高向放 呂向亭 呂承法
(山東能源新礦集團山東新陽能源有限公司,山東 濟陽 251401)
乳化液是煤礦液壓設備的傳動介質,在液壓系統(tǒng)中起血液作用,乳化液濃度過高或過低都不利于設備性能的發(fā)揮。山東新陽能源有限公司(以下簡稱新陽能源)井下水質較差,具有較強堿性,配比出來的乳化液對綜采支架元件腐蝕較大,支架經(jīng)常出現(xiàn)串漏液現(xiàn)象,嚴重影響了安全生產(chǎn)。為此,新陽能源結合工作面需液要求,建設了乳化液集中配比供液站。該系統(tǒng)應用反滲透膜水處理技術設計了井下水處理裝置,研制了變頻條件下的乳化液自動配比裝置,配比出的乳化液濃度符合要求,保證綜采支架的正常使用。
乳化液集中配比供液站主要由預處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、乳化液自動配比系統(tǒng)、乳化液輸送系統(tǒng)、遠程集中控制系統(tǒng)等組成,見圖1。各系統(tǒng)由相應的設備或裝置組成,見圖2。
該系統(tǒng)中,礦井水(以下統(tǒng)稱原水)通過處理后成為符合要求的純凈水。乳化油經(jīng)投加裝置與純凈水配比成為符合要求的乳化液,并進入乳化液箱,由離心泵打壓至采區(qū)泵站水箱,供各個工作面使用。
圖1 工藝流程圖
圖2 設備安裝示意圖
預處理系統(tǒng)由原水箱、原水泵、錳砂過濾器、活性炭過濾器等組成,它的作用是去除原水中粒度大于20μm的機械雜質以及經(jīng)過絮凝的小分子有機物和部分的膠體,使出水濁度≤5mg/L。
2.1.1 原水箱
原水箱是一個容積為15m3的水箱,水箱采用304不銹鋼拼接而成,水箱內(nèi)安裝了電磁閥自動補水裝置,當水箱內(nèi)低水位時自動補水。
原水采用老空水,老空水經(jīng)過采空區(qū)層層凈化,水質較好,一方面減少了礦井排水費用,另一方面也提高了原水水質。
2.1.2 原水泵
原水泵是不銹鋼立式多級離心泵,流量為20m3/h,揚程47m,所配電機功率為5.5kW。原水泵的作用是為預處理系統(tǒng)提供壓力0.4 MPa左右原水。
2.1.3 錳砂過濾器、活性炭過濾器
錳砂過濾器、活性炭過濾器(統(tǒng)稱粗過濾裝置)是粗濾的主體。材質是玻璃鋼,其內(nèi)壁采取了防腐襯膠處理,下部采用濾帽方式布水。共設置2臺錳砂過濾器、2臺活性炭過濾器。
錳砂、活性炭過濾器尺寸為Φ1000×1850mm,可承受壓力≤0.6 MPa。錳砂過濾器中裝有不同規(guī)格的各種顆粒型錳砂,以去除水質中各種顆粒型等比較大的懸浮物,從而降低后續(xù)設備的運行負荷?;钚蕴窟^濾器內(nèi)裝有果殼類活性炭,其主要目的是除去水質中的色度、異味等。4臺過濾器內(nèi)部濾料總填裝高度為1m,每臺過濾器頂端裝有手動控制閥,可進行反洗。
反滲透系統(tǒng)是整個水處理裝置的核心部分,它由精密過濾器、高壓泵、反滲透膜及膜殼、阻垢劑投加裝置、閥組及流量計組成。
2.2.1 精密過濾器
精密過濾器被安裝在反滲透系統(tǒng)的框架上,它是由不銹鋼壓力容器、15支聚丙烯噴熔濾芯(長1016m,過濾精度5μm)、排污閥和排氣閥組成。該壓力容器尺寸為Φ2325×1000 mm,其承受壓力≤0.6 MPa。
精密過濾器的主要作用是濾除掉水中所含的直徑大于5μm的細微雜質,以進一步確保反滲透系統(tǒng)的運行安全。
2.2.2 高壓泵
高壓泵是不銹鋼立式多級離心泵,流量為20m3/h,揚程142 m,所配電機功率為15 kW。
高壓泵的作用是為反滲透系統(tǒng)提供壓力1.5MPa左右原水。
2.2.3 阻垢劑投加裝置
阻垢劑投加裝置由投加泵及阻垢劑箱組成。主要作用是向凈化的水中投加阻垢劑,以防止這些鈣、鎂離子生成的難溶性的鹽在反滲透系統(tǒng)中膜表面上沉淀結垢,從而影響膜的使用壽命。
2.2.4 反滲透膜及膜殼
