摘要:闡述了煤(méi)礦管道瓦斯流(liú)量計 量的發展(zhan)現狀,分析了孔(kǒng)闆流量計、渦街(jiē)流量計、皮托管(guǎn)流量🏃🏻‍♂️計、旋進漩(xuán)渦流量計、V錐流(liu)量計的優缺點(diǎn);針對瓦斯流量(liang)🏃🏻測量❌精度受氣(qì)體中的雜質和(hé)瓦斯體積分數(shu)變化影響的問(wen)題,提出了解決(jue)辦法;建議🧡煤礦(kuàng)瓦斯💚抽放管網(wǎng)中的主管、幹管(guan)、支管采用V錐流(liu)㊙️量計,彙流管以(yǐ)及各評價單元(yuán)采用多🍉點采樣(yàng)的插入式流量(liang)計;指出煤礦管(guǎn)道瓦🐉斯流量計(jì)量應根據不同(tóng)的現場狀況、工(gong)況條件及測量(liang)需求選擇相應(ying)的😍流量計。
0引言(yan)
　　《2012年煤礦安全工(gong)作要點》第三條(tiao)強調:強力.推進(jìn)先抽後采🍓、綜合(he)治🧑🏾‍🤝‍🧑🏼理的治本措(cuò)施,深化煤礦瓦(wa)斯防治。特别強(qiang)調“強力推🚶‍♀️進瓦(wǎ)斯抽采達标”的(de)實施措施。督促(cù)煤礦企業嚴格(ge)🍉執行《煤礦瓦斯(si)抽采達标暫行(hang)規定》,建立瓦斯(sī)抽采達标自評(ping)估制度,把瓦斯(si)抽采達标📐能力(lì)作爲礦井能力(li)核定🏃的重要約(yue)束性指标,組織(zhī)☂️開展瓦斯抽采(cǎi)達标監督.檢查(chá)👌,切實做到先抽(chōu)後采、抽采達标(biāo)🌈,實現抽🈲、掘、采平(ping)衡以。作爲保證(zheng)瓦斯抽采達💯标(biāo)的重要手段一(yi)管道瓦斯流量(liàng)計量🈲将在整個(ge)🚶考核過程👣中起(qi)到一定作用。本(běn)文分析如何保(bǎo)🌐證管🤟道瓦斯計(ji)量結果🌍既準确(que)又适合煤礦現(xiàn)場工況條件。
1管(guan)道瓦斯流量計(jì)量發展現狀
　　到(dào)目前爲止,煤礦(kuàng)管道瓦斯流量(liang)計量經曆了從(cóng)無到有🤟、從人工(gong)計量到儀器自(zì)動計量、從簡易(yi)粗放計量到⚽正(zhèng)确🌏結算計量💃的(de)過程。由于管道(dào)瓦斯氣體的特(tè)殊性,目前在🏃瓦(wa)斯抽♻️放計量領(ling)域使用較爲廣(guang)泛的仍然是🐪孔(kong)闆流量計、渦街(jiē)流量計、皮托管(guan)流量計、旋進漩(xuan)渦流㊙️量計、V錐流(liu)量計等。
　　孔闆流(liú)量計 起源早,曆(li)史悠久,機構簡(jiǎn)單,成本低且無(wu)可轉動部件,取(qu)☔壓孔🈲不易被髒(zang)污介質堵塞,能(neng)夠保持取壓的(de)長期穩定🚩可靠(kao),故孔闆流😍量計(ji)在管道瓦斯抽(chou)放現場的适應(yīng)性好🈲。在前期抽(chōu)放計量儀器少(shǎo)的時候,孔闆流(liú)量計🥰幾乎占據(jù)了整個應用領(lǐng)域,可🔴以說其市(shi)場占有率是最(zuì)大的。
　　渦街流量(liang)計 産生于20世紀(ji)50年代,其相對孔(kǒng)闆流量計來說(shuō)具有量程比寬(kuān)、壓損🤩小等優點(dian)。在隻有孔闆流(liu)量計的時代,渦(wō)街流量計的出(chu)現♍體現了其應(ying)有的價值,并在(zài)瓦斯抽放計量(liang)市👣場上占有一(yī)定的份額。
　　皮托(tuo)管流量計由一(yi)個直徑較細的(de)圓管構成,主要(yao)♉采用人工測🏃‍♂️量(liàng)方式。在輸氣管(guan)道上開一個小(xiao)孔，将✂️皮托管插(cha)人管道内，皮托(tuō)管即可測量出(chū)管道内測量點(dian)氣體的動壓,進(jìn)而可以推算出(chū)該點的流速及(ji)流量。該種流量(liang)計主要用于管(guan)道氣體流量摸(mō)底與👈現場流量(liang)比對,在煤礦管(guǎn)道瓦斯流量計(jì)量領域的使用(yong)普遍。
