摘要：
管道瓦斯(si)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(zhōng)的混合氣體，具有(you)顆粒雜質多、濕度(dù)大🤩、現場條件惡劣(liè)等特🛀🏻點，要求計量(liang)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(tōng)過分析
渦街流量(liang)計
、V錐流量計等煤(méi)礦管道瓦斯流量(liàng)計量發展現狀，并(bìng)根🔞據在🏒北皂煤礦(kuàng)應用情況，從技術(shù)特點、調校維護、數(shù)據傳輸與分析方(fang)面，重🧑🏾🤝🧑🏼點研究如何(hé)保證管道瓦斯計(jì)量結果既準确又(yòu)适合煤礦現場工(gong)況條件，真📧實地反(fǎn)映👅實際瓦斯抽采(cǎi)情況。
北皂煤礦海(hǎi)下采煤填補國内(nei)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(nong)度上升的問題，海(hǎi)域❄️區域也劃爲了(le)瓦斯異常區，所以(yi)需要對工作面的(de)煤層瓦斯進行抽(chou)放。在煤層瓦斯抽(chōu)放進程中，需要對(dui)抽放管路中抽出(chū)氣體累計量、瓦斯(sī)量等進行計算，從(cóng)而對抽放效果進(jìn)行評估，具體是通(tōng)過對抽放管道内(nèi)混合氣體的流量(liàng)、管道内溫度、管♌道(dao)内壓力、混合氣體(tǐ)中的甲烷濃度、一(yi)氧化碳濃度等進(jìn)行連續監測。并且(qiě)充分🌍利用本礦現(xian)有的KJ95N安全監控系(xi)統，實💔現全礦井瓦(wa)斯數據的統一🧑🏾🤝🧑🏼采(cǎi)集和分析，因此對(duì)管道♋瓦斯抽放監(jiān)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(ju)有雜質多、粉塵大(dà)、濕度大、濃度變化(hua)範圍大、監測傳感(gǎn)器不易維護和調(diào)校的特點，而目前(qian)在用的安全監控(kong)瓦斯、流量等傳感(gan)器由于結構的不(bu)适應，不能直接應(yīng)用于管道瓦斯抽(chōu)放監測。必須解決(jué)氣體采樣、去濕、防(fang)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(bu)易堵塞磨❌損✊和自(zì)清潔的特征。
2幾種(zhǒng)可用的管道瓦斯(si)流量計分析對比(bi)
當前适用于煤礦(kuang)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(guan)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(ji)
中的一種。是利用(yong)流體通過孔闆時(shi)在孔闆前後産生(sheng)的差壓👣來測量流(liú)量的一種方法，主(zhǔ)要由孔闆、取壓裝(zhuang)置、信号管路、
差壓(yā)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(nèi)🌈部，節流件的孔徑(jìng)小，對流過的流體(tǐ)有約束作用，流體(ti)的流束截面突然(ran)收縮，流速随之加(jiā)快，由于節流件前(qián)後的流速突然變(biàn)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(liu)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(biàn)于安📐裝、成本低、無(wu)可轉動部件。孔闆(pan)流量計的缺點是(shì)穩定性差，流動性(xìng)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(jì)類似于目前煤礦(kuàng)廣泛使用的渦街(jie)風速傳感器，也是(shi)根據卡曼渦街原(yuan)理，是在一穩定的(de)流體中安⭕放一根(gēn)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(liu)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(wo)，而産生♈的旋渦周(zhou)期頻率與管道内(nei)的流體流速之間(jian)有确定的數值關(guān)系，通過超聲、熱敏(min)、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(fèn)💚離頻率變化就可(kě)以換算出流體的(de)流量。渦街🚶♀️流量👣計(ji)的優點是結構簡(jiǎn)單，無可轉動部件(jian)，耐髒污介質能力(li)強，測量量程比寬(kuan)，永久性壓損小。渦(wo)街流量計的缺點(diǎn)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(yào)求長🏃，方能保證穩(wen)定的測量。
（3）皮托管(guan)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(kǒng)稱🈲爲總壓🔞孔，在該(gai)處形成“駐點”，在距(ju)頭部🛀一定距離處(chù)開有若幹垂直于(yu)流體流向的靜壓(yā)孔．各靜壓孔所測(ce)靜壓在均壓室均(jun1)壓後輸出，由于流(liu)體的總壓和靜壓(ya)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(dé)流體流速從而計(jì)算出被測流體的(de)流量。皮托管流量(liang)計在飛機上🎯廣泛(fan)應用，其優點是測(ce)量範圍寬，使用制(zhì)造方便，點流速🤟測(ce)量🐅準确度高。缺點(diǎn)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(liang)計
