煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿瓦斯利用领域，涉及一种煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置。

背景技术：

2.瓦斯管道输送水封阻火泄爆装置安装在瓦斯抽放系统管路上，当抽放瓦斯系统发生意外爆炸事故时，爆炸产生的冲击波首先破坏水封阻火泄爆装置泄爆部件的爆破片，爆炸产生的高压气体通过泄爆口泄压，从而保护抽放系统其它设备、管路及附件不受损坏；爆炸产生的的火焰被装置内水封阻隔，不能沿抽放管路传导，从而防止抽放系统其它部分产生爆炸或火灾，避免事故扩大。
3.目前适用煤矿瓦斯输送管道的水封阻火泄爆装置最大管径为dn500mm，且都为立式结构，采用立式单筒或双筒结构的水封阻火泄爆装置，单筒结构进气口、出气口和泄爆口在一个筒体上。双筒结构分为水封筒、泄爆筒，进气口在水封筒上，出气口、泄爆口在泄爆筒体上。
4.随着煤矿瓦斯抽采系统能力的增大，对大管径的瓦斯输送管路只能采用分支管道分流降速、多装置并列运行的方式，大直径瓦斯输送管道采用立式结构其筒体高度较高，运输及现场安装不便，且存在投资大、占地大、管理和维护工作量大等缺点，同时立式结构用于大直径瓦斯输送管道时，气体流速大，筒体内的水面波动大，同时瓦斯气体将携带大量的水分，筒体液面稳定性差，直接影响到装置的阻火性能。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型为了解决现有的大直径瓦斯输送管道采用立式结构，而带来的运输、安装不不便，成本高、筒体液面稳定性差、影响装置阻火性能的问题，提供一种煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置。
6.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，包括卧式的筒体、位于筒体一端的进气管以及位于筒体另一端与筒体相通的泄爆管和一体成型连接在泄爆管一端的出气管，所述泄爆管端部安装有爆破片，所述进气管一端的进气口位于筒体外，另一端伸入筒体内且插入密封水液面以下，所述进气管下端沿进气管周向侧壁开设有多个进气支管，所述进气管主管底端固定开设有多个气孔的圆板，所述筒体中部设置一条由防波浪圆球焊接而成两端均固定在筒体内壁上的防波浪板。
8.本基础方案的有益效果在于：依靠装置进气口一定高度的水封进行阻火，瓦斯输送管道发生燃烧爆炸，火焰传到安全水封时，因水的作用，阻止了火焰蔓延到安全水封的另一侧；安装了爆破片，因燃烧爆炸使管道压力升高超过爆破片泄爆压力时爆破片自动破裂，达到压力释放，保障瓦斯管道及设备安全，防波浪圆球可以有效减小卧式水封筒长度方向的水面波动。
9.进一步，进气支管由四个弯管形成，且弯管高度与进气管主管高度一致。
10.进一步，进气支管底端设置有若干个倾角为30
°
锯齿，且锯齿底部高度与防波浪圆球低端高度一致。
11.进一步，气孔为菱形，且气孔总截面积和每个进气支管的截面积相等。
12.进一步，防波浪圆球直径为200mm，相邻防波浪圆球的间隔为100mm。
13.进一步，相邻防波浪圆球采用直径10mm的圆管焊接固定。
14.进一步，筒体外接水位自动控制系统。有益效果：水位自动控制系统可以遥控设置水位高度，自动补排水保障了水封高度稳定性。
15.进一步，水位自动控制系统构成包括三个水位传感器、一个补水电磁阀、一个排水电磁阀以及一个水位控制器。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.1、本实用新型所公开的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，采用卧式的筒体，该装置安装、运输方便，投资小、占地小、管理和维护工作量小、有效地降低了成本，且设置了防波浪圆球，有效减小卧式水封筒长度方向的水面波动，提高了筒体液面稳定性。
18.2、本实用新型所公开的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，设置了水位自动控制系统，可以遥控设置水位高度，保障水封高度稳定，根据设置高度实现阻火及超压释放压力值。
19.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
21.图1为本实用新型煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置的结构示意图；
22.图2为本实用新型图1沿a-a方向剖视图；
23.图3为本实用新型煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置中水位控制系统的电气原理图；
24.图4为本实用新型煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置中水位控制系统的水位控制流程图；
25.图5为本实用新型煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置中筒体的封头断面示意图。
26.附图标记：筒体1、进气管2、出气管3、泄爆管4、进气支管5、防波浪圆球6。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说
明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.如图1-图2所示的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，包括卧式的筒体1、位于筒体1一端的进气管2以及位于筒体1另一端与筒体1相通的泄爆管4和一体成型连接在泄爆管一端的出气管3，泄爆管3端部安装有爆破片，正常工作时泄爆口处于密封状态，当管道瓦斯燃烧爆炸压力超过90-120kpa时，爆破片泄爆，进气管2一端的进气口位于筒体1外，另一端伸入筒体1内且插入密封水液面以下，筒体1中部设置一条由防波浪圆球6焊接而成两端均固定在筒体1内壁上的防波浪板，防波浪圆球6直径为200mm，相邻防波浪圆球6的间隔为100mm，相邻防波浪圆球6采用直径10mm的圆管焊接固定。