　　旋進漩渦(wo)流量計 是縮小(xiǎo)了内徑的渦街(jiē)流量計，其與渦(wo)街流量計都屬(shu)于💯流體🎯振♋動型(xing)流量計。因旋進(jin)漩渦流量計内(nei)部流通面類似(sì)标🛀🏻準節🏃🏻‍♂️流裝置(zhi)一文丘利管,也(yě)有人稱💔其爲“文(wén)丘利渦街”。該儀(yi)表解決了渦街(jie)流量計直管段(duan)要求高和下限(xiàn)流速高的問題(ti)。
　　V錐流量計 出現(xiàn)于20世紀80年代,其(qi)在保持孔闆流(liu)量計測量精度(dù)高、穩定性高、可(kě)測量多相流等(deng)優點的基礎上(shang),針對孔闆流量(liàng)計的主要缺點(diǎn)進行了改進,因(yin)此還具有測量(liang)量程比寬、自整(zheng)流、自清潔、壓損(sun)小、穩定性高等(deng)孔闆流量計所(suo)沒有🔆的優點。V錐(zhuī)流量計早在石(shí)化、熱能、供水等(děng)領域得到廣泛(fan)應用,2007年被用于(yú)瓦斯抽放流量(liàng)計量領域,并迅(xun)速表現出其在(zài)管道瓦斯流量(liàng)計量方面的優(you)勢🔴:可測量多相(xiang)流，能夠适應管(guan)道瓦斯這種高(gāo)濕、高髒的氣體(ti)環境，現場适🔱應(ying)性較好;測🈲量量(liàng)程比寬,測量下(xià)限更低，能夠适(shi)應抽放管道瓦(wǎ)🈲斯氣體流速低(dī)的特點;具💜有自(zi)
　　整流特點，使得(de)現場所需的直(zhí)管段長度大大(da)縮短，能夠适應(ying)⛷️煤礦現場安裝(zhuāng)空間狹窄的實(shi)際情況;具有自(zi)清潔♋功能,節流(liú)件不會被氣體(ti)中的污垢腐蝕(shí)♊、磨損，能夠保持(chí)節流裝置流量(liang)系數的長期穩(wěn)定性,增大校準(zhun)🐕周期;壓損🧡小,适(shi)用于低負壓抽(chou)🔱放管道的流量(liang)計量而不影響(xiang)其抽🛀🏻放效果;穩(wen)定性高,使得現(xian)場維護成本下(xia)降。
2管道瓦斯流(liú)量計量存在的(de)問題及解決方(fang)案
2.1管道瓦斯流(liú)量計量存在的(de)問題
　　管道瓦斯(sī)氣體存在濕度(du)大、雜質多、氣液(ye)固混合、壓力低(di)、流量變化範圍(wei)寬、流速下限低(dī)、現場安裝.環境(jìng)局限性大等特(te)㊙️點,這就要求測(cè)量其流量的流(liú)量計具有如下(xià)特征:無可轉動(dong)部件，測量量程(cheng)比寬，可測量多(duō)項流,不易堵塞(sāi)磨損,永久性壓(ya)損小，測量下限(xiàn)低,直管段要求(qiú)短。雖然氣體流(liú)量計種類很多(duō),但适👄用于管道(dào)瓦斯流量測量(liàng)的流量計并不(bu)是很多。當前應(ying)用最爲廣泛🈲的(de)孔闆流量計、渦(wo)街流量計、皮托(tuo)管流量計.V錐流(liú)量計等在測量(liang)管道瓦斯時也(yě)存在相應的問(wèn)題。
　　孔闆流量計(jì)存在的問題:(1)測(ce)量量程比窄,約(yue)爲1:3,相對煤礦流(liú)🎯量變化範圍來(lai)說,測量範圍窄(zhai);(2)采用邊緣截止(zhi)、中間流通的🚩銳(ruì)角節流方式，使(shi)管道瓦斯氣體(ti)中🛀🏻的液體或固(gù)體🔞雜質無法順(shun)利流過,造成孔(kong)闆前方液體和(hé)固體雜質堆積(jī)的現象🏃🏻‍♂️,需要經(jīng)常清洗管道;(3)對(dui)流場的分布要(yào)求較高,直管段(duàn)要求㊙️長，現場安(ān)裝局限性大;(4)對(dui)管道介質造成(cheng)的永久性壓損(sǔn)大,特别是負壓(ya)端會影響井下(xià)抽🍉放壓力,同一(yi)條管道上不适(shi)宜串聯使用多(duo)台🐅孔闆。
　　渦街流(liú)量計存在的問(wen)題:(1)對環境振動(dòng)較爲敏感,現🍉場(chǎng)長期運行穩定(ding)性較差;(2)測量下(xia)限較高,特别是(shì)對于低密度介(jiè)質,如氣體介質(zhi),特别是負壓狀(zhuàng)态下的氣體介(jiè)質,測量下限一(yī)般不低于5m/s;(3)采用(yong)插人式點測量(liang)方式,插人的深(shēn)度不同,測量的(de)流量結果也不(bu)相✍️同,無法保證(zheng)🈲現場與實驗室(shi)的測量精度一(yi)緻;(4)直管段要求(qiú)長,現🔞場❌安裝局(ju)限性大。
