу нормованої вибухобезпечної зони метаноповітряних сумішей у дегазаційних трубопроводах по формулі: KвО2=0,5 KСН4, де: KвО2 - концентрація кисню, KСН4 - концентрація метану, виміряна газоаналізатором метану. 2 UA 112578 U 3 UA 112578 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4