瓦斯抽采系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、計(jì)量技術(shù)及裝備概述

1、瓦斯抽采系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、計(jì)量技術(shù)及裝備一、瓦斯抽采監(jiān)測(cè)概述我國(guó)很多煤礦都是高瓦斯礦井, 瓦斯抽采是國(guó)家政策的要求。 根據(jù) 煤礦安 全規(guī)程 的相關(guān)規(guī)定, 在滿足設(shè)計(jì)和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上, 煤礦企業(yè)必須建立了一 整套的瓦斯抽采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。瓦斯抽采監(jiān)測(cè)中主要對(duì)管道工況參數(shù)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行計(jì)量。 通常需要監(jiān)測(cè)的 量包括管道流量、管道甲烷濃度、管道負(fù)壓、管道溫度、管道 CO 等。二、抽采監(jiān)測(cè)設(shè)備概況1、抽采監(jiān)測(cè)技術(shù)難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)1 、管道瓦斯流量監(jiān)測(cè)技術(shù)管道瓦斯流量是抽采監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)之一, 也是監(jiān)測(cè)參數(shù)中監(jiān)測(cè)難度 最大的參數(shù)之一。2 、管道瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)技術(shù)管道瓦斯流量是抽采監(jiān)測(cè)中的另一關(guān)鍵技術(shù)參數(shù), 也是監(jiān)測(cè)

2、中最易出問題的 關(guān)鍵部位之一。2、管道瓦斯流量監(jiān)測(cè)抽采管道內(nèi)濕度大、固體雜質(zhì)多、壓力小、流量變化范圍寬、流速下限低、 輸送環(huán)境局限性大。 煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目對(duì)煤層氣輸送量的準(zhǔn)確計(jì)量提出了更高 的要求。對(duì)流量計(jì)要求:1無可轉(zhuǎn)動(dòng)部件2測(cè)量量程比寬3不易堵塞、磨損4能夠檢測(cè)低速介質(zhì)5能夠測(cè)量多項(xiàng)流6能夠檢測(cè)低壓力介質(zhì)目前煤礦用的較普遍的流量測(cè)量裝置有孔板、 渦街、 旋進(jìn)漩渦、 均速管、 皮 托管、 V 錐流量計(jì)等,都存在適用條件有限的問題。3、管道內(nèi)流量計(jì)量的難點(diǎn)問題3.1、影響現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量精度的因素:1含水量和雜質(zhì)2氣體組分解決措施:對(duì)煤層氣在測(cè)量之前進(jìn)行預(yù)處理,盡可能的將氣體中的水和雜質(zhì)濾除,以使

3、得進(jìn)入流量計(jì)的為潔凈氣體。3.2、小流量測(cè)量問題需求:1鉆場(chǎng)流量測(cè)量;2鉆孔流量測(cè)量;解決措施:1 結(jié)合現(xiàn)用流量計(jì)的特點(diǎn)和鉆場(chǎng)流量的特點(diǎn),就目前技術(shù)而言熱式質(zhì)量 流量計(jì)應(yīng)該是比較合適的技術(shù),但是在工藝上還必須配套有放水、排渣措施。 不排除隨著科技的進(jìn)步會(huì)有更適合鉆場(chǎng)流量測(cè)量的裝備出現(xiàn),譬如:根據(jù)流 量變化用戶可自行更換節(jié)流關(guān)鍵部件等。2 因?yàn)榱髁刻　?流量變化范圍較大且伴隨有大量的液態(tài)水和固體雜質(zhì), 在線式監(jiān)測(cè)存在很多問題,且由于鉆孔較多,若實(shí)現(xiàn)每一個(gè)鉆孔測(cè)量將會(huì)是 一個(gè)很大的投入,目前建議還是采用手持式流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。三、常用流量計(jì)1、孔板流量計(jì)原理:標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊具有圓形開孔的金屬薄板

