低浓度瓦斯输送安全保障技术课件

1、低浓度瓦斯输送安全保障技术1 低浓度瓦斯输送安全保障技术低浓度瓦斯输送安全保障技术 煤炭科学研究总院重庆研究院煤炭科学研究总院重庆研究院 2009.9.3 2009.9.3 全国煤矿瓦斯防治工作会议 政策解读材料之三 低浓度瓦斯输送安全保障技术2 一、背一、背 景景 u近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，20052005年年23.523.5 亿亿mm3 3，20082008年已达到年已达到5252亿亿mm3 3。然而，约。然而，约80%80%的瓦的瓦 斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出 瓦斯的浓度较低，瓦斯的

2、浓度较低，55%55%以上的抽采瓦斯浓度低于以上的抽采瓦斯浓度低于 30%30%（定义为低浓度瓦斯）。（定义为低浓度瓦斯）。 低浓度瓦斯接近燃烧爆炸低浓度瓦斯接近燃烧爆炸 浓度限，出于安全性考虑，浓度限，出于安全性考虑， 现行规程规定：浓度低于现行规程规定：浓度低于 30%30%的瓦斯不得利用。的瓦斯不得利用。 使得使得抽采瓦斯的利用率抽采瓦斯的利用率 在逐年下降。不符合节能减在逐年下降。不符合节能减 排和循环经济的发展思路。排和循环经济的发展思路。 低浓度瓦斯输送安全保障技术3 一、背一、背 景景 u近些年低浓度瓦斯发电技术的发展，使得煤矿近些年低浓度瓦斯发电技术的发展，使得煤矿 利用低浓度

3、瓦斯的积极性高涨，目前全国已安利用低浓度瓦斯的积极性高涨，目前全国已安 装数百套瓦斯发电机组，其中不乏利用浓度低装数百套瓦斯发电机组，其中不乏利用浓度低 于于30%30%的瓦斯，存在安全隐患；的瓦斯，存在安全隐患； u低浓度瓦斯即使不利用，在排放、输送和抽采低浓度瓦斯即使不利用，在排放、输送和抽采 过程同样存在重大安全隐患；因而国外基本上过程同样存在重大安全隐患；因而国外基本上 不抽低浓度瓦斯，而我国近期内难以做到；不抽低浓度瓦斯，而我国近期内难以做到； u因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排 放环节的安全保障技术并形成系列标准能有效放环节的安全保障

4、技术并形成系列标准能有效 规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用 各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的 迅速发展，提升中国节能减排的技术水平。迅速发展，提升中国节能减排的技术水平。 低浓度瓦斯输送安全保障技术4 二、技术思路二、技术思路 u前提前提 n浓度低于浓度低于30%的瓦斯必然存在燃烧和爆炸危险；的瓦斯必然存在燃烧和爆炸危险； n瓦斯内燃机发电的原理主要是利用瓦斯的爆炸特性；瓦斯内燃机发电的原理主要是利用瓦斯的爆炸特性； u低浓度瓦斯输送及内燃机发电系统示意低浓度瓦斯输送及内燃机发电系统示意 抽瓦斯泵

5、内燃机组 排空管 输送管 低浓度 瓦斯源 低浓度瓦斯输送安全保障技术5 二、技术思路二、技术思路 u技术关键技术关键 n控制内燃机内部的爆炸仅局限于内燃机内部，控制内燃机内部的爆炸仅局限于内燃机内部， 确保不向外传播蔓延；确保不向外传播蔓延； n控制井下低浓度瓦斯抽采过程中尽可能避免遇控制井下低浓度瓦斯抽采过程中尽可能避免遇 到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向 输送管路中传播蔓延；输送管路中传播蔓延； n控制低浓度瓦斯排放过程尽可能避免遇到火源，控制低浓度瓦斯排放过程尽可能避免遇到火源， 万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路万一遇到火源也要确保

