CN111928119B - 一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源利用技术领域，公开了一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法，设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合。实现了高精度混气，实时流量稳定跟随，爆炸极限气体稳定压力，可靠泄压，安全供气，燃气泄漏可靠报警和切断。

Description

一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，尤其涉及一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法。

背景技术

目前，现有的地面瓦斯抽放系统，分为高浓度瓦斯和低浓度瓦斯两套抽采系统。根据矿区之前运行经验及数据统计，高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm³/h，甲烷浓度为40％-50％。低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm³/h，甲烷浓度为15％-20％，混合后的甲烷含量设计值为30％。发电厂所需瓦斯气的甲烷含量必须保证30％以上，所以高浓度瓦斯气经过瓦斯抽放泵抽出后，经过湿式超压放散装置后进入管网，供瓦斯发电厂直接利用。低浓度瓦斯气由于甲烷含量低，接进爆炸极限，瓦斯发电厂无法直接进行利用，所以由瓦斯抽放泵抽出后直接排空处理。

解决以上问题的难度为：

(1)国内没有解决以上问题的成功案例，没有定型的可利用的技术方案，现有的混气技术均存在比较简单，混气精度比较低，不能完全适用于本设计工况，需加以改进和完善。

(2)目前国内矿井气低甲烷浓度瓦斯气均采取直接对空排放处理，浪费资源，造成环境污染，急需适用的混气设备，本装置属于创新型产品。

(3)由于天然气在大气中的爆炸范围为5％～15％，低浓度瓦斯气中甲烷浓度为15％-20％，非常接近爆炸范围，所以设备必须保证混气的均匀度，确保燃烧稳定安全。

(4)低甲烷浓度瓦斯气为易爆气体，进入混气系统前必须保证压力和流量稳定，需考虑安全可靠的稳压装置和安全适用的放散系统。

(5)主气源高甲烷浓度瓦斯气用气流量波动非常大，为了确保混气出口精度，必须保证从动气源准确地跟随主动气源的流量变化及时调整变化。

(6)、本系统各路气体均为易燃易爆的燃气，控制系统需考虑燃气泄漏的安全保护措施。

通过上述分析，目前没有成熟可靠的技术方案可用，只能借鉴其他类似系统的工艺，选用液化石油气混空中常用的随动流量混气系统，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有燃气混气设备混气介质浓度因远离爆炸极限；一般静态混合器结构简单，混气精度很差，混气不均匀，性能不可靠，工艺运行不稳定，安全控制水平低。

(2)现有技术设备中，一般不考虑气体用量波动大的工况，设备选型按照最大流量设计，导致小用气量时，低于额定流量值10％以下，混气精度很低，甚至不能自动跟随。

(3)低甲烷浓度瓦斯气接进爆炸极限，压力和流量超限对系统很危险，要采用安全及时的泄压方式。

(4)低甲烷浓度瓦斯气接进爆炸极限，燃气泄漏很危险，必须采用防泄漏装置和工艺。

解决以上问题及缺陷的意义为：瓦斯气发电厂由于高浓度瓦斯气产出气量不足，造成不能满负荷运行。而低浓度瓦斯气含有一定的甲烷，但不能满足瓦斯发电厂直接利用条件。经过抽放泵抽出后直接进行排空处理，造成大量资源浪费和环境污染。由于高浓度瓦斯气甲烷浓度高于瓦斯发电厂所需甲烷含量要求，低浓度瓦斯气甲烷浓度低于瓦斯发电厂所需甲烷含量要求。综合考虑，为减少资源浪费，所以将高浓度瓦斯气和低浓度瓦斯气进行混合后，保证混合气出口甲烷浓度≥25％以上，然后进入管网供瓦斯发电厂利用。这样既能充分利用低浓度瓦斯气减少浪费，降低环境污染，又能保证瓦斯发电厂效益最大化。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种矿井瓦斯气安全掺混系统及燃气掺混配比控制方法。

该矿井瓦斯气安全掺混系统设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置，历史报警查询，数据报表查询的PLC控制柜；

工控机，与所述PLC控制柜相连接，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护；

低甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置，最大限度保证高浓度瓦斯气流量偏小时(低于额定流量值10％以下)，低浓度瓦斯气的稳定跟随；

