摘要:闡述了煤(méi)礦管道瓦斯流(liú)量計 量的發展(zhǎn)現狀,分析了孔(kong)闆流量計、渦街(jie)流量計、皮托🌈管(guǎn)流量計、旋進漩(xuán)渦流量計、V錐流(liú)量計的優缺點(dian);針對瓦斯流量(liang)測量精度受氣(qi)體中的雜質和(he)瓦斯體積分數(shu)變化影響的問(wen)題,提出了解🆚決(jué)辦法;建議煤礦(kuang)瓦斯抽放管網(wang)⛱️中的主管、幹管(guǎn)、支管采用V錐流(liu)🔴量計,彙流管以(yi)及各評價單元(yuan)采用多✏️點采樣(yang)的插入式流量(liàng)計;指出煤礦管(guan)道瓦斯流量計(jì)量應根據🐪不同(tong)的現場狀況、工(gong)況條🍉件及測量(liàng)⭐需求選擇相應(yīng)的流量計。
0引言(yán)
　　《2012年煤礦安全工(gōng)作要點》第三條(tiáo)強調:強力.推進(jin)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(qiáng)調“強力推進瓦(wa)斯抽采達标”的(de)實施措施。督促(cu)煤礦企業嚴格(ge)執行《煤礦瓦斯(sī)抽采達标暫行(hang)規定☀️》,建立瓦斯(sī)抽采達标🍉自評(píng)估制度,把瓦斯(sī)🙇🏻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(cha),切實做到先抽(chou)後采、抽采達标(biāo),實現抽、掘、采平(píng)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(liang)計量将在整個(ge)考核過程😄中起(qǐ)到一定作用。本(běn)文分析如何保(bao)證管💁道瓦斯計(jì)量結果既準确(què)又适合煤礦現(xian)場工況條📱件。
1管(guǎn)道瓦斯流量計(jì)量發展現狀
　　到(dao)目前爲止,煤礦(kuàng)管道瓦斯流量(liàng)計量經曆了從(cóng)無到有、從人工(gōng)計量到儀器自(zi)動計量、從簡易(yì)粗放計量到正(zhèng)确結算計量的(de)過程。由于管道(dao)瓦斯氣體的特(te)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(guǎn)流量計👅、旋進漩(xuan)渦流量計、V錐流(liú)量計等。
　　孔闆流(liu)量計 起源早,曆(li)史悠久,機構簡(jian)單,成本低且無(wú)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(shao)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(shì)❄️場占有率是👈最(zuì)大的。
　　渦街流量(liang)計 産生于20世紀(jì)50年代,其相對孔(kǒng)闆流量計來說(shuō)具有量程比寬(kuan)、壓損🔞小等優點(dian)。在隻有孔闆流(liu)量計的時代,渦(wo)街㊙️流量👈計的出(chu)現體現了其應(yīng)有的價值,并在(zài)瓦斯抽放計量(liàng)市🌈場上占有一(yi)定的份額👌。
　　皮托(tuō)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(guǎn)道上開一個小(xiǎo)孔，将皮托管插(chā)人管道内，皮托(tuō)管即可測量出(chu)管道内測量點(diǎn)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(liàng)計主要用于管(guǎn)道氣體流量摸(mo)底與🔅現場流量(liàng)比對,在煤礦管(guǎn)道瓦斯流量計(ji)量領域的🎯使用(yòng)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(zhì)一文丘利管,也(ye)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(du)高、穩定🔞性高、可(ke)測量多相流等(deng)優點的基礎上(shang),針對孔闆🌈流量(liang)計的主要缺點(dian)進行了改進,因(yīn)此還具有測量(liang)量程比寬、自整(zheng)流、自清潔、壓損(sǔn)小、穩定性高等(děng)孔闆流量計所(suo)沒有的優點。V錐(zhuī)流量計早在石(shi)化、熱☔能、供水等(deng)領域得到廣泛(fàn)🔞應用,2007年被用于(yu)瓦斯抽放⭕流量(liang)計量領域🌈,并迅(xun)速表現出其在(zai)管道瓦斯📞流量(liang)計量方面😘的優(yōu)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(tǐ)環境，現場适應(ying)性較好;測量量(liang)程比寬,測量下(xia)限更低，能夠适(shi)應抽放管道瓦(wa)斯氣體流速低(dī)的特點;具有自(zi)