31.进气管2下端沿进气管周向侧壁开设有四个弯管形成的进气支管5，弯管高度与进气管主管高度一致，进气支管5底端设置有若干个倾角为30
°
锯齿，且锯齿底部高度与防波浪圆球6低端高度一致。
32.进气管2主管底端固定开设有多个气孔的圆板，气孔为菱形，进气管2主管气流从气孔中流出，气孔总截面积和每个进气支管5的截面积相等。
33.筒体1外接包括三个水位传感器、一个补水电磁阀、一个排水电磁阀以及一个水位控制器构成的水位自动控制系统。
34.基于煤矿瓦斯管道输送用大管径水封阻火泄爆装置的泄爆方法，包括以下步骤：
35.s1、选取合适筒体1直径、合适筒体1长度以及合适筒体1厚度的水封阻火泄爆装置，煤矿瓦斯输送管道连接在进气管的进气口一端。
36.筒体1的直径计算方法具体为：
37.大流量瓦斯气体通过水封会携带液态水，为了保障瓦斯气体中的液态水不被瓦斯气体带出装置，设计筒体1直径时遵循重力沉降原理，在瓦斯气体从筒体1流出前分离出液态水。筒体1直径计算按照式(1)采用试算的方法。首先假定一个筒体1直径为dw，当式(1)计算的d
sw
≤dw时，dw即为筒体1直径。
38.39.式中：d
sw
——筒体1直径，m；
40.aw——筒体1内水面高度与筒体1直径比值；
41.bw——筒体1径向液态水截面积与筒体1径向总截面积的比值；
42.qv——管道瓦斯气体流量，nm2/h；
43.t——操作条件下气体温度，k；
44.p——操作条件下气体压力，kpa；
45.——筒体1长度与直径的比值，当一端进气，另一端出气时宜取2.5～3；
46.uc——水滴沉降速度，m/s。
47.为保障筒体1内水封的稳定性，以及利于瓦斯气体后续发电或其他利用方式，装置应将瓦斯气中直径大于或等于600μm的水滴分离出来。因此，以600μm水滴为对象由式(2)计算水滴沉降速度uc。
[0048][0049]
式中：g——重力加速度，取9.81m/s2；
[0050]
d1——液滴直径，取0.6
×
10-3m；
[0051]
ρ
l
——操作条件下水滴密度，kg/m3；
[0052]
ρv——操作条件下瓦斯气体密度，kg/m3；
[0053]
c——水滴在气体中的阻力系数。
[0054]
水滴在气体中的阻力系数c(re)2按照式(3)计算。
[0055][0056]
式中：μ——瓦斯气体粘度，mpa.s。
[0057]
筒体1计算直径校核方法具体为：
[0058]
式(1)试算得到的筒体1直径仅考虑了水滴重力沉降分离，未考虑气体高速流动携带走液态水情况，为此在确定筒体1直径时需要考虑限制筒体内气体流速，即筒体1内瓦斯气体安全临界速度vc，以防止流速大带走液态水。式(4)以筒体1内瓦斯气体安全临界速度vc进行筒体1直径核算。
[0059][0060]
式中：q——操作条件下入口瓦斯气体流量，m3/s；
[0061]vc
——筒体1内瓦斯气体安全临界速度，m/s；
[0062]ql
——筒体1内最大水封时存储的水量，m3。
[0063]
筒体1长度的设计方法具体为：
[0064]
筒体1长度方向由两端的封头和中间的直筒段组成。直筒长度从经济上考虑取其直径的2.5-3倍。如图5所示的封头断面示意图，封头采用椭圆型封头，封头以内径为基准，类型代号为eha。
[0065]
封头型式参数关系为式(6)。
[0066]
[0067]
式中：d——筒体1内径，m；
[0068]
h——封头直边长度，m；
[0069]
h——封头内高度，m。
[0070]
筒体1筒壁厚度设计方法具体为：
[0071]
管道内瓦斯发生爆炸时压力峰值从爆炸点开始下降，传播一端距离后出现拐点，压力峰值开始上升。为了控制筒体1内爆炸压力，同时减小爆炸影响范围，装置应尽可能靠近燃烧爆炸起点安装，且安装位置距燃烧爆炸起点最大距离小于30m。为了保护瓦斯管道和水封阻火泄爆装置，在筒体1上设计了泄爆部件，泄爆压力为90-120kpa。结合水封阻火泄爆装置安装位置、爆炸压力及泄爆压力，水封阻火泄爆装置筒体1设计压力要求≥1.0mpa。
[0072]
依据筒体1设计压力，由公式(7)、(8)计算卧式水封阻火泄爆装置筒体厚度。
[0073]
直筒计算厚度：
[0074]
式中：δ——直筒厚度，mm；
[0075]
pc——计算压力，mpa；
[0076]di
——筒体1内直径，mm
[0077]
[σ]
t
——设计温度下筒体材料的许用应力，mpa；
[0078]
φ——焊接接头系数。
[0079]
封头计算厚度：
[0080]
式中：δh——封头厚度，mm；
[0081]
k——椭圆形封头形状系数。
[0082]
s2、随着瓦斯气体的输送，筒体1内的液态水会被瓦斯气体带出装置为了保障筒体1内水封的稳定性，筒体1外接三个水位传感器、一个补水电磁阀、一个排水电磁阀以及一个水位控制器构成水位自动控制系统。
[0083]
水位传感器监测水位是否达到补水点，具体为：
[0084]
s21、如果筒体1内水位达到筒体的补水点则打开补水电磁阀进行补水，再次监测水位是否达到补排水停止点，达到筒体1的补排水停止点后关闭补水电磁阀，未达到筒体1的补排水停止点继续打开补水电磁阀进行补水，如此往复直到监测水位达到补排水停止点后关闭补水电磁阀；
[0085]
s22、如果筒体1内水位达到筒体1的排水点则打开排水电磁阀进行排水，再次监测水位是否达到补排水停止点，如果达到补排水停止点则关闭排水电磁阀，未达到筒体1的补排水停止点继续打开排水电磁阀进行排水，如此往复直到监测水位达到补排水停止点后关闭补水电磁阀。
[0086]
如图3-图4所示的水位自动控制系统电气原理图及水位控制流程图，通过水位控制器可以遥控设置水位高度，水封高度设置为100mm，通过水位控制系统保障水封高度维持在100mm，根据设置高度实现阻火及超压释放压力值。
[0087]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应
涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：

