一种用于煤层气开采用生产井场净化装置的制作方法

1.本发明涉及作业井空气净化技术领域，更具体地说，它涉及一种用于煤层气开采用生产井场净化装置。


背景技术：

2.煤层气是在成煤过程中生成并赋存在煤层中的非常规天然气，其主要成分是甲烷，煤层气中也含有少量硫化氢，硫化氢是一种有害气体，对人体会造成伤害，而且硫化氢也会腐蚀输气管道。煤层气是从煤层中的孔裂隙产出，所以煤层中的煤粉也会随着煤层气的产出而产出，尤其是在吐煤粉严重煤层和产水较少的煤层，煤粉很容易随着煤层气产出进入集输管道，久而久之就会造成煤粉堆积堵塞管道的问题。
3.然而，在煤层气的开采过程中，生产井场中会出现的灰尘、硫化氢等有害物质，为了避免这些有害物质对生产井场内的工作人员造成伤害，一般会使用净化装置对生产井场内的空气进行净化；由于现有的净化装置一般是通过过滤层对空气进行过滤净化，而过滤层使用一段时间后达到饱和状态，就需要更换过滤层，且更换过滤层的时间多是根据过滤层的实际使用时间来确定的，但是由于生产井场内有害物质含量是持续变化的，仅通过过滤层的使用时间来确定其更换时间，准确度仍不够理想，容易造成过滤层更换过早或更换过晚的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤层气开采用生产井场净化装置。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，包括：
6.下壳体；
7.上壳体，安装在所述下壳体的顶部；
8.过滤部件，设置在所述下壳体的内部，所述过滤部件用于对生产井场内的有害气体进行过滤处理，所述过滤部件包括过滤层；
9.支撑部件，安装在所述下壳体的底部，所述支撑部件用于为所述下壳体提供支撑；
10.浓度检测部件，设置在所述过滤部件内，所述浓度检测部件用于检测所述过滤部件内有害气体的浓度；
11.流速检测部件，设置在所述过滤部件内，所述流速检测部件用于检测所述过滤部件内有害气体的流速；
12.控制器，用于接收所述浓度检测部件上传的有害气体浓度测量数据以及所述流速检测部件上传有害气体流速测量数据，并分别计算出在所设定的单位时间内有害气体的平均浓度c和有害气体的平均流速v，利用公式计算出活性炭当前的过滤量，其中，t表示设定的单位时间，m表示所述过滤层的质量，w表示所述过滤层的吸附能力值，s表
示所述过滤层的横截面积；继续计算hi与所设定所述过滤层的过滤标准总量值h0之间的差值
△
h＝h
0-hi，判断
△
h与设定的标准判断范围[a,b]之间的大小，如果
△
h》b，则认为所述过滤层还未达到饱和状态，并能够继续使用至下一个单位时间，无需进行更换，等待下一个单位时间后重复上述计算操作；如果a≤δh≤b，则认为所述过滤层即将到达饱和状态，利用公式计算出所述过滤层到饱和的时间，工作人员则需要在td-t前准备进行更换，其中，r表示活性炭的平衡保持量；如果td《a，则认为所述过滤层已经达到饱和状态，工作人员需要立即进行更换。
[0013]
优选地，所述下壳体设置为顶端带有敞口的圆筒，所述下壳体的外环面上开设有多个呈圆周整列分布的进气槽，所述上壳体设置为上下两端带有敞口的圆筒，所述上壳体的顶端固定安装有导流罩体，所述上壳体的内侧固定安装有第一进气扇。
[0014]
优选地，所述上壳体的底端与所述下壳体的顶端均固定安装有两个对称分布的连接耳座，在所述上壳体与所述下壳体拼接后，使用螺栓将拼接在一起的两个所述连接耳座进行固定。
[0015]
优选地，所述过滤部件包括安装架，所述安装架安装在所述下壳体内，所述安装架的顶端设有开口，所述安装架的底端设有气体入口，所述过滤层包括至少两个活性炭层，两个所述活性炭层在所述安装架内由上至下依次排布，所述安装架内侧的下端固定安装有第二进气扇。
[0016]
优选地，所述支撑部件包括定位组件和接触支撑组件，所述定位组件包括插接销和调节件，所述插接销滑动贯穿所述下壳体的底端，所述调节件螺纹套设在所述插接销的外侧，所述调节件的顶端与所述下壳体的底端转动连接。
[0017]
优选地，所述接触支撑组件包括多个连接座，多个所述连接座呈圆周整列状态固定安装在所述下壳体的底端，所述连接座远离所述下壳体的一端转动安装有接触杆，所述接触杆与所述连接座之间固定安装有连接弹簧，所述连接座上螺纹安装有锁定件，所述锁定件用于对所述接触杆的转动端进行位置锁定。
[0018]
