CN107462689A - 一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法，其属于煤炭地下气化监测技术领域，该标定***中的CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪、工业交换机和DCS控制***组成了工业控制网络。DCS控制***用于显示CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪所采集的逸散煤气中CO、CO2、H2的浓度和逸散量。根据DCS控制***实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，进行比较、分类，将逸散气体浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定后，可以形成不同的等值边界曲线，进而确定不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界，从而能够跟踪监测气化炉的密闭性，及时采取相应的应急措施，预防煤气泄漏导致的生产事故。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化监测技术领域，具体涉及一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法。
背景技术
煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。当利用钻孔式煤炭地下气化技术开采原位煤层时，煤层受热后裂隙将以气化炉为中心，逐渐向四周发育，并延伸到气化炉的边界。虽然气化炉四周已经设计一定宽度的安全煤柱，但是随着原位煤层气化强度的升高，煤层裂隙的发育程度增大了煤气泄漏的风险，因此，需要在气化炉四周的地层中设置相应的煤气逸散监测***，密切关注煤气的逸散现状，确定不同煤气逸散浓度和逸散量的煤气逸散边界，以便及时地采取应急措施，避免发生大规模煤气泄漏事故。
公开号为CN1673487A的中国发明专利，公开了一种地下气化炉运行状态监测***，其分为炉内监测和炉外监测及注入、输出监测三个子***，实现了地下气化炉运行动态的直接监测。该监测***是在气流通道和气化炉内监测钻孔中安设保护管，管中装设监测装置，直接采集气化炉运行状态参数。必要时在气化炉***布设监测巷和炉外监测钻孔，孔内分层设炉外状态传感器组，直接采集气化炉***的状态参数。采集的所有信息被传送到信息处理、存储、显示装置中，据此了解气化进行状态，及时采取相应措施。这一监测***仅仅用来监测地下气化炉的运行动态，并没有对气化炉四周的地层中煤气的逸散情况加以监测，而如前所述，随着原位煤层气化强度的升高，煤层裂隙的发育程度增大了煤气泄漏的风险，因此，需要在气化炉四周的地层中设置相应的煤气逸散监测***，密切关注煤气的逸散现状，确定不同煤气逸散浓度和逸散量的煤气逸散边界，以便及时地采取应急措施，避免发生大规模煤气泄漏事故。正是基于此，本发明设计了一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法，其能够监测气化炉四周的煤气逸散现状，确定不同煤气逸散浓度和逸散量的煤气逸散边界。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，包括：
多个垂直孔，其均匀分布在气化炉的四周；
工业交换机与DCS控制***，两者相互连接；
CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪，三者均与所述工业交换机相连，并被放置在所述垂直孔内。
作为优选，多个垂直孔呈双层圆环形环绕气化炉设置。
作为优选，每一层圆环上垂直孔的数量均为八个，各个垂直孔的中心与双层圆环的环心连线呈“米”字型。
作为优选，所述垂直孔的底端位于煤层的底板处。
作为优选，所述垂直孔内自下而上依次填充有石块和活性炭。
作为优选，所述石块和活性炭的填充高度高于地下水水位。
作为优选，所述CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪被所述活性炭包围。
作为优选，所述石块的宽度和所述活性炭的宽度均为所述垂直孔孔径的1/4～1/3。
作为优选，所述CO检测仪所检测的CO的浓度范围为12.5％～74％，所述CO2检测仪所检测的CO2的浓度范围为12％～70％，所述H2检测仪所检测的H2的浓度范围为5％～75％。
一种上述任一项所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其标定方法如下：
在气化过程中，根据DCS控制***实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，将气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定，绘制不同气体浓度和逸散量的等值边界曲线，确定气化炉四周地层区域中不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界；当气体逸散量超过煤气中相应气体流量的1/10时，则可根据等值边界曲线确定泄漏点位置。
本发明所提供的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法，CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪、工业交换机和DCS控制***组成了工业控制网络。DCS控制***用于显示CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪所采集的逸散煤气中CO、CO2、H2的浓度和逸散量。根据DCS控制***实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，进行比较、分类，将逸散气体浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定后，可以形成不同的等值边界曲线，进而确定不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界，从而能够跟踪监测气化炉的密闭性，及时采取相应的应急措施，预防煤气泄漏导致的生产事故。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***的俯视图；
图2为本发明实施例提供的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***的剖视图。
附图标记说明：
1、垂直孔；2、工业交换机；3、DCS控制***；4、CO检测仪；5、CO2检测仪；6、H2检测仪；7、石块；8、活性炭；9、气化炉。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
