煤矿井下冷暖两用纯水直饮机的开发与应用.pdf

价值工程 1研究方法及步骤 1.1本研究要达到的预期目标 淤直饮机利用矿井水的自然压力 （或直接加压） 通过 预处理、 双级反渗透， 生产出常温直饮水。 于将热泵原理应用到系统中使直饮水加热或冷却， 满 足饮用者的需求。 盂系统采用PLC全自动化控制， 可实现无人操作、 液 晶显示， 实时监控设备运行状态。 1.2研究的主要内容和重点 研发矿用冷暖两用纯水直饮机主要解决以下几方面 的问题 淤改变传统饮水机使用电加热的问题， 以确保在井下 使用更安全。 于设备可同时提供冷、 暖、 常温三种不同温度的直饮 水， 可以适应井下恶劣的工作环境， 并实现设备全自动化 运行。 盂解决系统之间的能量交换。 1.3工作原理 淤制水 利用双级反渗透原理。利用矿井水的自然压 力， 通过适当减压后将矿井水进行初过滤， 利用反渗透膜 将水进行第一级过滤， 产出初级纯水， 利用反渗透膜将初 级纯水进行第二级过滤，使其成为电导率约为3us/cm的 常温直饮水， 并通过压力桶存储。 于利用压缩机制冷原理， 在蒸发器上套上水套， 水套 内灌满水， 将压力桶的出水管路通过水套， 水流经水套内 的管路， 压缩机通过做功， 利用蒸发器的吸热功能将水套 内水温降到接近零摄氏度后， 流经饮水管的饮用水， 也释 放热量， 温度得到降低提供人员引用。 盂利用压缩机的制热原理， 利用四通阀， 将制冷时的 蒸发器变成冷凝器， 同样通过压缩机做功， 冷凝器释放热 量， 水套内的水温度增加， 同样流经饮水管的饮用水水温 也得到提高， 供人员引用。 2研究进程和研究工作的实施 2.1初始参数设定 淤设备体积 长3000mm伊宽1200mm伊高1350mm； 于设备制水能力2200kg/天； 盂设备储水量40kg/桶； 榆工作电压660V，1140V可选； 虞制水水质 电导率臆5us/cm； 愚制冷出水温度0益； 舆加热出水温度70益； 余功率5.5kW； 俞废水排放量臆200kg/h。 2.2相关系统的设计 直饮机主要是将矿井原水通过二级过滤及反渗透工 艺制成可以直接饮用的纯净水，然后再根据生产环境要 求， 通过制冷压缩机的冷热交换功能， 制出符合使用要求 的冷 （热） 水。 2.2.1制水系统 制水系统为该提供合格的可直饮水，主要由外壳、 水 箱、 自力式减压阀、 各级过滤系统、 管路、 阀门、 压力表等部 件组成。 淤整机外壳为不锈钢加工而成， 坚固耐用， 能够满足 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要 作者简介院张华洪 （1991-） ， 男， 山东莱州人， 助理工程师， 研究方 向为矿山机电； 隋晓飞 （1989-） ， 男， 山东龙口人， 助理 工程师， 研究方向为矿山机电。 煤矿井下冷暖两用纯水直饮机的开发与应用 Development and Application of Cold and Warm Dual-use Pure Water Direct Drinking Machine in Coal Mine 张华洪 ZHANG Hua-hong曰李世灿 LI Shi-can曰隋晓飞 SUI Xiao-fei （山西朔州平鲁区龙矿大恒煤业有限公司， 朔州 036000） （Shanxi Shuozhou Pinglu District Longkuang Daheng Coal Industry Co.， Ltd.， Shuozhou 036000， China） 摘要院水是生命之源， 是健康之本。然而， 于矿井生产环境的特殊性， 在工作面工作的矿工都是自带水， 有工作条件好一点的单位 会考虑给员工配桶装水， 或是配置一台矿用防爆直饮机。 桶装水由于需要买水、 等水、 扛水， 以及在流通过程中又容易被二次污染。 而 矿用防爆直饮机， 也只能提供与环境温度相适用的常温水， 这上局限性需要新的产品进行解决。 矿用冷暖两用纯水直饮机 （以下简称 直饮机） 是一款为改善井下工作人员作业条件而发明的饮水设备， 该设备可为井下各个作业人员提供理想温度的健康饮水。 