6、燃烧爆炸不向输送管路 中传播蔓延；中传播蔓延； n确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。 低浓度瓦斯输送安全保障技术6 脱水器脱水器 三、技术措施三、技术措施 u内燃机内部控制燃烧爆炸不向外传播措施内燃机内部控制燃烧爆炸不向外传播措施 发动机阻火防爆示意图发动机阻火防爆示意图 1 1、金属波纹带阻火器、金属波纹带阻火器2 2、电磁阀、电磁阀3 3、调压阀、调压阀4 4、防爆止回阀、防爆止回阀 5 5、瓦斯与空气增压中冷装置、瓦斯与空气增压中冷装置 6 6、金属波纹带阻火器、金属波纹带阻火器 7 7、燃烧室、燃烧室 重点依靠重点依靠1 1和和6 6两级阻火器减弱

7、火源和爆炸波向瓦斯管方向传播两级阻火器减弱火源和爆炸波向瓦斯管方向传播 金属波纹带阻火器金属波纹带阻火器 低浓度瓦斯输送安全保障技术7 u确保内燃机组管燃烧爆炸确保内燃机组管燃烧爆炸 不向外传播措施不向外传播措施 1 1、脱水器、脱水器 2 2、火焰传感器、火焰传感器 3 3、压力传感器、压力传感器 4 4、水封式阻火泄爆装置、水封式阻火泄爆装置 5 5、抑爆装置、抑爆装置 6 6、泄爆器、泄爆器 7 7、阻爆阀门、阻爆阀门 8 8、截止阀、截止阀 以脱水器为界，靠机组侧属机组安全设施要求（每台机组两以脱水器为界，靠机组侧属机组安全设施要求（每台机组两 个阻火器），靠进气侧分别安装水封阻火个阻

8、火器），靠进气侧分别安装水封阻火泄爆泄爆4 4、粉剂或水、粉剂或水 雾雾抑爆抑爆5 5、阻爆阻爆泄爆泄爆6 6、7 7、8 8三级安全装置，确保内燃机内三级安全装置，确保内燃机内 部部 燃烧爆炸波不向外传播。燃烧爆炸波不向外传播。 分管 主管 4 578 6 支管 发电 机组 3 1 2 支管 发电 机组 3 1 2 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术8 爆炸波传播方向爆炸波传播方向 瓦斯气体输送方向瓦斯气体输送方向 500 S10022994 1:15 12 4m2 R500 R500 530 100 10 100 2000 1670 530 1020 1020 530 1

9、50150 300 10401040 100 T5001/1 400 1300 底 图 总 号 签 字日 期 校 对 旧底图总号 描 图 编制 检 查主管院长 组 长 月年 院 长 数量 设 计 制 图 标记修改者 项目负责 所 长 批准者 第 页 煤 炭 科 学 研 究 总 院 重 庆 分 院 日 期 重 量共 页比 例 名称代号 序 号 1 450 30 1040 2310 泄爆装置。 水位监控。 金属分流网。 水封阻火泄爆装置 泄爆口泄爆口 金属网 水水 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术9 粉剂自动喷粉抑爆装置 1、抑爆装置喷嘴 2、抑爆装置贮粉筒 3、灭火剂缓冲器

10、4、气体发生器 5、接线端 6、电缆线 7、控制器 8、紫外火焰传感器 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术10 阻爆泄爆装置 n采用光电火焰传采用光电火焰传 感器、压力控制感器、压力控制 传感器、机电联传感器、机电联 动器联合控制自动器联合控制自 动阻爆装置动作动阻爆装置动作 产气室 阀芯 阀体 联接法兰联接法兰 爆炸波传播方向爆炸波传播方向 瓦斯气流动方向瓦斯气流动方向 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术11 u确保排空管燃烧爆炸不向确保排空管燃烧爆炸不向 管路方向传播措施管路方向传播措施 1. 1.火焰传感器火焰传感器 2. 2. 压力传感器压力传感器

