Спосіб роботи шахтного підземного азотно-компресорного холодильного комплексу

1. Спосіб роботи шахтного підземного азотнокомпресорного холодильного комплексу, що забезпечує вироблення газоподібного азоту із ша хтної атмосфери, що розміщають у гірничій виробці шахти з відокремленим провітрюванням і компонують із функціонально зв'язаних модулів послідовно на малогабаритних пересувних платформах, при цьому компресорний модуль розташовують першим у напрямку течії свіжого струменя повітря у виробці з відводом не використовуваної відпрацьованої суміші газів з порожнин компресора при його зупинках і регулюванні у відпрацьованому струмені повітря, а суміш газів, збагачену киснем, з газорозподільного мембранного модуля подають у спеціальний змішувач для зниження концентрації кисню в ній до безпечно допустимого значення шляхом примусового розведення її додатково подаваним повітрям, який відрізняється тим, що газоподібний азот подають по азотопроводу в розташовані безпосередньо в споживачів демпферні (накопичувальні) місткості або спеціально підготовлені накопичувальні місткості, забезпечені системою контролю і керування, що регулює подачу азоту і здійснює контроль параметрів, а в період відсутності споживання азоту комплекс виробляє і подає стиснене повітря споживачеві по окремому пневмопроводу, сполученому з азотопроводом через регульований вентиль. 2 (19) 1 3 78041 Винахід відноситься до гірничодобувної промисловості і може бути використаний при виробленні газоподібного азоту безпосередньо із шахтної атмосфери для застосування його при запобіганні, локалізації та гасінні підземних пожеж з одночасним виробленням стиснутого повітря для живлення підземних пневмоспоживачів. Відомий спосіб роботи й одержання газоподібного азоту для подачі в підземні виробки шахти з метою профілактики та гасіння підземних пожеж за допомогою поверхневих азотно-компресорних установок [1]. Спосіб реалізується за наступною схемою: до одного зі стволів шахти (або до спеціальної свердловини) підвозиться цистерна з рідким азотом, до цистерни підключають перетворювач рідкого азоту в газоподібний, який по трубопроводу, прокладеному по стволу й гірничим виробкам, подають у чистому виді або в спіненій пульпі до місця його викиду (подачі) у гірничі виробки (пожежонебеспечної ділянці) з метою профілактики, локалізації або гасіння пожеж. Недоліком такого способу (те хнології) є: - значна віддаленість джерела вироблення азоту від місця його споживання в ша хті; - необхідність попереднього одержання рідкого азоту на спеціалізованих заводах і доставления його в цистернах автомобілем або залізничним транспортом на шахту для подальшого використання; - потреба в додатковій установці для перетворення рідкого азоту в газоподібний стан; - необхідність прокладки довгого трубопроводу з поверхні шахти від місця розташування цистерни по стволу і гірничим виробкам до місця подачі азоту на пожеженебеспечну ділянку. Усе це приводить до необхідності витрати значного часу на заходи щодо профілактики, локалізації і гасіння пожеж з використанням азоту в гірничих виробках шахти, а це, у свою чергу, знижує ефективність даного способу, приводить до розростання пожежі в шахті та нанесенню значного матеріального збитку. Відомий також спосіб роботи азотнокомпресорної установки, розташовуваної на пересувній платформі, який включає забір повітря з атмосфери, стиснення його в компресорі, охолодження стиснутого повітря й робочої рідини в охолоджувачах, очи щення повітря у фільтрахадсорберах, подачу о холодженої робочої рідини в циркуляційну систему охолодження, а стиснутого очищеного повітря - на мембранний газорозподільний модуль (блок) і наступним виділенням газоподібного азоту з повітря та подачею його в нагнітальну мережу, а залишкової суміші газів, збагаченій киснем, - у навколишнє середовище [2]. Даний спосіб роботи азотно-компресорної установки не дозволяє застосувати їх в гірничих виробках шахти внаслідок того, що подача всього потоку повітря, стиснутого в компресорі, на мембранний газорозподільний блок (модуль) приводить до необхідності збільшення розмірів мембран або збільшення тиску перед мембранами для 4 здійснення способу одержання азоту необхідних концентрацій та кількості. Одержання азоту даним способом приводить до небажаного збільшення габаритів установки або енергетичних витрат. Крім того, викид за мембранним блоком газової суміші, збагаченої киснем, в атмосферу біля азотнокомпресорної установки, розташовану в обмеженому просторі гірничої виробки, неприпустимий тому, що це може привести до контакту