摘要(yào):闡述了煤(mei)礦管道瓦(wa)斯流量計(ji)
量的發展(zhan)現狀,分析(xi)了孔闆流(liu)量計、渦街(jie)流量計、皮(pi)托🤩管流💋量(liàng)💃🏻計🎯、旋進漩(xuán)渦流量計(ji)、V錐流量計(ji)的優缺點(diǎn);針對瓦斯(sī)流量測量(liang)精度受氣(qì)體中的雜(za)質和瓦斯(sī)體積分數(shù)變化影響(xiang)的問題,提(ti)☁️出了解決(jue)辦法;建議(yì)🈚煤礦瓦斯(sī)⛹🏻♀️抽放管網(wang)中的主管(guan)、幹管、支管(guan)采用V錐流(liu)🐆量計,彙流(liu)管以及各(gè)評價🥵單元(yuan)采用多點(dian)采樣的插(cha)入式流量(liàng)計;指出煤(mei)礦管道瓦(wa)斯流量計(ji)量應♊根據(ju)不同的現(xiàn)場狀況、工(gōng)況條件及(ji)測量需求(qiú)選擇相應(yīng)的🚶♀️流量計(jì)。
0引言
《2012年煤(méi)礦安全工(gōng)作要點》第(dì)三條強調(diao):強力.推進(jin)先抽後采(cǎi)、綜合治理(li)的治本措(cuò)施,深化煤(mei)礦瓦斯防(fáng)治。特别強(qiang)調“強力推(tuī)進瓦斯抽(chōu)采達标”的(de)實施措施(shi)。督促煤礦(kuàng)企業嚴格(ge)執行《煤礦(kuàng)瓦斯抽采(cai)達标暫行(hang)規定☔》,建立(li)瓦斯🚶抽采(cai)達标自評(ping)估制度,把(bǎ)瓦斯抽采(cǎi)達标能力(li)作爲礦井(jing)能力核定(ding)🧡的重要約(yuē)束性指标(biāo),組織開展(zhǎn)瓦斯抽采(cǎi)達标監督(du).檢查,切實(shi)做到先抽(chōu)後采、抽采(cai)達标,實現(xian)抽、掘、采平(píng)🔆衡以。作爲(wèi)保證瓦斯(sī)抽采💰達标(biāo)的重要手(shou)段一👨❤️👨管道(dào)瓦斯流量(liang)計⭕量将在(zài)整個考核(hé)過程中起(qi)到一定作(zuò)用。本文分(fen)析如何保(bao)證管道瓦(wa)斯計量結(jié)果既準确(que)又适合煤(méi)礦現💋場工(gōng)況條件。
1管(guan)道瓦斯流(liu)量計量發(fā)展現狀
到(dào)目前爲止(zhi),煤礦管道(dào)瓦斯流量(liang)計量經曆(lì)了從無到(dao)有、從人㊙️工(gōng)🏃計量到儀(yí)器自動計(jì)量、從簡易(yì)粗放計✂️量(liàng)到正确結(jie)算計量的(de)過程。由于(yú)管道瓦斯(sī)氣體的特(tè)殊性,目前(qián)在瓦斯抽(chōu)放計量領(ling)域使用較(jiao)爲廣泛的(de)仍然是孔(kǒng)闆流量🌂計(jì)、渦街流量(liàng)計、皮托管(guan)流量計👈、旋(xuán)進漩渦流(liú)量計、V錐流(liú)量計等。
孔(kǒng)闆流量計(jì)
起源早,曆(lì)史悠久,機(jī)構簡單,成(chéng)本低且無(wú)可轉動部(bu)件,取壓孔(kǒng)不易被髒(zāng)污介質堵(du)塞,能夠保(bǎo)持取壓的(de)🧑🏽🤝🧑🏻長期穩定(dìng)♌可靠,故孔(kǒng)闆流量計(jì)在管道瓦(wa)斯抽放現(xian)場的适應(yīng)性好。在前(qián)期抽放計(jì)量儀器少(shao)的時候,孔(kong)闆流量計(jì)✍️幾乎占據(jù)了整個應(yīng)用領域,可(ke)以說其市(shì)場占有率(lǜ)是🙇🏻最大的(de)。
渦街流量(liàng)計
産生于(yu)20世紀50年代(dài),其相對孔(kǒng)闆流量計(ji)來說具有(you)量程⭐比寬(kuān)、壓損小等(deng)優點。在隻(zhī)有孔闆流(liú)量計的時(shí)代,渦街流(liu)量計的出(chu)現💘體現🧡了(le)其應有的(de)價值,并在(zai)瓦⭐斯抽放(fàng)計量市場(chang)上占有一(yi)定的份額(e)🏃🏻♂️。