Abstract Water is the source of life and the foundation of health. However, due to the particularity of the mines production environment, miners working on the working surface all bring their own water. Units with better working conditions will consider distributing barrels of water to employees or configuring an explosion-proof direct drinking machine for mines. Bottled water needs to buy water, wait for water, carry water, and be easily contaminated during the circulation process. The explosion-proof direct drinking machine for mine can only provide normal temperature water suitable for the ambient temperature. This limitation needs new products to solve. Mine cold and warm dual-use pure water direct drinking machinehereinafter referred to as direct drinking machine is a drinking water device invented to improve the working conditions of underground workers. This device can provide healthy drinking water with ideal temperature for all underground workers. 关键词院矿用饮水机； 冷暖两用； 反渗透过滤； 压缩制热 Key words mine water dispenser； cold and warm dual-use； reverse osmosis filtration； compression heating 中图分类号院U449.52文献标识码院A文章编号院1006-4311 （2020） 16-0104-03 104 Value Engineering 各种恶劣的井下环境。 于水箱为该设备的储水设备， 为制备冷、 热水提供储 备用水。 盂不锈钢自力式减压阀是根据进水压力， 通过自身弹 簧的张力， 达到控制出水水压。 该减压阀的特点是， 出水压 力不受进水压力的影响， 保证出水口压力始终稳定。 榆过滤系统， 首先水箱内的水依次经过石英砂过滤 器、 活性炭过滤器、PP棉过滤器等， 除去水中混入的颗 粒状杂质及异味， 然后再经过两级反渗透系统， 将水中 的钙、 镁离子， 有机物等彻底清除， 制备出可以直接饮用 的常温水。 2.2.2温度交换系统 温度交换系统提供冷热交换的能量源， 主要由制冷 压缩机、 冷凝器、 膨胀阀、 蒸发器、 转换四通阀、 管路等部 件组成。 淤压缩机将温度交换系统中的制冷剂R134a压缩成 为高温高压的液体。 于冷凝器是将高压高温液体制冷剂， 通过散热片与空 气冷热交换后， 冷却成3545益中温中压液体。 盂膨胀阀是将液体制冷剂在进入蒸发器前节流， 通过 膨胀阀的液体制冷剂转变为低温低压的气体，实现液-气 形式转换。 榆蒸发器作用是使制冷剂在其内部进一步气化， 吸收 热量， 与蒸发器外侧的水套进行能量交换， 实现制冷水的 功能。 虞转换四通阀是控制温度交换系统冷热功能转换的 操作阀， 通过它的操作实现制冷与制热的逆转， 即由制冷 状态改成制热状态。 愚管路采用耐高温， 耐低温、 耐高压的钢丝芯橡胶软 管。可以解决冷热交替时管路的伸缩以及管路保温。 2.2.3电控系统 电控系统用于实现直饮机系统的自动化控制， 主要由 PLC控制模块、 真空交流接触器、 液晶显示器等部分组成 的矿用隔爆兼本安型四回路可编程电磁起动器外加附属 的温度传感器、 压力变送器及符合煤矿安全规程使用的线 缆构成。 淤PLC控制模块是控 制系统的核心部件， 实现直 饮机运行的自动化控制。 于温度传感器是控制 系统温度的感知部件， 用于 感知温度交换系统中的温 度， 并将所感受到的系统温 度转换成电信号。 盂压力变送器是控制 系统的感知部件， 用于感知 温度交换系统中的压力， 并 将所感受到的系统压力转 换成信号。 榆仪表主要包括高压 压力表和低压压力表， 用于 温度交换系统内高、 低压侧 压力值的直接观测和读取。 