摘要:闡(chǎn)述了煤(mei)礦管道(dao)瓦斯流(liú)量計
量(liàng)的發展(zhǎn)現狀,分(fèn)析了孔(kong)闆流量(liàng)計、渦街(jiē)流量計(ji)、皮托管(guǎn)流量計(ji)🐉、旋進漩(xuán)渦流量(liang)計、V錐流(liu)量計的(de)優缺點(dian);針對瓦(wǎ)斯流量(liang)測量精(jing)度受氣(qi)體中的(de)雜質和(he)瓦斯體(ti)積分數(shù)變化影(ying)響的問(wèn)題,提🔞出(chu)了解決(jué)辦法;建(jiàn)議煤礦(kuang)瓦斯抽(chou)放管網(wǎng)中的主(zhǔ)管🐇、幹管(guan)、支管采(cai)用V錐流(liú)🔅量計,彙(hui)流管以(yi)及各評(píng)價單元(yuán)采用多(duō)點采樣(yàng)的插入(ru)式流量(liàng)計;指出(chū)煤礦管(guan)道瓦斯(si)流量計(ji)量應💃🏻根(gen)據🧑🏾🤝🧑🏼不同(tóng)的現場(chang)狀況、工(gōng)況條件(jiàn)及測量(liang)需求選(xuan)擇相應(yīng)的流量(liàng)計。
0引言(yan)
《2012年煤礦(kuàng)安全工(gōng)作要點(dian)》第三條(tiáo)強調:強(qiáng)力.推進(jin)先抽後(hou)采、綜合(he)治理的(de)治本措(cuò)施,深化(huà)煤礦瓦(wǎ)斯防治(zhi)。特别強(qiáng)調“強👈力(lì)推☎️進瓦(wa)斯抽采(cai)達标”的(de)實施措(cuo)施。督促(cù)煤礦企(qǐ)業嚴格(gé)⛷️執行《煤(méi)礦瓦斯(sī)抽采達(da)‼️标暫行(háng)規定》,建(jiàn)立瓦斯(sī)抽采達(dá)标自評(píng)估制度(du),把瓦斯(si)抽采達(dá)标能力(li)作爲礦(kuang)井能力(lì)核定的(de)重要約(yue)束💯性指(zhǐ)标,組織(zhī)開展瓦(wa)斯抽🌈采(cai)達标監(jian)督.檢查(cha),切實做(zuo)到先抽(chou)後采、抽(chou)采達标(biao),實現抽(chou)、掘、采平(ping)🧡衡以。作(zuò)爲保證(zheng)瓦斯抽(chou)采達标(biao)的重要(yào)手段一(yī)管道瓦(wa)斯流量(liang)計量将(jiāng)在整個(gè)🏃🏻♂️考核過(guo)程中起(qǐ)到一定(ding)作用。本(běn)文分析(xi)如何保(bǎo)證管👈道(dào)瓦斯計(ji)量結果(guǒ)既準确(què)又适合(hé)煤礦現(xian)場工況(kuàng)條🔴件。
1管(guan)道瓦斯(si)流量計(ji)量發展(zhan)現狀
到(dao)目前爲(wei)止,煤礦(kuang)管道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計量經(jīng)曆了從(cong)無到有(yǒu)、從人工(gōng)計量到(dào)儀器自(zì)動計量(liang)、從簡易(yi)粗放計(ji)量到♈正(zhèng)确🏃🏻結算(suàn)計量的(de)過🈲程。由(yóu)于管道(dao)瓦斯氣(qì)體的特(te)殊性,目(mù)前在瓦(wa)斯抽放(fàng)計量領(ling)域使用(yòng)較爲廣(guǎng)泛的仍(reng)然是孔(kong)闆流量(liàng)計、渦街(jiē)流量計(ji)、皮托管(guan)流量計(ji)、旋進漩(xuan)渦流量(liang)計、V錐流(liu)量計等(deng)。
孔闆流(liu)量計