高甲烷浓度瓦斯气管线装置，源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置；

混气装置，配有三重混气装置的高效静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比。

在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气安全放散管线设置并联的三路，一路为手动蝶阀路，管网压力超高时可手动开启泄压，一路为自动调节阀路，管网压力信号超限，控制系统联锁自动调节阀，阀口自动开启泄压，压力越高，阀口开度越大，如果管网压力超高，湿式放散阀自动开启泄压，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定，卸放的气体进入站区放散塔。

在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置均设置可燃气体泄露报警器探头，所述可燃气体泄露报警器探头连接系统声光报警装置和各路燃气紧急切断阀。

在一个实施例中，所述混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。

在一个实施例中，所述混气装置的后方管道设有双路甲烷组分含量在线分析仪，在线分析仪连接压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、混合气体总流量计、出口手动蝶阀。

在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10％时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10％范围时，控制系统进行报警。

在一个实施例中，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置中的低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值。

在一个实施例中，所述配比需求为高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm³/h，甲烷浓度为40％-50％；

低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm³/h，甲烷浓度为15％-20％；混合后的甲烷含量必须保证25％以上。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述矿井瓦斯气安全掺混系统的燃气掺混配比控制方法，该燃气掺混配比控制方法包括：

低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置上的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10％时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

高低浓度瓦斯气管线出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10％范围时，控制系统进行报警；

低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值；

混气出口的检测设备配合温压补偿后的流量值共同控制高低浓度瓦斯气管线上调节阀开度，进而根据用气量的变化控制低浓度瓦斯气体积流量，进行低浓度瓦斯气的在线调节与自动跟随，实现最终配比。

在一个实施例中，所述混气出口处的混气装置采用组分含量分析仪变化完成自动跟随动态调节，采用两种气体流量信号进行初步粗调，根据流量比快速找到初始混气平衡点，使得最终根据甲烷含量进行精调快速且平稳实现；

高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，静态混合器进行三级掺混设计，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，再经静态混合器后端的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

第一、该矿井瓦斯气安全掺混系统实现了高精度混气，实时流量稳定跟随，爆炸极限气体稳定压力，可靠泄压，安全供气，燃气泄漏可靠报警和切断，设备已正式投产将近一年，工作稳定，性能可靠。

第二、可将矿井内低甲烷浓度的瓦斯气予以利用燃烧，避免以前气体直接排空放散的能源损失，提高能源利用率，同时降低环境污染。

第三、本发明实现两种气体的混气比例稳定，混合精度高，尤其适用于主动气源流量波动范围非常大的工况下，设备整体撬装，设备紧凑占地小，便于安装和迁移。

第四、结合实验或试验数据和现有技术对比得到的效果和优点：

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1是本发明实施例提供的矿井瓦斯气安全掺混系统原理图。

图2是本发明实施例提供的矿井瓦斯气安全掺混系统的剖视图。

图3是本发明实施例提供的矿井瓦斯气安全掺混系统的府视图。

图4是本发明实施例提供的矿井瓦斯气安全掺混系统立体图。

图中：1、气体入口蝶阀DN700；2、湿式放散阀组调节阀前蝶阀DN500；3、湿式放散阀组调节阀DN300；4、湿式放散阀组调节阀前蝶阀DN500；5、湿式放散阀前蝶阀DN500；6、湿式放散阀DN500；7、湿式放散阀组手动蝶阀DN500；8、甲烷组分含量分析仪及仪表阀；9、温度计；10、温度变送器；11、压力表及仪表阀；12、压力变送器及仪表阀；13、大流量路手动蝶阀DN700；14、大流量路气动紧急切断阀DN700；15、大流量路V锥流量计DN700；16、大流量路调节阀DN700；17、压力表及仪表阀；18、压力变送器及仪表阀；19、大流量路手动蝶阀DN700；20、小流量路手动蝶阀DN400；21、小流量路气动紧急切断阀DN400；22、小流量路V锥流量计DN400；23、小流量路调节阀DN400；24、小流量路手动蝶阀DN400；25、气体入口蝶阀DN800；26、甲烷组分含量分析仪及仪表阀；27、温度计；28、温度变送器；29、压力表及仪表阀；30、压力变送器及仪表阀；31、气动紧急切断阀D800；32、V锥流量计DN800；33、调节阀DN800；34、压力表及仪表阀；35、压力变送器及仪表阀；36、手动蝶阀DN800；37、静态混合器；38、导流管；39涡流装置；40、多组金属板波纹填料湍流发生器；41、仪表阀；42、差压表；43、第一路甲烷组分含量分析仪及仪表阀；44、第二路甲烷组分含量分析仪及仪表阀；45、温度计；46、温度变送器；47、压力表及仪表阀；48、压力变送器及仪表阀；49、V锥流量计DN900；50、手动蝶阀DN900；51、可燃气体泄漏报警器；52、可燃气体泄漏报警器；53、可燃气体泄漏报警器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1至附图4对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实施例设备采用集成式撬装供货，根据部件尺寸设置成三个撬体和一套控制系统集成，分别为撬体一(HQT-1)：高浓度瓦斯气管道和静态混合器撬、撬体二(HQT-2)：低浓度瓦斯气管道调节撬、撬体三(HQT-3)：低浓度瓦斯气管道湿式放散阀组，各撬体尺寸见附图。