皮托管(guǎn)流量計由于插(chā)人杆較細,取壓(ya)孔較小,容易堵(dǔ)塞,不适宜長期(qi)在線測量瓦斯(si)流量。
　　 旋進漩渦(wo)流量計存在的(de)問題:(1)适用管徑(jing)範圍小,一般最(zui)大💃🏻隻🐇能測量300mm管(guǎn)徑,适用面窄;(2)給(gei)管道帶來的永(yǒng)久性壓力損失(shī)💁大，影響瓦斯抽(chou)放效果,主要應(yīng)用于油田井口(kou)平台高中壓油(you)、氣的流量測量(liang);(3)現場适應性差(cha),同一管徑的每(mei)🌈一台儀表都具(jù)有相同的流速(sù)測量範圍,且不(bu)可更改,隻能通(tong)過現場管道的(de)擴管或縮管來(lai)滿足流量計的(de)流速測量要求(qiu)，即以現場工況(kuàng)條件❄️來适應并(bing)滿足流量計的(de).需要;(4)易受被測(cè)💜介質影響,特别(bie)在介質髒污的(de)情況下,其🧑🏽‍🤝‍🧑🏻導流(liu)器(旋轉導流槽(cao)、在人口處的螺(luo)旋漿形葉片)容(rong)易結垢,嚴重時(shí)可能封閉葉片(piàn)面積,需要經常(chang)清理。
　　V錐流量計(ji)主要是爲了解(jie)決孔闆流量計(ji)和渦街流量計(ji)存在的問題而(er)引入的,具有測(cè)量量程比寬、自(zì).整流⭐等優點,但(dan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻它整體結構較(jiao)爲複雜,運輸、安(ān)裝較爲不便。
2.2提(ti)高管道瓦斯流(liú)量計量準确度(dù)的方法
　　瓦斯流(liú)量的測量精度(du)是管道瓦斯流(liú)量測量過程中(zhong)存🔆在的⁉️一👌個主(zhu)要問題。瓦斯氣(qi)體裏含有大量(liàng)的液态水以🧑🏽‍🤝‍🧑🏻及(jí)固體雜質,并且(qiě)瓦斯體積分數(shu)會實時變化,這(zhè)些因素會嚴重(zhong)影響氣體的物(wu)理性質,如密度(du)、黏度等,特别是(shi)對🔞氣體密度影(ying)響較大。
　　解決該(gai)問題可采用以(yǐ)下辦法:(1)對瓦斯(sī)體積分數進行(háng)實時檢💋測并最(zuì)終轉換爲對瓦(wa)斯氣體密度的(de)實時修正,從而(er)解📧決瓦🚶斯體積(jī)分數變化帶來(lai)的密度誤差;(2)在(zài)管道上多加放(fang)水器，使氣體中(zhong)㊙️的液态水和固(gu)體雜質能夠在(zài)經過一段距離(li)的輸送之後,最(zui)終排除到管道(dào)🔴之外,從而盡🌂可(kě)能保證到達流(liu)量計的⛱️氣體爲(wei)較爲📐潔淨和幹(gan)燥的瓦斯氣體(tǐ),減小液态水和(he)固體雜質對氣(qi)體密度的影響(xiang);(3)注意現場的輸(shū)氣管道布置,應(ying)保證靠🥵近水源(yuán)端的管道處于(yú)低處,使得液态(tài)水不能夠流入(rù)後端管道内，同(tong)時流量計應遠(yuan)離水源端;(4)采取(qu)👉措施使輸氣管(guan)道的溫📐度變化(hua)保持在一定範(fan)㊙️圍内,從而減少(shǎo)瓦斯氣體中的(de)水分在流量計(ji)處冷凝的情況(kuàng);(5)在有條件的地(di)方增加氣體預(yù)處理裝置,直接(jie)濾除氣體中的(de)液态水和固體(tǐ)雜質。
3管道瓦斯(si)流計量t發展方(fang)向
