摘要:
管道瓦斯(sī)流量計
量是對瓦(wa)斯抽采是否達标(biao)的重要監測手段(duan)。煤層抽放管道中(zhong)🥵的混合氣體,具有(you)顆粒雜質多、濕度(du)大🔞、現場📞條件惡劣(liè)等特點,要求計量(liàng)設備須無可轉動(dòng)部件、耐髒污介⚽質(zhi)能力強、成本低、精(jīng)度❓高、安裝方便。通(tong)過分析
渦街流量(liang)計
、V錐流量計等煤(mei)礦管道瓦斯流量(liang)計量發展現狀,并(bìng)根據在北皂煤礦(kuàng)應用情況,從技術(shu)特點、調校維護、數(shu)據🈲傳輸與分析方(fang)面,重點研究如何(hé)保證管道瓦斯計(ji)量結果既♍準确又(you)适合煤礦現場工(gōng)況條件,真實地反(fǎn)映🛀實際瓦斯抽采(cai)情況。
北皂煤礦海(hai)下采煤填補國内(nèi)空白,但具體實施(shi)過程中,在海域🐉的(de)掘進和回采過程(cheng)中遇到了瓦斯濃(nóng)度上升的問題,海(hǎi)域區域🧑🏽🤝🧑🏻也劃爲了(le)瓦斯異常區,所以(yǐ)需要對工作面的(de)煤層瓦斯㊙️進行抽(chōu)放。在煤層瓦斯抽(chōu)放進程中,需要對(duì)抽放管♈路中抽出(chu)氣體累計☔量、瓦斯(si)量等🔱進行計算,從(cóng)👉而對抽放效果進(jin)行評估,具體是通(tong)過對抽放管道内(nèi)混合氣體的流量(liàng)、管道内溫度、管道(dào)内壓力、混合氣體(ti)中的🚶甲烷濃度、一(yi)氧化碳濃度等進(jìn)行連續監測。并且(qie)充分💜利用本礦現(xiàn)有的KJ95N安全監控系(xì)統,實現全礦井瓦(wǎ)斯數據的統一采(cǎi)集和分析,因此對(duì)管道瓦斯抽放監(jian)測技術進行了研(yán)究和應用。
1管道瓦(wǎ)斯計量現狀
煤層(ceng)氣管道瓦斯氣具(jù)有雜質多、粉塵大(dà)、濕度大、濃度變💃🏻化(huà)範圍大、監測傳感(gǎn)器不易維護和調(diào)校的特點,而目前(qián)在用🧑🏽🤝🧑🏻的安♻️全監控(kong)瓦斯、流量等傳感(gan)器由♌于結構✍️的不(bú)适應,不能直接應(ying)用于管道瓦斯抽(chōu)放監測。必須解決(jué)氣體😍采樣、去濕、防(fáng)污的問題,要求具(jù)💋有量程寬、結構無(wu)可轉動部件、滿足(zu)多種參數測量🙇♀️、不(bú)易堵塞磨損和自(zì)清潔的特征。
2幾種(zhong)可用的管道瓦斯(sī)流量計分析對比(bi)
當前适用于煤礦(kuàng)管道瓦斯流量監(jiān)測的幾種可用的(de)🍓管道瓦斯流量計(jì)有
孔闆流量計
、渦(wō)街流量計、皮托管(guǎn)流量計、V錐流量計(jì)等。
(1)孔闆流量計屬(shǔ)于
差壓式流量計(jì)
中的一種。是利用(yòng)流體通過孔闆時(shí)在孔闆前後産生(shēng)的差壓來測量流(liú)量的一種方法,主(zhu)要由孔闆、取壓裝(zhuāng)置、信号管路、
差壓(ya)變送器
及顯示儀(yi)表組成。其原理是(shi)将一個孔闆節流(liú)件固定🌐在管道内(nei)⁉️部,節流件的孔徑(jing)小,對流過的流體(ti)有約束🧡作用🈲,流體(ti)的流束截面突然(rán)收縮,流速随之加(jiā)✍️快,由于☀️節流件前(qian)後的流速突然變(bian)化✨,使得在節流件(jiàn)前後産生靜壓力(lì)差,流體通過節流(liú)件的流量越🚶大,産(chan)生的靜🏃壓力差越(yue)大♈,通過測量節流(liú)件前後的🔴差壓,進(jin)而實現對流量的(de)測量。孔闆流量計(ji)是較早用于測量(liang)氣體流量的流✌️量(liàng)計,它的優點是便(bian)于安裝👌、成本低、無(wú)可轉動部件。孔闆(pan)流量計的缺點是(shi)穩☎️定性差,流‼️動性(xing)差,流速🏃🏻♂️範圍小,節(jie)流件前段容易堆(duī)積雜質,測量精度(dù)差等。
(2)渦街流量計(ji)類似于目前煤礦(kuàng)廣泛使用的渦街(jie)風🛀速傳感🏃♂️器,也是(shì)根據卡曼渦街原(yuan)理,是在一穩定的(de)流體中安放一根(gen)非流線型阻流體(tǐ),流體受阻流體的(de)影響,動能和🌈壓能(néng)相互轉換,外部流(liú)☔體壓強大于内部(bu)流體,迫使内部流(liú)體向相🌏反方向移(yí)動,從而在阻流體(ti)兩側交替地形成(cheng)兩串規則的🌈旋渦(wō),而産生❄️的旋渦周(zhōu)期頻率與管道内(nèi)的流體流速之間(jiān)有确定的數值關(guan)系,通過超聲💋、熱敏(mǐn)、應力、應變、電容、電(dian)磁、光電、光纖等其(qi)他形式的檢測方(fang)式測出旋渦的分(fen)離頻率變化就可(ke)以換算出流體的(de)流量。渦街流量計(jì)的優點是結構簡(jiǎn)單,無可轉動部件(jiàn),耐髒污介質😄能力(lì)強,測量💋量程比寬(kuān),永久性壓損小。渦(wo)街流量計🔞的缺點(dian)是在高粘度、低流(liú)速流體精度差,不(bu)适用于低雷諾數(shu)測量,隻适用于高(gāo)流速流體🌐的測量(liàng),對測📞量管道前後(hòu)的直管段長度要(yao)求長,方能保證穩(wěn)定的測量。
(3)皮托管(guǎn)流量計又名“空速(sù)管”,“風速管”,是通過(guò)測量管道内某點(dian)流體的動壓與靜(jing)壓之差來測量流(liú)量的,原理✉️是在💔皮(pí)托❌管頭部迎流方(fāng)向開有一個小孔(kong)稱爲總壓孔,在該(gai)處形成“駐點”,在距(jù)頭部一定距離處(chu)❤️開有若幹垂直于(yu)流體流向的靜壓(yā)孔.各靜壓孔所🏒測(cè)靜壓在均壓室均(jun)壓後輸出,由于流(liú)體的總壓和👉靜壓(yā)之差與被測流體(tǐ)的流速有确定的(de)數值關系,因此可(ke)以用皮托管測得(de)流體流速從而計(ji)算出被測🏃♂️流體的(de)流量。皮托🤞管流量(liang)計在飛機上☂️廣泛(fàn)應用,其優點是測(ce)量範圍寬,使用制(zhi)🏃🏻♂️造方便,點流速♋測(cè)量準确度高。缺點(dian)是低流速性差,受(shou)流速分布影響大(da),容易堵塞。
