CC BY
105
_________________________________ © В.А. Малашкина, П.В. Баловцев,
2011
УДК 377.44
В.А. Малашкина, П.В. Баловцев
ПОДГОТОВКА ШАХТНОГО МЕТАНА К ПОЛЕЗНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ. ВЛАГОУДАЛЕНИЕ
Рассмотрена проблема подготовки метана к полезному использованию. Рассмотрены методы влагоудаления и предложены технические устройства для осуществления этого процесса.
Ключевые слова: влагоудаление, газоподготовительные станции, метановоздушные смеси, сепараторы.
~Г Наиболее перспективное и самое простое направление ис-
И пользования шахтного метана - сжигание его в котельных.
Использование метана в качестве топлива для шахтных котельных требует организации системы подготовки метановоздушной смеси, обеспечивающей ее стабильные параметры по составу, давлению, влажности и др.
В зависимости от направления использования определяется перечень требований к шахтному метану и его параметрам (табл. 1) [1].
В настоящее время наиболее известными являются газоподготовительные станции ГПС-1, ГПС-2 и ГПС-3 [2, 3, 4] - непрерывно действующие автоматические системы, не требующие постоянного обслуживающего персонала. Необходимые параметры устанавливаются с помощью ручного задатчика и автоматически поддерживаются системой регулирования.
Таблица 1
Требования к шахтному метану и его параметрам
Направление использования Параметры
Содержание, % Дебит, м3/мин. Влажность, г/м3
Котельные 30 13 -
Метанол 85 10 -
Моторное топливо 95 18 0,009
Белковая масса 4 600 м3 -
Г азовые турбины 1,6 45 кг/с -
Станции ГПС-1 и ГПС-2 успешно эксплуатируются уже несколько лет.
На данный момент станция ГПС-3 конструктивно не представлена, разработана лишь ее схема, необходимая комплектовка узлов станции оборудованием.
Газоподготовительная станция ГПС-3 предназначена для подготовки к использованию метановоздушных смесей с повышенным содержанием метана (от 40 % и выше) к полезному использованию в качестве моторного топлива, химического сырья, топлива котельных и др.
Станция ГПС-3 включает в себя три линии:
• линию подачи каптируемого газа;
• линию подачи атмосферного воздуха;
• линию подготовленного газа.
Первой стадией подготовки метановоздушной смеси является процесс влагоудаления на линии подачи каптируемого газа. Этот процесс предотвращает образование ледяных и гидратных пробок, ведущих к полной или частичной закупорке газопроводов станции. Также снижается коррозия металлов, что увеличивает ресурс работы газопроводов и оборудования.
Удаление влаги из метановоздушной смеси возможно следующими методами:
- метод конденсации;
- абсорбционный метод;
- адсорбционный метод;
- метод сепарации.
Для осушения газа существует ряд устройств, принцип работы которых основан на перечисленных выше методах.
Для осуществления процесса влагоудаления при подготовке метановоздушной смеси предлагается укомплектовка станции одним из следующих устройств:
- влагоотделитель;
- гликолевый осушитель;
- сиккативный осушитель;
- газовый сепаратор.
На сегодняшний день в промышленных газовых сетях наиболее часто применяются магистральные влагоотделители для отделения сконденсировавшейся влаги (рис. 1). Слив конденсата - ав-
томатический поплавковый. Возможен слив конденсата с использованием электромагнитного клапана с реле времени.
Рис. 1. Магистральный водоотделитель
Абсорбционный метод реализуется в гликолевом осушителе. Осушаемый газ_направляется в нижнюю часть абсорбера, а навстречу ему с верха колонны стекает раствор поглотителя влаги -ди- или триэтиленгликоля. Массообмен между газом и поглотителем осуществляется на контактных устройствах - тарелках, где газ барботирует через поглотитель. Поглощенная вода затем выпаривается в десорбере.
Применяется при высоких температурах > 21,1°С и при любом давлении.
Сиккативный осушитель - устройство, не требующее внешнего питания и не содержащее движущихся частей, реализуется адсорбционный метод. В сиккативном осушителе (рис. 2) газ подается снизу в емкость десорбера под сеткой. Сетка и слой керамических шариков предотвращают проваливание гранул сиккатива в отстойник. Влажный газ проходит вверх через осушающий слой. При соприкосновении газа с гранулами сиккатив поглощает воду, постепенно растворяется и стекает в отстойник. Слив раствора - руч-
ной либо автоматический. По мере прохождения процесса влаго-поглощения сиккатив постепенно убывает.