　　《煤礦瓦斯抽(chou)采達标暫行規(guī)定》第十四條規(guī)定:煤與瓦斯突(tu)🚶‍♀️出礦井和高瓦(wǎ)斯礦井必須建(jiàn)立地面固定抽(chou)采🔴瓦斯系統,其(qí)他🌈應當抽采瓦(wa)斯的礦井可以(yǐ)建立井下臨時(shí)抽采瓦斯系統(tǒng);同🔴時具有煤層(céng)瓦斯預抽和采(cai)空🚶‍♀️區瓦斯抽💘采(cǎi)方式的礦井,根(gen)據🔆需要分别建(jian)立高、低負☎️壓抽(chōu)采瓦斯系統[2]。從(cóng)這些信息可以(yǐ)看出,瓦斯抽放(fàng)流❤️量計量将是(shì)未來國家相關(guan)部⛷️門考核煤礦(kuang)瓦斯抽放達标(biāo)的一個重要手(shǒu)段,如何保證㊙️抽(chou)放效果良好并(bing)達到要求将是(shì)煤礦🏃瓦🥵斯抽放(fang)領💘域必須考慮(lü)的問題。
　　瓦斯抽(chōu)采礦井應當配(pei)備瓦斯抽采監(jian)控系統,實時監(jian)控管網瓦斯濃(nóng)度、壓力或壓差(cha)、流量、溫度參數(shu)及設備♉的開⛹🏻‍♀️停(ting)狀态等🍉;抽采瓦(wǎ)斯計量儀器應(yīng)當符合相關計(jì)量标準要求;計(ji)量測點布置應(ying)當滿足瓦斯抽(chou)采達标評價的(de)需要,在泵站✨、主(zhu)管、幹管、支管及(ji)需要單獨評價(jia)的區域分支、鑽(zuan)場等布置測點(dian)幻。從上述規定(dìng)可以看出,在瓦(wa)斯抽放管網系(xi)統中的各階段(duàn)均要設置監測(ce)點,作爲考察抽(chōu)采達标的一個(gè)重要指标,各階(jiē)段的瓦斯流量(liàng)監測也将是重(zhong)點考察對象。
煤(méi)礦瓦斯抽放管(guan)網一般由總管(guǎn)、幹管、支管、彙流(liu)管以♉及鑽孔等(děng)構成,如圖1所示(shi)。
 
　　考慮到主管、幹(gan)管、支管不經常(chang)移動,且要求測(cè)量儀器穩定性(xing)🌂高🧡、測量精度高(gāo),建議采用V錐流(liú)量計。彙流管以(yǐ)及各評價單元(yuán)建議采用插人(rén)式流量計,但當(dang)前插人🈲式流量(liang)計多采用點式(shi)測量方♌式,以測(cè)量一點的流量(liang)來代替整個管(guǎn)道截面的流量(liàng),而一個管🌂道界(jiè)面上每🌈一點的(de)流速是不相同(tóng)的。理想狀态(紊(wen)流狀态)下的流(liú)速分布爲一個(gè)抛物面形式，即(jí)越靠🈲近管壁位(wei)置流速越低，而(ér)越靠近管⛷️道中(zhong)央位置流速越(yue)高,因此以點帶(dài)面的插人式測(ce)量方式的測量(liàng)精度相對較低(di)。這種情況宜在(zài)一個界面下采(cai)用多點測量的(de)方式來改善,但(dàn)這樣做無疑又(you)會增加成本和(he)安裝維🏃‍♂️護複雜(za)度,故推薦采用(yong)多點采樣的插(chā)⛷️人式流量計作(zuò)爲在線式流量(liang)測🙇🏻量設備,如勻(yún)速管流量計。
　　不(bú)同階段的輸氣(qi)管可能有不同(tóng)的現場狀況，如(rú)管徑不同、是否(fou)經常移動、周圍(wéi)空間大小不同(tóng)、直管段🚩長度不(bu)同等。不同階段(duan)的瓦斯氣體也(yě)可能有不同🥵的(de)工況條件，如含(han)水量大小不同(tong)、髒污介質多少(shao)不同、氣體壓力(li)大小不同等。考(kǎo)察不同階段管(guǎn)道瓦斯流量的(de)目的不同,對每(mei)個階段管道瓦(wa)斯流量測量的(de)準确度要求也(ye)不相同。故煤礦(kuang)管道瓦斯流🙇‍♀️量(liàng)計量應根據不(bú)同的現場狀況(kuàng)、工況條件及測(ce)量需求選擇相(xiang)應的流量計。
4結(jie)語
　　闡述了煤礦(kuang)管道瓦斯流量(liang)計量發展現狀(zhuàng),分析了各💋種存(cun)在的問題并提(tí)出了解決辦法(fǎ);建議煤礦瓦斯(sī)抽👣放管網中的(de)主☀️管、幹管、支管(guan)采用V錐流量計(ji),彙流管以及各(gè)評價單元采用(yòng)多點采樣🏃的插(chā)人式流量計;指(zhǐ)出煤礦管道瓦(wa)斯流量⛱️計量應(yīng)根據不同的🌐現(xian)場狀況.工🏃‍♀️況條(tiáo)件及測量需求(qiu)選擇相應的流(liu)量計。

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