瓦斯抽采系统监测、计量技术及装备概述

1、瓦斯抽采系统监测、计量技术及装备一、瓦斯抽采监测概述我国很多煤矿都是高瓦斯矿井, 瓦斯抽采是国家政策的要求。 根据 煤矿安 全规程 的相关规定, 在满足设计和技术要求的基础上, 煤矿企业必须建立了一 整套的瓦斯抽采监测系统。瓦斯抽采监测中主要对管道工况参数和环境参数进行计量。 通常需要监测的 量包括管道流量、管道甲烷浓度、管道负压、管道温度、管道 CO 等。二、抽采监测设备概况1、抽采监测技术难点与关键点1 、管道瓦斯流量监测技术管道瓦斯流量是抽采监测中的关键技术参数之一, 也是监测参数中监测难度 最大的参数之一。2 、管道瓦斯浓度监测技术管道瓦斯流量是抽采监测中的另一关键技术参数, 也是监测

2、中最易出问题的 关键部位之一。2、管道瓦斯流量监测抽采管道内湿度大、固体杂质多、压力小、流量变化范围宽、流速下限低、 输送环境局限性大。 煤层气开发利用项目对煤层气输送量的准确计量提出了更高 的要求。对流量计要求:1无可转动部件2测量量程比宽3不易堵塞、磨损4能够检测低速介质5能够测量多项流6能够检测低压力介质目前煤矿用的较普遍的流量测量装置有孔板、 涡街、 旋进漩涡、 均速管、 皮 托管、 V 锥流量计等,都存在适用条件有限的问题。3、管道内流量计量的难点问题3.1、影响现场计量精度的因素:1含水量和杂质2气体组分解决措施:对煤层气在测量之前进行预处理,尽可能的将气体中的水和杂质滤除,以使

3、得进入流量计的为洁净气体。3.2、小流量测量问题需求:1钻场流量测量;2钻孔流量测量;解决措施:1 结合现用流量计的特点和钻场流量的特点,就目前技术而言热式质量 流量计应该是比较合适的技术,但是在工艺上还必须配套有放水、排渣措施。 不排除随着科技的进步会有更适合钻场流量测量的装备出现,譬如:根据流 量变化用户可自行更换节流关键部件等。2 因为流量太小、 流量变化范围较大且伴随有大量的液态水和固体杂质, 在线式监测存在很多问题,且由于钻孔较多,若实现每一个钻孔测量将会是 一个很大的投入,目前建议还是采用手持式流量计进行检测。三、常用流量计1、孔板流量计原理:标准孔板是一块具有圆形开孔的金属薄板

4、, 圆孔壁与孔板前端面成直角 , 安 装时孔板轴心与管道轴线同心。 充满管道的流体流经管道内的节流装置, 在节 流件附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧产生静压力差。 在已知有关参数的条件下,根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导 出差压与流量之间的关系而求得流量。优点:1国际通用、应用历史长、经验数据丰富;2结构简单、成本低、安装方便;3无可转动部件,适合脏污介质测量;4国家统一标准,不需要实流标定,降低了产品成本。缺点:1直管段要求长;2易磨损,校准周期短;3易堵塞,需定期清理。2、涡街流量计原理:在流体中安放一个非流线型旋涡发生体, 使流体在发生体两侧交替地分离, 释放出两串 规

5、则地交错排列的旋涡,且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。优点:1结构简单牢固、无可转动部件;2安装方便;3测量量程比宽;4插入式涡街流量计永久性压损小。缺点:1直管段要求长;2对震动敏感;3测量精度低、维护量大。3、旋进漩涡流量计原理:流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后,被迫绕着发生体轴剧烈旋转, 形成旋涡。 当流体进入扩散段时, 旋涡流受到回流的作用, 开始作二次旋进动频 率与流量大小成正比转,形成陀螺式的涡流进动现象。优点:1结构牢固、无可转动部件;2测量量程比宽;3直管段要求短。缺点:1压损巨大;2对震动敏感;3不能够用于测量含固体杂质和长纤维的介质。4、 V 锥型流量计

