摘要:闡(chǎn)述了煤礦管(guǎn)道瓦斯流量(liàng)計 量的發展(zhan)現狀,分析了(le)孔闆流量計(jì)、渦街流量計(ji)、皮托管流💁量(liang)計、旋進漩渦(wō)流量計、V錐流(liu)量計的優缺(quē)點;針對瓦斯(sī)流量測量精(jīng)度受氣體中(zhōng)的雜質和瓦(wa)斯體積分數(shu)變化影響的(de)問題,提出了(le)解決辦法;建(jian)議煤礦瓦斯(si)🔞抽放管網中(zhōng)的主管、幹管(guǎn)、支管采用V錐(zhuī)流💰量計,彙流(liú)管👈以及各評(píng)價單元采用(yòng)多🙇‍♀️點采樣的(de)插入式流量(liang)計;指出煤礦(kuàng)管道瓦斯流(liú)量計量應根(gen)據不同的現(xian)☂️場狀況、工況(kuàng)條件及測量(liang)需求選擇相(xiang)應的流量計(jì)。
0引言
　　《2012年煤礦(kuang)安全工作要(yao)點》第三條強(qiáng)調:強力.推進(jìn)先抽後采、綜(zōng)合治♉理的治(zhì)本措施,深化(huà)煤礦瓦斯防(fáng)治。特🤞别強調(diào)“強力推進瓦(wa)㊙️斯抽采達标(biao)”的實施措施(shī)。督促💛煤礦企(qǐ)業嚴格執行(háng)《煤礦瓦斯抽(chou)采達标暫行(hang)規定》,建立瓦(wǎ)斯抽采達标(biao)自評估制度(du),把瓦斯✏️抽采(cai)達标能力作(zuo)爲礦井能力(lì)核定的重要(yao)約束性指标(biāo),組織開展瓦(wǎ)斯抽采達标(biao)監督.檢查,切(qie)實做到先抽(chou)後采、抽采達(da)标,實現抽、掘(jue)、采平衡以。作(zuò)爲保證瓦斯(si)抽采達标的(de)重要手段一(yī)管道瓦斯流(liu)量計量将在(zài)整個考核過(guò)程中起到一(yī)定作用。本😘文(wen)分析如何保(bao)證管道瓦斯(sī)計量結果㊙️既(jì)準确又适合(he)煤礦現場工(gōng)況條♈件。
1管道(dao)瓦斯流量計(jì)量發展現狀(zhuang)
　　到目前爲止(zhi),煤礦管道瓦(wǎ)斯流量計量(liàng)經曆了從無(wú)到有、從人工(gōng)🏃🏻‍♂️計量到儀器(qi)自動計量、從(cóng)簡易粗放計(ji)量到正确結(jie)算計量的過(guò)程。由于管道(dao)瓦斯氣體的(de)特殊性,目前(qian)在瓦斯抽放(fang)計量領域使(shi)用較爲廣泛(fàn)的仍然是♋孔(kǒng)闆流量計、渦(wō)街流量計、皮(pi)托管流量計(jì)、旋進漩渦流(liu)量計、V錐流量(liàng)計等。
　　孔闆流(liu)量計 起源早(zao),曆史悠久,機(jī)構簡單,成本(ben)低且無可轉(zhuǎn)動部㊙️件,取壓(ya)孔不易被髒(zāng)污介質堵塞(sai),能夠保持取(qu)壓的長期穩(wěn)定可靠,故孔(kong)闆流🐕量計在(zài)管道瓦斯抽(chōu)放現場的适(shì)應性好🈲。在前(qian)期抽放計量(liàng)儀器少的時(shi)候,孔❄️闆流量(liàng)計幾乎占據(ju)了整個應用(yòng)領域,可以說(shuo)其市場占有(yǒu)率是最大的(de)。
　　渦街流量計(ji) 産生于20世紀(ji)50年代,其相對(duì)孔闆流量計(jì)來說具有量(liang)👣程比寬、壓損(sǔn)小等優點。在(zài)隻有孔闆流(liú)量計的時代(dai),渦街流量計(ji)的出現體現(xian)了其應有的(de)價值,并在瓦(wǎ)斯抽放計量(liàng)市🈲場上占有(yǒu)一定的份額(é)💔。
