乳化液集中配比供液站的研究與應(yīng)用

高向放 呂向亭 呂承法

（山東能源新礦集團(tuán)山東新陽能源有限公司，山東 濟(jì)陽 251401）

乳化液是煤礦液壓設(shè)備的傳動(dòng)介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起血液作用，乳化液濃度過高或過低都不利于設(shè)備性能的發(fā)揮。山東新陽能源有限公司（以下簡(jiǎn)稱新陽能源）井下水質(zhì)較差，具有較強(qiáng)堿性，配比出來的乳化液對(duì)綜采支架元件腐蝕較大，支架經(jīng)常出現(xiàn)串漏液現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。為此，新陽能源結(jié)合工作面需液要求，建設(shè)了乳化液集中配比供液站。該系統(tǒng)應(yīng)用反滲透膜水處理技術(shù)設(shè)計(jì)了井下水處理裝置，研制了變頻條件下的乳化液自動(dòng)配比裝置，配比出的乳化液濃度符合要求，保證綜采支架的正常使用。

1 工藝方案

乳化液集中配比供液站主要由預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)、乳化液輸送系統(tǒng)、遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)等組成，見圖1。各系統(tǒng)由相應(yīng)的設(shè)備或裝置組成，見圖2。

該系統(tǒng)中，礦井水（以下統(tǒng)稱原水）通過處理后成為符合要求的純凈水。乳化油經(jīng)投加裝置與純凈水配比成為符合要求的乳化液，并進(jìn)入乳化液箱，由離心泵打壓至采區(qū)泵站水箱，供各個(gè)工作面使用。

圖1 工藝流程圖

圖2 設(shè)備安裝示意圖

2 乳化液集中配比供液站組成

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)由原水箱、原水泵、錳砂過濾器、活性炭過濾器等組成，它的作用是去除原水中粒度大于20μm的機(jī)械雜質(zhì)以及經(jīng)過絮凝的小分子有機(jī)物和部分的膠體，使出水濁度≤5mg/L。

2.1.1 原水箱

原水箱是一個(gè)容積為15m3的水箱，水箱采用304不銹鋼拼接而成，水箱內(nèi)安裝了電磁閥自動(dòng)補(bǔ)水裝置，當(dāng)水箱內(nèi)低水位時(shí)自動(dòng)補(bǔ)水。

原水采用老空水，老空水經(jīng)過采空區(qū)層層凈化，水質(zhì)較好，一方面減少了礦井排水費(fèi)用，另一方面也提高了原水水質(zhì)。

2.1.2 原水泵

原水泵是不銹鋼立式多級(jí)離心泵，流量為20m3/h，揚(yáng)程47m，所配電機(jī)功率為5.5kW。原水泵的作用是為預(yù)處理系統(tǒng)提供壓力0.4 MPa左右原水。

2.1.3 錳砂過濾器、活性炭過濾器

錳砂過濾器、活性炭過濾器（統(tǒng)稱粗過濾裝置）是粗濾的主體。材質(zhì)是玻璃鋼，其內(nèi)壁采取了防腐襯膠處理，下部采用濾帽方式布水。共設(shè)置2臺(tái)錳砂過濾器、2臺(tái)活性炭過濾器。

錳砂、活性炭過濾器尺寸為Φ1000×1850mm，可承受壓力≤0.6 MPa。錳砂過濾器中裝有不同規(guī)格的各種顆粒型錳砂，以去除水質(zhì)中各種顆粒型等比較大的懸浮物，從而降低后續(xù)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷?；钚蕴窟^濾器內(nèi)裝有果殼類活性炭，其主要目的是除去水質(zhì)中的色度、異味等。4臺(tái)過濾器內(nèi)部濾料總填裝高度為1m，每臺(tái)過濾器頂端裝有手動(dòng)控制閥，可進(jìn)行反洗。

2.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)是整個(gè)水處理裝置的核心部分，它由精密過濾器、高壓泵、反滲透膜及膜殼、阻垢劑投加裝置、閥組及流量計(jì)組成。