优选地，所述浓度检测部件包括至少两个气体浓度传感器，所述气体浓度传感器固定安装在所述安装架内侧，所述气体浓度传感器位于两个所述活性炭层之间。
[0019]
优选地，所述流速检测部件包括至少两个气体流速传感器，所述气体流速传感器固定安装在所述安装架内侧，所述气体流速传感器位于两个所述活性炭层之间。
[0020]
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0021]
通过设置浓度检测部件用于检测过滤气体浓度，通过设置流速检测部件用于检测过滤气体的流速，而通过设置控制器用于接收过滤气体的检测数据，并能够计算出单位时间内活性炭层的过滤量，根据计算结果确定活性炭层的使用状态，这样通过收集数据过滤气体的实时数据，并按照设定的时间间隔反复通过计算来确认活性炭是否达到饱和状态，使其计算结果能够匹配过滤气体的状态变化，以达到提升判断活性炭饱和状态的精度，有利于避免活性炭更换过早或更换过晚的问题，帮助人们准确掌握的活性炭的使用状态，从而更好的使用净化装置完成对空气进行净化。
附图说明
[0022]
图1为本发明提供的一种用于煤层气开采用生产井场净化装置的结构示意图；
[0023]
图2为本发明提供的一种用于煤层气开采用生产井场净化装置的剖切图；
[0024]
图3为图2中所示的a区域的局部放大示意图；
[0025]
图4为本发明提供的一种用于煤层气开采用生产井场净化装置中接触支撑组件的结构示意图；
[0026]
图5为本发明提供的一种判断过滤层到达饱和时间的方法的流程图。
[0027]
1、下壳体；2、上壳体；3、过滤部件；31、安装架；32、过滤层；33、第二进气扇；4、支撑部件；41、定位组件；411、插接销；412、调节件；42、接触支撑组件；421、连接座；422、接触杆；423、连接弹簧；424、锁定件；5、浓度检测部件；6、流速检测部件；7、进气槽；8、过滤网；9、导流罩体；10、第一进气扇；11、耳座。
具体实施方式
[0028]
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0029]
参照图1至图4对本发明一种用于煤层气开采用生产井场净化装置实施例做进一步说明。
[0030]
一种用于煤层气开采用生产井场净化装置，包括：下壳体1、上壳体2、过滤部件3、支撑部件4、浓度检测部件5、流速检测部件6和控制器；
[0031]
下壳体1，上壳体2设置为上下两端带有敞口的圆筒；
[0032]
上壳体2，安装在下壳体1的顶部，下壳体1设置为顶端带有敞口的圆筒，且上壳体2与下壳体1端部直径相同，使得两者拼接后组成一个完整的筒体结构，下壳体1的外环面上开设有十个呈圆周整列分布的进气槽7，下壳体1内侧靠近进气槽7的端口固定安装有过滤网8，外部空气通过进气槽7进入到下壳体1内，进气槽7为矩形槽体结构，能够增大空气进入面积，过滤网8用于对外部进入的空气进行过滤，避免颗粒物杂质进入到下壳体1内，上壳体2的顶端固定安装有导流罩体9，导流罩体9为半椭圆球形，用于对过滤后的空气进行拦截，在过滤后的空气与导流罩体9内侧接触后，使其流动方向由上改变为下，同时导流罩还能够放置外部杂质直接掉进上壳体2的顶端；上壳体2的内侧固定安装有第一进气扇10，第一进气扇10外接有电源，通过第一进气扇10运转，可促进过滤后的空气加速向外流动；上壳体2的底端与下壳体1的顶端均固定安装有两个对称分布的连接耳座11，在上壳体2与下壳体1拼接后，使用螺栓将拼接在一起的两个连接耳座11进行固定，通过将上壳体2与下壳体1设置为组装形式，下壳体1作为空气过滤区域，上壳体2作为空气排出区域，方便对下壳体1内部进行检修，同时还便于后续更换过滤部件3，另外通过设置第一进气扇10以及圆周整列分布的矩形槽体的进气槽7，可加快空气在净化装置内部的流通速度，有利于提高对空气的过滤速度。
[0033]
过滤部件3，设置在下壳体1的内部，过滤部件3用于对生产井场内的有害气体进行过滤处理，过滤部件3包括安装架31和过滤层32，安装架31安装在下壳体1内，安装架31的顶端设有开口，安装架31的底端设有气体入口，过滤层32包括两个活性炭层，两个活性炭层在安装架31内由上至下依次排布，通过两个活性炭层对空气中的有害物质进行有效吸附，从
而实现对空气的过滤作用，安装架31内侧的下端固定安装有第二进气扇33，第二进气扇33外接有电源，通过第二进气扇33运行，可加快外部空气进入到下壳体1内；