збагаченої киснем газової суміші з маслом, що викидається у вигляді пари і аерозолі з порожнин компресора при регулюванні і зупинках (це пожежовибухонебезпечно). Відомий також спосіб для одержання інертного газу безпосередньо в гірничій виробці шахти [3]. При цьому способі інертний газ одержують у спеціальному блоці (продукційному випарнику) шляхом подачі в нього рідкого азоту з місткості, розташовуваних на пересувних платформах, з наступною подачею газоподібного азоту в колекторну тр убу, а далі - у роздавальний колектор і до споживачів. Даний спосіб має наступні недоліки: - необхідність доставлення в шахту спеціальних місткостей з рідким азотом, виробленому на спеціалізованих заводах, що вимагає значних витрат часу і коштів на придбання та транспортування азоту і знижує ефективність способу; - вироблення обмеженої кількості газоподібного азоту внаслідок наявності обмеженого об'єму рідкого азоту в місткостях, тобто процес вироблення газоподібного азоту по даному способі перериваний, що досить небажано при використанні газоподібного азоту для профілактики та гасіння пожеж. Найбільш близьким до заявленого способу [4] є прийнятий за прототип спосіб роботи шахтної азотно-компресорної установки, що виробляє газоподібний азот із шахтної атмосфери, і яку розміщають у гірничій виробці шахти і компонують із функціонально зв'язаних модулів послідовно на малогабаритних пересувних платформах, при цьому компресорний модуль розташовують першим у напрямку плину свіжого струменя повітря у виробленні з відводом не використовуваної відпрацьованої суміші газів з порожнин компресора при його зупинках і регулюванні у відпрацьовану вихідну із шахти стр умінь повітря, а суміш газів, збагачену киснем, з газорозподільного мембранного модуля подають у спеціальний змішувач для зниження концентрації кисню в ній до безпечно допустимого значення шляхом примусового розведення її додатково подаваним повітрям. При цьому азотно-компресорну установку розташовують у гірничій виробці з відокремленим провітрюванням і відводом відпрацьованого струменя повітря, що обтікає установку, у вентиляційний струмінь, який відводиться з шахти по вентиляційному штреку або свердловині. У даному способі роботи газоподібний азот транспортують від азотної установки (станції) або від спеціальної місткості по трубопроводу (азотопроводу) значної довжини до споживача (у випад 5 78041 6 ку пожежі або для інших цілей) і викидають у гірв період відсутності споживання азоту комплекс ничу виробку для інертизації атмосфери в ній. Це виробляє і подає стиснене повітря споживачеві по не дозволяє гарантувати необхідний тиск і витрату окремому воздухопроводу, зв'язаному з азотопроазоту споживача в аварійних ситуаціях через знаводом через регульований вентиль. чні втрати азоту, що мають місце, (витоків) по доКрім того, можливі наступні варіанти способу вжині транспортного трубопроводу, а також пракроботи комплексу, коли: тично виключена можливість оперативного - при запуску комплексу стиснене повітря не керування процесом подачі азоту споживачами, подають у мембранний модуль і повітропровід, а особливо в періоди, коли вироблення азоту комвідводять у глушник шум у і скидають на вихідний плексом з якої-небудь причини припинені. із шахти (відпрацьований) струмінь повітря; Відсутність у змішувачі турбулізації (перемі- у змішувачі роблять турбулізацію (перемішушування) подаваної з мембранного модуля збагавання) подаваної в нього з мембранного модуля ченої киснем суміші газів не дозволяє забезпечити збагаченої киснем суміші газів і примусово подадостатню безпеку середовища протягом деякого ваного потоку повітря, що забирають на свіжому часу через роздільний плин струменя повітря і струмені повітря у виробці перед компресорним збагаченої суміші. модулем; Подача азоту споживачеві тільки по одному - у періоди максимальної потреби в азоті, його азотопроводу не забезпечує можливості подачі подають і по повітропроводу, прокладеному до значного об'єму азоту, що перевищує продуктивспоживача, у кількості, що перевищує продуктивність азотної установки. ність мембранного модуля за рахунок підключення Подача розігрітого (неохолодженого) стиснутомісткості, що резервує; го повітря й азоту споживачеві погіршує тепловий - повітря й азот перед подачею споживачеві режим у гірничих виробках. попередньо прохолоджують у холодильному моКрім того, цей спосіб не забезпечує глибокого дулі, а в споживача створюють холодильний охолодження азоту і стиснуто го повітря при подачі ефект (охолодження навколишнього середовища) їх у тр убопроводи і при