Применение мембранных технологий для решения задач предприятий угледобывающей отрасли

Асеев В.В.
ООО «Краснодарский Компрессорный Завод», ст-ца Динская

Аннотация

В статье рассматриваются существующие технологии и устройства обеспечения безопасности на предприятиях угледобывающей и других отраслей. Описан метод создания инертной среды на предприятиях различных отраслей при помощи мембранных газоразделительных установок производства Краснодарского Компрессорного Завода.

Ключевые слова

ККЗ, компрессор, азотная станция, дегазация, азотная мембранная установка, газоразделительная установка.

ООО «Краснодарский Компрессорный Завод» (ККЗ) - ведущий российский производитель и поставщик компрессорного оборудования, газоразделительных установок, станций сжатия и утилизации природного газа.
Сотрудники завода активно развивают науку и технику, постоянно принимают участие в профильных научно-практических мероприятиях. Предприятие имеет собственное производство полного цикла.
Мембранное разделение газов и жидкостей в настоящее время вступает в этап направленного дизайна новых высокопроницаемых высокоселективных мембран, отличающихся химической и биостойкостью, стабильностью к повышенным температурам. Разрабатываются активные мембранные системы с подвижными и фиксированными переносчиками, отличающиеся высоким 5 уровнем избирательности. Ожидается, что каталитические мембранные реакторы обеспечат экономичные и легко управляемые процессы переработки жидкого и газообразного сырья.
В нашем случае мы рассмотрим применение мембранных технологий для решения задач предприятий угледобывающей отрасли.
Методы пожаротушения активно выходят на новый уровень. На замену способам прошлого века – пенное, водное, порошковое пожаротушение – приходит способ 21 века – тушение пожаров при помощи азота [1].
В отличие от устаревших методов с помощью азота можно проводить и профилактические мероприятия по недопущению пожаров и взрывов, что зачастую является важнейшей задачей как угледобывающей отрасли, так и газовой, нефтехимической отраслей.
Методика и правила азотного пожаротушения очень просты: нужный для горения содержащийся в воздухе кислород вытесняется азотом – до того уровня, когда горение физически не происходит. Для очень многих веществ это не более 8-10% кислорода (то есть, необходимо создать газовую смесь с содержанием азота не менее 92%).
Популярность систем азотного пожаротушения непосредственно связана с появлением доступного способа получения азота – мембранной технологии газоразделения.

Мембранная технология генерации азота

В современных установках азотного пожаротушения азот производится непосредственно на месте использования – воздух проходит через полые волокна мембран (рис. 1), и кислород проникает сквозь стенки мембран, а азот – проходит до конца волокон. В итоге входящий поток воздуха делится на два исходящих:
• инертная газовая смесь (ИГС), содержащая не более нескольких процентов кислорода;
• пермеат – насыщенная кислородом смесь газов.

Рис. 1. Схема прохождения газа через мембрану

Мембраны сами по себе очень надёжны, их срок эксплуатации доходит до 20 лет. Они не боятся скачков температур, влажного воздуха, тряски и других сложных условий в отличии от установок адсорбционного метода. Мембранные установки азотного пожаротушения не требуют частого обслуживания, в отличие от установок других типов [2].
Своевременное предотвращение и ликвидация на высокопроизводительных шахтах пожаров (в том числе и из-за склонности породы к самовозгоранию) – одна из основных задач в угольной отрасли.

Угольные пласты по склонности возгорания разделяют на три категории:
• весьма склонные;
• склонные;
• несклонные.
Исходя из особенностей каждой категории, определяется необходимый комплекс мероприятий по минимизации рисков на этапе строительства и эксплуатации угольных шахт, следует учитывать и горно-геологические особенности каждого месторождения.
Своевременная профилактика, внедрение и эксплуатация современного оборудования позволяет снизить ущерб и риски возникновения чрезвычайных ситуаций.

Создание инертной среды в шахтах

Инертирование в массив пласта газообразного азота – это эффективный способ тушения и предотвращения пожаров. В среде с концентрацией азота более 90% окислительные реакции замедляются, что позволяет своевременно предотвратить и устранить процессы горения (данный способ достаточно ак- туален в шахтах Кузбасса).