起(qǐ)源早,曆(lì)史悠久(jiǔ),機構簡(jiǎn)單,成本(ben)低且無(wú)可轉動(dong)部件,取(qǔ)壓孔不(bú)易被髒(zang)污介質(zhi)堵塞,能(néng)夠保持(chí)取壓的(de)💋長期穩(wěn)定可靠(kao),故孔闆(pǎn)流量計(jì)在管道(dào)瓦斯抽(chou)放現🌈場(chǎng)的适應(yīng)性好。在(zai)前期🐅抽(chōu)放計量(liàng)儀器💘少(shǎo)的時候(hòu),孔闆流(liu)量計幾(ji)乎占據(jù)了整個(ge)應用領(ling)域,可以(yi)說其市(shì)🙇🏻場占有(you)率是最(zuì)大的。
渦(wō)街流量(liàng)計
産生(sheng)于20世紀(ji)50年代,其(qi)相對孔(kong)闆流量(liang)計來說(shuo)具有量(liàng)程🌂比寬(kuan)、壓👨❤️👨損小(xiǎo)等優點(diǎn)。在隻有(you)孔闆流(liu)量計的(de)時代,渦(wō)街流量(liang)計的出(chū)現體現(xian)了其應(yīng)有的價(jià)值,并在(zai)瓦斯抽(chou)放🈲計量(liàng)市場上(shang)占有一(yi)定的份(fen)額。
皮托(tuō)管流量(liang)計由一(yi)個直徑(jìng)較細的(de)圓管構(gou)成,主要(yao)采用🈲人(ren)工👅測量(liang)方式。在(zài)輸氣管(guǎn)道上開(kāi)一個小(xiǎo)孔，将皮(pí)托管插(chā)🏒人管道(dào)内，皮托(tuo)管即可(ke)測量出(chū)管道内(nei)測量點(dian)氣體的(de)動壓,進(jìn)而可以(yǐ)推⛱️算出(chū)該點的(de)流速及(jí)🌈流量。該(gai)種🧡流量(liang)計主要(yao)用于管(guǎn)道氣體(tǐ)流量摸(mo)底與現(xian)場流量(liàng)比對,在(zài)煤礦管(guan)道瓦斯(sī)流量💁計(jì)量領域(yu)的使用(yong)普遍。
旋(xuan)進漩渦(wō)流量計(ji)
是縮小(xiao)了内徑(jing)的渦街(jiē)流量計(ji)，其與渦(wo)街流量(liang)計都屬(shǔ)于流體(tǐ)🛀振動型(xing)流量計(ji)。因旋進(jin)漩渦流(liu)量計内(nèi)部流通(tong)面類💘似(sì)标準節(jie)流裝置(zhì)一文丘(qiū)利管,也(ye)有人稱(chēng)其爲“文(wen)丘利渦(wō)街”。該儀(yi)表解決(jué)了渦街(jie)👈流量計(ji)直管段(duan)要求高(gāo)和下限(xiàn)流🐉速高(gāo)的問題(tí)。
V錐流量(liàng)計
出現(xian)于20世紀(jì)80年代,其(qí)在保持(chí)孔闆流(liú)量計測(ce)量精度(dù)高☀️、穩定(ding)⛱️性高、可(ke)測量多(duo)相流等(deng)優點的(de)基礎上(shang),針對孔(kong)闆流量(liang)計的🈚主(zhǔ)要🧑🏽🤝🧑🏻缺點(diǎn)進行了(le)改進,因(yin)此還具(jù)有🌈測量(liang)量程比(bǐ)寬、自整(zhěng)流、自清(qing)潔、壓損(sǔn)小、穩定(ding)性高等(deng)孔闆流(liu)量計所(suo)沒有的(de)優點。V錐(zhuī)流量計(ji)早在石(shí)化、熱能(néng)、供水等(deng)領域得(dé)到廣泛(fan)應用,2007年(nián)被用🌐于(yú)瓦斯抽(chou)放🧑🏽🤝🧑🏻流量(liang)計量領(ling)域,并迅(xùn)速表現(xian)出其在(zai)管道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計量方(fang)面♉的優(you)勢❓:可測(cè)量多相(xiàng)流，能夠(gou)适應管(guan)道瓦斯(si)這種高(gao)濕、高髒(zang)的氣體(tǐ)環境，現(xian)場适🈲應(ying)🤩性較好(hǎo);測量量(liàng)程比寬(kuān),測量下(xia)限更低(dī)，能夠适(shì)應抽放(fàng)管道瓦(wǎ)斯氣體(tǐ)流速低(dī)的特點(dian);具有自(zì)