虞真空交流接触器是系统启动的控制开关， 用于启动 和停止温度交换系统中的压缩机。 愚液晶显示器主要用于显示直饮机的运行工况， 使设 备运行参数更直观。 2.2.4动力系统 由矿用隔爆型三相异步电动机及皮带轮和皮带构成， 与压缩机通过皮带相连， 给压缩机工作提供动力。 矿用冷暖两用纯水直饮机主要解决了传统饮水机使 用电加热的问题，在井下使用更安全，同时设备提供冷、 暖、 常温三种不同温度的直饮水， 可以适应井下恶劣的工 作环境， 并实现设备全自动化运行。 2.3工艺原理 下面， 结合工艺流程图 （图1） 对工艺进行详细说明。 2.3.1制水工艺 煤矿井下供水管路的水通过自力式压力调节阀， 水压 稳定在符合过滤器过滤的压力， 经过石英砂过滤器、PP棉 过滤器、 活性炭过滤器进入一级反渗透过滤装置， 经一级 反渗透过滤后， 进入二级反渗透过滤装置进行过滤， 产出 纯净水储存在密闭的压力桶内， 可通过系统外置的出水阀 直接饮用。 或通过内置于蒸发器的套管与温度交换系统发 生能量传递， 供给冷、 暖水阀门， 提供给人员饮用。 2.3.2制冷水工艺 温度交换系统中的制冷剂通过压缩机压缩为高温高 压的液态制冷剂， 通过管路送到冷凝器， 冷凝器对液态制 冷剂散热， 成为中温高压的液态制冷剂， 液态制冷剂经过 膨胀阀节流后进入蒸发器， 由于空间增大， 压力减小， 液态 的制冷剂汽化，（从液态到气态是吸热过程） ，吸收蒸发器 周边大量的热量， 布置在蒸发器外侧水套中的直饮水的热 量被蒸发器吸收， 使直饮水温度降低成为冷水， 可供给人 员饮用。蒸发器内气态的制冷剂由于压缩机吸气作用， 通 过管路回到压缩机并被再次压缩进入系统循环。 2.3.3制热水工艺 在温度交换系统中有一个转换四通阀， 通过四通阀的 转换， 使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相 反， 实现了制冷时的冷凝器和蒸发器功能的互换， 制冷时 四联开关 图 1 制水系统制冷 （暖） 系统控制系统 活性炭过滤器 一级反渗透 过滤装置 二级反渗透 过滤装置 PP 棉过滤器 石英砂过滤器 自力式压力 调节阀 二级压力检测 密封压力桶 常温供水 进水压力检测 冷 （暖） 供水 水套蒸发器 膨胀阀 冷凝器 换向四通阀 压缩机 制 冷 制 暖 高压保护 （压力变速器） 水温传感器 一级压力检测 105 价值工程 0引言 本研究注聚区单元是以辫状河正韵律沉积为主的常 温常压稀油油藏， 自投入开发以来历经弹性开采、 水驱、 聚 驱、 转后续水驱[1-2]。后经过矢量调整、 老油田一体化治理 后， 层系细分、 井网调整基本到位，“三率” 指标大幅改善， 地层能量稳步回升[3]。 在此基础上， 优选区块中部井区作为 提液示范区， 通过一体化决策技术、 提液举升工艺优化技 术使得提液幅度得到提高， 释放了单井产液能力， 取得了 “液量提升、 油量增加、 含水稳定” 的良好效果。 1优选提液举升方式 一般而言， 在满足油藏液量需求的前提下， 举升工艺 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要 作者简介院柴德民 （1967-） ， 男， 山东单县人， 高级工程师， 硕士， 研究方向为油田注采工程和动态监测。 注聚合物驱单元提液高效举升工艺技术应用 Application of High Efficiency Lifting Technology for Polymer Flooding Unit 柴德民 CHAI De-min （中石化胜利油田分公司， 东营 257000） （SINOPEC Shengli Oilfield Company， Dongying 257000， China） 摘要院注聚区出砂、 出胶问题成为困扰机械举升长效开发的一大难题， 严重影响了油井产量和油田开发经济效益。通过对注聚单 元历史生产情况的对比研究， 发现在注聚区出砂、 出胶况下， 原有举升工艺技术适应性较差， 急需开展注聚区提液举升工艺技术的配 套研究， 提高举升工艺适应性， 延长举升配套技术寿命。 为此， 在注聚区开展了电泵、 螺杆泵、 抽油泵等三种提液优化方式研究， 形成了 相对适应注聚区出砂、 出胶恶劣井况的机械举升配套工艺技术。 