Водокольцевые и ротационные насосы для дегазации угольных шахт – условия применения, отличия, рекомендации по эксплуатации
Сегодня все чаще поступают предложения, связанные с использованием вакуум-насосных станций, оснащенных ротационными насосами, применяемых в условиях объектов добычи угля опасных по газовому фактору. Имеет смысл рассмотреть недостатки и преимущества внедряемого оборудования в сравнении с используемыми в настоящее время вакуум-насосными станциями с водокольцевыми вакуумными насосами.
Опыт эксплуатации водокольцевых насосов составляет более полувека. За это время данные агрегаты зарекомендовали себя надежными в условиях повышенного загрязнения извлекаемой газовоздушной среды, в которой достаточно много абразивных элементов. Насосы водокольцевого типа имеют способность извлекать смесь с концентрацией в 25 %. Имеющиеся в устройстве насосов заградители пламени выполняют роль предупреждающей меры, так как работа насоса связана с созданием постоянно действующего водяного затвора.
Практическое применение установок ПДУ-50М с установленными водокольцевыми насосами говорит о том, что для этого достаточно монтировать уловители пыли, позволяющие задерживать частицы размером более 2 мм.
Известно, что метаносодержащая смесь включает в себя механические частицы более мелких размеров. Для их улавливания предусмотрены водоотделитель или резервуары охлаждения.
Эффективность водокольцевых насосов можно рассмотреть на примере их использования на шахте «Краснолиманская». Метаносодержащая смесь, откачиваемая насосами из дегазационных скважин, направляется на сжигание в топочной котельной. Та часть смеси, которая каптируется из выработанного пространства, по отдельному трубопроводу направляется в вентиляционную скважину. Результатом такой схемы явилось увеличение эффективности дегазации до 92 %.
Благодаря тому, что водокольцевые насосы обеспечивают перепад давлений до 900 мбар, их можно применять при протяженности трубопроводных сетей до 5 км. На фоне постоянно увеличивающихся протяженностей и глубин скважин и угольных шахт особую значимость при дегазации приобретает именно данный параметр насосов.
На сегодняшний момент времени выпускаются насосы производительностью от 25 до 300 м3/мин, что позволяет говорить об удовлетворении требований различного характера.
Еще одним преимуществом водокольцевых насосов является отсутствие необходимости осуществления комплекса сервисных обслуживаний. Обеспечивается это за счет сочетания высокой надежности, простоты и ремонтопригодности конструкции. Этому же способствует имеющийся богатый опыт эксплуатации данных насосов.
Если говорить о минусах водокольцевых насосов, то среди них можно выделить следующее: необходимость присутствия воды в насосе, а также наличие влаги на выходе смеси из него. Постоянный контакт с водой позволяет говорить также о риске замерзания оборудования в холодное время года.
Повышенная влажность смеси, выходящей через насос, в некоторой степени затрудняет процесс сжигания ее на теплоэлектростанциях. Однако говорить о масштабности проблем не приходится. Несмотря на это, имеет смысл обратить внимание на решение данной проблемы, как Министерству топлива и энергетики, так и собственникам шахт. Внедрение технологии, позволяющей снижать влажность смеси, в будущем позволило бы окупить затраченные на разработку идеи средства.
Главным преимуществом ротационных насосов, которые еще называют «сухими», является отсутствие необходимости использования воды, благодаря чему на выходе из насоса получается смесь с пониженной влажностью. Это же способствует сокращению площади помещений, в которых монтируются данные насосы. С другой стороны, возникает необходимость монтажа дополнительных фильтров и сепараторов.
Использование ротационных насосов в условиях закрытых угольных шахт с отсутствием в них рабочих не подвергается сомнениям по следующим причинам:
- временные перерывы при отборе метаносодержащих смесей никаким образом не сказывается на безопасности обслуживающего персонала;
- экономические расчеты подтверждают целесообразность применения ротационных насосов.
В условиях действующих шахт ситуация немного иная. Известно, что главной задачей в этом случае является обеспечение процесса непрерывного отбора метана из выработанного пространства. Что позволит добиться соответствующего уровня безопасности для людей.
Основной принцип действия ротационных («сухих») насосов связан с малыми зазорами между вращающимися элементами. Такое устройство достаточно уязвимо с точки зрения присутствия в метаносодержащих смесях механических включений. Помимо физического износа механические частицы способны вызвать образование искр, и, как следствие – возгорание.
Решением этой проблемы видится установка дополнительных фильтров тонкой очистки. Следует учитывать, что установка фильтров является источником дополнительного сопротивления для вакуумного насоса, что в итоге приведет к снижению эффективности и перегрузке установки.
Если сравнивать ротационные насосы с водокольцевыми по данному параметру, то выходит, что при эксплуатации первых вполне вероятна аварийная остановка в случае засорения пламепреградителей, а водокольцевые – способны работать практически без изменения характеристик даже при наличии определенных отложений пыли.
Еще одно кардинальное отличие этих двух типов насосов связано с вероятностью воспламенения метаносодержащей смеси. При эксплуатации ротационных насосов данная вероятность возрастает в несколько раз, в первую очередь из-за сухого режима работы. Кроме этого, в водокольцевых насосах помимо пламепреградителя имеется дополнительная гидрозащита, обеспечивающая еще один уровень безопасности от распространения пламени по трубопроводу.
Для обеспечения безопасности людей в условиях действующих угольных шахт целесообразным будет применение водокольцевых насосов. Ротационные же насосы рекомендуется применять в шахтах закрытого типа. Однако при этом необходимо понимать, что для эксплуатации ротационных насосов лучше всего будет низкое содержание механических включений в откачиваемой метаносодержащей смеси.