[0034]
该过滤部件3在过滤时，通过第二进气扇33运转，可使得外部空气又进气槽7进入到下壳体1内，空气进入下壳体1时经过过滤网8，将空气中的颗粒物过滤掉，之后再第二进气扇33的风力作用下，空气进入到安装架31内，逐渐向上流动，并依次通过两个活性炭层，通过活性炭层将空气中的有害物质吸附，过滤后的空气继续向上流动至上壳体2内，在第一进气扇10的运转作用下，可使得过滤后的空气快速向上流动，在过滤后的空气流动至导流罩体9内侧时，使其流动方向发生改变，开始向导流罩体9的四周流动，最终由上壳体2端口与导流罩体9之间的间隙流出，此时生产井场下方的空气不断地进入到下壳体1内，而过滤后的空气由从上壳体2流出，如此形成空气的上下循环，可加快对空气的过滤速度。
[0035]
浓度检测部件5，设置在过滤部件3内，浓度检测部件5用于检测过滤部件3内有害气体的浓度；浓度检测部件5包括至少两个气体浓度传感器，气体浓度传感器固定安装在安装架31内侧，气体浓度传感器位于两个活性炭层之间，浓度传感器可实时检测经过活性炭层的气体浓度，并将检测结果发送给控制器。
[0036]
流速检测部件6，设置在过滤部件3内，流速检测部件6用于检测过滤部件3内有害气体的流速；流速检测部件6包括至少两个气体流速传感器，气体流速传感器固定安装在安装架31内侧，气体流速传感器位于两个活性炭层之间，气体流速传感器对经过活性炭层的气体进行实时检测，并将检测的结果发送给控制器，通过控制器进行下一步处理。
[0037]
控制器，用于接收浓度检测部件5上传的有害气体浓度测量数据以及流速检测部件6上传有害气体流速测量数据，控制器通过无线信号或有线信号分别与浓度检测部件5和流速检测部件6连接，在接收到相关数据后，并分别计算出在所设定的单位时间内有害气体的平均浓度c和有害气体的平均流速v，利用公式计算出活性炭当前的过滤量，其中，t表示设定的单位时间，即净化装置的工作时间，m表示过滤层32的质量，即单个活性炭层的质量，w表示活性炭吸附能力值，一般情况下，1g的活性炭能够吸附550-600mg的有机废气，s表示活性炭层的横截面积，继续计算h i与所设定活性炭层过滤标准总量值h0之间的差值
△
h＝h0-h i，判断
△
h与设定的标准判断范围[a,b]之间的大小，如果
△
h》b，则认为活性炭层还未达到饱和状态，并能够继续使用至下一个单位时间，无需进行更换，等待下一个单位时间后重复上述计算操作；如果a≤δh≤b，则认为活性炭层即将到达饱和状态，利用公式计算出活性炭层到达饱和的时间，工作人员则需要在td-t前准备进行更换，其中，r表示活性炭层的平衡保持量，一般取30％；如果td《a，则认为活性炭层已经达到饱和状态，工作人员需要立即进行更换；
[0038]
一般情况下，活性炭层到达饱和的时间，是可以通过公式计算出来的，但是由于生产井场内气体浓度、流动速度都是不断变化的，因此仅通过这种方式计算出来的饱和时间仍存在一定的误差，而本发明通过设定的单位时间分多次进行计算活性炭的过滤量，并根据计算结果确定活性炭的使用状态；假设，活性炭层在正常状态下达到饱和的时间为72小时，那么可以设定的单位时间为6小时，即在每间隔6小时通过控制器计算活性炭
的过滤量，这样通过设置浓度检测部件5和流速检测部件6实时收集数据过滤气体的实时数据，再通过设置控制器用于接收过滤气体的检测数据，并能够计算出单位时间内活性炭层的过滤量，根据计算结果确定活性炭层的使用状态，并按照设定的时间间隔反复通过计算来确认活性炭是否达到饱和状态，使其计算结果能够匹配过滤气体的状态变化，以达到提升判断活性炭饱和状态的精度，有利于避免活性炭更换过早或更换过晚的问题，帮助人们准确掌握的活性炭的使用状态，从而更好的使用净化装置完成对空气进行净化。
[0039]
请结合参照图5，作为本发明的一种实施例，本发明还提供一种判断过滤层到达饱和时间的方法，具体包括以下步骤：
[0040]
步骤一：获取单位时间t内过滤部件内有害气体平均浓度值c和平均流速v；
[0041]
步骤二：利用公式计算出过滤层当前的过滤量h i；
[0042]
步骤三：h i与所设定过滤层32的过滤标准总量值h0之间的差值
△
h＝h0-h i；
[0043]
步骤四：判断
△
h与设定的标准判断范围[a,b]之间的大小：
[0044]
如果
△
h》b，则认为过滤层还未达到饱和状态，并能够继续使用至下一个单位时间，无需进行更换，等待下一个单位时间后重复上述计算操作；