皮托管流(liu)量計由一(yī)個直徑較(jiào)細的圓管(guǎn)構成,主要(yao)⛷️采用🐇人工(gōng)測量方式(shi)。在輸氣管(guǎn)道上開一(yi)個小孔，将(jiang)皮托管插(cha)人管🎯道内(nèi)，皮托管即(ji)可測量出(chū)管道内測(cè)量點氣體(tǐ)的動壓,進(jìn)而🐕可以推(tuī)算出該點(diǎn)的流速及(ji)🈲流量。該種(zhong)流量計主(zhǔ)💃🏻要用于管(guǎn)道氣體流(liu)量摸底與(yǔ)☎️現場流量(liàng)比對,在煤(méi)礦管道瓦(wa)斯流量計(jì)量領域的(de)使用普遍(bian)。
旋進漩渦(wo)流量計
是(shì)縮小了内(nei)徑的渦街(jiē)流量計，其(qí)與渦街流(liu)量計都🥵屬(shu)于流體振(zhèn)動型流量(liang)計。因旋進(jin)漩渦流量(liàng)計内部流(liú)通面類💘似(si)标準節流(liu)裝置一文(wén)丘利管,也(ye)有人稱其(qi)爲“文丘利(lì)渦街”。該儀(yi)表解決了(le)渦街流量(liang)計直管段(duàn)要求高和(hé)下限流♻️速(su)高的問💰題(tí)。
V錐流量計(ji)
出現于20世(shì)紀80年代,其(qí)在保持孔(kong)闆流量計(ji)測量精度(dù)🏃🏻高、穩定性(xìng)高、可測量(liàng)多相流等(deng)優點的基(ji)礎上,針對(duì)孔闆💋流量(liang)計的🌈主要(yao)缺點進行(háng)了改進,因(yīn)此還具有(yǒu)測量量🍉程(cheng)比寬、自整(zheng)流🈲、自清潔(jié)、壓損小、穩(wěn)定性高等(deng)孔闆流量(liàng)計所沒有(yǒu)的優點。V錐(zhuī)🤞流量計早(zǎo)在石化、熱(rè)能、供水等(deng)領域得到(dao)廣泛應用(yong),2007年被用于(yú)瓦斯抽放(fang)⁉️流量計量(liang)領域,并迅(xùn)速表現出(chu)其在管道(dao)瓦斯🐕流量(liang)🏃♂️計量方面(miàn)✍️的優勢:可(ke)測量多相(xiang)流，能夠适(shi)應管道瓦(wa)斯這種高(gāo)濕、高髒的(de)氣體環境(jìng)，現場适應(yīng)🤩性較好;測(ce)量量程比(bǐ)寬,測量下(xia)限更低，能(néng)🔴夠适應抽(chōu)放管道瓦(wa)☂️斯氣體流(liú)速低的特(te)點;具有自(zì)
整流特點(dian)，使得現場(chang)所需的直(zhí)管段長度(dù)大大縮短(duan)，能夠适應(ying)煤礦現場(chǎng)安裝空間(jian)狹窄的實(shi)際情況;具(jù)有自清潔(jie)功能,節流(liú)件不會被(bei)氣體中的(de)污垢腐蝕(shí)、磨損，能夠(gou)保持🈚節流(liu)裝💜置流量(liang)系數的長(zhǎng)期穩定性(xìng)⁉️,增大校準(zhun)周期;壓損(sǔn)小,适用于(yú)低負壓抽(chōu)放管道的(de)流量計量(liang)而不影響(xiǎng)其抽放效(xiao)果;穩定性(xìng)高,使得現(xiàn)場維護成(chéng)本下降。
2管(guan)道瓦斯流(liú)量計量存(cún)在的問題(ti)及解決方(fāng)案
2.1管道瓦(wǎ)斯流量計(ji)量存在的(de)問題