整流特(tè)點，使得(dé)現場所(suo)需的直(zhi)管段長(zhǎng)度大大(dà)縮短，能(néng)夠适應(yīng)煤礦現(xiàn)場安裝(zhuang)空間狹(xia)窄的實(shi)際情況(kuang);具有自(zì)清潔🐇功(gong)能,節流(liu)件不會(hui)被氣體(ti)中的污(wū)垢腐蝕(shi)、磨損，能(néng)夠保持(chi)節流裝(zhuang)置流量(liang)系數的(de)長期穩(wen)定性🌈,增(zeng)大校準(zhun)周期;壓(yā)損小,适(shi)用于低(dī)負壓抽(chōu)放管道(dao)的流量(liang)計量而(er)不影響(xiang)其抽放(fàng)效果;穩(wěn)定💘性高(gao),使得現(xian)場維護(hu)成本下(xià)😍降。
2管道(dào)瓦斯流(liu)量計量(liàng)存在的(de)問題及(ji)解決方(fāng)案
2.1管道(dao)瓦斯流(liú)量計量(liàng)存在的(de)問題
管(guan)道瓦斯(si)氣體存(cun)在濕度(du)大、雜質(zhì)多、氣液(yè)固混合(he)、壓✨力低(di)、流量變(bian)化範圍(wéi)寬、流速(sù)下限低(di)、現場安(an)裝.環境(jing)局限性(xìng)大等特(te)點,這就(jiù)要求測(cè)量其流(liú)量的流(liu)量計具(ju)有如下(xià)特征✌️:無(wu)可轉動(dong)部件，測(ce)量量程(chéng)比寬，可(kě)測量多(duō)項流,不(bu)易堵塞(sāi)磨損,永(yong)久性壓(ya)損小，測(ce)量下限(xian)🔴低,直管(guǎn)段要求(qiú)短。雖然(ran)氣體流(liú)量計種(zhǒng)👅類很多(duō),但适用(yòng)于管道(dào)瓦🌏斯流(liú)量測量(liang)的流量(liàng)計并不(bu)是很多(duō)。當前應(ying)用最爲(wèi)廣泛🔴的(de)孔闆流(liú)量計、渦(wō)街流量(liang)計、皮托(tuō)管♌流量(liang)計.V錐流(liú)量計🧑🏾🤝🧑🏼等(děng)在測量(liang)管道瓦(wa)斯時也(yě)存在相(xiàng)應的問(wèn)題。
孔闆(pan)流量計(ji)存在的(de)問題:(1)測(cè)量量程(chéng)比窄,約(yue)爲1:3,相對(duì)煤🥰礦🔞流(liu)量⭐變化(huà)範圍來(lai)說,測量(liàng)範圍窄(zhai);(2)采用邊(biān)緣截止(zhi)、中間流(liú)通的銳(rui)角節流(liú)方式，使(shi)管道瓦(wa)斯氣體(tǐ)中👄的液(yè)體或固(gù)體雜質(zhi)無法順(shun)利流過(guo),造成孔(kǒng)闆前方(fāng)液體和(hé)固體雜(zá)質堆積(ji)的現象(xiàng),需要經(jīng)常✏️清洗(xi)管道;(3)對(duì)流場的(de)分布要(yao)求較高(gāo),直管段(duàn)要求長(zhǎng)，現場安(ān)裝局限(xian)性大;(4)對(dui)管道介(jie)質造成(cheng)的永久(jiu)性壓損(sǔn)大,特别(bié)是負壓(ya)端會影(yǐng)響井下(xià)抽放壓(yā)力,同一(yi)條管道(dao)上不适(shi)宜串聯(lian)使用多(duo)台孔闆(pan)。
