摘要:闡(chan)述了煤礦管(guǎn)道瓦斯流量(liàng)計 量的發展(zhǎn)現狀,分析了(le)孔闆流量計(ji)、渦街流量計(ji)、皮托🚶‍♀️管流量(liang)計、旋進漩渦(wō)流量計、V錐流(liu)量計的優缺(que)點;針對瓦斯(si)㊙️流量測量精(jing)度受氣體中(zhong)的雜質和瓦(wa)斯體積分數(shù)變化影響的(de)問題,提出了(le)解決辦法;建(jiàn)議煤礦瓦斯(si)抽放管網中(zhōng)的主管、幹管(guan)、支管采用V錐(zhuī)流量計,彙流(liu)管以及各評(píng)價單元采用(yong)多㊙️點采樣的(de)插入式流量(liang)計;指出煤礦(kuàng)管道瓦斯流(liu)量計量應根(gen)據✍️不同的現(xiàn)場狀況、工況(kuàng)條⛱️件及測量(liàng)需求選擇相(xiàng)應的流量計(jì)。
0引言
　　《2012年煤礦(kuang)安全工作要(yao)點》第三條強(qiáng)調:強力.推進(jìn)先抽後采、綜(zong)⛹🏻‍♀️合♻️治理的治(zhi)本措施,深化(hua)煤礦瓦斯防(fang)治。特⚽别強調(diao)“強力推進瓦(wa)斯抽采達标(biao)”的實施措施(shi)。督促煤礦企(qǐ)業嚴格執行(hang)《煤礦瓦斯抽(chōu)采達标暫行(háng)規定》,建立瓦(wa)斯抽采達标(biao)🏃🏻‍♂️自評估制度(du),把瓦斯🧡抽采(cai)達标能力作(zuò)爲礦井能力(lì)核定的重要(yao)約束🔞性指标(biāo),組織開展瓦(wǎ)斯抽采達标(biao)監督.檢查,切(qiē)實做到先抽(chōu)後采、抽采達(dá)标,實現抽、掘(jué)、采平衡以。作(zuò)爲保證瓦斯(si)抽采達标的(de)重要手段一(yi)管道瓦斯流(liu)量計👨‍❤️‍👨量将在(zài)整個考核過(guò)程中起到一(yī)定💞作用。本文(wen)分析如何保(bǎo)證管♈道瓦斯(si)計量結果既(ji)準确又适合(he)煤礦現💔場工(gōng)況條件。
1管道(dao)瓦斯流量計(jì)量發展現狀(zhuàng)
　　到目前爲止(zhǐ),煤礦管道瓦(wa)斯流量計量(liàng)經曆了從無(wu)到有、從人工(gong)計量到儀器(qì)自動計量、從(cóng)簡易粗放計(ji)量到正确結(jie)算計量的過(guo)程。由于管道(dào)瓦斯氣體的(de)✨特殊性,目前(qián)在瓦斯抽放(fang)計量領域使(shǐ)🔅用較爲廣泛(fàn)的仍然是孔(kong)闆流量計、渦(wo)街流量計、皮(pi)托管流量計(jì)、旋進漩渦流(liu)量計、V錐流量(liang)🙇🏻計等。
　　孔闆流(liú)量計 起源早(zao),曆史悠久,機(jī)構簡單,成本(ben)低且無可轉(zhuan)動部件💯,取壓(ya)孔不易被髒(zāng)污介質堵塞(sai),能夠保持取(qǔ)壓的⭕長期穩(wěn)定㊙️可靠,故孔(kǒng)🌈闆流量計在(zai)管道瓦斯抽(chou)放現場的适(shi)應性好。在前(qián)期抽放計量(liang)儀器少的時(shí)候,孔闆流量(liang)計幾乎占據(jù)了整個應用(yòng)領域,可👨‍❤️‍👨以說(shuo)其市⛷️場占有(you)率是最大的(de)。
　　渦街流量計(jì) 産生于20世紀(ji)50年代,其相對(duì)孔闆流量計(jì)來說具有量(liàng)程比寬、壓損(sun)小等優點。在(zài)隻有孔闆流(liú)量計的時代(dai),渦街流量⚽計(jì)的出現體現(xiàn)了其應有的(de)價值,并在瓦(wa)☂️斯抽放計量(liàng)市🐉場上占有(yǒu)一定的份額(é)。