管道(dao)瓦斯氣體(tǐ)存在濕度(dù)大、雜質多(duō)、氣液固混(hùn)合、壓力低(dī)、流🚶♀️量⛹🏻♀️變化(huà)範圍寬、流(liú)速下限低(dī)、現場安裝(zhuang).環境局限(xiàn)性大等特(tè)點,這就要(yào)求測量其(qí)流量的流(liu)量計具有(yǒu)如下特征(zheng):無可轉動(dong)部件♻️，測量(liang)量程比寬(kuān)，可測量多(duo)項流,不易(yì)堵塞磨損(sǔn),永久性壓(yā)損小，測量(liang)下限低,直(zhí)管段要求(qiu)短。雖然氣(qì)體流量計(ji)種類很多(duo),但适用于(yú)管道瓦🧑🏽🤝🧑🏻斯(sī)流量測量(liàng)的流量計(ji)并不是很(hěn)多。當前應(ying)用最爲廣(guǎng)泛的孔闆(pan)🏒流量計、渦(wō)街流量計(ji)、皮托管流(liú)量計.V錐流(liu)量計🚶♀️等在(zài)測量管道(dào)瓦斯時也(yě)存在相應(yīng)的問題。
孔(kǒng)闆流量計(ji)存在的問(wen)題:(1)測量量(liàng)程比窄,約(yue)爲1:3,相對煤(mei)礦流量變(biàn)🍓化範圍來(lai)說,測量範(fan)圍窄;(2)采用(yòng)邊緣截止(zhi)、中間流通(tōng)的銳角🧡節(jiē)流方式，使(shǐ)管道瓦斯(si)氣體中的(de)液體或固(gu)體✂️雜質無(wú)💃🏻法順利🐆流(liu)過,造‼️成孔(kǒng)闆前方✂️液(yè)體和固體(tǐ)雜質堆積(ji)的現象,需(xū)要經常清(qīng)洗管道🌈;(3)對(dui)流場的分(fèn)布要求較(jiao)高🥵,直管段(duàn)要求長，現(xiàn)場安裝♈局(ju)限性大;(4)對(dui)管道介質(zhi)造成的永(yǒng)久性壓損(sǔn)大,特别是(shi)負壓端會(huì)影響井下(xia)抽放壓力(lì),同一條管(guan)道上不适(shi)宜串聯使(shi)用多台孔(kong)闆。
渦街流(liu)量計存在(zai)的問題:(1)對(dui)環境振動(dòng)較爲敏感(gǎn),現🏃🏻場長期(qi)運行穩定(ding)性較差;(2)測(ce)量下限較(jiào)高,特别是(shì)對于低🌍密(mì)度介質,如(rú)氣體介質(zhì),特别是負(fu)壓狀态下(xia)的氣體介(jie)質,測量下(xià)限一般不(bu)低于5m/s;(3)采用(yong)插人式點(diǎn)測量方式(shì),插人的深(shēn)度不同,測(ce)量的流量(liàng)結果也不(bu)相🛀同,無法(fǎ)保證💯現場(chang)與實驗室(shì)的測量精(jīng)度一緻;(4)直(zhi)管段要求(qiu)長,現場安(ān)裝局限性(xing)大。
皮托管(guan)流量計由(yóu)于插人杆(gan)較細,取壓(ya)孔較小,容(rong)易堵塞,不(bu)适宜長期(qī)在線測量(liang)瓦斯流量(liàng)。
旋進漩渦(wo)流量計存(cun)在的問題(ti):(1)适用管徑(jìng)範圍小,一(yī)般最🤟大隻(zhī)能測量300mm管(guan)徑,适用面(mian)窄;(2)給管道(dao)帶來的永(yǒng)久性壓力(li)損失大，影(yǐng)💋響瓦斯抽(chōu)放效果,主(zhǔ)要應用于(yu)油田井口(kǒu)平台🔱高中(zhōng)壓油、氣的(de)流量測量(liang);(3)現場适應(ying)⛷️性差,同一(yī)管徑的每(měi)一台儀表(biǎo)都具有相(xiang)同的流速(sù)測量範圍(wéi),且不可更(geng)改,隻能通(tōng)過現場管(guǎn)道的擴管(guǎn)💞或縮管來(lai)滿💯足😍流量(liàng)計的流速(sù)測量要求(qiú)，即以現場(chang)工況條件(jian)來适應并(bing)滿足流量(liàng)計的.需要(yao);(4)易受被測(ce)介質影響(xiǎng),特别在介(jie)質髒污的(de)情況下💃,其(qí)導流器(旋(xuán)轉導流槽(cáo)、在人口處(chu)的👌螺旋漿(jiang)🔅形葉片)容(róng)易結垢,嚴(yán)重時可能(neng)封閉葉片(pian)面積,需要(yao)經常清理(lǐ)。