渦街流(liú)量計存(cún)在的問(wen)題:(1)對環(huan)境振動(dòng)較爲敏(min)感,現場(chǎng)長期運(yùn)行穩定(dìng)性較差(chà);(2)測量下(xià)限較高(gao),特别是(shi)對🌏于低(dī)密度介(jiè)質,如氣(qì)體介🌈質(zhi),特别是(shì)負壓狀(zhuàng)态下的(de)👉氣體介(jiè)質,測量(liàng)🌈下限一(yi)般不低(dī)❌于5m/s;(3)采用(yòng)插人式(shi)點測🐉量(liàng)方式,插(cha)人的深(shen)度不同(tong),測量的(de)流量結(jie)🈲果也不(bu)相同,無(wú)法保證(zhèng)現場與(yǔ)實驗室(shi)的測量(liàng)精度一(yi)緻;(4)直管(guǎn)段要求(qiu)長,現場(chǎng)安裝局(jú)限性大(da)。
皮托管(guǎn)流量計(ji)由于插(cha)人杆較(jiao)細,取壓(ya)孔較小(xiao),容易堵(du)塞,不适(shi)💔宜長期(qī)在線測(cè)量瓦斯(si)流量。
旋(xuán)進漩渦(wō)流量計(ji)存在的(de)問題:(1)适(shi)用管徑(jìng)範圍小(xiao),一🔞般最(zuì)大隻能(néng)測量300mm管(guǎn)徑,适用(yong)面窄;(2)給(gěi)管道帶(dài)來的永(yong)久性壓(ya)力損失(shi)大，影響(xiǎng)瓦斯抽(chōu)放效果(guo),主要應(ying)用于油(yóu)田井口(kǒu)平台高(gāo)中壓油(yóu)、氣的💘流(liu)量測量(liàng);(3)現場适(shi)應性差(cha),同一管(guan)徑的每(mei)一台儀(yi)表都具(ju)有相💛同(tóng)的流速(su)測量範(fan)圍,且不(bu)可更改(gǎi),隻能通(tōng)過現場(chang)👣管道的(de)擴管或(huò)縮管來(lai)滿足流(liu)量計的(de)流速測(cè)量要求(qiu)，即以現(xian)場工況(kuàng)條件來(lái)适應并(bìng)滿足💜流(liu)量計的(de).需要;(4)易(yì)受被測(cè)介質影(yǐng)響,特别(bie)在介質(zhi)髒污的(de)情況下(xià),其導流(liu)器(旋轉(zhuan)導流槽(cáo)、在人口(kǒu)處的螺(luó)旋漿形(xing)葉片)容(rong)易結👣垢(gou),嚴重時(shi)可能封(feng)閉葉片(pian)面積🔴,需(xu)要經常(chang)清理。
V錐(zhui)流量計(ji)主要是(shi)爲了解(jiě)決孔闆(pǎn)流量計(ji)和渦街(jiē)流🐇量計(jì)存在🏃🏻的(de)問題而(er)引入的(de),具有測(cè)量量程(cheng)比寬、自(zi)💯.整流等(děng)優點,但(dàn)💃🏻它整體(ti)結構較(jiao)爲複雜(za),運輸、安(ān)裝較爲(wei)不便。
2.2提(ti)高管道(dao)瓦斯流(liu)量計量(liàng)準确度(du)的方法(fa)
瓦斯流(liú)量的測(ce)量精度(du)是管道(dào)瓦斯流(liú)量測量(liàng)過程中(zhong)🈲存在💯的(de)一✊個主(zhǔ)要問題(tí)。瓦斯氣(qi)體裏含(hán)有大量(liàng)的液态(tài)水以及(jí)固體雜(za)質,并且(qiě)瓦斯體(tǐ)積分數(shu)會實時(shí)變化,這(zhè)⭐些因素(su)會嚴重(zhòng)影響氣(qì)體的物(wu)🔞理性質(zhì),如密✍️度(dù)、黏度等(děng),特别是(shi)對氣體(tǐ)密度影(yǐng)響較大(dà)。