　　皮托管流量(liàng)計由一個直(zhí)徑較細的圓(yuán)管構成,主要(yào)采用🤞人工測(ce)量方式。在輸(shu)氣管道上開(kāi)一個小孔，将(jiāng)皮托管插人(ren)管道内，皮托(tuō)管即可測量(liang)出管道内測(cè)量點氣體的(de)動壓,進而可(ke)以推算出該(gai)點的流速及(ji)流量。該種🔱流(liú)量計主要用(yòng)于管道氣體(tǐ)流量摸底與(yǔ)現場流量比(bi)對,在煤礦管(guǎn)道瓦斯流量(liang)計量領域的(de)♈使用普遍。
　　旋(xuan)進漩渦流量(liang)計 是縮小了(le)内徑的渦街(jie)流量計，其與(yǔ)渦街流量計(ji)都屬👈于流體(tǐ)振動型流量(liang)計。因旋進漩(xuan)渦流量計内(nei)部流通面類(lei)🍉似标準節流(liú)裝置一文丘(qiū)利管,也有人(rén)稱其爲“文丘(qiu)利渦❄️街”。該儀(yi)表解決💁了渦(wō)街流量計直(zhi)管段要求高(gāo)和下限流速(sù)高的問題。
　　V錐(zhuī)流量計 出現(xiàn)于20世紀80年代(dai),其在保持孔(kong)闆流量計測(ce)量精度高❓、穩(wen)定性高、可測(ce)量多相流等(deng)優點的基礎(chǔ)上,針對孔闆(pan)流量📐計的主(zhu)要缺點進行(háng)了改進,因此(ci)還具有測量(liang)量程比寬、自(zì)整流、自清潔(jie)、壓損小、穩定(ding)性高等孔闆(pan)流量計所沒(mei)有的優點。V錐(zhuī)流量計早在(zai)石化、熱能、供(gong)水等領域得(dé)到廣泛應用(yòng),2007年被用于瓦(wǎ)斯抽放流量(liang)計量領🌈域,并(bìng)迅速表現出(chu)其在管道瓦(wǎ)斯⭐流量計量(liang)方面的優勢(shi):可測量多相(xiang)流，能夠适應(yīng)管道瓦斯這(zhè)種高濕、高髒(zāng)的氣體環境(jìng)，現場适應性(xing)較好;測量量(liàng)程比寬,測量(liàng)下限更低，能(néng)夠适應抽放(fàng)管道瓦🚶‍♀️斯氣(qi)體流速低的(de)特點;具有自(zi)
　　整流特點，使(shǐ)得現場所需(xū)的直管段長(zhang)度大大縮短(duǎn)，能夠适🤩應♻️煤(méi)礦現場安裝(zhuang)空間狹窄的(de)實際情況;具(jù)💃🏻有自清潔❄️功(gōng)能,節流🔆件不(bu)會被氣體中(zhong)的污垢腐蝕(shí)、磨損，能夠保(bao)持節流裝🈲置(zhì)流量🌐系數的(de)長期穩定性(xing),增大校準周(zhou)期;壓損小,适(shi)用于👨‍❤️‍👨低負壓(yā)抽放管道的(de)流量計量而(er)不影響其抽(chōu)放效果;穩定(ding)性高,使得現(xiàn)場維護成本(ben)下降。
2管道瓦(wa)斯流量計量(liang)存在的問題(ti)及解決方案(an)
2.1管道瓦斯流(liu)量計量存在(zài)的問題