11、3. 3. 水封式阻火泄爆装置水封式阻火泄爆装置 4.4.自动喷粉抑爆装置自动喷粉抑爆装置 5. 5. 泄爆器泄爆器 6. 6. 阻爆阀门阻爆阀门 7. 7. 截止阀截止阀 排空管设计应符合相关要求，并安装防雷设施；排空管设计应符合相关要求，并安装防雷设施； 靠进气侧分别安装水封阻火靠进气侧分别安装水封阻火泄爆泄爆3 3、粉剂、粉剂抑爆抑爆4 4、 阻爆阻爆泄爆泄爆5 5、6 6、7 7三级安全装置，确保排空管燃烧三级安全装置，确保排空管燃烧 爆炸波不向管路方向传播。爆炸波不向管路方向传播。 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术12 u确保井下低浓度瓦斯抽采遇火确保井下低浓度瓦

12、斯抽采遇火 燃烧爆炸不向输送管路中传播燃烧爆炸不向输送管路中传播 n井下自燃煤层低浓度瓦斯抽采时，井下自燃煤层低浓度瓦斯抽采时， 应采取控制发火的相应措施；应采取控制发火的相应措施； n在靠近抽采管入口在靠近抽采管入口100m100m以内的以内的 管道上开始安设自动喷粉抑爆装管道上开始安设自动喷粉抑爆装 置，每组抑爆装置需安设置，每组抑爆装置需安设2 2个喷个喷 粉罐，至少安设粉罐，至少安设2 2组，组间距离组，组间距离 小于小于100m100m。 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术13 u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。 n瓦斯抽采站

13、、输气站建筑和放空管应满足瓦斯抽采站、输气站建筑和放空管应满足建建 筑物防雷设计规范筑物防雷设计规范的要求，设置防雷设施，的要求，设置防雷设施， 分别装设避雷带或避雷针装置。通往井下的抽分别装设避雷带或避雷针装置。通往井下的抽 采管路应采取防雷和隔离措施。采管路应采取防雷和隔离措施。 n地面瓦斯输送管道应采用埋地敷设，特殊情况地面瓦斯输送管道应采用埋地敷设，特殊情况 需采用架空敷设时，在管道进、出建筑物需采用架空敷设时，在管道进、出建筑物 100m范围内，应每隔范围内，应每隔25m左右接地左右接地1次，其接次，其接 地电阻不应大于地电阻不应大于20。 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安

14、全保障技术14 u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。 n安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道 可选用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防可选用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防 漏气、防砸坏、防静电等措施。漏气、防砸坏、防静电等措施。 n瓦斯输送管道与地面或地下建筑物、构筑物或其瓦斯输送管道与地面或地下建筑物、构筑物或其 他管线应安全距离应符合相关规范要求。他管线应安全距离应符合相关规范要求。 n瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管 道系统中所选用的电器设备、

15、仪表均应满足矿用道系统中所选用的电器设备、仪表均应满足矿用 防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门 的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施 和消防措施。和消防措施。 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术15 u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。 n瓦斯利用设施端的输瓦斯管道中应安设防回流瓦斯利用设施端的输瓦斯管道中应安设防回流 设施，防止抽采泵突然停泵而出现回流。设施，防止抽采泵突然停泵而出现回流。 n低浓度瓦斯输送系统不得设置缓冲罐；低浓度瓦斯输送

16、系统不得设置缓冲罐； n加压设备应选择湿式压缩机；加压设备应选择湿式压缩机； n抽采设备应选择湿式抽采泵；抽采设备应选择湿式抽采泵； n正压输送时，输送压力不宜超过正压输送时，输送压力不宜超过20kPa，安全，安全 设施安设段，管内气体流速不宜大于设施安设段，管内气体流速不宜大于10m/s； 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术16 u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。 n在输送管道系统中应设置安全监测控制设施；在输送管道系统中应设置安全监测控制设施； n阻火、泄爆、抑爆、阻爆、监测控制、非金属阻火、泄爆、抑爆、阻爆、监测控制、非金属 管等