解決該(gāi)問題可(ke)采用以(yǐ)下辦法(fǎ):(1)對瓦斯(sī)體積分(fen)數進行(hang)實時🐪檢(jiǎn)測并最(zui)終轉換(huan)爲對瓦(wa)斯氣體(tǐ)密度的(de)實🛀時修(xiu)🥵正,從而(ér)解決瓦(wǎ)斯體積(jī)分數變(bian)化帶來(lai)的密度(du)誤差;(2)在(zài)管道上(shang)🧑🏽🤝🧑🏻多加放(fàng)水器，使(shǐ)氣體中(zhōng)的液态(tài)水和固(gu)體雜質(zhì)能夠在(zai)經🧑🏾🤝🧑🏼過一(yī)段距離(li)的輸送(song)之後,最(zui)終排除(chú)到管道(dào)之外,從(cong)而盡可(kě)能保證(zheng)到達流(liu)量計的(de)氣體爲(wèi)較爲🤞潔(jie)淨和幹(gàn)燥的瓦(wǎ)斯氣體(tǐ),減小液(ye)🔞态水🤟和(he)固體雜(zá)質對氣(qi)體密度(dù)的影響(xiang);(3)注意現(xian)場的輸(shū)氣管道(dao)布置,應(ying)保證靠(kào)近水源(yuan)端的管(guan)道處于(yú)低處,使(shǐ)得液态(tai)水不能(néng)夠流入(rù)後端管(guan)道内，同(tong)時流量(liang)計應㊙️遠(yuǎn)離水源(yuan)端;(4)采取(qǔ)措施使(shǐ)輸氣管(guǎn)道的溫(wēn)👅度變化(huà)保持在(zài)一定範(fan)🤩圍内,從(cong)而減少(shǎo)瓦斯氣(qi)體中的(de)水分在(zài)🌈流量計(jì)處冷凝(ning)的情況(kuàng);(5)在🔞有條(tiáo)件的地(di)方增加(jia)氣體💃預(yù)處理裝(zhuang)置,直接(jiē)濾除氣(qì)體中的(de)液态水(shuǐ)和固體(tǐ)雜質。
3管(guan)道瓦斯(sī)流計量(liàng)t發展方(fang)向
《煤礦(kuàng)瓦斯抽(chōu)采達标(biāo)暫行規(guī)定》第十(shi)四條規(guī)定:煤與(yu)瓦斯突(tū)出礦井(jǐng)和高瓦(wa)斯礦井(jǐng)必須建(jian)立地面(mian)固定抽(chou)采瓦斯(sī)系統,其(qi)他應當(dāng)抽采瓦(wǎ)斯的礦(kuàng)井可以(yi)建立井(jǐng)下💞臨時(shí)抽采瓦(wa)斯💛系統(tǒng);同⛷️時具(ju)有煤層(ceng)瓦斯預(yu)💘抽和采(cǎi)空區瓦(wǎ)斯抽采(cǎi)方式的(de)♌礦井,根(gēn)據需要(yao)分别建(jian)立高、低(di)負壓抽(chou)采瓦斯(si)系統[2]。從(cong)這些信(xìn)息可以(yǐ)看出,瓦(wǎ)斯抽放(fang)流量計(jì)量将是(shi)未來國(guo)家相關(guān)部門考(kǎo)核煤礦(kuang)瓦☀️斯抽(chōu)放達标(biāo)的一個(ge)重要手(shǒu)段,如何(he)保證抽(chōu)放效果(guǒ)良好并(bìng)達❄️到要(yao)求将是(shi)煤礦瓦(wa)🧡斯抽放(fàng)領域必(bi)須考慮(lǜ)的問題(ti)。
瓦斯抽(chou)采礦井(jǐng)應當配(pei)備瓦斯(sī)抽采監(jian)控系統(tong),實時監(jian)控✍️管網(wang)瓦斯濃(nong)度、壓力(lì)或壓差(cha)、流量、溫(wen)度參數(shù)及設備(bèi)🌈的開停(ting)狀🥵态等(deng)👌;抽采瓦(wǎ)斯計量(liàng)儀器應(yīng)當符合(he)相關計(ji)量标準(zhun)要求;計(ji)量測點(dian)♍布置應(ying)當滿足(zu)瓦斯抽(chou)采達标(biāo)㊙️評價的(de)需要,在(zai)泵站、主(zhǔ)管、幹管(guǎn)、支管及(jí)需要單(dān)獨評價(jià)的區域(yu)分支、鑽(zuàn)場等布(bu)置測點(diǎn)幻。從上(shang)述規定(ding)可以看(kan)出,在瓦(wǎ)斯抽放(fang)管網系(xì)統中的(de)各階段(duan)均要設(shè)置監測(ce)點,作爲(wei)考察抽(chou)采達标(biāo)的一個(gè)重要指(zhi)标,各階(jiē)段的瓦(wǎ)🔅斯流量(liang)監測也(ye)将是重(zhòng)點考察(chá)對象。
煤(mei)礦瓦斯(sī)抽放管(guǎn)網一般(ban)由總管(guan)、幹管、支(zhī)管、彙流(liú)管以🐇及(ji)鑽孔等(děng)構成,如(rú)圖1所示(shi)。