也是一種差壓(ya)式流量計，同樣是(shì)基于密閉管道中(zhong)能量相互轉化的(de)伯努利定律，利用(yòng)節流效應來測量(liàng)流體流♻️量。它🔴是在(zài)🆚管道中心安裝一(yi)個錐形體來對流(liu)體進行節流，使管(guǎn)道中心的流體繞(rào)錐形體流動，并将(jiang)流體收縮到🏃♀️管壁(bi)。與孔闆流量計的(de)中心孔❤️節流不同(tóng)，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(suō)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(dao)同軸，錐💜體前部直(zhi)接作用于流體中(zhong)心部分💋，迫使高速(sù)的中心與接近管(guan)壁的低速流體均(jun)勻化，從而😍産生正(zheng)确的✊壓差。V錐流量(liang)🧡計具有量程下限(xiàn)低，量程比寬，适用(yòng)磨損小，流場自動(dong)調整，自清掃等特(tè)點。
表1幾種管道流(liu)量計參數對比
綜上比較，最适(shi)合管道瓦斯抽放(fàng)監測的是V錐流量(liàng)計。
3V錐管道流量計(ji)在北皂煤礦的應(yīng)用
3.1相關技術指标(biao)要求
（1）量程比：1:10；
（2）公稱(cheng)直徑DN:DN150；
（3）公稱壓力PN:1MPa；
（4）介(jie)質溫度：20~25℃；
（5）負壓範圍(wéi)：-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(bú)鏽鋼；
（9）管道外殼材(cai)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(bō)🌈特率1200~115200bps可調；
（11）通信距(ju)離：傳感器到抽放(fang)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(shè)備包括V錐管件、GD3多(duō)參數傳感器、GJG100H紅外(wài)甲烷傳感器、GTH1000一🧑🏽🤝🧑🏻氧(yǎng)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(kong)上安裝三閥組，通(tong)過穩壓組件連接(jie)到傳🔴感器；把汽水(shuǐ)分離裝置、管道紅(hong)外瓦斯傳感器和(hé)管道一氧化碳傳(chuan)感器分别用螺絲(sī)緊固于V錐支架上(shang)🈲，汽水分離裝置導(dao)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(chuan)感器💚數值顯示爲(wei)零、流量低的問題(ti)，原因是導氣管将(jiāng)流量、瓦斯和一氧(yang)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(lù)分離後正常。
（2）GD3多參(can)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(cān)數值（差壓、絕壓、負(fù)壓、溫度🔴、流量🈲、累積(jī)流量等值），在此處(chu)用于采集管道流(liu)量、負壓和溫度，并(bìng)由GD3将數據統一傳(chuán)輸到監測分站。
（3）GJG100H紅(hóng)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(chà)：甲烷濃度≤1%：真值±0.07%；甲(jia)烷濃度＞1%：±7%（真值）。爲避(bì)免✊管道瓦斯氣體(tǐ)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(dào)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(shu)到監測分站。
（5）與KJ95N系(xi)統的聯接。瓦斯抽(chōu)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(ju)傳輸；另一種是接(jie)入通用監測分站(zhàn)，通過電纜實現數(shù)據上傳。而無💰論哪(na)兩種📞方法，由于管(guan)道氣體監測傳感(gǎn)器的測量範🤞圍與(yu)環境氣體監測傳(chuan)感器測量範圍大(dà)不相同，需要在系(xì)統主機上對傳感(gǎn)器進行定義👄後方(fang)可正常使用，否則(zé)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(jian)🔆測，并将瓦斯抽放(fàng)監測系統接入到(dao)KJ95N安全監控系統🤟中(zhong)，實現了數據上傳(chuan)和統一監控。自2025年(nian)12月至2025年12月，累計抽(chōu)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(dui)♋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(xian)低，低流速測量性(xing)能好，安裝簡單的(de)特點比較突出，而(ér)且利用V錐産生的(de)氣壓将氣樣導出(chū)抽放管道的方式(shi)，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(mei)礦工作面的瓦斯(si)🧑🏾🤝🧑🏼抽放工作提供🔴了(le)準确的監測數據(ju)保障。
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