本發(fā)明屬于真空泵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高分子減阻劑提高瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率的方法。

背景技術(shù)：

液環(huán)真空泵以清水作為主要工作介質(zhì)，以等溫壓縮方式進行氣體抽排，具有卓越的安全、可靠性，廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯抽放、鋼鐵、化工、造紙、航空等領(lǐng)域。然而，液環(huán)真空泵也是公認的耗能高、效率低的產(chǎn)品。以煤礦瓦斯抽放領(lǐng)域為例，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)一座大型礦井瓦斯抽放泵站年耗電費用高達上千萬，甚至上億元，約占煤礦總耗電量的1/4，且實際運行效率僅為10～40％。

【煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計規(guī)范】規(guī)定：高瓦斯礦井或開采有煤與瓦斯突出危險煤層的礦井必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)。全國高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井2390處，以平均每座高瓦斯礦井用瓦斯抽放液環(huán)真空泵4臺、平均軸功率300kw·h計算，以節(jié)能10％為標準，則全國僅煤礦領(lǐng)域年節(jié)電量在25億kw·h左右，具有極大的節(jié)能空間。

公告號為cn103388589b的中國發(fā)明專利公開了一種立式液環(huán)真空泵，主要依據(jù)是降低水環(huán)旋轉(zhuǎn)所消耗的勢能而提高泵的效率，但其忽略了水環(huán)同時具有為葉輪做正功的能力，且立式液環(huán)真空泵渦流損失大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效率提高不明顯；美國專利5295794公布了一種具有旋轉(zhuǎn)套筒結(jié)構(gòu)的液環(huán)真空泵，效率提高較明顯，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高、加工維護成本高，不具有市場推廣性?，F(xiàn)國內(nèi)外針對液環(huán)真空泵的節(jié)能技術(shù)研究很少，且以優(yōu)化泵過流部件結(jié)構(gòu)參數(shù)為主，未抓住泵的效率低的本質(zhì)原因，致使泵效率提高1～3％都很難實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種高分子減阻劑提高瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率的方法，解決瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率低、能耗高、故障率高的技術(shù)難題。

本發(fā)明提供一種采用高分子減阻劑提高瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率的方法，包括以下步驟：

a.配制高、低濃度兩種高分子減阻劑溶液，高濃度溶液濃度范圍為3～5％，低濃度液濃度范圍為0.5‰～6‰，高、低濃度兩種高分子減阻劑溶液分別裝入供高、低濃度減阻劑加注機中；

b.采用高濃度減阻劑加注機，持續(xù)向循環(huán)水池注入高濃度減阻劑溶液，直至達到設(shè)定減阻濃度范圍；

c.運行瓦斯抽放液環(huán)真空泵，并以高分子減阻劑溶液作為液環(huán)真空泵的工作介質(zhì)進行瓦斯抽排；

d.采用監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測循環(huán)水池內(nèi)減阻劑溶液的粘度、液位及液環(huán)真空泵運行參數(shù)，根據(jù)減阻劑溶液的液位和粘度，定時定量添加高或低濃度減阻劑，以維持減阻劑的減阻性能及設(shè)定液位。

進一步，為了最大化的提高運行效率，所述高分子減阻劑溶液為聚丙烯酰胺溶液，所述步驟b中設(shè)定減阻濃度為1～5‰。

進一步，為了實現(xiàn)自動化控制，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機及分別與其相連接的粘度傳感器、液位傳感器、液環(huán)真空泵運行參數(shù)監(jiān)測儀、第一控制閥、第二控制閥、高濃度減阻劑加注機和低濃度減阻劑加注機；所述粘度傳感器、液位傳感器分別用于檢測高濃度高分子減阻劑溶液的粘度、液位高度；所述液環(huán)真空泵運行參數(shù)監(jiān)測儀用于檢測液環(huán)真空泵運行的參數(shù)；所述第一控制閥、第二控制閥分別用于控制與高、低濃度減阻劑加注機相連接的注液管路的開與閉。

進一步，為了保證真空循環(huán)泵高效穩(wěn)定的運行，所述粘度傳感器測量減阻劑溶液粘度低于設(shè)定濃度溶液粘度的3/4時，向上位機發(fā)出電信號，上位機控制第一控制閥打開，進行高濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池內(nèi)溶液粘度達到設(shè)定溶液粘度時，上位機控制第一控制閥關(guān)閉；當液位傳感器測量循環(huán)水池內(nèi)減阻劑溶液的液位低于原液位的1/2時，向上位機發(fā)出電信號，上位機控制第二控制閥打開，進行低濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池內(nèi)溶液的液位達到設(shè)定液位高度時，上位機控制第二控制閥關(guān)閉。

本發(fā)明的有益效果如下，由于采用了上述方法：

(1)由于高分子減阻劑特有的鏈狀結(jié)構(gòu)，可有效抑制水環(huán)產(chǎn)生的旋渦，從而能降低水環(huán)的渦流損失，并顯著提高泵的效率和降低軸功率；通過采用這種這種方法，可使瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率提高25％以上，降低運行軸功率10％以上。