具体工艺为：源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入静态混合器；源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入静态混合器；混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比。

为保证混气装置的稳定可靠，低浓瓦斯输送至混气装置前采用大小流量自动切换使用的配置，保证混合气精度和供气稳定性；高甲烷浓度瓦斯气输送至混气装置作为主动气源，低甲烷浓度瓦斯气作为从动气源，通过调节阀自动跟随主动气源的流量和甲烷含量动态调整。高浓度瓦斯气的设计流量为500-13000Nm³/h，低浓度瓦斯气的设计流量为200-8000Nm³/h。

混气装置的操作流程为：手动蝶阀-气动切断阀-V锥流量计-气动调节阀-静态混合器-混合气V锥流量计-手动蝶阀。高浓度瓦斯气和低浓度瓦斯气经过甲烷比例配比后并充分混合后进入管网。

设备参数

A、高、低浓瓦斯进气压力：＜20KPa

B、混气出口压力：≥8KPa

C、混气出口甲烷浓度:30％

D、混合气精度：设定值的±2％

E、高浓瓦斯气最大量：13000NM3/H

F、低浓瓦斯气最大量：8000NM3/H

G、混合气最大量:21000NM3/H

(1)高浓度和低浓度瓦斯气管路上的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10％时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

高低浓度瓦斯气管线出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10％范围时，控制系统进行报警；

(2)低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求(高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm³/h，甲烷浓度为40％-50％。低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm³/h，甲烷浓度为15％-20％。混合后的甲烷含量必须保证25％以上)对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值；

混气进出口的甲烷浓度检测设备配合温压补偿后的流量值共同控制高低浓度瓦斯气管线上调节阀开度，进而根据用气量的变化控制低浓度瓦斯气体积流量，进行低浓度瓦斯气的在线调节与自动跟随，实现最终精确配比。常规混气设备均采用组分含量分析仪变化完成自动跟随动态调节，设备初期启动时数值波动大很难实现快速稳定调节，本系统引进两种气体流量信号进行初步粗调，可根据流量比快速找到初始混气平衡点，使得最终根据甲烷含量进行精调快速且平稳实现。

(3)由于本系统用气量波动较大，低浓度瓦斯气管线设计为大、小流量路，大流量路流量计和调节阀按照1000-8000Nm³/h的计量和调节精度选取，小流量路流量计和调节阀按照200-1000Nm³/h的计量和调节精度选取，自控系统根据随动气体流量值1000Nm³/h自动开关每路入口气动紧急切断阀，进行大小路切换使用最大限度地保证了混气的准确度和稳定性。

(4)甲烷在空气中的体积浓度达到5-15％即进入爆炸极限，低浓度瓦斯气中甲烷浓度为15％-20％，非常接近爆炸点，必须确保混气均匀度，使混合气体中甲烷浓度远离爆炸极限，高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，静态混合器进行三级掺混设计，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，再经静态混合器后端的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。

(5)低浓度甲烷气体因为非常接近爆炸极限，所以必须控制好其流量和压力的稳定，避免出现危险，故在其管线入口设置湿式放散阀组，有手动阀路，自动调节阀路和湿式放散阀路并联使用，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定。