V錐流量計(ji)主要是爲(wèi)了解決孔(kǒng)闆流量計(jì)和渦街流(liú)量計存在(zai)的問題而(ér)引入的,具(ju)有測量量(liang)程比寬、自(zi).整流等優(you)點,但👄它整(zheng)體結構較(jiào)爲複雜,運(yun)輸、安裝較(jiào)爲不便。
2.2提(ti)高管道瓦(wǎ)斯流量計(jì)量準确度(dù)的方法
瓦(wǎ)斯流量的(de)測量精度(du)是管道瓦(wa)斯流量測(ce)量過程✂️中(zhong)存🔞在的一(yī)個主要問(wèn)題。瓦斯氣(qì)體裏含有(you)大量的液(ye)态水以☀️及(ji)固體雜質(zhi),并且瓦斯(sī)體積分數(shu)會實時變(bian)化,這些因(yin)素⭐會嚴重(zhong)影響氣體(ti)的物🙇♀️理性(xìng)質,如密度(du)、黏度等,特(tè)别是對氣(qì)體密度影(ying)響較大。
解(jiě)決該問題(ti)可采用以(yǐ)下辦法:(1)對(duì)瓦斯體積(jī)分數進行(háng)實時檢測(ce)🔅并最終轉(zhuan)換爲對瓦(wa)斯氣體密(mì)度的實時(shí)修❌正,從而(er)解✌️決瓦斯(sī)體積分數(shù)變化帶來(lái)的密度誤(wù)差;(2)在管道(dào)上多加放(fàng)水器，使氣(qi)體中的液(ye)态水和🌈固(gu)體雜質能(neng)夠在經過(guo)一段距離(li)的輸送之(zhi)後,最終排(pái)除到管道(dao)之外,從而(er)盡可能保(bao)證到達流(liu)量計的🌈氣(qi)體爲較爲(wèi)潔❌淨和幹(gàn)燥的瓦💃斯(sī)氣體,減小(xiao)液态水💘和(hé)固體雜質(zhì)對氣體密(mi)度的影響(xiang);(3)注意現場(chǎng)的輸氣管(guǎn)道布置,應(ying)保證靠近(jin)水源端的(de)管道處于(yú)低處,使得(dé)液态水不(bú)能夠流入(rù)後端管道(dao)内，同時流(liú)量💔計應遠(yuǎn)離水源端(duan);(4)采取措施(shī)使輸氣管(guan)道的溫度(dù)變化保持(chi)在一定範(fan)圍内,從而(ér)減少瓦斯(si)氣體中的(de)水分在🈲流(liú)量計處冷(lěng)凝的情況(kuang);(5)在有條件(jiàn)的地方增(zeng)加氣體預(yù)處理裝置(zhi),直接濾除(chu)氣體中的(de)液态水和(hé)固體雜質(zhi)。
3管道瓦斯(sī)流計量t發(fa)展方向
《煤(méi)礦瓦斯抽(chou)采達标暫(zan)行規定》第(di)十四條規(guī)定:煤與瓦(wa)斯突出礦(kuang)井和高瓦(wa)斯礦井必(bi)須建立地(dì)面固定抽(chōu)采瓦斯系(xi)統㊙️,其他應(yīng)當抽采瓦(wa)斯的礦井(jǐng)可以建立(li)井下臨時(shí)抽采瓦斯(sī)系統;同時(shi)具有煤層(ceng)瓦斯預👌抽(chōu)和采空區(qū)瓦斯抽采(cai)方式的礦(kuàng)井,根據📧需(xu)要分别建(jian)立高、低負(fu)🏃♀️壓抽采瓦(wa)斯系統[2]。從(cong)這些信息(xi)可以看出(chu),瓦斯抽放(fàng)✊流量計量(liàng)将是未來(lái)國家相關(guān)部門考核(he)煤礦瓦💋斯(sī)抽放達标(biāo)的一個重(zhòng)要手段,如(rú)何保證抽(chōu)放效果良(liáng)好并達♌到(dào)要求将是(shi)煤礦瓦斯(sī)抽放領域(yu)必須考⚽慮(lü)的問題。
瓦(wa)斯抽采礦(kuang)井應當配(pèi)備瓦斯抽(chou)采監控系(xi)統,實時監(jiān)控管網瓦(wǎ)斯濃度、壓(ya)力或壓差(cha)、流量、溫度(du)參數及👌設(shè)備的開停(ting)狀♍态等;抽(chou)采瓦斯計(jì)量儀器應(yīng)當符合相(xiang)關計量标(biāo)準要求;計(ji)量測點布(bù)置應🥵當滿(mǎn)足瓦斯抽(chōu)采達标評(píng)價的需📐要(yào),在泵站、主(zhu)管、幹管☁️、支(zhi)管及需要(yao)單獨評價(jia)的區域分(fèn)支、鑽場等(děng)布置測點(diǎn)幻。從上💃述(shu)規定可以(yi)看出,在瓦(wa)斯抽放管(guan)網系統中(zhōng)的各階段(duan)均要設置(zhi)監測點,作(zuo)爲考察抽(chou)采㊙️達标的(de)一個重要(yao)指标,各階(jie)段的瓦斯(sī)流量監測(ce)也将是重(zhong)點考察對(dui)象。