　　皮托管流量(liang)計由一個直(zhí)徑較細的圓(yuán)管構成,主要(yao)采用人工測(ce)㊙️量方式。在輸(shū)氣管道上開(kāi)一個小孔，将(jiāng)皮托管插人(ren)管道内，皮托(tuo)管即可測量(liàng)出管道内測(ce)量點氣體的(de)動壓,進而✍️可(ke)以推算出該(gāi)點的流速及(ji)流量。該種流(liu)量計主要用(yong)于管道氣體(tǐ)流量摸底與(yu)現場流量比(bi)對,在煤礦管(guǎn)道瓦斯流量(liàng)計量領域的(de)使用普遍。
　　旋(xuan)進漩渦流量(liang)計 是縮小了(le)内徑的渦街(jiē)流量計，其與(yǔ)渦街流量計(jì)都屬于流體(tǐ)振動型流量(liang)計。因旋進漩(xuán)渦流量計内(nèi)部流通面類(lèi)似标準節流(liu)裝置一文丘(qiū)利管,也有人(ren)稱🙇🏻其爲“文丘(qiu)利渦街”。該儀(yi)表解決了渦(wo)街流量計直(zhi)管段要求高(gao)🎯和下限流速(sù)高的問✉️題。
　　V錐(zhui)流量計 出現(xian)于20世紀80年代(dai),其在保持孔(kǒng)闆流量計測(cè)量精度高、穩(wěn)定性高、可測(cè)量多相流等(děng)優點的基礎(chǔ)上,針對🔞孔闆(pǎn)流量計的主(zhu)要缺點🚩進行(hang)了改進,因此(cǐ)還具有測量(liang)量程比寬🤞、自(zi)整流、自清潔(jie)✊、壓損小、穩定(dìng)性高等孔闆(pan)流量🏃‍♀️計所沒(mei)有的優點。V錐(zhuī)流量計早在(zai)石化、熱能、供(gòng)水等領域得(dé)到廣泛應用(yong),2007年被用于瓦(wǎ)斯抽放流量(liàng)計量領域,并(bing)迅速表現出(chū)其在管道瓦(wǎ)斯流量計量(liang)方面的優勢(shi):可測量多相(xiàng)流，能夠适應(yīng)管道瓦斯這(zhe)種高濕、高髒(zāng)的氣體環境(jìng)，現場适應性(xìng)較好;測量量(liàng)程比寬,測量(liàng)下限🚶‍♀️更低，能(neng)夠适應抽放(fang)管道瓦斯氣(qi)體流速低的(de)特點;具有自(zì)
　　整流特點，使(shi)得現場所需(xu)的直管段長(zhǎng)度大大縮短(duǎn)，能夠✍️适應🈲煤(méi)礦現場安裝(zhuāng)空間狹窄的(de)實際情況;具(jù)有自清潔功(gong)能,節流件不(bu)會被氣體中(zhong)的污垢腐蝕(shi)🈲、磨損，能夠保(bǎo)持♈節流裝置(zhì)流量系數的(de)🙇‍♀️長期穩定性(xing),增大校準周(zhou)期;壓損小,适(shi)用于🐉低負壓(yā)抽放管道的(de)❓流量計量而(er)不影響其抽(chou)放效果;穩定(ding)性高,使得現(xiàn)🐅場維護成本(běn)下降。
2管道瓦(wǎ)斯流量計量(liang)存在的問題(ti)及解決方案(an)
2.1管道瓦斯流(liú)量計量存在(zai)的問題