高低浓度矿井瓦斯气配比控制方法包括：

高浓度和低浓度瓦斯气管路上的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10％时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

高低浓度瓦斯气管线出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10％范围时，控制系统进行报警；

低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求(高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm³/h，甲烷浓度为40％-50％。低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm³/h，甲烷浓度为15％-20％。混合后的甲烷含量必须保证25％以上)对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值；

混气出口的检测设备配合温压补偿后的流量值共同控制高低浓度瓦斯气管线上调节阀开度，进而根据用气量的变化控制低浓度瓦斯气体积流量，进行低浓度瓦斯气的在线调节与自动跟随，实现最终精确配比。常规混气设备均采用组分含量分析仪变化完成自动跟随动态调节，设备初期启动时数值波动大很难实现快速稳定调节，本系统引进两种气体流量信号进行初步粗调，可根据流量比快速找到初始混气平衡点，使得最终根据甲烷含量进行精调快速且平稳实现。

由于本系统用气量波动较大，低浓度瓦斯气管线设计为大、小流量路，大流量路流量计和调节阀按照1000-8000Nm³/h的计量和调节精度选取，小流量路流量计和调节阀按照200-1000Nm³/h的计量和调节精度选取，自控系统根据随动气体流量值1000Nm³/h自动开关每路入口气动紧急切断阀，进行大小路切换使用最大限度地保证了混气的准确度和稳定性。

甲烷在空气中的体积浓度达到5-15％即进入爆炸极限，低浓度瓦斯气中甲烷浓度为15％-20％，非常接近爆炸点，必须确保混气均匀度，使混合气体中甲烷浓度远离爆炸极限，高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，静态混合器进行三级掺混设计，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，再经静态混合器后端的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。

低浓度甲烷气体因为非常接近爆炸极限，所以必须控制好其流量和压力的稳定，避免出现危险，故在其管线入口设置湿式放散阀组，有手动阀路，自动调节阀路和湿式放散阀路并联使用，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定。

每路气体进口和混合气出口的检测设备包括：温度变送器、压力变送器、每路入口甲烷含量分析仪和混气出口双甲烷含量分析仪(两台并联设置，任何一台数值超限，控制系统联锁切断停机)。

一种矿井瓦斯气安全掺混系统包括：

PLC控制柜，设置有触摸屏，用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置；历史报警查询；数据报表查询；

工控机，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护。

整个混气过程PLC控制柜根据采集的流量值、甲烷气体浓度进行调节阀自动控制；在混气过程中对出口、温度、压力、出口气体甲烷浓度实时监测，当有出口气体浓度低报和高报、出口温度、压力低报和高报时，根据下游甲烷含量要求设定所需连锁保护。

所述低浓度瓦斯气利用燃气掺混系统包括：

低甲烷浓度瓦斯气管线装置：源头低浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置，管道直径DN700。

高甲烷浓度瓦斯气管线装置：源头高浓度瓦斯气进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置，管道直径DN800。

混气装置：为配有三重混气装置的高效静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比，管道直径DN900。

所述低甲烷浓度瓦斯气管线湿式放散阀组装置包括：

设置并联的三路，一路为手动蝶阀路，管网压力超高时可手动开启泄压，一路为自动调节阀路，管网压力信号超限，控制系统联锁自动调节阀，阀口自动开启泄压，压力越高，阀口开度越大，如果管网压力超高，湿式放散阀自动开启泄压，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定，卸放的气体进入站区放散塔。

所述的低甲烷浓度瓦斯气管线、高甲烷浓度瓦斯气管线和混合气出口管线均设置可燃气体泄露报警器探头，一旦有燃气泄漏且达到一定浓度，爆炸范围下线的20％，控制系统声光报警，同时切断各路燃气紧急切断阀，确保系统工作安全。

混气装置包括：高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98％以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。后方管道设有双路甲烷组分含量在线分析仪，后方为压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、混合气体总流量计、出口手动蝶阀等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述矿井瓦斯气安全掺混系统设置有：用于对设备的进出口温度、压力、进出口甲烷含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示、流量数值显示和燃气泄漏报警器数值显示和连锁控制；参数设置，历史报警查询，数据报表查询的PLC控制柜；