　　管道(dao)瓦斯氣體存(cun)在濕度大、雜(zá)質多、氣液固(gu)混合、壓🙇🏻力低(di)、流量變💞化範(fan)圍寬、流速下(xià)限低、現場安(an)裝.環境局限(xiàn)性大🛀🏻等特💰點(diǎn),這就要求測(cè)量其流量的(de)流量計🛀具有(you)如下特征:無(wu)可轉動部件(jiàn)🈲，測量量👌程比(bi)寬，可測量多(duō)項流,不易堵(du)塞磨損,永久(jiu)🙇🏻性壓損小‼️，測(cè)量下限低,直(zhí)管段要求短(duǎn)。雖然氣體流(liú)量計種類很(hěn)多,但适用于(yú)管道瓦💞斯⛱️流(liu)量測量的流(liú)量計并不是(shì)很多。當前應(ying)用最😄爲廣泛(fàn)的孔闆流量(liang)計、渦🏃‍♀️街流量(liàng)計、皮托管流(liu)量計.V錐流量(liang)計等在測量(liang)管道瓦斯時(shi)也存在相應(yīng)的問題。
　　孔闆(pǎn)流量計存在(zài)的問題:(1)測量(liàng)量程比窄,約(yuē)爲1:3,相對☀️煤♍礦(kuang)流量變化範(fàn)圍來說,測量(liàng)範圍窄;(2)采用(yòng)邊緣截止、中(zhōng)間流通的銳(ruì)角節流方式(shì)，使管道瓦斯(si)氣體中的液(ye)體或固體雜(zá)質無法順利(li)流過,造成孔(kǒng)闆前方液體(ti)和固體雜質(zhi)堆積的現象(xiàng)♌,需要經常清(qīng)洗管道;(3)對流(liú)場的分布要(yao)求較高,直管(guan)段要求✨長，現(xian)場安裝局限(xiàn)性大;(4)對管道(dao)介質造成的(de)永久性壓損(sǔn)大,特别是負(fu)壓端會影響(xiǎng)井下抽放壓(ya)力,同一條管(guǎn)道上不适宜(yi)串聯使用多(duo)台孔闆。
　　渦街(jiē)流量計存在(zai)的問題:(1)對環(huán)境振動較爲(wèi)敏感,現場🎯長(zhǎng)期☂️運行穩定(ding)性較差;(2)測量(liàng)下限較高,特(te)别是對🏃‍♂️于低(di)🥰密度介質,如(rú)氣體介🔞質,特(tè)别是負壓狀(zhuang)态下的氣體(tǐ)介📱質,測量下(xià)限一✂️般不低(dī)于5m/s;(3)采用插人(ren)式點測量方(fang)式,插人的深(shen)度不同,測量(liang)的流量結果(guǒ)也不相同,無(wu)法保證現場(chǎng)與實驗🏃‍♂️室的(de)測量精度一(yi)緻;(4)直管段要(yao)求長,現場安(an)裝局限性大(dà)。
皮托管流量(liàng)計由于插人(rén)杆較細,取壓(ya)孔較小,容易(yì)👈堵‼️塞,不适宜(yi)長期在線測(cè)量瓦斯流量(liàng)。
　　 旋進漩渦流(liu)量計存在的(de)問題:(1)适用管(guan)徑範圍小,一(yi)般最🚩大隻能(néng)📞測量300mm管徑,适(shi)用面窄;(2)給管(guǎn)道帶來的永(yǒng)久性壓力💃損(sǔn)失大，影響瓦(wa)斯抽放效果(guo),主要應用于(yu)㊙️油田井口平(píng)台高中壓油(you)、氣的流量測(cè)量;(3)現場适應(yīng)性差,同一管(guan)徑的每一台(tái)儀表都具有(yǒu)相同的流速(su)測量範圍,且(qie)🔴不可更改,隻(zhi)能通過現場(chang)管道的擴管(guan)☔或縮管來滿(mǎn)🙇‍♀️足🏃‍♀️流量計的(de)流速🈚測量要(yao)求，即以現場(chǎng)工況條件♻️來(lái)适應并滿足(zú)🔞流量計的.需(xu)要;(4)易受被測(cè)介質影響,特(tè)别在介質髒(zang)污的情況下(xia),其導流器(旋(xuán)轉導流槽、在(zai)人口處的螺(luo)旋漿形葉片(piàn))容易結垢,嚴(yan)🏃重時可能封(fēng)閉葉片面積(ji),需要經常清(qīng)理。
　　V錐流量計(ji)主要是爲了(le)解決孔闆流(liú)量計和渦街(jie)流量計存在(zài)的問題而引(yin)入的,具有測(cè)量量程比寬(kuān)、自.整流等優(yōu)點,但它整⛱️體(ti)結構較爲複(fu)雜,運輸、安裝(zhuang)較爲不便。