　　整流特點，使得(dé)現場所需的直(zhi)管段長度大大(dà)縮短🔅，能夠😄适應(yīng)煤礦現場安裝(zhuang)空間狹窄的實(shí)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(shi)、磨損，能🧡夠保持(chí)節流裝👨‍❤️‍👨置流量(liang)系數的長期穩(wen)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(liàng)計量而不影響(xiǎng)其抽放效果;穩(wen)定性高,使得現(xiàn)場維護成本下(xia)降。
2管道瓦斯流(liu)量計量存在的(de)問題及解決方(fāng)案
2.1管道瓦斯流(liu)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(di)、現場安裝.環境(jìng)局限🏃🏻性大等特(te)點,這就要求測(ce)量其流量的流(liú)量計具有如下(xià)特征:無可轉動(dòng)部件，測量量程(cheng)比寬，可測量多(duo)項流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,不易堵塞(sāi)🍉磨損,永久性壓(yā)損小，測量下限(xiàn)❗低,直管段要🐅求(qiu)短。雖然氣體流(liú)量計種類很多(duō),但适🔴用于管道(dao)瓦斯流量測量(liàng)的流量計并不(bu)是很多。當前應(yīng)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(liu)量計等在測量(liang)管道瓦斯時也(ye)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(shǐ)管道瓦斯氣體(tǐ)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(ji)的現象,需要經(jing)常清洗管道;(3)對(dui)流場的分布要(yao)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(chéng)的永久性壓損(sun)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(liu)量計存在的問(wèn)題:(1)對環境振動(dòng)較爲敏感,現場(chang)長期運行🐆穩定(ding)性較差;(2)測量下(xià)限較高,特别是(shi)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(jie)質,測量☎️下限一(yī)🚩般不低于5m/s;(3)采用(yong)插人式點測量(liàng)方式,插人的深(shen)度不同,測量的(de)流量結果也不(bu)相同,無法保證(zhèng)現場與實驗☁️室(shi)的測量精🈲度一(yī)緻;(4)直管段要求(qiú)長,現💋場安裝局(jú)限性大。
皮托管(guǎn)流量計由于插(chā)人杆較細,取壓(yā)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(wō)流量計存在的(de)問題:(1)适用管徑(jing)範圍小,一般最(zuì)大隻能測量300mm管(guan)徑,适用面窄;(2)給(gei)管道帶來的永(yǒng)久性🌏壓力損失(shi)大，影響瓦斯抽(chou)放效果,主要應(ying)用于油田井口(kǒu)平台高中壓油(yóu)、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(ju)有相同的流速(sù)測量範圍,且不(bú)可更改,隻能通(tōng)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(kuang)條件來适應并(bing)滿足流量計的(de).需要;(4)易受被測(ce)介質影響,特别(bié)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(luó)旋漿形葉片)容(róng)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(jì)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(ce)量量程比寬、自(zi)✂️.整流等優點,但(dan)它整體結構較(jiào)爲複雜,運輸、安(an)裝較爲不便。
2.2提(tí)高管道瓦斯流(liú)量計量準确度(du)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(shù)會實時變化,這(zhe)些因素會嚴重(zhòng)影響氣✏️體的物(wù)理性質,如密💯度(dù)、黏度等⭐,特别是(shi)對氣體密度影(yǐng)響較大。