використанні в місці споза рахунок дроселювання азоту і повітря, що живання. У способі не передбачається використранспортують по трубопроводу комплексу або тання стиснутого повітря й азоту для охолодження подають із демпферних місткостей; навколишнього середовища в споживача. - у періоди подачі стиснутого повітря споживаЧерез утрати тиску азоту при транспортуванні чеві, азот забирають з демпферних місткостей і від місця його виробництва не забезпечується подають на компресор, що дотискає, приводом стабільна робота ряду установок у споживача, якого є пневмодвигун, при цьому дотиснутий азот наприклад, піногенераторних, використовуваних подають у резервні місткості або безпосередньо при гасінні пожежі. до місця його споживання, а холодне повітря, що В основу винаходу поставлена задача: викоутворилося на вихлопі працюючого пневмодвигуристовуючи відомий спосіб роботи азотнона, використовують для охолодження азоту або компресорної установки шляхом відповідного удоподають по повітропроводу для місцевого охолосконалення технології виробництва азоту та стисдження навколишньої шахтної атмосфери, напринутого повітря, а також з раціонального викорисклад, у вибої штреку або в лаві. тання в споживача, підвищити ефективність, Застосування безпосереднє в споживача демнадійність і безпеку роботи азотно-компресорного пферних (накопичувальних) місткостей, постачехолодильного комплексу. них системою контролю і керування, що регулює Поставлена задача вирішується тим, що у віподачу і здійснює контроль параметрів, дозволяє домому способі роботи шахтного азотноспоживачеві мати резерв азоту безпосередньо в компресорного комплексу (установки), що забезмісця його застосування, оперативно і більш ефепечує вироблення газоподібного азоту із шахтної ктивно використовувати газоподібний азот по його атмосфери, який розміщають у гірничій виробці призначенню з мінімальними витратами часу. Це шахти з відособленим провітрюванням і компонуособливо важливо в аварійних ситуаціях, наприють з функціонально зв'язаних модулів послідовно клад, у початковий період зародження пожежі, на малогабаритних пересувних платформах, при коли необхідно оперативно зробити інертизацію цьому компресорний модуль розташовують ператмосфери у осередді пожежі незалежно від робошим у напрямку плину свіжого струменя повітря у ти азотно-компресорного комплексу, розташовановиробці з відведенням не використовуваної відго на достатнім видаленні від споживача. працьованої суміші газів з порожнин компресора Вироблення комплексом і подача стиснутого при його зупинках і регулюванні у відпрацьовану повітря споживачеві дозволяє розширити його вихідну із шахти стр умінь повітря, а суміш газів, функціональні можливості, скоротити час простоїв, збагачену киснем, з газорозподільного мембранколи азот для інертизації атмосфери споживачем ного модуля подають у спеціальний змішувач для не використовується. Крім того, для вироблення зниження концентрації кисню в ній до безпечно стиснутого повітря не потрібен додатковий компдопустимого значення шляхом примусового розресор. Вироблена в змішувачі турбулізація збагаведення її додатково подаваним повітрям відповіченої киснем суміші газів дозволяє до мінімуму дно до винаходу газоподібний азот подають по скоротити час її в змішувачі. азотопроводу в розташовані безпосередньо в Для підвищення безпеки в змішувач подають споживачів демпферні (накопичувальні) ємності, чисте повітря, що забирають на свіжому стр умені у забезпечені системою контролю і керування, яка виробці до компресорного модуля, тому що у відрегулює подачу і здійснює контроль параметрів, а працьованому струмені можуть бути пари й аеро 7 78041 8 золі масла, контакт якого зі збагаченої киснем су8, де повітря направляють із колектора 11 через мішшю вибухонебезпечне. відвідні лінії з регульованими вентилями 12, 13, 14 Подача азоту споживачеві не тільки по азотоу мембранні блоки 15, 16, 17, у яких повітря роздіпроводу, але і по повітропроводу дозволяє значно ляють на азот і збагачену киснем суміш газів («пезбільшити його кількість для інертизації атмосфермеат»). При цьому азот подають в азотопровід 18 ри в аварійних ситуаціях, наприклад, при виникз газоаналізатором 19, зв'язаним із блоком керуненні пожежі в споживача. вання 20 і далі безпосередньо до споживача або Скидання стиснутого повітря при запуску комчерез відвідний трубопровід 21 і регульований пресора через глушник шуму на відпрацьовану вентиль 31 у розташовану поруч з азотновихідну із шахти стр умінь повітря, дозволяє істоткомпресорною станцією накопичувальну місткість но знизити