　　管道(dao)瓦斯氣體存(cún)在濕度大、雜(zá)質多、氣液固(gu)混合、壓⭐力低(dī)、流量💁變化範(fàn)圍寬、流速下(xià)限低、現場安(ān)裝.環境✂️局限(xian)性大等特點(dian),這就要求測(ce)量其流量的(de)流量計具有(you)如下特征:無(wú)可轉動部件(jian)，測量量程比(bi)寬，可測量多(duo)項流,不易堵(du)塞磨損,永久(jiǔ)性壓損小，測(cè)量下限低,直(zhí)管段要❓求短(duan)。雖然氣體流(liú)量計種類很(hen)多,但适用于(yu)管道瓦斯☎️流(liu)量測量的流(liú)🥵量計并不是(shi)很多。當⭐前應(ying)用最爲廣泛(fan)的孔闆❤️流量(liang)計、渦街流量(liang)計、皮托管流(liu)量計.V錐流量(liang)計等在測量(liang)管道瓦斯時(shí)也存在相應(yīng)的問🚶題。
　　孔闆(pǎn)流量計存在(zai)的問題:(1)測量(liang)量程比窄,約(yuē)爲1:3,相對煤礦(kuàng)☎️流量變化範(fàn)圍來說,測量(liang)範圍窄;(2)采用(yong)邊緣截👌止、中(zhōng)間流通的銳(ruì)角節流方式(shi)，使管道瓦斯(sī)氣體中❓的液(yè)體或固體雜(zá)質無法順利(li)流過,造成孔(kong)闆前方液體(tǐ)和固體雜質(zhi)堆積的現象(xiang),需要經常清(qing)洗管道;(3)對流(liu)場的分布要(yao)求較高,直管(guǎn)段要求長，現(xiàn)場安裝局限(xiàn)性大;(4)對管道(dao)介質造成的(de)永久性壓損(sun)大⛱️,特别是負(fù)壓端會影響(xiang)井下抽放壓(ya)力,同☎️一條管(guan)道上不适宜(yí)串聯使用多(duō)台孔闆。
　　渦街(jiē)流量計存在(zài)的問題:(1)對環(huan)境振動較爲(wèi)敏感,現場長(zhǎng)期運🌐行穩定(dìng)性較差;(2)測量(liang)下限較高,特(te)别是對于低(di)密度介質👉,如(ru)氣體介質,特(tè)别是負壓狀(zhuang)态下的🌏氣體(ti)介💯質,測量下(xià)限一般不低(di)🔆于5m/s;(3)采用插人(rén)式點測量方(fang)式,插人的深(shēn)度不同,測量(liang)的流量結果(guo)也不相🐆同,無(wú)法保證現場(chǎng)與實驗室的(de)測量精度一(yi)緻;(4)直管段要(yào)求長,現✉️場💜安(an)裝局限性大(dà)。
皮托管流量(liang)計由于插人(ren)杆較細,取壓(yā)孔較小,容易(yì)💘堵塞🐉,不适宜(yí)長期在線測(cè)量瓦斯流量(liàng)。
　　 旋進漩渦流(liú)量計存在的(de)問題:(1)适用管(guan)徑範圍小,一(yī)般💃最大隻能(néng)測量300mm管徑,适(shì)用面窄;(2)給管(guǎn)道帶來的永(yong)久性壓力損(sun)失大，影響瓦(wa)🏃🏻斯抽放效果(guǒ),主要應用于(yu)🏃‍♀️油田井口平(píng)台高中壓油(yóu)、氣的流量測(cè)量;(3)現場适應(yīng)性差,同一🥵管(guan)徑的每一台(tái)儀表🍓都具有(you)相同的流速(su)💛測量範圍,且(qie)不可更改,隻(zhi)能通過現場(chang)管道的擴管(guǎn)或縮管來滿(mǎn)足流量計的(de)流速測量要(yao)求，即以現場(chang)✉️工況條件來(lai)适應并滿足(zú)流量計的.需(xū)要;(4)易受被測(ce)介質影響,特(te)别在介質髒(zang)污的情況下(xia),其導流器(旋(xuan)轉導流槽、在(zài)人口處的螺(luó)旋漿形葉片(piàn))容易結💋垢,嚴(yan)重時可能封(fēng)閉葉👈片面積(jī),需要經常清(qing)理。