Применение – шахты, склады, резервуары

Азот может накачиваться в ресиверы, в которых хранится достаточное для объекта количество азота. А может и напрямую подаваться на объект, образуя инертную среду, в которой горение и взрывы невозможны.
Так, продувка азотом эффективна для технических скважин угольных шахт – борьба идет со спонтанным возгоранием угля, нагревающегося при контакте с воздухом [3]. Для таких процессов ресивер нужен лишь для сглаживания давления – нет нужды хранить запас азота. Но есть необходимость в стабиль- ной круглосуточной подаче больших объемов азота под высоким давлением.
Для закрытых помещений, где возможно присутствие человека [4], – азотная установка производит необходимое для разового выброса количество азота, которое хранится в ресивере (или в системе ресиверов). Установка лишь поддерживает заданное давление азота. В момент срабатывания азот из ресивера поступает в объем возгорания, вытесняя воздух, параллельно запускается и сама установка.
Мембранные технологии производства газообразного азота позволяют обеспечить достаточную чистоту (от 97%), давление и расход азота для предотвращения пожаров в угольных шахтах.
Данный вид пожаротушения является эффективным и экономически выгодным: обеспечивается сохранение материальных ценностей, оборудования, возможна дальнейшей эксплуатации угольных шахт.

Азотные компрессорные станции на объектах угольной промышленности

Передвижные азотные компрессорные станции ТГА – оптимальное средство ликвидации труднодоступных очагов пожара. Инертная газовая смесь закачивается по дегазационным скважинам в выработанное пространство шахты для инертизации среды (рис. 2).

Рис. 2. Примеры применения азотных станций ККЗ

Специально для азотного пожаротушения разработаны следующие станции [5]:
• ТГА-17/20 Э97, Д97 (дизельный или электрический привод на полу-прицепе);
• ТГА-25/20 Э95-99 (станция предназначена для установки на открытой площадке);
• ТГА-25/20 С95 на шасси КАМАЗ 63501;
• ТГА-9/15 С99 (система ступенчатого регулирования концентрации азота);
• ТГА-9/13 С97 (оборудование размещено на раме, смонтированно на шасси КАМАЗ, Урал, КрАЗ – по выбору заказчика);
• ТГА-3/10 С96 (станция оборудована электрогенератором).
Станции ТГА отличаются повышенной производительностью (9,17, 25, до 50 м3/мин), необходимой чистотой азота (от 97%), повышенным межсервисным интервалом.

Заключение

В заключении отметим, что обширный спектр установок азотного пожаротушения производит российская компания ООО «ККЗ» [6-8]. Имея большой опыт индивидуального проектирования, изготавливает установки под каждый конкретный объект, с учетом его специфики. Автоматика установок азотного пожаротушения так же может быть интегрирована в автоматику безопасности объекта.
Установки ТГА производства ККЗ применяются сегодня по всей России, в странах СНГ и в странах дальнего зарубежья. Индивидуальный подход, большой опыт, гарантийное и постгарантийное сервисное обслуживание позволяют говорить о ККЗ как о российском лидере по производству станций азотного пожаротушения.

Список литературы

1. Ворошилов И.В., Мальцев Г.И. Способ мембранного газоразделения и установка для его осуществления – патент на изобретение RU 2645140 от 10.10.2016, опубл. 15.02.2018, Бюл. № 5.
2. Ворошилов И.В., Блохин К.А. Газоразделительное устройство – патент на полезную модель RU 147148 от 23.05.2014, опубл. 27.10.2014, Бюл. № 30.
3. Джигрин А.В., Исаев И.Р., Мясников С.В. Прогнозирование взрывов газа и пыли в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. 2010. № 4. С. 38-42.
4. Белозеров В.В., Босый С.И, Плахотников Ю.Г, Прус Ю.В. Метод и система защиты горняков и шахт от пожаров и взрывов // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 9. C. 48-50.
5. Ворошилов И.В., Юрьев А.В. Азотные станции ТГА: формирование нового стандарта безопасности // Бурение и нефть. 2012. № 10. С. 59-60.
6. Ворошилов И.В. Передвижные азотные компрессорные станции ТГА - оперативное обеспечение труднодоступных объектов сжатым азотом // Экспозиция Нефть Газ. 2012. № 4(22). С. 74-75.
7. Ворошилов И.В., Анисимов К.В., Шулекин П.Б. Применение азотных компрессорных станций ТЕГАС в нефтедобывающей промышленности // Сфера. Нефть и газ. 2018. № 6(68). С. 92-94.
8. Ворошилов И.В., Владыкин Д.В. Перспективные способы добычи метана из угольных пластов. Обеспечение безопасности труда шахтеров // Уголь. 2008. № 6(986). С. 22-23.

Распечатать