навантаження на приводний електро(на схемі не показана). двигун компресора в пусковому режимі, підвищити Збагачену киснем суміш газів з газорозподільнадійність і безпеку його роботи, а також екологічних мембранних модулів по трубопроводах 22, 23, ну безпеку за рахунок зниження рівня шуму. 24 скидають у змішувач 25, де її розбавляють Охолодження азоту і стиснутого повітря в хопримусово подаваним потоком повітря до безпечлодильному модулі перед подачею споживачеві, а ної концентрації кисню в ній, при цьому суміш газів також створення холодильного ефекту в споживаактивно перемішується (турбулізується) з метою ча за рахунок дроселювання газів дозволяє помаксимального скорочення часу перебування виліпшити тепловий режим у гірничих виробках. бухонебезпечної суміші газів у змішувачі 25. Дотиснення азоту в компресорі, приводом якоУ періоди, коли немає необхідності в азоті, а го є пневмодвигун, дозволяє мати азот у демпфіпотрібне стиснене повітря, регульований вентиль рувальних (накопичувальних) місткостях безпосе9 перекривають і подають стиснене повітря від редньо в споживача під більш високим тиском, чим компресорного модуля у повітропровід 26, що йде транспортується від місця його виробництва. Це до споживача, при цьому вентиль 27 відкривають. дозволяє забезпечити нормальну роботу пристроУ випадку, коли азотно-компресорна станція з їв пожежогасіння, наприклад, піногенераторних якої-небудь причини не виробляє азоту, а він неустановок і одержати холодне повітря на вихлопі обхідний споживачеві, азот подають з накопичувапрацюючого пневмодвигуна. Холодне повітря вильної місткості по трубопроводу 21 через вентиль користовують для зниження температури навко31 в азотопровод 18 і через сполучний трубопролишнього середовища в споживача або для робовід 28 і вентиль 30 у повітропровід 26 і далі до ти теплообмінних пристроїв. споживача. Це дозволяє подати азот споживачеві Суть винаходу пояснюється кресленням. з мінімальними втратами в кількості, що перевиНа Фіг.1а, б зображена спрощена схема робощує продуктивність станції навіть тоді, коли на ти ша хтного підземного азотно-компресорного азотно-компресорну станцію не подається електхолодильного комплексу, у т.ч. на Фіг.1а - азотнороживлення, що істотно підвищує надійність сискомпресорної станції, що знаходиться в гірничій теми вироблення азоту. виробці з відособленим провітрюванням на деякій Важливим для підземного споживача, напривідстані від споживача, а на Фіг.1б - демпфірюваклад, у період виникнення пожежонебезпечної льних (накопичувальних) місткостей і компрессорситуації на видобувній або прохідницькій ділянці, є но-детандерна установки (достискуючий компречас транспортування газоподібного азоту в авасор із пневмодвигуном), що знаходяться в рійну гірничу виробку, тому азот від азотнобезпосередній близькості від споживача. компресорної станції (АКС) подають по азотопроСпосіб реалізується так. воду 18 у спеціальні буферні (накопичувальні) місПри запуску комплексу, повітря забирають зі ткості 32, 33. Ці місткості можуть мати значний свіжого струменя з гірничої виробки і подають на об'єм, що важливо для споживача у випадку гасінусмоктування компресора 1 повітря, що привоня пожежі. З місткостей 32, 33 при необхідності диться в обертання електродвигуном 2, після стиазот оперативно подають по азотопроводу 34 пісснення в компресорі подають на блок очищення 3, ля відкриття вентиля 35 безпосередньо до місця у якому фільтр грубого очищення 4 видаляє з повіспоживання (наприклад, у осередок пожежі) або (у тря значну частину забруднень, а потім після охозалежності від технології ведення робіт із профілодження в охолоджувачі 5 на фільтр-адсорбер 6, лактики підземної пожежі) подають у дотискний де стиснене повітря остаточно очищають і подакомпресор 36, що приводиться в обертання від ють із компресорного модуля 7 не в газорозподіпневмодвигуна 37, що живиться стисненим повітльний модуль 8, як це здійснюється у відомому рям із пневмомережі 26, що йде від АКС. У компспособі роботи 4, а через патрубок 9 у відпрацьоресорі 36 азот дотискують до необхідного тиску і ваний вихідний із шахти струмінь повітря після подають по азотопроводу 38 у місткості 39 і далі пропущення його через глушник шум у 10. Це доспоживачеві, наприклад, на пеногенератор, що зволяє знизити навантаження на привод компрепрацює при тиску азоту не нижче 0,5МПа. сора при запуску, тиск повітря в нагнітальній лінії Без достиснення азоту забезпечити роботу пікомпресора знижено в порівнянні з тиском, необногенератора при живленні його безпосередньо хідним для роботи