[0045]
如果a≤δh≤b，则认为过滤层32即将到达饱和状态，利用公式计算出过滤层32到饱和的时间，工作人员则需要在td-t前准备进行更换；
[0046]
如果td《a，则认为过滤层32已经达到饱和状态，工作人员需要立即进行更换。
[0047]
作为本发明的一种实施例，由于生产场井地面多是凹凸不平形式，为了提升净化装置的稳定性，本发明设置了支撑部件4，具体为：支撑部件4安装在下壳体1的底部，支撑部件4用于为下壳体1提供支撑；支撑部件4包括定位组件41和接触支撑组件42，定位组件41包括插接销411和调节件412，插接销411的端部滑动贯穿下壳体1的底端，插接销411用于插入地下，增加净化装置与地面之间的连接稳定性，插接销411的底端为尖端，便于插入生产井场地下；调节件412螺纹套设在插接销411的外侧，调节件412的顶端与下壳体1的底端转动连接，通过转动调节件412可带动插销件在竖直方向伸缩，实现对插销件的位置调节；接触支撑组件42包括三个连接座421，三个连接座421呈圆周整列状态固定安装在下壳体1的底端，连接座421远离下壳体1的一端转动安装有接触杆422，接触杆422的底端为尖端，便于插入地下，以增加与地面之间接触时的稳定性，接触杆422与连接座421之间固定安装有连接弹簧423，连接座421上螺纹安装有锁定件424，锁定件424用于对接触杆422的转动端进行位置锁定，可使得接触杆422不能进行转动；
[0048]
该支撑部件4在使用时，通过地面的吊装设备将整个净化装置吊起并缓慢放入生产井场内，当接触杆422与地面接触时，由于此时接触杆422处于自由状态，在所处地面凹凸不平时，通过接触杆422和连接弹簧423的配合，可使得三个接触杆422能够分别适应所接触的地面，最终能够与地面保持有效接触，以使得整个净化装置保持稳定，之后再通过手动转动锁定件424，通过锁定件424的端部与接触杆422的转动端接触，可对接触杆422的转动端进行锁定，使其不能继续转动，再通过转动调节件412，可带动插销轴向下延伸，并逐渐插入地下，进一步增强净化装置底部与地面之间的连接稳定性，如此，便使得净化装置能够稳定放置在生产井场内使用，能够很好的适应凹凸不平的地面，具备自适应调节功能，省去了人
工辅助调整操作，以提高该净化装置使用时的安全性。
[0049]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
[0050]
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“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。
[0051]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，包括：下壳体(1)；上壳体(2)，安装在所述下壳体(1)的顶部；过滤部件(3)，设置在所述下壳体(1)的内部，所述过滤部件(3)用于对生产井场内的有害气体进行过滤处理，所述过滤部件(32)包括过滤层(32)；支撑部件(4)，安装在所述下壳体(1)的底部，所述支撑部件(4)用于为所述下壳体(1)提供支撑；浓度检测部件(5)，设置在所述过滤部件(3)内，所述浓度检测部件(5)用于检测所述过滤部件(3)内有害气体的浓度；流速检测部件(6)，设置在所述过滤部件(3)内，所述流速检测部件(6)用于检测所述过滤部件(3)内有害气体的流速；控制器，用于接收所述浓度检测部件(5)上传的有害气体浓度测量数据以及所述流速检测部件(6)上传有害气体流速测量数据，并分别计算出在所设定的单位时间内有害气体的平均浓度c和有害气体的平均流速v，利用公式计算出所述过滤层当前的过滤量，其中，t表示设定的单位时间，m表示所述过滤层(32)的质量，w表示所述过滤层(32)的吸附能力值，s表示所述过滤层(32)的横截面积；继续计算hi与所设定所述过滤层(32)的过滤标准总量值h0之间的差值
△
h＝h0-hi，判断
△
h与设定的标准判断范围[a,b]之间的大小，如果
△