2.2提(tí)高管道瓦斯(si)流量計量準(zhun)确度的方法(fǎ)
　　瓦斯流量的(de)測量精度是(shì)管道瓦斯流(liú)量測量過程(cheng)中存在的一(yi)🥰個主要問題(tí)。瓦斯氣體裏(lǐ)含有大量的(de)液态水以及(ji)固♊體雜質,并(bing)且瓦斯體積(ji)分數會實時(shí)變化,這些因(yin)素會嚴重🈲影(yǐng)響氣體的物(wu)🔴理性質,如密(mi)度、黏度等,特(te)别是對🌈氣體(tǐ)密度🏃‍♂️影響較(jiao)大。
　　解決該問(wen)題可采用以(yǐ)下辦法:(1)對瓦(wa)斯體積分數(shù)進行實時檢(jian)測✍️并最終轉(zhuan)換爲對瓦斯(si)氣體密度的(de)實時修正,從(cong)🐪而解決瓦斯(si)體積分數變(bian)化帶來的密(mi)度誤差;(2)在💁管(guan)道上多加放(fàng)水器，使氣體(ti)中的液态水(shuǐ)和固體雜質(zhi)能夠在經過(guo)一段距❤️離的(de)輸送之後,最(zuì)終排除到管(guan)道之外,從而(er)盡可能保證(zheng)到👅達流量計(jì)的氣體爲較(jiao)爲👄潔淨和幹(gàn)燥的瓦斯氣(qi)體,減小液态(tài)水💚和固體雜(zá)質對氣體密(mì)度的影響;(3)注(zhu)意現場的輸(shū)氣管🔴道布置(zhi),應保證靠近(jin)水源端的管(guan)道處于低處(chu),使🌐得液态水(shui)不能夠流入(rù)後端管道内(nei)，同時流量✊計(ji)應遠離水源(yuán)端;(4)采取措施(shī)使輸氣管道(dao)的溫度變化(huà)保⛹🏻‍♀️持在一定(dìng)範圍内,從而(er)減少🈲瓦斯氣(qì)體中的水分(fèn)在流量計處(chù)冷凝的情況(kuang);(5)在😍有條件的(de)地方增加氣(qi)體預處理裝(zhuāng)置,直接濾除(chu)氣體中的⭕液(ye)态水和固體(ti)雜質。
3管道瓦(wa)斯流計量t發(fa)展方向
　　《煤礦(kuàng)瓦斯抽采達(dá)标暫行規定(ding)》第十四條規(guī)定:煤與🈚瓦斯(si)突出礦💘井和(he)高瓦斯礦井(jing)必須建立地(di)面固定抽采(cai)瓦斯系統,其(qi)他應當抽采(cǎi)瓦斯的礦井(jing)可以建立井(jing)下✊臨時抽采(cai)瓦斯系統;同(tóng)時具有煤層(céng)瓦斯預抽和(hé)采空區瓦斯(si)抽采方式的(de)礦井,根據需(xū)要分别建立(lì)高、低負壓抽(chou)采瓦斯系統(tǒng)[2]。從這些🌈信息(xi)可以看出,瓦(wǎ)斯抽放♍流‼️量(liàng)計量将是未(wèi)來國家相關(guān)部門考核煤(méi)礦瓦斯抽放(fàng)達标的一個(ge)重要手段,如(rú)何保證☀️抽放(fàng)效果良好并(bing)達🔴到要求将(jiang)是煤礦瓦🔞斯(si)抽放領域必(bi)須考慮的問(wèn)題。
　　瓦斯抽采(cai)礦井應當配(pèi)備瓦斯抽采(cǎi)監控系統,實(shi)時監控✊管網(wǎng)瓦斯濃度、壓(ya)力或壓差、流(liú)量、溫度參數(shù)及設備💃🏻的開(kāi)👣停狀㊙️态等;抽(chou)采瓦斯計量(liang)儀器應當符(fu)合相關計🏃量(liang)标準要求;計(ji)量測點📐布置(zhi)應當滿足瓦(wa)斯抽采達标(biāo)評價的需要(yào),在泵站、主管(guǎn)、幹管、支管及(jí)需🌈要單獨評(píng)價⭐的區域分(fen)支、鑽場等布(bu)置測點幻。從(cong)上述規定可(ke)以看📞出,在瓦(wǎ)斯抽放管網(wang)系統中的🏃🏻‍♂️各(gè)階段均要設(she)置監測點,作(zuò)爲考察抽采(cǎi)達标的一個(ge)重💃要🔆指标,各(gè)階段的瓦斯(sī)流量監測也(ye)将是重點考(kao)察對象。