煤礦瓦(wa)斯抽放管(guan)網一般由(you)總管、幹管(guǎn)、支管、彙流(liu)管💛以💯及鑽(zuàn)孔等構成(chéng),如圖1所示(shi)。
考慮到主(zhǔ)管、幹管、支(zhī)管不經常(chang)移動,且要(yào)求測量儀(yi)器穩定性(xing)👨❤️👨高、測量精(jīng)度高,建議(yì)采用V錐流(liú)量計。彙流(liu)管以及各(gè)評價單元(yuán)建議采用(yòng)插人式流(liu)量計,但當(dāng)前插人式(shi)流量計多(duō)采用點式(shi)測量方♌式(shì),以測量一(yī)😍點的流量(liàng)來代替整(zhěng)個管道截(jie)㊙️面的流量(liàng),而一個管(guan)道界面上(shang)每一點的(de)流速是不(bú)相同的🥰。理(lǐ)想狀态(紊(wěn)流狀态)下(xià)的流速分(fen)布爲一個(gè)🏃🏻♂️抛物面形(xíng)式，即越靠(kào)近管壁位(wèi)置流速越(yue)低，而越靠(kao)近管🙇♀️道中(zhong)央位置流(liu)速越高,因(yīn)此以點帶(dài)面的插人(ren)式測量❤️方(fang)式的測量(liang)精度相對(dui)較低。這種(zhǒng)情況宜在(zai)一個界面(mian)下采用多(duo)點測量的(de)方式來改(gai)善,但這樣(yang)做無疑又(you)❄️會增加成(cheng)✊本和安裝(zhuang)維護複雜(za)度,故推薦(jiàn)采用多點(dian)采樣的插(cha)人式流量(liang)計作爲在(zai)線式流量(liàng)測量設備(bei),如勻速管(guǎn)流量計。
不(bú)同階段的(de)輸氣管可(kě)能有不同(tong)的現場狀(zhuàng)況，如管徑(jìng)不同☂️、是否(fou)經常移動(dong)、周圍空間(jiān)大小不同(tong)、直管段♍長(zhǎng)度不同等(děng)。不同階段(duàn)的🈲瓦斯氣(qì)體也可能(neng)有不同的(de)工況條件(jiàn)，如含水量(liàng)大小不同(tong)、髒污介質(zhì)多少不同(tóng)、氣體壓力(lì)大小不同(tóng)等。考察不(bu)同階段管(guǎn)道瓦斯流(liú)量的目的(de)不同,對每(měi)個階段管(guǎn)道瓦斯流(liu)量測量🌏的(de)準确度要(yào)求也不相(xiang)同。故煤礦(kuang)管道瓦斯(sī)流🧡量計量(liàng)應根據不(bu)同的現場(chǎng)狀㊙️況、工況(kuang)條件及測(cè)量需求選(xuǎn)擇相應的(de)流量計📱。
4結(jié)語
闡述了(le)煤礦管道(dao)瓦斯流量(liàng)計量發展(zhan)現狀,分析(xī)了各種📞存(cún)在的問題(tí)并提出了(le)解決辦法(fa);建議煤礦(kuàng)瓦☂️斯抽放(fàng)管網中的(de)主管、幹管(guǎn)、支管采用(yong)V錐流量計(jì),彙流管以(yi)及各評價(jia)單元采用(yòng)多點采樣(yang)的插人式(shi)流量計;指(zhi)出煤礦管(guan)道瓦斯流(liú)量計量應(ying)根據不同(tóng)的㊙️現場狀(zhuàng)況.工況條(tiao)件及測量(liàng)需求選擇(ze)相應的流(liu)量計。
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