(2)對于國內(nèi)大中型高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，可平均節(jié)約電耗100～1000萬kw·h以上。若該方法推廣至全國100座大中型煤礦，按工業(yè)用電1元/kw·h計算，則每年可節(jié)省電費1.0～10億元，節(jié)能效果非常顯著。

(3)高分子減阻劑相對于純水工作液而言，具有更低的飽和蒸氣壓，使液環(huán)真空泵在高真空工況下，抽氣量更大，更適合于電廠、煉鋼等需要高真空大抽氣量的工況。

(4)高分子減阻劑的潤滑效果好，減輕了填料密封、機械密封、軸承等的負載，能夠有效延長泵零件的壽命。

附圖說明

圖1是高分子減阻劑循環(huán)控制系統(tǒng)示意圖；

圖2是以水為工作介質(zhì)的瓦斯抽放液環(huán)真空泵渦流損耗示意圖；

圖3是以高分子減阻劑為工作介質(zhì)的瓦斯抽放液環(huán)真空泵渦流損耗示意圖；

圖4是某型號瓦斯抽放水環(huán)真空泵在不同高分子減阻劑濃度下的效率對比圖；

圖5是某型號瓦斯抽放水環(huán)真空泵在不同高分子減阻劑濃度下的軸功率對比圖。

圖中：1、循環(huán)水池；2、高分子減阻劑；3、高濃度減阻劑加注機；4、低濃度減阻劑加注機；5、第一控制閥；6、第二控制閥；7、液位傳感器；8、粘度傳感器；9、瓦斯抽放液環(huán)真空泵；10、上位機；11、蝶閥；12、補液管路；13、出液管路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的說明：

如圖1所示，一種采用高分子減阻劑提高瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率的方法，包括以下步驟：

a.配制高、低濃度兩種高分子減阻劑溶液，高濃度溶液濃度范圍為3～5％，低濃度液濃度范圍為0.5‰～6‰，高、低濃度兩種高分子減阻劑溶液分別裝入供高、低濃度減阻劑加注機中；

b.采用高濃度減阻劑加注機，持續(xù)向循環(huán)水池注入高濃度減阻劑溶液，直至達到設(shè)定減阻濃度范圍；

c.運行瓦斯抽放液環(huán)真空泵，并以高分子減阻劑溶液作為液環(huán)真空泵的工作介質(zhì)進行瓦斯抽排；

d.采用監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測循環(huán)水池內(nèi)減阻劑溶液的粘度、液位及液環(huán)真空泵運行參數(shù)，根據(jù)減阻劑溶液的液位和粘度，定時定量添加高或低濃度減阻劑，以維持減阻劑的減阻性能及設(shè)定液位。

進一步，為了最大化的提高運行效率，所述高分子減阻劑溶液為聚丙烯酰胺溶液，所述步驟b中設(shè)定減阻濃度為1～5‰。

進一步，為了實現(xiàn)自動化控制，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機及分別與其相連接的粘度傳感器、液位傳感器、液環(huán)真空泵運行參數(shù)監(jiān)測儀、第一控制閥、第二控制閥、高濃度減阻劑加注機和低濃度減阻劑加注機；所述粘度傳感器、液位傳感器分別用于檢測高濃度高分子減阻劑溶液的粘度、液位高度；所述液環(huán)真空泵運行參數(shù)監(jiān)測儀用于檢測液環(huán)真空泵運行的參數(shù)；所述第一控制閥、第二控制閥分別用于控制與高、低濃度減阻劑加注機相連接的注液管路的開與閉。

進一步，為了保證真空循環(huán)泵高效穩(wěn)定的運行，所述粘度傳感器測量減阻劑溶液粘度低于設(shè)定濃度溶液粘度的3/4時，向上位機發(fā)出電信號，上位機控制第一控制閥打開，進行高濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池內(nèi)溶液粘度達到設(shè)定溶液粘度時，上位機控制第一控制閥關(guān)閉；當液位傳感器測量循環(huán)水池內(nèi)減阻劑溶液的液位低于原液位的1/2時，向上位機發(fā)出電信號，上位機控制第二控制閥打開，進行低濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池內(nèi)溶液的液位達到設(shè)定液位高度時，上位機控制第二控制閥關(guān)閉。

由于高分子減阻劑特有的鏈狀結(jié)構(gòu)，可有效抑制水環(huán)產(chǎn)生的旋渦，從而能降低水環(huán)的渦流損失，并顯著提高泵的效率和降低軸功率；通過采用這種這種方法，可使瓦斯抽放液環(huán)真空泵效率提高25％以上，降低運行軸功率10％以上。對于國內(nèi)大中型高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，可平均節(jié)約電耗100～1000萬kw·h以上。若該方法推廣至全國100座大中型煤礦，按工業(yè)用電1元/kw·h計算，則每年可節(jié)省電費1.0～10億元，節(jié)能效果非常顯著。高分子減阻劑相對于純水工作液而言，具有更低的飽和蒸氣壓，使液環(huán)真空泵在高真空工況下，抽氣量更大，更適合于電廠、煉鋼等需要高真空大抽氣量的工況。高分子減阻劑的潤滑效果好，減輕了填料密封、機械密封、軸承等的負載，能夠有效延長泵零件的壽命。