1.煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，包括卧式的筒体、位于筒体一端的进气管以及位于筒体另一端与筒体相通的泄爆管和一体成型连接在泄爆管一端的出气管，所述泄爆管端部安装有爆破片，所述进气管一端的进气口位于筒体外，另一端伸入筒体内且插入密封水液面以下，所述进气管下端沿进气管周向侧壁开设有多个进气支管，所述进气管主管底端固定开设有多个气孔的圆板，所述筒体中部设置一条由防波浪圆球焊接而成两端均固定在筒体内壁上的防波浪板。2.如权利要求1所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述进气支管由四个弯管形成，且弯管高度与进气管主管高度一致。3.如权利要求2所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述进气支管底端设置有若干个倾角为30
°
锯齿，且锯齿底部高度与防波浪圆球低端高度一致。4.如权利要求1所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述气孔为菱形，且气孔总截面积和每个进气支管的截面积相等。5.如权利要求1所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述防波浪圆球直径为200mm，相邻防波浪圆球的间隔为100mm。6.如权利要求5所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，相邻所述防波浪圆球采用直径10mm的圆管焊接固定。7.如权利要求1所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述筒体外接水位自动控制系统。8.如权利要求7所述的煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，其特征在于，所述水位自动控制系统构成包括三个水位传感器、一个补水电磁阀、一个排水电磁阀以及一个水位控制器。

技术总结

本实用新型涉及一种煤矿瓦斯管道输送用大管径卧式水封阻火泄爆装置，属于煤矿瓦斯利用领域，包括卧式的筒体、位于筒体一端的进气管以及位于筒体另一端与筒体相通的泄爆管和一体成型连接在泄爆管一端的出气管，泄爆管端部安装有爆破片，进气管一端的进气口位于筒体外，另一端伸入筒体内且插入密封水液面以下，进气管下端沿进气管周向侧壁开设有多个进气支管，进气管主管底端固定开设有多个气孔的圆板，筒体中部设置一条由防波浪圆球焊接而成两端均固定在筒体内壁上的防波浪板，采用卧式的筒体，安装、运输方便，投资小、占地小、管理和维护工作量小，有效地降低成本，防波浪圆球，有效减小卧式水封筒长度方向的水面波动，提高了筒体液面稳定性。体液面稳定性。体液面稳定性。