工控机，与所述PLC控制柜相连接，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护；

低甲烷浓度瓦斯气管线装置，低浓度瓦斯气气源进入混气管道经入口蝶阀、湿式放散阀组装置、检测仪表后分为大小流量的两路并联使用，每路均设有手动蝶阀、气动切断阀、通过流量计计量流量，再通过调节阀调节低浓度瓦斯气用量后经出口蝶阀进入混气装置；

高甲烷浓度瓦斯气管线装置，高浓度瓦斯气气源进入混气管道经入口蝶阀、检测仪表、气动切断阀，流量计计量后经调节阀到出口蝶阀进入混气装置；

混气装置，配有三重混气单元的高效的静态混合器，混气出口的检测仪表配合温压补偿后的流量值共同控制两种气体入口管线上调节阀开度，控制低浓度瓦斯气体积流量，进行混气浓度的在线调节与自动跟随，实现高浓度和低浓度瓦斯气的精确配比；

所述湿式放散阀组装置设置并联的三路，一路为手动蝶阀路，管网压力超高时可手动开启泄压，一路为自动调节阀路，管网压力信号超限，控制系统联锁自动调节阀，阀口自动开启泄压，压力越高，阀口开度越大，如果管网压力超高，湿式放散阀自动开启泄压，根据管网压力波动实现三级联控，确保系统稳定，卸放的气体进入站区放散塔；

所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置均设置可燃气体泄露报警器探头，所述可燃气体泄露报警器探头连接系统声光报警装置和各路燃气紧急切断阀；

所述混气装置进行高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，在经静态混合器中的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98%以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀；

所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10%时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10%范围时，控制系统进行报警。

2.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述混气装置的后方管道设有双路甲烷组分含量在线分析仪，在线分析仪连接压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、混合气体总流量计、出口手动蝶阀。

3.如权利要求1所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述低甲烷浓度瓦斯气管线装置中的低浓度瓦斯气的流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值。

4.如权利要求3所述的矿井瓦斯气安全掺混系统，其特征在于，所述配比需求为高浓度瓦斯气产出量为：500-13000Nm³/h，甲烷浓度为 40％-50％；

低浓度瓦斯气产出量为：200-8000Nm³/h，甲烷浓度为 15％-20％；混合后的甲烷含量必须保证 25％以上。

5.一种实现如权利要求1至4任意一项所述矿井瓦斯气安全掺混系统的燃气掺混配比控制方法，其特征在于，该燃气掺混配比控制方法包括：

低甲烷浓度瓦斯气管线装置和所述高甲烷浓度瓦斯气管线装置上的气动切断阀与各自气体进出口压力、温度变送器和甲烷含量分析仪自动检测报警器连锁，数值超过设定值正负10%时所述气动切断阀自动关闭截断高低浓度瓦斯气气源；

高低浓度瓦斯气管线出口压力变送器实时监控高甲烷浓度和低甲烷浓度瓦斯气调后压力，数值超过设定值正负10%范围时，控制系统进行报警；

低浓度瓦斯气流量计控制低浓度瓦斯气出口调节阀开关程度，对比高浓度瓦斯气流量值，根据配比需求对低浓度瓦斯气流量进行控制，实现混气配比要求值；

混气出口的检测设备配合温压补偿后的流量值共同控制高低浓度瓦斯气管线上调节阀开度，进而根据用气量的变化控制低浓度瓦斯气体积流量，进行低浓度瓦斯气的在线调节与自动跟随，实现最终配比。

6.如权利要求5所述的燃气掺混配比控制方法，其特征在于，所述混气出口处的混气装置采用组分含量分析仪变化完成自动跟随动态调节，采用两种气体流量信号进行初步粗调，根据流量比快速找到初始混气平衡点，使得最终根据甲烷含量进行精调快速且平稳实现；

高低浓度瓦斯气共同进入静态混合器进行掺混，静态混合器进行三级掺混设计，在低浓度瓦斯气入口设置导流管，将扩散出的低浓度气体与主路高浓度气体进行初次混合，两种初混后气体经过涡流装置进行旋流，完成第二次混合，再经静态混合器后端的多组金属板波纹填料湍流发生器将两种气体充分互混，完成第三次混合，三重混合后，混合气体混气精度达到98%以上，静态混合器本体上设置仪表阀和差压表，下方低点设置排污阀。

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