4、, 圓孔壁與孔板前端面成直角 , 安 裝時(shí)孔板軸心與管道軸線同心。 充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置, 在節(jié) 流件附近造成局部收縮,流速增加,在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。 在已知有關(guān)參數(shù)的條件下,根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo) 出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。優(yōu)點(diǎn):1國(guó)際通用、應(yīng)用歷史長(zhǎng)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)豐富;2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安裝方便;3無可轉(zhuǎn)動(dòng)部件,適合臟污介質(zhì)測(cè)量;4國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不需要實(shí)流標(biāo)定,降低了產(chǎn)品成本。缺點(diǎn):1直管段要求長(zhǎng);2易磨損,校準(zhǔn)周期短;3易堵塞,需定期清理。2、渦街流量計(jì)原理:在流體中安放一個(gè)非流線型旋渦發(fā)生體, 使流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離, 釋放出兩串 規(guī)

5、則地交錯(cuò)排列的旋渦,且在一定范圍內(nèi)旋渦分離頻率與流量成正比的流量計(jì)。優(yōu)點(diǎn):1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、無可轉(zhuǎn)動(dòng)部件;2安裝方便;3測(cè)量量程比寬;4插入式渦街流量計(jì)永久性壓損小。缺點(diǎn):1直管段要求長(zhǎng);2對(duì)震動(dòng)敏感;3測(cè)量精度低、維護(hù)量大。3、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)原理:流體通過由螺旋形葉片組成的旋渦發(fā)生器后,被迫繞著發(fā)生體軸劇烈旋轉(zhuǎn), 形成旋渦。 當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí), 旋渦流受到回流的作用, 開始作二次旋進(jìn)動(dòng)頻 率與流量大小成正比轉(zhuǎn),形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。優(yōu)點(diǎn):1結(jié)構(gòu)牢固、無可轉(zhuǎn)動(dòng)部件;2測(cè)量量程比寬;3直管段要求短。缺點(diǎn):1壓損巨大;2對(duì)震動(dòng)敏感;3不能夠用于測(cè)量含固體雜質(zhì)和長(zhǎng)纖維的介質(zhì)。4、 V 錐型流量計(jì)

6、原理:在同一密閉管道內(nèi),當(dāng)壓力降低時(shí),速度會(huì)增加,當(dāng)介質(zhì)接近錐體時(shí), 其壓力為 P+,在介質(zhì)通過錐體的節(jié)流區(qū)時(shí),速度會(huì)增加,壓力會(huì)降低為 P-, 如圖一所示, P+和 P-都通過 V 型錐形流量計(jì)的取壓口引到差壓變送器上,流 速發(fā)生變化時(shí),差壓值會(huì)隨之增大或減小。也就是說對(duì)于穩(wěn)定流體,流量的 大小與差壓平方根成正比。當(dāng)流速相同時(shí),錐體節(jié)流面積越大,則產(chǎn)生的差 壓值也越大。優(yōu)點(diǎn):1直管段要求短;2耐高溫、高壓、耐腐蝕、不怕震動(dòng);3自保護(hù)功能,節(jié)流件關(guān)鍵部位不磨損,能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作;缺點(diǎn):1如果介質(zhì)有顆粒雜質(zhì),易堵塞;2壓損大;3結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易維護(hù);4量程比過小。5、熱式質(zhì)量流量計(jì)原理:采用感