h>b，则认为所述过滤层(32)还未达到饱和状态，并能够继续使用至下一个单位时间，无需进行更换，等待下一个单位时间后重复上述计算操作；如果a≤δh≤b，则认为所述过滤层(32)即将到达饱和状态，利用公式计算出所述过滤层(32)到饱和的时间，工作人员则需要在td-t前准备进行更换，其中，r表示活性炭的平衡保持量；如果td<a，则认为所述过滤层(32)已经达到饱和状态，工作人员需要立即进行更换。2.根据权利要求1所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述下壳体(1)设置为顶端带有敞口的圆筒，所述下壳体(1)的外环面上开设有多个呈圆周整列分布的进气槽(7)，所述下壳体(1)内侧靠近所述进气槽(7)的端口固定安装有过滤网(8)，所述上壳体(2)设置为上下两端带有敞口的圆筒，所述上壳体(2)的顶端固定安装有导流罩体(9)，所述上壳体(2)的内侧固定安装有第一进气扇(10)。3.根据权利要求1所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述上壳体(2)的底端与所述下壳体(1)的顶端均固定安装有两个对称分布的连接耳座(11)，在所述上壳体(2)与所述下壳体(1)拼接后，使用螺栓将拼接在一起的两个所述连接耳座(11)进行固定。4.根据权利要求1所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述过滤部件(3)包括安装架(31)，所述安装架(31)安装在所述下壳体(1)内，所述安装架(31)的顶端设有开口，所述安装架(31)的底端设有气体入口，所述过滤层(32)包括至少两个活性炭层，两个所述活性炭层在所述安装架(31)内由上至下依次排布，所述安装架(31)内侧的下端固定安装有第二进气扇(33)。5.根据权利要求1所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述支撑
部件(4)包括定位组件(41)和接触支撑组件(42)，所述定位组件(41)包括插接销(411)和调节件(412)，所述插接销(411)的端部滑动贯穿所述下壳体(1)的底端，所述调节件(412)螺纹套设在所述插接销(411)的外侧，所述调节件(412)的顶端与所述下壳体(1)的底端转动连接。6.根据权利要求5所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述接触支撑组件(42)包括多个连接座(421)，多个所述连接座(421)呈圆周整列状态固定安装在所述下壳体(1)的底端，所述连接座(421)远离所述下壳体(1)的一端转动安装有接触杆(422)，所述接触杆(422)与所述连接座(421)之间固定安装有连接弹簧(423)，所述连接座(421)上螺纹安装有锁定件(424)，所述锁定件(424)用于对所述接触杆(422)的转动端进行位置锁定。7.根据权利要求4所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述浓度检测部件(5)包括至少两个气体浓度传感器，所述气体浓度传感器固定安装在所述安装架(31)内侧，所述气体浓度传感器位于两个所述活性炭层之间。8.根据权利要求1所述的用于煤层气开采用生产井场净化装置，其特征在于，所述流速检测部件(6)包括至少两个气体流速传感器，所述气体流速传感器固定安装在所述安装架(31)内侧，所述气体流速传感器位于两个所述活性炭层之间。

技术总结
本发明公开了一种用于煤层气开采用生产井场净化装置，涉及作业井空气净化领域，其技术方案要点包括：下壳体；上壳体，安装在所述下壳体的顶部；过滤部件，设置在所述下壳体的内部，所述过滤部件用于对生产井场内的有害气体进行过滤处理，所述过滤层包括过滤层。一种用于煤层气开采用生产井场净化装置，通过设置浓度检测部件、流速检测部件以及控制器，能够计算出单位时间内活性炭层的过滤量，根据计算结果确定活性炭层的使用状态，这样通过收集数据过滤气体的实时数据，并按照设定的时间间隔反复通过计算来确认活性炭是否达到饱和状态，使其计算结果能够匹配过滤气体的状态变化，以达到提升判断活性炭饱和状态的精度，有利于避免活性炭更换过早或更换过晚的问题。活性炭更换过早或更换过晚的问题。活性炭更换过早或更换过晚的问题。


技术研发人员：侯建军 温书鹏 孔令飞 周泽妮 任宗 黎建
受保护的技术使用者：贵州省煤田地质局一一三队
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/20