17、相关产品性能、功能、质量和安装等要求管等相关产品性能、功能、质量和安装等要求 均应符合本系列相关产品标准的要求。均应符合本系列相关产品标准的要求。 三、技术措施三、技术措施 低浓度瓦斯输送安全保障技术17 u试验系统试验系统 n数据采集系统（测试系统数据采集系统（测试系统 ，火焰、压力等传感器），火焰、压力等传感器） 监测 控制 数据 采集 系统 四、试验情况四、试验情况 低浓度瓦斯输送安全保障技术18 试验管道： 设计压力2.5MPa。 DN500mm管道长 66.5m， DN700mm管道长 93.1m。 四、试验情况四、试验情况 u试验系统试验系统 n管道试验系统（管道、配气和搅拌装置）

18、管道试验系统（管道、配气和搅拌装置） 低浓度瓦斯输送安全保障技术19 四、试验情况四、试验情况 u试验系统试验系统 n细水雾管道试验系统。细水雾管道试验系统。 低浓度瓦斯输送安全保障技术20 DN500 DN700DN500 DN700管道压力峰值曲线图管道压力峰值曲线图 0102030405060 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 压力峰值 /MPa 测点位 置 /m u试验任务试验任务 n管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆特性 四、试验情况四、试验情况 020406080100 0.0 0.2

19、 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 压力峰值 /MPa 测点位置 /m 低浓度瓦斯输送安全保障技术21 DN500 DN700DN500 DN700管道火焰传播速度曲线图管道火焰传播速度曲线图 u试验任务试验任务 n管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆特性 四、试验情况四、试验情况 102030405060 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 NO.1 NO.2 NO.4 NO.5 火焰 传播 速 度/m/s 测点位置 /m 20304050607080

20、0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 火焰 传 播 速 度/m/s 测点位置 /m 低浓度瓦斯输送安全保障技术22 DN500DN500泄爆片冲破瞬间泄爆片冲破瞬间 DN500DN500火焰压力从泄爆口释放情况火焰压力从泄爆口释放情况 四、试验情况四、试验情况 u试验任务试验任务 n水封阻火泄爆装置试验 火源不能通过火源不能通过 低浓度瓦斯输送安全保障技术23 DN500DN500水封阻火泄爆装置内爆炸情况水封阻火泄爆装置内爆炸情况 DN700DN700水封阻火泄爆装置过火情况水封阻火泄爆装置过火情况 四、试验情况四

21、、试验情况 u试验任务试验任务 n水封阻火泄爆装置试验 低浓度瓦斯输送安全保障技术24 1点火源 2、3自动喷粉抑爆装置传感器 4抑爆器 5、6、7测试用火焰传感器 自动抑爆试验示意图 试验结果：单个抑爆器有效灭火抑爆距离6m 四、试验情况四、试验情况 u试验任务试验任务 n自动喷粉抑爆装置自动喷粉抑爆装置 低浓度瓦斯输送安全保障技术25 1.罗茨鼓风机 2.天然气减压阀 3.混合器 4.阻火器 5.雷管点火 点6&7.火焰速度监测点（1对）8.水雾发生器 9.阻火观察窗 10.火焰监测点 11.水泵流量表 12.水压力表13.水泵 14.水池 15.旋风脱水器 16.重力脱水器 17.阀门 18.发电机组 四、试验情况四、试验情况 u试验任务试验任务 n细水雾抑爆试验细水雾抑爆试验 u对于对于DN500当输送管道较长（长于当输送管道较长（长于100m）时，管道细水雾）时，管道细水雾 可有效熄灭爆炸火焰，可全部使用不带导流板的水雾发生器。可有效熄灭爆炸火焰，可全