一種高分子減阻劑循環(huán)控制系統(tǒng)，其包括：循環(huán)水池1、位于循環(huán)水池1內(nèi)的高分子減阻劑溶液2、高濃度減阻劑加注機3、低濃度減阻劑加注機4、第一控制閥5、第二控制閥6、液位傳感器7、粘度傳感器8、液環(huán)真空泵9、上位機10、蝶閥11、補液管路12、出液管路13；所述高濃度減阻劑加注機3、低濃度減阻劑加注機4的進液口分別通過管路于承載有高、低濃度高分子減阻劑溶液的容器連通，高濃度減阻劑加注機3、低濃度減阻劑加注機4的出液口各通過一個注液管路連通到循環(huán)水池1內(nèi)部，所述第一控制閥5、第二控制閥6分別設(shè)置于與高濃度減阻劑加注機3、低濃度減阻劑加注機4相連的注液管路上，所述液環(huán)真空泵9的進液口通過補液管路12與循環(huán)水池1內(nèi)部連通，所述循環(huán)水池1的出液口通過出液管路與循環(huán)水池1連通，所述液位傳感器7設(shè)置于循環(huán)水池1中，所述粘度傳感器8設(shè)置于補液管路12中，液位傳感器7與粘度傳感器8通過數(shù)字信號轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)缴衔粰C10中，進而上位機10控制根據(jù)液位傳感器7與粘度傳感器8控制第二控制閥6和第一控制閥5的開與關(guān)；補液管路12上設(shè)置有蝶閥11。該系統(tǒng)可顯著提高瓦斯抽放液環(huán)真空泵的工作效率。

采用混合攪拌機，分別配制高、低濃度兩種高分子減阻劑，高濃度以3～5％為宜，低濃度以0.5～6‰為宜，并分別裝入高濃度減阻劑加注機3和低濃度減阻劑加注機4中(高濃度減阻劑加注機3主要用于初始注液和減阻劑溶液粘度降低時的補液，低濃度減阻劑加注機4主要用于循環(huán)水池1內(nèi)的減阻劑溶液液位降低時的補液)。通過高濃度減阻劑加注機3向循環(huán)水池1中持續(xù)注入減阻劑溶液，直至達到最佳減阻濃度，即濃度為1～5‰；運行液環(huán)真空泵9，使高分子減阻劑溶液2作為液環(huán)真空泵9的工作介質(zhì)進行瓦斯抽排過程；采用液位傳感器7、粘度傳感器8實時監(jiān)測循環(huán)水池內(nèi)的高分子減阻劑溶液2的粘度和液位，所述粘度傳感器8測量到補液管路12中的減阻劑溶液粘度低于設(shè)定濃度溶液粘度的3/4時，向上位機10發(fā)出電信號，上位機10收到該信號后控制第一控制閥5打開，高濃度減阻劑溶液加注機3會進行高濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池1內(nèi)溶液粘度達到設(shè)定溶液粘度時，粘度傳感器8發(fā)出另一個電信號，上位機10收到該電信號時會控制第一控制閥5關(guān)閉；當液位傳感器7測量循環(huán)水池1內(nèi)減阻劑溶液的液位低于原液位的1/2時，向上位機10發(fā)出電信號，上位機10收到該電信號后控制第二控制閥6打開，進行低濃度減阻劑溶液的注入；當循環(huán)水池1內(nèi)溶液的液位達到設(shè)定液位高度時，液位傳感器7向上位機10發(fā)出另一個電信號，上位機10控制第二控制閥6關(guān)閉。

該系統(tǒng)針對液位降低或粘度降低兩種情況，分別設(shè)置兩套管路，避免了液位過高或粘度過高的不足。

如圖2和圖3所示，通過采用高分子減阻劑作為瓦斯抽放液環(huán)真空泵的工作介質(zhì)的方法，液環(huán)真空泵內(nèi)水環(huán)造成的渦流損失明顯減小，效率可明顯提高，節(jié)能效果顯著。

如圖4和圖5所示，采用聚丙烯酰胺水溶液(pam)作為瓦斯抽放液環(huán)真空泵的工作介質(zhì)的方法后，該型號瓦斯抽放水環(huán)真空泵的效率明顯提高，軸功率顯著降低。以進口壓力50kpa為例(該壓力通常作為評價水環(huán)真空泵性能好壞的工況點)，在4‰濃度下，該水環(huán)泵效率由32.58％提高至42.94％，相對提高30.2％；軸功率由60.758kw降低至48.496kw，相對降低20.2％，節(jié)能效果顯著。同時，由于瓦斯抽放水環(huán)真空泵型號多樣，最佳減阻濃度可能不同。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，針對不同型號的瓦斯抽放水環(huán)真空泵，最佳減阻濃度在1～5‰之間。