мембранного модуля, зменшує від азотопровода 26 неможливо через утрати тисрівень шуму при скиданні стиснутого повітря в ку азоту в транспортному азотопроводі атмосферу. При роботі пневмодвигуна 37 з повним розшиПісля виведення компресора на сталий режим ренням стиснутого повітря на виході з нього створоботи стиснене повітря з компресорного модуля рюється холодильний ефект при розширенні стис7 подають у газорозподільний мембранний модуль нутого повітря. Холодне стиснене повітря з виходу 9 78041 10 пневмодвигуна 37 подають по трубопроводу 38 до льні блоки, де з повітря одержують 95-98% азоту, споживача або використовують для охолодження що потім подають у загальний колектор і далі до азоту, який подається в накопичувальні місткості. місця його споживання або в спеціальні накопичуЗаявлений винахід реалізується так. У ша хтн у вальні місткості для резервування. гірничу виробку з відособленим провітрюванням Згідно з новим способом роботи до споживача доставляють наступні модулі (блоки й агрегати) від АКС прокладають азотопровід і повітряпровід азотно-компресорної установки: відповідно для транспортування азоту і стиснутого - компресорний модуль на пересувній платфоповітря при роботі в звичайному режимі, або рмі продуктивністю 15-40м 3хв.-1 . Компресор повитранспортують азот по обох тр убопроводах в аванен містити усмоктувальну систему з повітряним рійному випадку, коли необхідно подати збільшену фільтром і дросельним клапаном, приводний елекількість азоту. ктродвигун, систему розвантаження при холостому У безпосередній близькості від споживача азоході, систему о холодження повітря, що нагнітаєтьтопровод, що йде від АКС, підключають до буферся, систему видалення вологи з повітря, що нагніної (накопичувальної) місткості, що можуть бути тається компресорним агрегатом, систему керувиконані у виді металевих баків, з'єднаних між совання і захисту; бою, або представляти із себе спеціально облад- холодильний осушувач на пересувній платнане, заглушена гірнича виробка досить великого формі (температура повітря на виході не більш об'єму, у якій накопичують азот для подальшого 50°С); використання. - мембранні модулі, наприклад, типу МБа, Для підвищення тиску азоту в споживача з мезмонтовані на пересувній платформі. тою використання при роботі, наприклад, піногеМодулі (блоки) розташовують у гірничій виронераторної установки, азот подають у дотискний бці на пересувних платформах, при цьому компрекомпресор, наприклад, поршневою або гвинтовою сорний модуль і вентилятор змішувача встановпродуктивністю 1¸5м 2/хв. Такі компресори випуслюють першими в напрямку подачі свіжого каються серійно, наприклад, УКВШ-5/7 виробництструменя повітря у виробці. Після цього модулі ва "ВНДІкомпрессормаш" м. Суми. Привод компз'єднують (повітропроводами, мастилопроводами, ресора може здійснюватися, наприклад, від електрокабелями та ін.) функціонально один з гвинтового або шевронного пневмодвигуна, які одним. Роблять пробні пуски установки й налаготакож випускаються промисловістю. До ви ходу дження вузлів і систем. Після повної готовності пневмодвигуна приєднують вентиляційну трубу установки до функціонування її включають, і вона (наприклад, таку ж, як для вентиляторів місцевого починає працювати в постійному або періодичнопровітрювання СВМ4 або СВМ5) і подають по ній му режимі. холодне повітря до споживача. Повітря, забране з гірничої виробки, перед поТаким чином, запропонований спосіб реалізудачею в компресор очищають від пилу (граничний ється цілком із використанням агрегатів, вузлів, зміст пилу в усмоктуваному компресором повітрі трубопроводів, які випускаються промисловістю. не повинно перевищува ти 2мг×м 3), наприклад, за Джерела інформації допомогою інерційних фільтрів. Стиснуте у комп1. Чуприков А.Е., Мячин В.В. Технологическая ресорі повітря подають у холодильник (радіатор), схема тушения подземных пожаров через скважиа потім - на фільтр конденсатовідвідника, де його ны с поверхности. // Безопасность труда в промыцілком очищають від вологи. Потім очищене стисшленности. - 2000. - №5. - С.45-46. нене повітря подають на спеціальний роздільник 2. Патент RU №2189264 (13) с.2, МПК А 62С потоку (який являє собою трубу з декількома від3/02. водами, на яких установлені регульовані вентилі). 3. A.C. СРСР №1439263, МПК E 21F5/00, 1988. Після поділу по кожнім відводі частина потоку по4. Патент UA 61850, МПК Е21F5/00, A62C3/02, вітря подається на окремі мембранні газорозподі2003. 11 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 78041 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601