　　V錐流量計(ji)主要是爲了(le)解決孔闆流(liu)量計和渦街(jie)流量計‼️存在(zai)🔞的問題而引(yǐn)入的,具有測(ce)量量程比寬(kuan)、自.整流等優(you)✌️點,但它整體(tǐ)結構較爲複(fú)雜,運輸、安裝(zhuāng)較爲不便❌。
2.2提(ti)高管道瓦斯(sī)流量計量準(zhǔn)确度的方法(fa)
　　瓦斯流量的(de)測量精度是(shi)管道瓦斯流(liu)量測量過程(cheng)✂️中存在的一(yī)個主要問題(ti)。瓦斯氣體裏(li)含有大量的(de)液态水以及(ji)固體雜質,并(bing)且瓦斯體積(jī)分數會實時(shi)變化,這些因(yīn)素會嚴重🔱影(ying)響氣🌈體的物(wu)理性質,如密(mì)度、黏度等,特(te)别是對氣體(ti)密度影響較(jiao)大。
　　解決該問(wen)題可采用以(yi)下辦法:(1)對瓦(wa)斯體積分數(shù)進行實❤️時檢(jiǎn)測并最終轉(zhuǎn)換爲對瓦斯(sī)氣體密度的(de)實時修正,從(cóng)而解決瓦⛷️斯(si)體積分數變(bian)化帶來的密(mi)度誤差;(2)在🥵管(guan)道上多加放(fang)水器，使氣體(ti)中的液态水(shuǐ)和固體雜質(zhi)能夠在經過(guo)一段距離的(de)輸送之後,最(zui)終排除到管(guan)道🏒之外,從而(ér)盡可能保證(zheng)到達流量計(ji)的氣體爲較(jiào)爲🎯潔❓淨和幹(gàn)燥的瓦斯氣(qì)體,減小液态(tai)水和固體雜(za)質對氣🔞體密(mì)度的影響;(3)注(zhù)意現場的輸(shu)氣管道布置(zhì),應保證靠近(jìn)水源端的管(guan)道處于低處(chù),使得液态水(shui)不能夠流入(rù)後端管道内(nèi)，同時流量🐅計(ji)應⭐遠離水源(yuan)端;(4)采取措施(shī)使輸氣管道(dào)的溫度變化(hua)保持在一定(dìng)範🔞圍内,從而(er)減少瓦斯氣(qì)體中的水分(fen)在流量計處(chu)冷凝的情況(kuang);(5)在有條件的(de)地方增加氣(qì)體預處理裝(zhuang)⛹🏻‍♀️置,直接濾除(chu)氣體中的🎯液(yè)态水和固體(ti)雜🔞質。
3管道瓦(wa)斯流計量t發(fā)展方向
　　《煤礦(kuang)瓦斯抽采達(da)标暫行規定(ding)》第十四條規(gui)定:煤與瓦斯(sī)突出礦井和(hé)高瓦斯礦井(jǐng)必須建立地(di)面固定抽采(cǎi)‼️瓦斯系統🏃🏻‍♂️,其(qi)他應當抽采(cǎi)瓦斯的礦井(jǐng)可以建立井(jǐng)下臨時抽采(cǎi)瓦斯💯系統;同(tong)時具有煤層(ceng)瓦斯預抽和(he)采空區瓦斯(sī)抽采方式的(de)礦井,根據📧需(xū)要分别🏃‍♀️建立(lì)高、低負壓抽(chōu)采瓦斯系統(tong)[2]。從這些信息(xī)可以看出,瓦(wa)斯抽放流量(liàng)計量将是未(wei)來國家相關(guān)部門考核煤(méi)礦瓦✉️斯抽放(fàng)達标的一個(ge)重要手段,如(ru)何保證抽放(fang)效果良好并(bing)達💯到要求将(jiang)是煤礦✊瓦斯(sī)抽放領域必(bì)須考慮的問(wèn)題。