煤礦(kuang)瓦斯抽放管(guǎn)網一般由總(zong)管、幹管、支管(guǎn)、彙流管以⚽及(ji)鑽孔等構成(cheng),如圖1所示。
 
　　考(kǎo)慮到主管、幹(gàn)管、支管不經(jīng)常移動,且要(yao)求測量儀器(qi)穩定🔅性高、測(cè)量精度高,建(jiàn)議采用V錐流(liú)量計。彙流📧管(guan)以及各🈲評價(jia)單元建議采(cǎi)用插人式流(liú)量計,但當前(qián)插人式流量(liang)計多采用點(dian)式測量方式(shì),以測量一點(dian)的流量來代(dai)替整個管道(dào)截面的流量(liàng),而一個管道(dào)界面上每一(yi)點的流速是(shì)不相同的。理(li)想狀态(紊👌流(liú)狀态)下的流(liu)速分布爲一(yi)個🌍抛物面形(xing)式，即越靠近(jin)管壁位置流(liú)速越低，而越(yue)靠近管👄道中(zhōng)央位置流🏃🏻‍♂️速(su)越高,因此以(yǐ)點帶🔴面的插(chā)人式測量方(fāng)式的測量🈲精(jīng)度相對較低(di)。這種情況宜(yí)在一個界面(mian)下采用多點(diǎn)測量的方式(shi)來✉️改善,但這(zhè)樣做無疑又(yòu)會增加成本(běn)和安裝維護(hu)複雜度,故推(tui)薦采用多點(dian)采樣的插人(ren)式🔱流量計作(zuò)爲在線式😄流(liu)量🔆測🈲量設備(bèi),如勻速管流(liú)量計。
　　不同階(jiē)段的輸氣管(guan)可能有不同(tong)的現場狀況(kuàng)，如管徑不同(tóng)🛀🏻、是否經常移(yi)動、周圍空間(jiān)大小不同、直(zhi)管段長度不(bú)同等。不♈同階(jie)🙇🏻段的✨瓦斯氣(qì)體也可能有(you)不同的工況(kuàng)條件，如含水(shuǐ)量大小不同(tóng)、髒污📱介質多(duo)少不同、氣體(tǐ)壓力大小不(bu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼同等。考察不(bú)同階段管道(dao)瓦斯流量的(de)目的不同,對(duì)每個階段管(guan)道瓦斯流量(liàng)測量的準确(què)度要求也不(bu)相同。故煤礦(kuàng)管道瓦斯流(liu)量計量應根(gēn)據🤞不同的現(xian)場狀況、工況(kuàng)條件及測量(liang)需求選擇相(xiang)應的流量計(ji)。
4結語
　　闡述了(le)煤礦管道瓦(wa)斯流量計量(liang)發展現狀,分(fen)析了各種存(cun)在的問題并(bing)提出了解決(jue)辦法;建議煤(méi)礦瓦斯抽放(fang)管網中的主(zhǔ)管、幹管、支管(guan)采用V錐流量(liang)計,彙流管以(yi)及各評價單(dān)元☁️采用多點(diǎn)采樣的插人(ren)式流量計;指(zhǐ)出煤礦管道(dao)瓦斯流量計(jì)量應根🍓據不(bu)同的現場狀(zhuang)況.工況條件(jiàn)及測量需求(qiu)選擇🔴相應的(de)流量計。

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