Шахтна азотно-компресорна станція

Реферат: Шахтна азотно-компресорна станція містить послідовно з'єднані, через трубопроводи та запірну арматуру, компресор, охолоджувач, систему підготовки стисненого повітря, генератор азоту, змішувач для повітря з підвищеним вмістом кисню, накопичувальну ємність для азоту, пульт керування. В шахтній азотно-компресорній станції застосований адсорбційний генератор азоту. Між генератором азоту і системою підготовки стисненого повітря встановлений ресивер стисненого повітря. На виході адсорбційного генератора азоту - буферний ресивер стисненого азоту, з'єднаний з споживачем та/або з дотискним компресором, та/або з накопичувальною ємністю для азоту. UA 92389 U (12) UA 92389 U UA 92389 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі гірничодобувної промисловості і може бути використана для виробництва газоподібного азоту безпосередньо з шахтної атмосфери для застосування його як носія пневмоенергії в пневмоприводах шахтних інструментів, механізмів, для пневморазриву вугільних пластів при дегазації, а також для суттєвого розширення функціональних можливостей як старих схем в сфері охорони праці, техніки безпеки, локалізації вибухів і гасінні підземних пожеж, так і нових схем. Відомий аналог - азотно-компресорна станція, яка містить, послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру, компресор, охолоджувач, систему підготовки стисненого повітря, генератор азоту, парогенератор, накопичувальну ємність для азоту, пульт керування. Станція розташована на поверхні шахти і забезпечена протяжною системою трубопроводів для подачі газоподібного азоту в шахту (авт. свід. СРСР № 1173043, МПК E21F 5/00, 1985). Однак аналогову станцію неможливо застосовувати в шахті через її великі габарити і необхідність використання в ній рідких вуглеводнів (бензину), які легко спалахують. Для забезпечення подачі азоту з поверхні в шахту необхідна система трубопроводів, для яких бурять спеціальні свердловини, що збільшує трудовитрати і витрати матеріальних засобів. Відомий аналог - установка для отримання інертного газу, що містить ємність з рідким азотом, платформу для її перевезення, продукційний випарник, трубопроводи, пульт керування (авт. свід. СРСР № 1305387, МПК E21F 5/00, 1983). Аналог має такі недоліки: великі трудовитрати і витрати матеріальних засобів, зумовлені необхідністю виробництва рідкого азоту на поверхні на спеціальних заводах і доставки його в спеціальних цистернах в шахту; потреба в додатковому обладнанні для перетворення рідкого азоту в газоподібний; обмежений обсяг виробленого газоподібного азоту, що знижує ефективність його застосування при гасінні підземних пожеж. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі є азотно-компресорна станція, яка містить, послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру, компресор, фільтри, охолоджувач, систему підготовки стисненого повітря, мембранний генератор азоту, змішувач для повітря з підвищеним вмістом кисню, накопичувальну ємність для азоту, пульт керування (патент України на винахід № 74287, МПК E21F 5/00, 2005). Проте аналогова станція має низьку ефективність, обумовлену тим, що мембранні генератори азоту повинні працювати при невисокому дозволеному Правилами безпеки тиску стисненого повітря 0,6 МПа, яке в 2 рази нижче тиску (1,0-1,3 МПа), необхідного для ефективної роботи мембран з розділення стисненого повітря на азот і кисень. Низька ефективність обумовлена також тим, що мембрани дуже чутливі до температурного режиму і наявності забруднень в стисненому повітрі (ефективність роботи знижується на 5-17 %), що вимагає додаткових енерговитрат і призводить до поступової деградації (пошкодження) мембран, зниження їх терміну служби до 5 років. Для вироблення одиниці об'єму азоту відомою станцією необхідно затратити на 20-30 % більше електричної енергії в порівнянні з електричною енергією, необхідною для станцій, що використовують інші технології. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомої станції шляхом зміни основних її вузлів і їх компонування для підвищення ефективності за рахунок зниження енерговитрат, чутливості генераторів азоту до температурного режиму і наявності забруднень у стисненому повітрі. Іншим завданням корисної моделі є підвищення терміну служби і спрощення конструкції. Ще одним завданням корисної моделі є забезпечення постачання споживачів газоподібним азотом низького і/або високого тиску і стиснутого повітря, тобто створення універсальної азотно-компресорної станції. Поставлена задача вирішується тим, що станція містить послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру, компресор, охолоджувач, систему підготовки стисненого повітря, генератор азоту, змішувач для повітря з підвищеним вмістом кисню, накопичувальну ємність для