　　瓦斯抽采(cǎi)礦井應當配(pei)備瓦斯抽采(cǎi)監控系統,實(shi)時監控管🧡網(wǎng)瓦🐇斯濃度、壓(yā)力或壓差、流(liu)量、溫度參數(shù)及⭐設備的開(kāi)🐪停狀态等;抽(chou)采瓦斯計量(liang)儀器應當符(fú)合相關計🚶‍♀️量(liàng)标準要求;計(jì)㊙️量測點布置(zhi)應當滿足瓦(wǎ)斯抽采達标(biao)評價的需要(yao),在泵站、主管(guan)、幹管💃、支管及(ji)需要單獨評(píng)價的區域分(fèn)支、鑽場等布(bù)置測點幻。從(cong)上述規定可(kě)以看出,在瓦(wǎ)斯抽放管網(wǎng)系統中的♍各(ge)階段均要設(she)置監測點,作(zuo)爲考察抽采(cǎi)🤩達标的一個(ge)重💃🏻要指标,各(ge)階段的瓦斯(sī)流量監測也(yě)将💁是🚶‍♀️重點考(kao)察對象。
煤礦(kuang)瓦斯抽放管(guǎn)網一般由總(zǒng)管、幹管、支管(guǎn)、彙流管以☀️及(ji)✍️鑽孔等🛀構成(chéng),如圖1所示。
 
　　考(kǎo)慮到主管、幹(gàn)管、支管不經(jīng)常移動,且要(yao)求測量儀♻️器(qì)穩定性高、測(cè)量精度高,建(jian)議采用V錐流(liú)量計。彙流管(guǎn)以💔及各評價(jià)單元建議采(cai)用插人式流(liú)量計,但當前(qián)插人式流量(liàng)計多采用點(dian)式測量方式(shì),以測量一點(dian)的流量來代(dài)替整個管道(dao)截面的流量(liàng),而一個管道(dao)界面上每🐉一(yi)點的流速是(shì)不相同的。理(lǐ)想狀态(紊流(liu)狀态)下的流(liu)速分布爲一(yi)個抛物面形(xing)式，即⭐越靠近(jìn)管壁位💚置流(liu)速越低，而越(yue)靠近管道中(zhōng)央位置流速(su)越高,因此以(yi)點帶🐇面的插(chā)人式測量🈲方(fāng)式的測量精(jing)度相對較低(dī)。這種情況宜(yi)在一個界面(miàn)下采用多點(dian)測量的方式(shi)來🏃🏻‍♂️改善,但這(zhe)樣做無疑又(you)會增加成🌈本(běn)和安裝維護(hù)複雜度,故推(tui)薦采用多點(diǎn)采樣的插人(ren)式📧流量計作(zuò)爲在線式流(liú)量測量設備(bei),如勻速管流(liú)量計。
　　不同階(jie)段的輸氣管(guǎn)可能有不同(tóng)的現場狀況(kuàng)，如管徑不同(tong)、是否經常移(yi)動、周圍空間(jian)大小不同、直(zhi)管段長度不(bú)同等。不💜同階(jiē)💔段的🈲瓦斯氣(qi)體也可能有(you)不同的工況(kuàng)條件，如含水(shui)量大小不👅同(tóng)、髒污介質多(duo)少不同、氣體(tǐ)壓力大小不(bú)同等。考察不(bú)同階段管道(dao)瓦斯流量的(de)目的不同,對(dui)每個階段管(guǎn)道瓦斯流量(liang)測量💁的準确(que)度要求也不(bu)相同。故煤🏃🏻‍♂️礦(kuang)管道瓦斯流(liú)量計量應根(gen)據不同的現(xian)場狀況、工況(kuàng)條件及測量(liàng)需求選擇相(xiang)應的流量計(jì)。
4結語
　　闡述了(le)煤礦管道瓦(wa)斯流量計量(liang)發展現狀,分(fen)析了各種存(cún)在的問題并(bing)提出了解決(jué)辦法;建議煤(mei)礦瓦斯抽放(fang)管網中的主(zhu)管、幹管、支管(guan)采用V錐流量(liàng)計,彙流管以(yi)及各評價單(dan)元🏃‍♂️采用多點(dian)采樣的插人(ren)式流💋量計;指(zhi)出煤礦管道(dao)瓦斯流量計(ji)量應根📞據不(bu)同的現場狀(zhuàng)況.工況條件(jiàn)及測量需求(qiu)選擇⛱️相應的(de)流量計。

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