(4)
V
錐流量(liàng)計
也是一種差壓(yā)式流量計,同樣是(shi)基于密閉管道中(zhōng)能✔️量相互轉化的(de)伯努利定律,利用(yong)節流效應來測量(liang)流🌈體流量。它是在(zài)管道中心安裝一(yi)個錐形體來對流(liú)體進行節流,使管(guǎn)道中心🈲的流體繞(rao)錐形體流🍉動,并将(jiāng)流體收縮到管壁(bi)。與孔闆流量計的(de)中心孔🧑🏾🤝🧑🏼節流不同(tong),V錐流量計是管道(dao)外圍的環🍉狀節流(liu)。管道✊内的流體流(liu)過☎️V錐體時,被收縮(suo)到管壁,使管壁流(liú)體的流速加快,在(zài)V錐體的前後産生(shēng)差壓,流體的流速(sù)與差壓的平方有(yǒu)确定的數值關系(xi)。并且錐體與管道(dào)同軸,錐體前部直(zhi)接作用于流體中(zhōng)心部分,迫使高速(sù)的中心與接近管(guan)壁的低速流體均(jun1)勻化,從而産生正(zheng)确的壓差。V錐流量(liàng)計具有量程下限(xiàn)低,量程☂️比寬,适用(yong)磨損小,流場自動(dòng)調🐇整,自清掃等特(te)點。
表1幾種管道流(liú)量計參數對比
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名(ming)稱
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精度
等級
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長期(qi)穩
定性
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量程比
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可(kě)動
部件
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耐髒防堵(du)
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高流
速性
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低流
速(sù)性
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直管段
要求
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孔(kǒng)闆
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1.5級
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差
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1:3
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無
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差
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差
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差(cha)
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10D
後5D
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勻速管
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1.5級
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一般(ban)
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1:10
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無
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一般
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好
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差
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前20D
後(hòu)10D
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渦街
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2.0級
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一般
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1:7
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無
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一(yi)般
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好
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差
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前25D
後15D
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V錐