反滲透膜規(guī)格為CPA3-8040,共9支。膜殼采用的是玻璃鋼壓力容器,其承受壓力為2.5 MPa,接口為側聯(lián)式卡套聯(lián)接,數(shù)量為3支,每支這樣的膜殼共裝有上述反滲透膜3支。
反滲透膜及膜殼組成的單元被稱為膜組件,本凈化水裝置共使用了3個這樣的膜組件,它們呈豎式排列。兩段的凈水從每只膜殼一端的中心孔排出,共同匯集在一起向純水箱輸送,流量為10m3/h。
2.2.5 閥組及流量計
閥組由高壓泵進水球閥、高壓泵出水節(jié)流閥、濃縮水節(jié)流球閥等組成,安裝在相應管路上。流量計由凈水流量計、濃縮水流量計等組成,安裝在相應管路上。
本系統(tǒng)的產(chǎn)水量是由“濃縮水節(jié)流閥”來調定的。
2.2.6 純水箱
純水箱是一個容積為15m3的水箱,水箱采用304不銹鋼拼接而成。該水箱作用是儲存凈化水,為后續(xù)乳化液配比提供水源。
乳化液自動配比系統(tǒng)由乳化液油箱、計量泵、流量計、乳化液箱等組成,它能自動配比出符合濃度要求的乳化液。
2.3.1 乳化液油箱
乳化液油箱是一個容積為3m3油箱,油箱采用304不銹鋼拼接而成。該油箱的作用是儲存乳化油,為后續(xù)乳化液配比提供乳化油。
2.3.2 計量泵
該計量泵為變頻式計量泵,流量1000 L/min,電壓380 V,功率0.75 kW。
計量泵的作用是將乳化油油箱中的乳化油投加入系統(tǒng)中,以實現(xiàn)乳化液的配比。
2.3.3 流量計
在水和乳化油管路中都裝有流量計,來實時監(jiān)測水和油的流量狀態(tài)。通過PLC的計算,準確實現(xiàn)配比出來的乳化液濃度保持在設定的范圍之內(nèi)。
2.3.4 乳化液箱
乳化液箱是一個容積為15m3液箱,液箱材質采用304不銹鋼拼接而成。液箱內(nèi)設計有液位傳感器,低液位時配比系統(tǒng)運行,高液位時配比系統(tǒng)自動停止。
該系統(tǒng)由一臺多級泵、流量計、管路等組成,多級泵型號為MD85-45×3,流量85m3/h,揚程135m,功率55 kW,管路為DN50鍍鋅鋼管。
該系統(tǒng)的作用主要是向各采區(qū)泵站集中輸送配比好的乳化液,然后由采區(qū)泵站輸送至回采工作面。
該系統(tǒng)由顯示屏、檢測元件、執(zhí)行元件、傳輸線路等組成,具有就地和遠程控制功能??梢詫崟r顯示系統(tǒng)中的配液濃度、配液量、各個工作面用液量、設備運行時間等參數(shù),具有數(shù)據(jù)儲存及上傳功能,并實現(xiàn)在地面調度室遠程控制系統(tǒng)的運行。
該乳化液集中配比供液站已在新陽能源井下穩(wěn)定運行,達到了設計要求。
該系統(tǒng)采用了變頻條件下的自動配比,并采用紊流技術,使配比準確度有了顯著提高,增強了液壓支架的潤滑度及防腐性能,減少了設備的維修費用,延長了設備的使用壽命。該系統(tǒng)采用了集中配液,并通過井下分支機構輸送到各個工作面,實現(xiàn)了工作面乳化液的集中供應。
使用該系統(tǒng)可減少液壓支架各部件損壞量及乳化油的用量。
(1)按一個工作面計算:① 減少推移維修10個/月,費用3.0萬元/月;② 減少閥組維修7個/月,節(jié)約1.75萬元/月;③ 減少立柱維修10個/月,節(jié)約5.9萬元/月;④ 減少了兩名維修人員,每人每月按4500元計算,節(jié)約人工費用0.9萬元/月;⑤ 節(jié)約乳化油800 kg/月,節(jié)約費用0.51萬元;共計節(jié)約費用12.06萬元/月。
(2)目前該乳化液集中配比站供2個工作面使用,每月可節(jié)約24.12萬元,每年可節(jié)約289.44萬元。
該乳化液集中配比供液站投入使用后將極大提高泵站的工作性能,提高效率,減少液壓支架的維修費用,減輕工人的勞動強度,具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益,極具推廣價值。