Наполнительный люк (с резьбовой пробкой)
Смотровое окно объединения
Подача газа | )
Манометр
Монтажная петля
Отвод газа Осушающий опой
Слой керамических шариков Сетка
Отверстие для аварийного клапана сброса
Отстойник Сливная пробка
Рис. 2. Схема сиккативного осушителя
Сиккативы - гигроскопичные соли. Наиболее часто используется дешевый сиккатив-хлорид кальция. Хлорид лития - более дорогой сиккатив.
Применяется при температурах до 21,1°C и давлении более 0,7 МПа (при использовании хлорида лития). При больших температурах необходимо охлаждение газа.
Эмиссия газа происходит только при открытом осушителе, т.е. при добавлении новых гранул сиккатива.
Американские специалисты в рамках программы Natural Gas Star провели сравнительный анализ гликолевого осушителя с сик-кативным. Результат показал, что применение сиккативных осушителей экономически и экологически более выгодно. Гликолевые осушители выбрасывают в атмосферу часть газа через гликолевый десорбер, кроме того, имеют место утечки газа через устройства
пневматического управления. В сиккативных осушителях вышеперечисленных потерь газа не происходит.
Рис. 3. Циклонный сепаратор
Газовые сепараторы, как правило, имеют сепарационные секции: основную сепарационную (для отделения большей части жидкости из газового потока); осадительную, в которой примеси отделяются под действием сил гравитации; окончательной очистки газа (от мельчайших капель жидкости); для сбора и предварительного отстоя жидкости. Газовые сепараторы разделяются по типу основного сепарационного устройства на гравитационные, циклонные (центробежные) и насадочные; по положению сборника жидкости
— с выносным сборником и со сборником, находящимся в объёме газового сепаратора. Принцип действия гравитационных газовых сепараторов основан на снижении скорости газа в них до такой величины, при которой примеси оседают под действием силы тяжести и периодически сбрасываются по мере накопления. Гравитаци-
онные газовые сепараторы просты по конструкции и изготовлению, надёжны в работе, однако очень громоздки, металлоёмки, и эффективность их составляет 70—85%. В циклонных газовых сепараторах сепарация примесей происходит под действием центробежных сил. При равной с гравитационными эффективности циклонные газовые сепараторы обладают большей пропускной способностью, менее металлоёмки и имеют меньшие габаритные размеры.
В циклонном сепараторе (рис. 3.) газ движется сверху вниз по спирали, а вместе с ним влага, твердые частицы, масло. Под действием инерции фракции влаги, отделяются от потока газа и поступают в конденсатоотводчик благодаря земному притяжению. Сами конденсатоотводчики отличаются по исполнению. Самые простые
- это конденсатоотводчики, которые обслуживает оператор, откручивая винт в нижней части сепаратора и сливая излишки влаги.
Более совершенные конденсатоотводчики - это конденсатоотвод-чики поплавкового типа. Самыми технологичными являются электронные конденсатоотводчики, которые можно запрограммировать на различные режимы работы и подключить к единой компьютерной сети, дистанционно осуществляя слив конденсата.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сухоченков А.С. Анализ работ по использованию метана угольных месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень // Тематическое приложение: Метан. - М.: МГГУ, 2006.
2. А.С. 767363 (СССР). Дегазационная установка /Лаврик В.Г., Гаязов Н.И., Мирончак О.П. и др. - Опубл. в Б.И. , 1980, №36.
3. А.С. 1209898 (СССР). Дегазационная установка /Лаврик В.Г., Мирончак О.П., Гаязов Н.И. - Опубл. в Б.И. , 1986, №5.
4. Патент № 2299331 (РФ). Установка для подготовки шахтного метана к утилизации / Пучков Л.А., Малашкина В.А., Каледина Н.О..- Опубл. в Б.И., 2007, № 14.
5. Малашкина В.А. Дегазационные установки: Учеб. пособие. 2-е издание. -М.: Изд-во МГГУ, 2007.
6. Малашкина В.А., Вострикова Н.А. Выбор режимов транспортирования метановоздушной смеси по подземному дегазационному трубопроводу // Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. - М.: Изд-во МГТУ, 2003. -С. 13-18. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------
Малашкина В. А. - д.т.н., профессор,
Баловцев П.В. - студент,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