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0.5級(jí)
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好
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1:10
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無
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好
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好
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好前
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前(qián)3D
後1D
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綜上比較,最适(shi)合管道瓦斯抽放(fang)監測的是V錐流量(liang)計。
3V錐管道流量計(ji)在北皂煤礦的應(ying)用
3.1相關技術指标(biao)要求
(1)量程比:1:10;
(2)公稱(chēng)直徑DN:DN150;
(3)公稱壓力PN:1MPa;
(4)介(jiè)質溫度:20~25℃;
(5)負壓範圍(wei):-10~-40kPa;
(6)流量範圍:6~42m3/min;
(7)測量精(jīng)度:0.5級;
(8)錐體材質:不(bu)鏽鋼;
(9)管道外殼材(cái)質:碳鋼或不鏽鋼(gāng);
(10)RS485通信方式:可運行(háng)KJ95N以及其他基于RS485接(jiē)口的通訊協議,波(bo)特率1200~115200bps可調;
(11)通信距(ju)離:傳感器到抽放(fàng)顯示控制裝置最(zui)大距離❓不小于2km;
(12)工(gōng)業以太環網平台(tai):10/100/1000Mbit/s。
3.2主要設備
主要設(she)備包括V錐管件、GD3多(duo)參數傳感器、GJG100H紅外(wai)甲烷傳🆚感器、GTH1000一氧(yang)化碳傳感器、KPPI汽水(shuǐ)分離器。
(1)V錐管件。直(zhí)管段滿足前3D後1D(D指(zhi)管道的直徑),安裝(zhuāng)前直管段要🐕求😘不(bú)🌈低于0.6m。在V錐測壓孔(kǒng)上安裝三閥組,通(tōng)過穩壓組件連接(jie)到傳感器🔞;把汽水(shui)分離裝置、管道紅(hóng)外瓦斯傳感器和(he)管道一氧化碳傳(chuán)感器分别用螺絲(si)緊固于V錐支架上(shang),汽水分離裝置導(dǎo)氣管低進高✌️出,後(hòu)連到兩個傳感器(qì)上。在北皂煤礦應(ying)用時曾經㊙️出現瓦(wa)斯和一🌂氧化碳傳(chuán)感器🙇🏻數值顯示爲(wei)零、流量低的問題(ti),原因是導氣管将(jiang)流量、瓦斯和一氧(yǎng)化碳傳感器串聯(lian),導緻氣阻過大,将(jiāng)流量與瓦斯、一氧(yang)化碳傳感器氣路(lu)分離後正常。
(2)GD3多參(cān)數傳感器。用于監(jian)測管道瓦斯氣體(ti),實時顯示管道👈内(nèi)瓦🈲斯氣體多種參(can)數值(差壓、絕壓、負(fù)壓、溫度、流量、累積(jī)流量㊙️等值),在此處(chù)用于采集管道流(liu)量、負壓和溫🐅度,并(bing)由GD3将數據統一傳(chuan)輸到監測分站。
(3)GJG100H紅(hong)外甲烷傳感器。用(yong)于監測管道甲烷(wan)濃度。甲烷檢測範(fàn)圍❄️:0~100%;甲烷基本誤差(cha):甲烷濃度≤1%:真值±0.07%;甲(jiǎ)烷濃度>1%:±7%(真值)。爲避(bì)免管道💯瓦斯氣體(ti)内的水分對紅外(wai)甲烷測量造成影(yǐng)響,在進氣端安裝(zhuāng)汽水分離器。監測(cè)數據單獨傳輸到(dao)監測分站。
(4)GTH1000一氧化(hua)碳傳感器。對管道(dao)内的CO進行測量及(ji)顯示測🚩量範圍:0~1000×10-6CO;監(jian)測數據單獨傳輸(shū)到監測分站。
(5)與KJ95N系(xì)統的聯接。瓦斯抽(chou)放監測系統所采(cǎi)用的設備均💋是💋KJ95N系(xì)統的聯檢設備。在(zài)接入方式上有兩(liǎng)種模式,一是接入(ru)專用監測分站,通(tōng)過環網進行數據(jù)傳輸;另一種是接(jiē)入通用監測分站(zhàn),通過電纜實現數(shu)據🌈上傳。而無論哪(na)兩種方法,由于管(guan)道氣體監測傳感(gan)🐅器的測量範圍與(yǔ)環境氣🌐體監測傳(chuan)感器測量範圍😄大(da)不相同,需要⛷️在系(xì)統主機上🙇♀️對傳感(gan)器進行💜定義後方(fāng)可正常使用,否則(ze)會增大數據傳輸(shu)誤差。
4應用效果
在北皂煤礦海(hǎi)域H2302工作面應用V錐(zhuī)管道瓦斯抽放監(jiān)測,并将瓦斯抽放(fang)監測系統接入到(dao)KJ95N安全監控系統中(zhōng),實現了數據上傳(chuán)和統一監控。自2025年(nian)12月至2025年12月,累🚶♀️計抽(chou)放瓦斯32.84萬m3。
5結束語(yu)
通過管道瓦斯流(liú)量計在北皂煤礦(kuang)的應用,在現場對(duì)比😄了渦☁️街流量計(jì)和V錐流量計,V錐流(liu)量計的量程❤️下限(xiàn)低,低流速測量🔴性(xing)能💔好,安裝簡單的(de)特點比較突出,而(er)且利用V錐産生的(de)氣壓将氣樣💃導出(chu)抽放管道的方式(shì),大大減少了管道(dao)氣内的粉塵、水分(fen)對瓦斯、一氧化碳(tan)🙇🏻傳感器敏感元件(jiàn)的影響。爲北皂煤(méi)礦⛱️工作面的瓦斯(si)抽放工作提供了(le)準确的監測數據(jù)保障。
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