азоту, пульт керування, відповідно до корисної моделі, в шахтній азотнокомпресорній станції застосований адсорбційний генератор азоту, між яким і системою підготовки стисненого повітря встановлений ресивер стисненого повітря, а на виході адсорбційного генератора азоту - буферний ресивер стисненого азоту, з'єднаний з споживачем та/або з дотискним компресором, та/або з накопичувальною ємністю для азоту. У кращому варіанті корисної моделі генератор азоту виконаний за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції. Переважно вихід ресивера стисненого повітря з'єднаний через регулюючий вентиль із споживачем. Крім того, вихід буферного ресивера стисненого азоту з'єднаний через регулюючі вентилі із споживачем або з накопичувальною ємністю для азоту. 1 UA 92389 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вихід дотискного компресора з'єднаний через регулюючі вентилі із накопичувальною ємністю для азоту і споживачем. Корисна модель пояснюється кресленням, де зображено загальний вигляд функціональної схеми запропонованої станції. У кращому варіанті виконання корисної моделі шахтна азотнокомпресорна станція містить, послідовно з'єднані через трубопроводи та запірну арматуру, компресор 1 "сухого" стиснення з уприскуванням води в порожнину стиснення, охолоджувач 2, систему підготовки стисненого повітря 3 (адсорбційний осушувач і фільтри), ресивер стисненого повітря 4. Ресивер стисненого повітря 4 з'єднаний за допомогою трубопроводу стисненого повітря 5 з першим 6 і другим 7 адсорберами адсорбційного генератора азоту, наповненими адсорбентом (вуглецево-молекулярним ситом) для розділення стисненого повітря на азот і кисень. Адсорбційний генератор азоту виконаний за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції. На трубопроводі стисненого повітря 5 перед першим 6 і другим 7 адсоберами встановлені регулюючі вентилі 8 і 9, виходи яких через регулюючі вентилі 10 і 11 для скидання адсорбованого повітря з'єднані за допомогою трубопроводу адсорбованого повітря 12 з розсіювачем 13 змішувача для повітря з підвищеним вмістом кисню 14, всередині якого встановлені вентилятор 15 і турбулізатор 16. Виходи першого 6 і другого 7 адсорберів адсорбційного генератора азоту через регулюючі вентилі для відведення стисненого азоту 17 і 18 і трубопровід стисненого азоту 19 з'єднані з буферним ресивером стиснутого азоту 20. Виходи першого 6 і другого 7 адсорберів з'єднані між собою за допомогою каліброваного сопла регенерації 21. Вихід буферного ресивера стисненого азоту 20 за допомогою трубопроводу стисненого азоту низького тиску 22 з регулюючим вентилем подачі стисненого азоту 23 з'єднаний з накопичувальною ємністю для азоту 24. Трубопровід стиснутого азоту низького тиску 22 з регулюючим вентилем подачі стисненого азоту 25 з'єднаний з дотискним компресором 26, вихід якого через охолоджувач 27 і регулюючий вентиль 28 з'єднаний з накопичувальною ємністю для азоту 24, а через регулюючий вентиль 29 і трубопровід азоту високого тиску 30 - із споживачем. Один вихід накопичувальної ємності для азоту 24 з'єднаний через регулюючий вентиль подачі азоту 31 з трубопроводом азоту високого тиску 33, а інший вихід з'єднаний через регулюючий вентиль подачі азоту 32 з трубопроводом азоту низького тиску 33, який через регулюючий вентиль 34 з'єднаний з трубопроводом стисненого повітря 5. Накопичувальна ємність для азоту 24 обладнана манометром 35. Пульт керування позначений позицією 36. Трубопровід стиснутого азоту 22 з регулюючим вентилем подачі стисненого азоту 37 з'єднаний з трубопроводом азоту низького тиску 33. Гірнича виробка позначена позицією 38, а напрямок свіжого струменю повітря - 39. Азотно-компресорна станція працює таким чином. Окремі вузли станції на окремих платформах доставляють в гірничу виробку 38 і за напрямком свіжого струменю 39 збирають станцію в такому порядку: компресор 1, охолоджувач 2, система підготовки стисненого повітря 3, ресивер стисненого повітря 4, адсорбційний генератор азоту, змішувач для повітря з підвищеним вмістом кисню 14, буферний ресивер стисненого азоту 20, дотискний компресор 26, охолоджувач 27, накопичувальна ємність для азоту 24. Потім ці вузли з'єднують трубопроводами з регулюючими вентилями, електрокабелями, під'єднують пульт керування 36. Запускають компресор 1 "сухого" стиснення з уприскуванням води в порожнину стиснення, який стискає шахтне повітря і подає під тиском 0,6 МПа через охолоджувач 2 в систему підготовки стисненого повітря 3. Із системи підготовки стисненого повітря 3 очищене і осушене стиснене повітря подається в ресивер стисненого повітря 4 для згладжування його пульсацій, з якого по трубопроводу стисненого повітря 5 через регулюючі вентилі 8 і 9 подається в перший 6 і другий 7 адсорбери адсорбційного генератора азоту, в