7、熱式測(cè)量, 通過分體分子帶走的分子質(zhì)量多少?gòu)亩鴣頊y(cè)量流量, 因?yàn)?優(yōu)點(diǎn):1可測(cè)量低流速 (氣體 0.02-2m/s微小流量;2更適合于大管徑;3無活動(dòng)部件,無分流管的熱分布式儀表無阻流件,壓力損失很小;4使用性能相對(duì)可靠。與推導(dǎo)式質(zhì)量流量?jī)x表相比,不需溫度傳感器,壓力傳感器和計(jì)算單元等,出現(xiàn)故障概率小。缺點(diǎn)1熱式質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)慢;2必須定期清洗;3對(duì)于粘性液體在使用上受到限制。四、常見管道高濃瓦斯傳感器1、管道熱導(dǎo)原理瓦斯傳感器利用甲烷和空氣導(dǎo)熱率不同的原理,測(cè)量空氣中甲烷濃度。用熱導(dǎo)原理檢測(cè)瓦斯, 只是在 (840 CH4%時(shí)測(cè)量誤差較小, 低段測(cè)量誤 差大;易受溫度、濕度影響;穩(wěn)定性差、調(diào)

8、校周期短;2、管道紅外原理瓦斯傳感器采用當(dāng)前國(guó)際上先進(jìn)的氣體分析技術(shù):“非色散紅外檢測(cè)” ( NDIR 技術(shù)。 每種極性分子結(jié)構(gòu)的氣體如 SO2、 CO2、 CH4等, 都有對(duì)應(yīng)的紅外光特征吸收波長(zhǎng), 如 CH4特征吸收波長(zhǎng)為 3.3um , CO2特征吸收波長(zhǎng)為 4.3um 。而雙原子分子氣體 如 H2、 O2、 N2等對(duì)紅外光則沒有吸收作用。優(yōu)點(diǎn):1測(cè)量范圍寬, 0-100%;2精度高;3調(diào)校周期長(zhǎng);4功耗低;5不受背景氣干擾,不存在 H2S 等有毒氣體中毒現(xiàn)象;6壽命長(zhǎng);缺點(diǎn):1受溫度壓力影響大,壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償是必須采取的技術(shù)措施;2對(duì)冷凝水和固體雜質(zhì)敏感,氣體進(jìn)入測(cè)量氣室內(nèi)時(shí)必須進(jìn)

9、行冷凝、過濾 預(yù)處理;五、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)1、發(fā)展趨勢(shì):1單一裝備向系統(tǒng)集成化發(fā)展。2）軟硬件結(jié)合更加緊密，系統(tǒng)功能更加豐富，技術(shù)更先進(jìn)。 3）從單純的參數(shù)監(jiān)測(cè)向監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)方向發(fā)展。 2、瓦斯抽采監(jiān)測(cè)監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 根據(jù)瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)， 對(duì)其實(shí)施全自動(dòng)控制， 當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)接收到啟動(dòng)、 停止、送氣或停止送氣等信號(hào)時(shí)，按照工藝流程自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的控制； 根據(jù)管道參數(shù)， 可以計(jì)算出管道標(biāo)況混合流量及其累計(jì)量、管道標(biāo)況純流量 及其累計(jì)量。 抽放系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)， 可以根據(jù)異常狀況的不同，對(duì)系統(tǒng)發(fā)出不同的控 制動(dòng)作和聲光報(bào)警信號(hào)； 抽放監(jiān)控采用 PLC 主控，邏輯控制功能強(qiáng)大； 系統(tǒng)控制方式靈活，支持自動(dòng)、手動(dòng)和檢修三種工作模式；在控制柜顯示屏 或上位機(jī)上可以查詢到祥細(xì)故障報(bào)警原因； 系統(tǒng)具有停電保持功能，備用電源可工作兩小時(shí)以上； 抽放監(jiān)控柜操作方便，顯示直觀； 上位計(jì)算機(jī)可與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)， 使網(wǎng)上所有終端在使用權(quán)限范圍內(nèi)都能 共享監(jiān)測(cè)信息，查詢各類數(shù)據(jù)報(bào)表； 瓦斯抽放監(jiān)控柜形式多樣，可以根據(jù)用戶需求，設(shè)計(jì)為立式柜或者操作控 制臺(tái)，采用分體組合式，組網(wǎng)靈活，便于運(yùn)輸。 六、抽采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè) 煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)的建設(shè)必須本著結(jié)合煤礦安全監(jiān)控及瓦斯抽采