一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置

1.本发明涉及瓦斯输送或抽采管路爆炸灾害抑制技术领域，具体为一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置。


背景技术：

2.目前，煤层瓦斯抽采是我国开采瓦斯资源的主要手段，同时也保障煤矿安全开采的必要措施之一。在瓦斯抽采过程中难免会混入煤尘，而煤尘带有一定量的电荷，长距离的管道运输过程中发生过多的碰撞会产生静电。静电瞬间释放能量可以达到几十甚至上百毫焦。而瓦斯是一种易燃易爆的危险气体，在爆炸浓度范围内0.28mj的能量就能引起爆炸。静电产生的能量足以引爆瓦斯，造成爆炸事故。而在直管中瓦斯流动符合层流特征，流线稳定，煤尘不会发生过多碰撞，但在管道转弯处会产生湍流，煤尘碰撞几率急剧增大，产生静电引发爆炸的几率也增大。目前还没有有效的方法来一直管道弯道处湍流的产生，从而没有一种有效的技术手段来消除瓦斯输送(抽采)管道弯道处的静电。


技术实现要素：

3.为解决以上现有问题，本发明提供一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置。本发明通过以下技术方案实现。
4.一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置，包括装置本体；
5.所述装置本体包括喷雾模块、螺旋导流模块、导电接地模块以及自清洗模块；
6.所述装置本体安装于管道拐弯处，喷雾模块置于弯道前段，螺旋导流模块置于喷雾模块后侧，在弯道内部，其外部直径与弯道内径相同，其内部构为螺旋发展的细孔管；所述导电接地模块的一端与螺旋导流模块连接，其另一端伸出管道外接地；所述自清洗模块包括定时开启装置、外接高压水源和高压水喷头，位于螺旋导流模块与喷雾模块之间，停用时折叠紧靠管壁，启用时，高压水喷头垂直于所述螺旋导流模块流体进入平面。
7.进一步的，所述喷雾模块由管道内部的环形供水管路、喷头以及管道外部的加压供水管路构成；所述环形供水管路布置在管道内壁一周；所述喷头数量为4个，均匀布置在所述环形供水管路上；所述加压供水管路一端透过所述瓦斯抽采管路外壁与所述环形供水管路连接，另一端与矿井供水管路连接，管路与弯道管道交界处使用密封胶进行密封处理；所述加压供水管路上设有用于除尘导电液添加的溶剂添加口；所述环形供水管路紧贴抽采管路内壁，所述加压供水管路上设有开关控制喷雾开停，其喷头采用螺旋式超细细水雾喷头。
8.进一步的，所述螺旋导流模块位于抽采或输送的管道拐弯处内部，截面直径与所述管道内部直径相同，弯曲程度和弯曲长度均与管道相等；所述螺旋导流模块内部为相互平行的细孔管，细孔管截面呈正六边形，各通道围绕所述螺旋导流模块中心线螺旋发展，弯道右转时螺旋为顺时针方向发展，弯道左转时螺旋为逆时针方向发展；所述螺旋导流模块入口处圆截面与所述管道内气体流向垂直，所述细孔管间壁迎风面呈流线型，材料选用奥
氏体不锈钢1cr18ni9。
9.进一步的，所述导电接地模块采用低电阻、高导电率材料制成，导电接地模块半包围在所述螺旋导流模块外，接地之上、瓦斯抽采管道之外部分包裹耐腐蚀绝缘材料，与瓦斯抽采管道交接处使用绝缘密封胶进行绝缘和密封处理，与螺旋导流装置相连接一端为弧形片状金属板，紧贴瓦斯管道管壁，与螺线导流装置细孔管壁面焊接处理；所述导电接地模块进入地表零电位深度不小于10cm。
10.进一步的，所述自清洗模块包括控制装置、外接高压水源和清洗装置，位于螺旋导流模块与喷雾模块之间；所述控制装置可以按照需要设置开启时间间隔和开启时长；所述外接高压水源通过承压柔性管管路透过抽采管路外壁与所述清洗装置内部管路连接，管路与抽采管路交界处做密封处理；所述清洗装置的形状为与瓦斯抽采管路截面弧度相等的网状曲面，内部分布有管路，管路与外接高压水源联通，其水平放置时投影面积与螺旋导流模块横截面面积相同，下端使用转轴与瓦斯抽采管道内壁相连；螺旋导流模块上设有透气孔，凸面上布置有出水孔开启时出水孔与螺旋导流模块上细孔管截面一一对应；转轴在瓦斯抽采管道内侧底端，对应管道顶端有凸起限位器；清洗装置不工作时紧贴抽采管路壁面，降低湍流产生，不与转轴连接一端朝向螺旋导流模，当达到开启时间后，控制装置发出指令打开外界高压水源与高压清洗装置的电磁阀，高压水进入清洗装置，在高压水的发作用力下清洗装置由紧贴管道壁的水平状态变为竖直状态，上端被限位器限制；各出水孔一一对应细孔管进行清洗，同时透气孔可使瓦斯正常流过螺旋导流模块；冲洗完成后控制装置发出指令关闭外界高压水源与高压清洗装置的电磁阀，清洗装置在瓦斯气体压力作用下复位；所述电磁阀的开启时间间隔和开启时长由所述控制装置设定。