якому це повітря розділяється на збагачену киснем адсорбовану повітряну суміш і газоподібний азот. Чистота азоту визначається тривалістю процесу адсорбції і досягає 95,099,99 %. Невелика частина азоту після виходу з першого 6 адсорбера надходить через каліброване сопло регенерації 21 у другий 7 адсорбер, ініціюючи в ньому виділення збагаченої киснем адсорбованої повітряної суміші з адсорбенту, підхоплює цю суміш і через регулюючий вентиль 11 спрямовує її в трубопровід адсорбованого повітря 12 і далі до розсіювача 13 змішувача для повітря з підвищеним вмістом кисню 14, в якому за допомогою вентилятора 15 і турбулізатора 16 примусово зменшується концентрація кисню в збагаченій киснем суміші. Отриманий в першому 6 адсорбері азот через регулюючий вентиль для відводу стисненого азоту 17 і трубопровід стисненого азоту 19 надходить в буферний ресивер стисненого азоту 20, в якому відбувається вирівнювання міжциклових пульсацій, що є половиною циклу розділення повітря на азот і повітря з підвищеним вмістом кисню. У другій половині циклу стиснене повітря через регулюючий вентиль 9 подається в другий 7 адсорбер, в якому відбувається поділ стисненого повітря на повітря з підвищеним вмістом кисню і азот. Невелика частина азоту після 2 UA 92389 U 5 10 15 20 виходу з другого 7 адсорбера надходить через каліброване сопло регенерації 21 в перший 6 адсорбер, ініціюючи в ньому виділення збагаченої киснем адсорбованої повітряної суміші з адсорбенту, підхоплює цю суміш і через регулюючий вентиль 11 спрямовує її в трубопровід адсорбованого повітря 12 і далі до розсіювача 13 змішувача для повітря з підвищеним вмістом кисню 14, в якому за допомогою вентилятора 15 і турбулізатора 16 примусово зменшується концентрація кисню в збагаченій киснем суміші. Отриманий у другому 7 адсорбері азот через регулюючий вентиль для відводу стисненого азоту 18 і трубопровід стисненого азоту 19 надходить в буферний ресивер стисненого азоту 20, з якого стиснений азот низького тиску (до 0,6 МПа) надходить до споживача по трубопроводу стисненого азоту низького тиску 22 через регулюючий вентиль подачі стисненого азоту 37 і трубопровід азоту низького тиску 33. Для одержання стисненого азоту високого тиску (до 25,0 МПа), стиснений азот низького тиску по трубопроводу стисненого азоту низького тиску 22 з буферного ресивера стисненого азоту 20 через регулюючий вентиль подачі стисненого азоту 25 подають на дотискний компресор 26 для стиснення його до тиску 25,0 МПа. З дотискного компресора 26 стиснений азот високого тиску подають споживачам через охолоджувач 27, регулюючий вентиль 29 і трубопровід азоту високого тиску 30. Для отримання запасу азоту низького або високого тиску використовують накопичувальну ємність для азоту 24, в яку може бути закачано азот низького тиску по трубопроводу стисненого азоту низького тиску 22 через регулюючий вентиль подачі стисненого азоту 23 або високого тиску через регулюючий вентиль 28. При необхідності за допомогою регулюючих вентилів подачі азоту 31 і 32 накопичувальну ємність для азоту високого тиску 24 підключають до трубопроводу азоту високого тиску 30 або до трубопроводу азоту низького тиску 33, відповідно. Для подачі стисненого повітря споживачам використовують регулюючий вентиль 34. Тиск в накопичувальній ємності для азоту 24 контролюють за допомогою манометра 35. Керують станцією за допомогою пульта керування 36. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Шахтна азотно-компресорна станція, що містить послідовно з'єднані, через трубопроводи та запірну арматуру, компресор, охолоджувач, систему підготовки стисненого повітря, генератор азоту, змішувач для повітря з підвищеним вмістом кисню, накопичувальну ємність для азоту, пульт керування, яка відрізняється тим, що в шахтній азотно-компресорній станції застосовано адсорбційний генератор азоту, між яким і системою підготовки стисненого повітря встановлений ресивер стисненого повітря, а на виході адсорбційного генератора азоту - буферний ресивер стисненого азоту, з'єднаний з споживачем та/або з дотискним компресором, та/або з накопичувальною ємністю для азоту. 2. Станція за п. 1, яка відрізняється тим, що генератор азоту виконано за схемою короткоциклової безнагрівної адсорбції. 3. Станція за п. 1, яка відрізняється тим, що вихід ресивера стисненого повітря з'єднано через регулюючий вентиль із споживачем. 4. Станція за п. 1, яка відрізняється тим, що вихід буферного ресивера стисненого азоту з'єднано через регулюючі вентилі із споживачем, з накопичувальною ємністю для азоту і з дотискним компресором. 5. Станція за п. 4, яка відрізняється тим, що вихід дотискного компресора з'єднано через регулюючі вентилі із накопичувальною ємністю для азоту і споживачем. 3 UA 92389 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4