考慮到(dào)主管、幹(gan)管、支管(guan)不經常(chang)移動,且(qie)要求測(ce)量儀🔱器(qi)穩定性(xing)高、測量(liang)精度高(gāo),建議采(cai)用V錐流(liú)量計。彙(huì)流管以(yǐ)及各評(píng)價單元(yuán)建議采(cai)用插人(ren)式流量(liang)計,但當(dāng)📐前插人(rén)式流量(liàng)計多采(cǎi)用點式(shi)測量方(fāng)式,以測(ce)量一點(dian)的流量(liang)來代替(ti)整個管(guan)道截🔴面(mian)的流量(liàng)🔆,而一個(gè)管道界(jie)面上每(mei)一點的(de)流速是(shi)不相同(tong)的。理想(xiǎng)狀态(紊(wen)🈲流狀态(tai))下的流(liú)速分布(bù)爲一個(ge)抛物面(miàn)形式，即(ji)越靠近(jin)管壁位(wei)置流速(sù)越低，而(er)越靠近(jin)管道中(zhong)央位置(zhì)流🤟速越(yue)高,因此(cǐ)以點帶(dài)💃面的插(cha)人式測(ce)量方💛式(shi)的測量(liàng)精度相(xiàng)對較低(dī)。這種情(qíng)況宜在(zài)一個界(jie)面下采(cǎi)用多點(dian)測量的(de)方式來(lái)改善,但(dàn)這樣做(zuò)無疑又(you)會增加(jia)成本和(hé)安裝維(wéi)護複雜(za)度,故推(tuī)薦采用(yòng)多點采(cǎi)樣的插(chā)人式流(liú)量計作(zuo)爲在線(xian)式🙇♀️流量(liang)測量設(she)備,如勻(yun)速管流(liú)量計。
不(bu)同階段(duan)的輸氣(qi)管可能(neng)有不同(tóng)的現場(chǎng)狀況，如(rú)管徑不(bú)同、是否(fou)🤞經常移(yí)動、周圍(wéi)空間大(da)小不同(tong)、直管段(duan)長度不(bu)同等。不(bu)同階段(duàn)的❌瓦斯(si)氣體也(yě)可能有(yǒu)不同👈的(de)工況👌條(tiáo)件，如含(han)水量大(da)小不同(tong)、髒污介(jie)質多少(shao)不👄同、氣(qì)體壓力(li)大小不(bu)同等。考(kao)察不同(tóng)階段⭐管(guǎn)道瓦斯(si)⛱️流量的(de)目的㊙️不(bu)同,對每(měi)個階段(duàn)管道瓦(wǎ)💞斯流量(liang)測量的(de)準确度(du)要求也(ye)不相同(tong)。故煤礦(kuàng)管道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計量應(ying)根據不(bu)同的現(xian)場狀❗況(kuang)、工況條(tiao)件及測(cè)量需求(qiu)選擇相(xiang)應的流(liu)量計💃🏻。
4結(jie)語
闡述(shù)了煤礦(kuàng)管道瓦(wa)斯流量(liang)計量發(fa)展現狀(zhuàng),分析了(le)各種存(cun)在的問(wèn)題并提(ti)出了解(jiě)決辦法(fa);建議煤(mei)礦瓦斯(sī)抽放管(guǎn)網中的(de)主管、幹(gan)管、支管(guǎn)采用V錐(zhui)流量計(jì),彙👨❤️👨流管(guan)以♻️及各(ge)評價單(dān)元㊙️采用(yòng)多點采(cai)樣的插(cha)人式流(liú)量計;指(zhi)出煤礦(kuàng)管道瓦(wa)斯流量(liang)計量應(ying)根據不(bú)同的現(xian)場狀況(kuàng).工況條(tiáo)件及測(ce)量需求(qiú)選擇相(xiàng)應的流(liú)量計。
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