11.进一步的，所述除尘导电液主要物质为[aoim]br(1-烯丙基-3-辛基咪唑溴盐)，其可以很大程度降低煤尘湿润性，增强除尘能力，对金属腐蚀具有一定抑制作用。
[0012]
进一步的，所述螺旋导流模块内部的各细孔管内部靠近弯道内侧壁面嵌有厚度为0.05mm的锌条，与不锈钢在湿润条件下形成原电池，保护不锈钢不被腐蚀。
[0013]
进一步的，所述螺旋导流模块的长度、其内部圆截面通道直径以及其螺旋角度都是按照具体情况通过数值模拟优选最佳配置，具体步骤如下：
[0014]
步骤1，收集管道参数，建立管道物理模型，并设置边界条件，采用k-ε湍流模型计算管内气体流动过程中流场分布，计算湍流强度
[0015]
步骤2，制作螺旋导流模块物理模型，并于抽采管路模型结合，设置相同边界条件，采用相同湍流模型，对加入螺旋导流模块的抽采管路流场进行模拟。改变内部圆截面通道直径以及螺旋角度，细孔管边长，优选湍流强度最低的螺旋导流模块参数最为最佳参数。
[0016]
步骤3，按照最佳参数制作螺旋导流装置模型，将螺旋导流模块与抽采管道物理模型组合，在一端通入含有荷电粉尘颗粒的风流，测试单位时间内管道中电和积累量，确定螺旋导流装置静电去除的效率。
[0017]
本发明的有益效果：本发明设计新颖，结构合理，可以有效的去除瓦斯抽采管路中悬浮的煤尘，减少弯道处湍流产生，有效泄放煤尘携带的电荷，消除静电产生，并具有自清洁防堵功能，可大面积推广应用。
附图说明
[0018]
图1为本发明一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置的整体结构示意图；
[0019]
图2为喷雾模块的结构示意图；
[0020]
图3为螺旋导流模块螺示意图；
[0021]
图4为导电接地模块的结构示意图；
[0022]
图5为导电接地模块与螺旋导流模块接触点示意图；
[0023]
图6为自清洗模块不工作时示意图；
[0024]
图7为自清洗模块启动时示意图；
[0025]
图8螺旋导流模块细孔管中镀锌位置示意图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图对本发明的技术方案作更为详细、完整的说明。
[0027]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0028]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]
具体实施例1，如图1所示，一种瓦斯输送或抽采管路弯道静电消除装置，包括装置本体，装置本体包括喷雾模块1、螺旋导流模块2、导电接地模块3以及自清洗模块4，装置本体安装于管道拐弯处，喷雾模块1置于弯道前，螺旋导流模块2置于喷雾模块1后，其外部直径与弯道内径相同，其内部构为螺旋发展的细孔管；导电接地模块3的一端与螺旋导流模块2连接，一端伸出管道外接地；自清洗模块4包括定时开启装置、外接高压水源和高压水喷头，位于螺旋导流模块2之前，高压水喷头垂直于螺旋导流模块2流体进入平面
[0030]
如图2所示，喷雾模块1由管道内部的环形供水管路101、喷头102和管道外部的加压供水管路103构成；喷雾模块1置于弯道前段，环形供水管路101布置在管道内壁一周，喷头102的数量为4个，均匀布置在环形供水管路101上；外部加压供水管路103一端透过抽采管路外壁与环形供水管路101连接，另一端与矿井供水管路连接，管路与弯道管道交界处使用密封胶进行密封处理，管道外部的加压供水管路103上布置有溶剂添加口104，用于除尘导电添加剂，增加除尘效果以及导电效果；环形供水管路101紧贴抽采管路内壁，加压供水管路103上设置有阀门105控制喷雾开停，喷头102采用adg980超细空气雾化喷嘴；
[0031]
如图3所示，螺旋导流模块2位于抽采或输送的管道拐弯处内部，截面直径与管道内部直径相同，弯曲程度、弯曲长度均与管道相等，螺旋导流模块2内部为相互平行的细孔管201，细孔管201的截面呈正六边形，各通道围绕螺旋导流模块2中心线螺旋发展，弯道右转时螺旋为顺时针方向发展，弯道左转时螺旋为逆时针方向发展，螺旋导流模块2入口处的圆截面与管道内气体流向垂直，细孔管间壁迎风面呈流线型，材料选用奥氏体不锈钢