　　解決該(gāi)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(wǎ)斯氣體密度的(de)實時修正,從而(er)解決瓦斯體積(ji)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(gù)體雜質能夠在(zai)經過一段距離(li)的輸送之後,最(zui)終排除到管道(dao)之外,從而盡可(ke)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(xiǎng);(3)注意現場的輸(shu)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(tai)水不能夠流入(rù)後端管道内，同(tóng)時流量💚計應遠(yuǎn)離水源端;(4)采取(qǔ)措施使輸氣管(guǎn)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(jì)處冷凝的情況(kuang);(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(gui)定》第十四條規(gui)定:煤與瓦🚶斯突(tū)🐉出礦井和高瓦(wǎ)斯礦井必須建(jiàn)立地面固定👄抽(chōu)采瓦斯系統🔞,其(qi)他應當抽采瓦(wǎ)斯的礦井可以(yǐ)建立井下臨時(shi)抽采瓦斯🧑🏾‍🤝‍🧑🏼系統(tǒng);同時具有煤層(ceng)瓦斯預抽和采(cai)空💰區瓦斯抽采(cai)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(yi)看出,瓦斯抽放(fàng)⚽流量計量将是(shi)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(shou)段,如何保證抽(chōu)放效果良好并(bing)達到要求将是(shi)煤礦瓦斯抽放(fàng)領域必須考慮(lü)的問題。
　　瓦斯抽(chou)采礦井應當配(pèi)備瓦斯抽采監(jian)控系統,實時🐅監(jiān)控管網瓦斯濃(nong)度、壓力或壓差(chà)、流量、溫度參數(shù)及設備的開💔停(tíng)狀态等;抽采瓦(wǎ)斯計量儀器應(yīng)當符合👈相關計(ji)🔞量标準要求;計(jì)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(jià)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(xì)統中的各階段(duàn)均要設置監測(cè)點,作爲考察抽(chou)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(zhòng)點考察📐對象。
煤(méi)礦瓦斯抽放管(guǎn)網一般由總管(guan)、幹管、支管、彙流(liu)管以及鑽孔等(deng)構成,如圖1所示(shi)。
 
　　考慮到主管、幹(gàn)管、支管不經常(cháng)移動,且要求測(ce)量儀器穩定性(xìng)🤩高、測量精度高(gāo),建議采用V錐流(liu)量計。彙流🔞管以(yi)☁️及各評價💯單元(yuan)建議采用插人(rén)式流量計,但當(dāng)前插人式流量(liàng)計多采用點式(shì)測量方式,以測(ce)量一🔴點的流量(liang)🌈來代替整♊個管(guǎn)道截面的流量(liang),而一個管道界(jie)面上每一點的(de)流速是不相同(tong)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(ji)越靠🧑🏽‍🤝‍🧑🏻近管壁位(wèi)置流速越低，而(er)越靠近管道中(zhōng)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(cǎi)用多點測量的(de)方式來改善,但(dan)這樣做無疑又(yòu)會增加成本和(hé)安裝維護複雜(za)度,故推❤️薦采用(yòng)多點采樣的插(chā)人式流量計作(zuo)爲在線式流量(liàng)測量設備,如勻(yun)速管流量計。
　　不(bú)同階段的輸氣(qì)管可能有不同(tong)的現場狀況，如(ru)管徑🐇不同、是否(fǒu)經常移動、周圍(wéi)空間大小不同(tong)、直管段✨長度不(bú)同等。不同階段(duàn)的瓦斯氣體也(ye)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(guan)道瓦斯流量的(de)目的不同,對每(měi)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(bu)同的現場狀🚶‍♀️況(kuàng)、工況條件及測(cè)量需求選擇相(xiàng)應的流量計💁。
4結(jie)語
　　闡述了煤礦(kuàng)管道瓦斯流量(liang)計量發展現狀(zhuang),分析了各種存(cun)在的問題并提(tí)出了解決辦法(fa);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(jì),彙流管以及各(ge)評價單元采用(yong)多點采樣的插(chā)人式流量計;指(zhǐ)出💋煤礦管道瓦(wǎ)斯流量計量應(yīng)根據不同的現(xiàn)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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