6、原理:在同一密闭管道内,当压力降低时,速度会增加,当介质接近锥体时, 其压力为 P+,在介质通过锥体的节流区时,速度会增加,压力会降低为 P-, 如图一所示, P+和 P-都通过 V 型锥形流量计的取压口引到差压变送器上,流 速发生变化时,差压值会随之增大或减小。也就是说对于稳定流体,流量的 大小与差压平方根成正比。当流速相同时,锥体节流面积越大,则产生的差 压值也越大。优点:1直管段要求短;2耐高温、高压、耐腐蚀、不怕震动;3自保护功能,节流件关键部位不磨损,能保持长期稳定地工作;缺点:1如果介质有颗粒杂质,易堵塞;2压损大;3结构复杂,不易维护;4量程比过小。5、热式质量流量计原理:采用感

7、热式测量, 通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量, 因为 优点:1可测量低流速 (气体 0.02-2m/s微小流量;2更适合于大管径;3无活动部件,无分流管的热分布式仪表无阻流件,压力损失很小;4使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比,不需温度传感器,压力传感器和计算单元等,出现故障概率小。缺点1热式质量流量计响应慢;2必须定期清洗;3对于粘性液体在使用上受到限制。四、常见管道高浓瓦斯传感器1、管道热导原理瓦斯传感器利用甲烷和空气导热率不同的原理,测量空气中甲烷浓度。用热导原理检测瓦斯, 只是在 (840 CH4%时测量误差较小, 低段测量误 差大;易受温度、湿度影响;稳定性差、调

8、校周期短;2、管道红外原理瓦斯传感器采用当前国际上先进的气体分析技术:“非色散红外检测” ( NDIR 技术。 每种极性分子结构的气体如 SO2、 CO2、 CH4等, 都有对应的红外光特征吸收波长, 如 CH4特征吸收波长为 3.3um , CO2特征吸收波长为 4.3um 。而双原子分子气体 如 H2、 O2、 N2等对红外光则没有吸收作用。优点:1测量范围宽, 0-100%;2精度高;3调校周期长;4功耗低;5不受背景气干扰,不存在 H2S 等有毒气体中毒现象;6寿命长;缺点:1受温度压力影响大,压力补偿和温度补偿是必须采取的技术措施;2对冷凝水和固体杂质敏感,气体进入测量气室内时必须进

9、行冷凝、过滤 预处理;五、技术发展趋势和瓦斯抽放监控系统1、发展趋势:1单一装备向系统集成化发展。2）软硬件结合更加紧密，系统功能更加丰富，技术更先进。 3）从单纯的参数监测向监测监控系统方向发展。 2、瓦斯抽采监测监控监控系统应具有以下特点： 根据瓦斯抽放系统运行状态， 对其实施全自动控制， 当监控系统接收到启动、 停止、送气或停止送气等信号时，按照工艺流程自动执行相应的控制； 根据管道参数， 可以计算出管道标况混合流量及其累计量、管道标况纯流量 及其累计量。 抽放系统运行出现异常时， 可以根据异常状况的不同，对系统发出不同的控 制动作和声光报警信号； 抽放监控采用 PLC 主控，逻辑控制功能强大； 系统控制方式灵活，支持自动、手动和检修三种工作模式；在控制柜显示屏 或上位机上可以查询到祥细故障报警原因； 系统具有停电保持功能，备用电源可工作两小时以上； 抽放监控柜操作方便，显示直观； 上位计算机可与综合监控系统联网， 使网上所有终端在使用权限范围内都能 共享监测信息，查询各类数据报表； 瓦斯抽放监控柜形式多样，可以根据用户需求，设计为立式柜或者操作控 制台，采用分体组合式，组网灵活，便于运输。 六、抽采监测系统建设 煤矿瓦斯抽采系统的建设必须本着结合煤矿安全监控及瓦斯抽采