(1cr18ni9)；
[0032]
如图4所示，导电接地模块3一端与螺旋导流模块2连接，其另一端伸出管道外接地，采用低电阻、高导电率材料制成(铜)；导电接地模块3半包围在螺旋导流模块2外，接地之上、瓦斯抽采管道之外部分包裹绝缘漆皮301，与瓦斯抽采管道交接处使用绝缘密封胶进行绝缘和密封处理；如图5所示，导电接地模块3与螺旋导流模块2相连接一端为弧形片状金属板302，紧贴瓦斯管道管壁，与螺旋导流模块2的细孔管201的壁面202焊接处理，导电接地模块3进入地表零电位深度不小于10cm，导电接地模块3在抽采管道之外部分直径不低于1cm，其中，在图4中，a为导电接地模块主体，b为导电接地模块地下部分，c处表示绝缘和密封处理；在图5中，d处表示焊接处理；
[0033]
如图6所示，自清洗模块4包括控制装置401、外接高压水源和清洗装置402，位于螺旋导流模块2与喷雾模块1之间；
[0034]
控制装置401可以按照需要设置开启时间间隔和开启时长；
[0035]
外接高压水源通过承压柔性管管路透过抽采管路外壁与高压清洗装置内部管路连接，管路与抽采管路交界处做密封处理；
[0036]
清洗装置402的形状为与瓦斯抽采管路截面弧度相等的网状曲面，内部分布有管路，管路与外界高压水源联通，其水平放置时投影面积与螺旋导流模块2横截面面积相同，下端使用转轴与瓦斯抽采管道内壁相连；螺旋导流模块2上有透气孔，凸面上布置有出水孔开启时出水孔与螺旋导流模块2上细孔管201截面一一对应，转轴403在瓦斯抽采管道内侧底端，对应管道顶端有凸起限位器；
[0037]
清洗装置402不工作时紧贴抽采管路壁面，降低湍流产生，不与转轴403连接一端朝向螺旋导流模2；当达到开启时间后，如图7所示，控制装置401发出指令打开外界高压水源与高压清洗装置402的电磁阀404，高压水进入清洗装置402，在高压水的发作用力下清洗装置402由紧贴管道壁的水平状态变为竖直状态，上端被限位器限制各出水孔一一对应细孔管201进行清洗，同时透气孔可使瓦斯正常流过螺旋导流模块2，冲洗完成后控制装置401发出指令关闭外界高压水源与清洗装置402的电磁阀404，清洗装置402在瓦斯气体压力作用下复位，控制装置401采用西门子plc为核心，封装符合井下防爆规定，可以设定电磁阀404开启时间间隔和开启时长，手动控制模式和自动控制模式；
[0038]
除尘导电液主要功效是去除管道中气流所含固体颗粒物，同时增加未去除的固体颗粒的导电性，主要物质为[aoim]br(1-烯丙基-3-辛基咪唑溴盐)，其可以很大程度降低煤尘湿润性，增强除尘能力，离子液体中均为离子状态，增加导电性，同时对金属腐蚀具有一定抑制作用，其添加量为1wt％；
[0039]
如图8所示，螺旋导流模块2各细孔管201内部靠近弯道内侧壁面嵌有厚度为0.05mm的锌条203，与不锈钢在湿润条件下形成原电池，保护不锈钢不被腐蚀；
[0040]
螺旋导流模块2的长度、其内部圆截面通道直径以及其螺旋角度都是按照具体情况通过数值模拟优选最佳配置，具体步骤如下：
[0041]
步骤1，收集管道参数，建立管道物理模型，并设置边界条件，采用k-ε湍流模型计算管内气体流动过程中流场分布，计算湍流强度
[0042]
步骤2，制作螺旋导流模块物理模型，并于抽采管路模型结合，设置相同边界条件，采用相同湍流模型，对加入螺旋导流模块的抽采管路流场进行模拟。改变内部圆截面通道
直径以及螺旋角度，细孔管边长，优选湍流强度最低的螺旋导流模块参数最为最佳参数。
[0043]
步骤3，按照最佳参数制作螺旋导流装置模型，将螺旋导流模块与抽采管道物理模型组合，在一端通入含有荷电粉尘颗粒的风流，测试单位时间内管道中电和积累量，确定螺旋导流装置静电去除的效率。
[0044]
发明设计新颖，结构合理，可以有效的去除瓦斯抽采管路中悬浮的煤尘，减少弯道处湍流产生，有效泄放煤尘携带的电荷，消除静电产生，并具有自清洁防堵功能，可大面积推广应用
[0045]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0047]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。