Abstract Sand production and glue production in polymer injection area have become a big problem that perpls the long-term development of mechanical lifting, which seriously affects the oil well production and the economic benefits of oil field development. Through the comparative study of the historical production of polymer injection unit, it is found that the adaptability of the original lifting technology is poor under the conditions of sand and rubber production in polymer injection area, so it is urgent to carry out the matching research of the lifting technology in polymer injection area to improve the adaptability of lifting technology and extend the life of lifting matching technology. For this reason, three kinds of extraction optimization s, such as electric pump, screw pump and oil well pump, have been studied in polymer injection area, ing a mechanical lifting matching technology which is relatively suitable for the bad well conditions of sand and rubber production in polymer injection area. 关键词院注聚区； 出砂； 出胶； 提液； 高效 Key words polymer injection area； sand production； glue production； lifting liquid； high efficiency 中图分类号院TE358文献标识码院A文章编号院1006-4311 （2020） 16-0106-03 的蒸发器此时变成了冷凝器， 通过的制冷剂是高温高压的 液态， 外侧水套中的直饮水实现温度交换， 吸收热量， 实现 对直饮水加热。 2.3.4控制系统 淤启动直饮机系统， 四通阀不动作， 压缩机开始制冷 状态工作， 水温降到10益， 压缩机停止工作， 水温逸16益 时， 压缩机重新开始制冷工作。 于启动直饮机系统， 控制四通阀通电并动作， 压缩机 开始制热状态工作，当水温升高到65益，压缩机停止工 作， 水温臆45益时， 压缩机重新开始制暖工作。 3设备的优点 加工制作的多功能喷粉流水线具有以下优点 淤安全可靠， 有效解决使用传统阻丝加温加热方式带 来的诸多不安全因素， 消除了漏电， 爆管， 过烧等危险源， 增加了煤矿井下的安全系数。 于冷暖两用， 冬天天冷提供热水， 夏天天热提供冷水。 盂制水量大， 可满足工作地点30人全天的饮水要求。 榆工作方式可灵活转变， 制冷过程结束可立即转换到 制热模式。系统的互换性能好， 无需等待。 虞使用矿井井下工作电压， 可方便的布置到任何有电 有水的工作地点。 愚通过四联组合可编程启动器的控制， 使设备具有操 作简单， 设备运行信息可直观的显示在显示屏上， 运行参 数清晰可查。 舆可以使用工作地点各种供水水质制作出符合国家 标准的直饮水。 4应用推广前景 矿用冷暖两用纯水直饮机不同于传统矿用电加热饮 水机， 解决了传统电加热不安全的问题， 提高了井下饮水 机的安全性能。 矿用冷暖两用纯水直饮机可以根据井下工 作面的不同生产环境需要， 具备制出冷、 常温水和暖、 常温 水两种工作状态， 产品能够长期自动工作于煤矿井下有瓦 斯和煤尘爆炸性混合物环境中，根据需要放置于井下峒 室、 采掘工作面等场所， 具有极高的安全性和稳定性。 参考文献院 [1]李隆真， 贺雪梅， 梁金生.QFD 与 TRIZ 原理在饮水机设计 中的应用[J].价值工程， 2015， 34 （08） 51-52. 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