如图1和图2所示，一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，包括垂直孔1、工业交换机2、DCS控制***3、CO(一氧化碳)检测仪4、CO2(二氧化碳)检测仪5、H2(氢气)检测仪6。其中，工业交换机2，也称作工业以太网交换机，即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，由于采用的网络标准，其开放性好、应用广泛以及价格低廉、使用的是透明而统一的TCP/IP协议，以太网已经成为工业控制领域的主要通信标准。工业交换机具有电信级性能特征，可耐受严苛的工作环境。产品系列丰富，端口配置灵活，可满足各种工业领域的使用需求。DCS控制系3，集散控制***简称DCS(Distributed Control System)也可直译为“分散控制***”或“分布式计算机控制***”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。CO(一氧化碳)检测仪4、CO2(二氧化碳)检测仪5、H2(氢气)检测仪6分别用于检测气体中的CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、H2(氢气)。垂直孔1为多个，均匀分布在气化炉9的四周。如图1所示，在本实施例中，多个垂直孔1呈双层圆环形环绕气化炉9设置，进一步优选地，每一层圆环上垂直孔1的数量均为八个，各个垂直孔1的中心与双层圆环的环心连线呈“米”字型。如此结构，既方便打孔，又能确保标定的精度。工业交换机2与DCS控制***3相互连接。CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6，三者均与工业交换机2相连，并且这三者被放置在垂直孔1内。工业交换机2、DCS控制***3、CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6组成了工业控制网络。DCS控制***3用于显示CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6所采集的逸散煤气中CO、CO2、H2的浓度和逸散量。优选地，CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6均具有防水、报警和输出模拟信号的功能。CO检测仪4所检测的CO的浓度范围为12.5％～74％，CO2检测仪5所检测的CO2的浓度范围为12％～70％，H2检测仪6所检测的H2的浓度范围为5％～75％。
在开设垂直孔1时，如图2所示，垂直孔1的底端位于煤层的底板处，垂直孔1内自下而上依次填充有石块7和活性炭8。优选地，石块7的宽度和活性炭8的宽度均为垂直孔1孔径的1/4～1/3，CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6被活性炭8包围，石块7和活性炭8的填充高度高于地下水水位，如此结构既可以为气体预留足够的渗流通道，减小渗透阻力，又可以支撑各个检测仪，使各个检测仪远离地下水，避免进水后造成损坏。
上述煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，在煤层气化过程开始前，对***进行安装、调试。首先向气化炉9四周的垂直孔1中从下到上依次填充石块7、活性炭8，并放入各个检测仪，确保检测仪被活性炭8包围；然后将各个检测仪的输出信号经工业交换机2输送到DCS控制***3中，并对整个工业网络进行调试。
该煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其标定方法如下：
在气化过程中，CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6实时检测气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，并通过工业交换机2上传到DCS控制***3中，DCS控制***3用于显示CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6所采集的逸散煤气中CO、CO2、H2的浓度和逸散量。
根据DCS控制***实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，将气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定，绘制不同气体浓度和逸散量的等值边界曲线，确定气化炉四周地层区域中不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界；当气体逸散量超过煤气中相应气体流量的1/10时，DCS控制***3进行超限报警，并根据等值边界曲线确定泄漏点位置，采取应急措施，降低煤气的泄漏程度。
本实施例所提供的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***及其标定方法，CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6、工业交换机2和DCS控制系3统组成了工业控制网络。DCS控制***3用于显示CO检测仪4、CO2检测仪5、H2检测仪6所采集的逸散煤气中CO、CO2、H2的浓度和逸散量。根据DCS控制***3实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，进行比较、分类，将逸散气体浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定后，可以形成不同的等值边界曲线，进而确定不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界，从而能够跟踪监测气化炉的密闭性，及时采取相应的应急措施，预防煤气泄漏导致的生产事故。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，包括：
多个垂直孔，其均匀分布在气化炉的四周；
工业交换机与DCS控制***，两者相互连接；
CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪，三者均与所述工业交换机相连，并被放置在所述垂直孔内。
2.根据权利要求1所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，多个垂直孔呈双层圆环形环绕气化炉设置。
3.根据权利要求2所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，每一层圆环上垂直孔的数量均为八个，各个垂直孔的中心与双层圆环的环心连线呈“米”字型。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述垂直孔的底端位于煤层的底板处。
5.根据权利要求4所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述垂直孔内自下而上依次填充有石块和活性炭。
6.根据权利要求5所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述石块和活性炭的填充高度高于地下水水位。
7.根据权利要求6所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述CO检测仪、CO2检测仪、H2检测仪被所述活性炭包围。
8.根据权利要求5所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述石块的宽度和所述活性炭的宽度均为所述垂直孔孔径的1/4～1/3。
9.根据权利要求1所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其特征在于，所述CO检测仪所检测的CO的浓度范围为12.5％～74％，所述CO2检测仪所检测的CO2的浓度范围为12％～70％，所述H2检测仪所检测的H2的浓度范围为5％～75％。
10.一种如权利要求1至9中任一项所述的煤炭地下气化煤气逸散边界标定***，其标定方法如下：
在气化过程中，根据DCS控制***实时显示的气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量，将气体中CO、CO2、H2浓度和逸散量等值的垂直孔位置标定，绘制不同气体浓度和逸散量的等值边界曲线，确定气化炉四周地层区域中不同气体浓度和逸散量的煤气逸散边界；当气体逸散量超过煤气中相应气体流量的1/10时，则可根据等值边界曲线确定泄漏点位置。
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