Установки компрессорные для утилизации шахтного метана

А.С. Диденко, ОАО «НПАО ВНИИкомпрессормаш» (г. Сумы, Украина)

Метан, содержащийся в угольных пластах и выделяющийся при их разработке, при определенной степени концентрации чрезвычайно взрывоопасен. Вместе с тем он, по оценкам экологов, является одним из сильнейших парниковых газов, воздействие которого на атмосферу в 26 раз превышает воздействия углекислого газа. Поэтому утилизация метана имеет важное значение как для обеспечения безопасной эксплуатации угольных шахт, так и для решения вопросов по защите окружающей среды. Внимание к этой проблеме продиктовано также и экономическими интересами.

В странах СНГ, которые по запасам метана занимают одно из ведущих мест в мире, использование этого газа позволит в значительной степени удовлетворить потребности экономики в энергоресурсах. Решить проблему утилизации шахтного метана можно с помощью установок компрессорных газоутилизационных. Их создание - одно из перспективных направлений, реализуемых специалистами ОАО «НПАО ВНИИкомпрессор-маш», входящего в состав концерна «Укрросметалл».

Установка компрессорная газоутилизационная УКГ-5/8 (фото1) предназначена для утилизации шахтного газа (действующих и закрытых шахт) посредством его сжигания в специальной камере, что предотвращает выделение метана в атмосферу.

Область применения установки - утилизация попутного газа в горнорудной промышленности; утилизация биогаза газа в сельском хозяйстве, а также свалочного газа в отходоперерабатающем комплексе. Данная компрессорная установка УКГ 5/8 в сравнении с немецкими аналогами имеет более упрощенную систему САУК, быстрые сроки окупаемости, высокое качество и надежность.

Во втором варианте газ КТЭС подается от компрессора УКГ-5/8, а излишнее количество газа, откачиваемое компрессором, сжигается в самой УКГ-5/8.

Непосредственно из дегазационной скважины газ можно откачивать одной или несколькими параллельно работающими установками. УКГ-5/8 может подключаться к дегазационному трубопроводу впереди или сзади передвижной поверхностной вакуумно-насосной станции (ПВНС). В последнем варианте подключение дегазационного трубопровода к УКГ-5/8 производится непосредственно после ее компрессора, т.е. компрессор УКГ-5/8 не работает.

Техническая производительность УКГ-5/8 ограничена 8 МВт тепловой энергии, оптимальной длительной мощностью считается 5 МВт.

Автоматика УКГ-5/8 производит постоянный автоматический анализ поступающего газа на содержание СН4, О2 и СО2. На действующих шахтах допускается сжигать утилизируемый газ при содержании метана не менее 25% вне зависимости от содержания кислорода.

На закрытых шахтах при содержании кислорода менее 6% допускается работа УКГ-5/8 при любом содержании метана, а при содержании кислорода 6% и более допускается работа установки при содержании метана 25% и более.

Шахтный газ можно упрощенно рассматривать в качестве бинарного соединения с компонентами метана и двуокиси углерода. Метан вместе с кислородом в определенных концентрациях образует взрывоопасную смесь, поэтому установка оснащена преградителя-ми пламени.

Область взрывоопасности чистого метана в воздухе находится в интервале 5-15%. При наличии двуокиси углерода и азота область взрывоопасности сужается.

Установка выполнена для автоматической непрерывной эксплуатации и не требует постоянного надзора. Однако такая эксплуатация предусматривает регулярное и квалифицированное проведение необходимых работ по обслуживанию. Оборудование, согласно нормам ISO, установлено в звуко- и теплоизолированном стальном 20-ти футовом контейнере, который через трубопровод связан со скважиной в выработанном пространстве. Благодаря использованию контейнера установка очень компактна и может быть в короткий срок перемещена с одного места на другое.

Контейнер разделен на компрессорное отделение (фото 2), помещение для камеры сжигания (фото 3) и помещение для распределительного устройства. В компрессорном отделении находится компрессор для откачивания газа. К распределительному устройству относится комплект автоматического регулирования компрессора и камеры сжигания, а также оборудование для анализа газа. В каждое из отделений можно попасть снаружи через отдельную дверь.

Установка УКГ-5/8 имеет следующий принцип работы. Газ в установку поступает от дегазационной скважины через трубопровод всасывания. Пройдя влагоотделитель и фильтр, газ попадает в ротационный компрессор, где сжимается до 0.1 атм. После ротационного компрессора газ разделяется на два потока: один из потоков поступает в камеру сгорания, другой - к потребителю. В качестве потребителя может выступать КТЭС.

Схема подключения УКГ-5/8 представлена на рис. 1.

Установка типа УКГ-5/8 имеет газоаналитическую систему, которая производит постоянный анализ газа как в трубопроводе, так и в помещении контейнера. В случае возникновения утечек газа повышается его концентрация внутри контейнера. При достижении концентрации 0.5% метана в воздухе включается вентиляция, которая обеспечивает проветривание, а при 1% происходит отключение установки. При возникновении аварийной ситуации, когда утечку газа невозможно устранить проветриванием, т.е. концентрация газа внутри помещения растет, закрываются аварийные задвижки (время закрытия 1 сек.) и происходит выключение установки. После удаления газа из помещения установка включается в автоматическом режиме.

Для предотвращения искрообразова-ния внутри трубопроводов установка снабжена преградителями пламени. Кроме этого, постоянно ведется контроль температуры и давления внутри трубопроводов.

Процесс горения в камере сгорания контролируется. В трубе факела установлен ультрафиолетовый датчик контроля пламени. Он контролирует наличие пламени.

Установка снабжена системой спутниковой передачи данных, с помощью которой можно следить за работой установки не выезжая на объект.

Данная установка является первой ступенью для газоутилизационного комплекса. Она производит откачку газа из скважины, выполняет его чистку и подготавливает для дальнейшего использования в комплексе. Второй ступенью является контейнерная теплоэлектростанция типа КТЭС.

В состав установки типа КТЭС входит дизель-генератор, адаптированный для работы на газообразном топливе. В процессе работы установка вырабатывает электроэнергию и тепловую энергию как побочный продукт. Отбор тепловой энергии происходит за счет водяной системы охлаждения дизель-генератора путем подключения данной системы к системе отопления разных объектов.

Все комплектующие и установки сертифицированы. Их использование отвечает условиям Киотского протокола и является эффективным в обеспечении паритета интересов экономики и окружающей среды. В частности, речь идет о торговле квотами - разрешениями на выбросы. С помощью продаж квот установка компрессорная УКГ-5/8 окупается за 3 месяца.

Кроме установки компрессорной газоутилизационной УКГ-5/8 концерн «Укрросметалл» производит широкий ассортимент компрессорной техники для горнодобывающей отрасли, среди которой:

- установки компрессорные винтовые шахтные передвижные УКВШ для снабжения сжатым воздухом пневматических инструментов и приводов механизмов в подземных выработках шахт и надшахтных зданиях;

- винтовые компрессорные установки ВВ для буровых станков типа СБШ, для очистки скважин от продуктов бурения и охлаждения бурового инструмента;

- станции азотные мембранные винтовые передвижные АМВП для получения из атмосферного воздуха азота с концентрацией от 90 до 97%, используемого для предупреждения, локализации и тушения подземных пожаров в шахтах, обеспечения безопасности ведения горных работ, а также для других пожаровзрывобезопасных технологий в народном хозяйстве;

- винтовые компрессорные передвижные станции НВЭ с винтовым компрессором и приводом от электродвигателя для снабжения сжатым воздухом различных систем, пневматических инструментов, цеховых линий и других потребителей.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2008, стр.40