2.2.1 精密過濾器

精密過濾器被安裝在反滲透系統(tǒng)的框架上，它是由不銹鋼壓力容器、15支聚丙烯噴熔濾芯（長(zhǎng)1016m，過濾精度5μm）、排污閥和排氣閥組成。該壓力容器尺寸為Φ2325×1000 mm，其承受壓力≤0.6 MPa。

精密過濾器的主要作用是濾除掉水中所含的直徑大于5μm的細(xì)微雜質(zhì)，以進(jìn)一步確保反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

2.2.2 高壓泵

高壓泵是不銹鋼立式多級(jí)離心泵，流量為20m3/h，揚(yáng)程142 m，所配電機(jī)功率為15 kW。

高壓泵的作用是為反滲透系統(tǒng)提供壓力1.5MPa左右原水。

2.2.3 阻垢劑投加裝置

阻垢劑投加裝置由投加泵及阻垢劑箱組成。主要作用是向凈化的水中投加阻垢劑，以防止這些鈣、鎂離子生成的難溶性的鹽在反滲透系統(tǒng)中膜表面上沉淀結(jié)垢，從而影響膜的使用壽命。

2.2.4 反滲透膜及膜殼

反滲透膜規(guī)格為CPA3-8040，共9支。膜殼采用的是玻璃鋼壓力容器，其承受壓力為2.5 MPa，接口為側(cè)聯(lián)式卡套聯(lián)接，數(shù)量為3支，每支這樣的膜殼共裝有上述反滲透膜3支。

反滲透膜及膜殼組成的單元被稱為膜組件，本凈化水裝置共使用了3個(gè)這樣的膜組件，它們呈豎式排列。兩段的凈水從每只膜殼一端的中心孔排出，共同匯集在一起向純水箱輸送，流量為10m3/h。

2.2.5 閥組及流量計(jì)

閥組由高壓泵進(jìn)水球閥、高壓泵出水節(jié)流閥、濃縮水節(jié)流球閥等組成，安裝在相應(yīng)管路上。流量計(jì)由凈水流量計(jì)、濃縮水流量計(jì)等組成，安裝在相應(yīng)管路上。

本系統(tǒng)的產(chǎn)水量是由“濃縮水節(jié)流閥”來調(diào)定的。

2.2.6 純水箱

純水箱是一個(gè)容積為15m3的水箱，水箱采用304不銹鋼拼接而成。該水箱作用是儲(chǔ)存凈化水，為后續(xù)乳化液配比提供水源。

2.3 乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)

乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)由乳化液油箱、計(jì)量泵、流量計(jì)、乳化液箱等組成，它能自動(dòng)配比出符合濃度要求的乳化液。

2.3.1 乳化液油箱

乳化液油箱是一個(gè)容積為3m3油箱，油箱采用304不銹鋼拼接而成。該油箱的作用是儲(chǔ)存乳化油，為后續(xù)乳化液配比提供乳化油。

2.3.2 計(jì)量泵

該計(jì)量泵為變頻式計(jì)量泵，流量1000 L/min，電壓380 V，功率0.75 kW。

計(jì)量泵的作用是將乳化油油箱中的乳化油投加入系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)乳化液的配比。

2.3.3 流量計(jì)

在水和乳化油管路中都裝有流量計(jì)，來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水和油的流量狀態(tài)。通過PLC的計(jì)算，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)配比出來的乳化液濃度保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

2.3.4 乳化液箱

乳化液箱是一個(gè)容積為15m3液箱，液箱材質(zhì)采用304不銹鋼拼接而成。液箱內(nèi)設(shè)計(jì)有液位傳感器，低液位時(shí)配比系統(tǒng)運(yùn)行，高液位時(shí)配比系統(tǒng)自動(dòng)停止。

2.4 乳化液集中輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)由一臺(tái)多級(jí)泵、流量計(jì)、管路等組成，多級(jí)泵型號(hào)為MD85-45×3，流量85m3/h,揚(yáng)程135m，功率55 kW，管路為DN50鍍鋅鋼管。

該系統(tǒng)的作用主要是向各采區(qū)泵站集中輸送配比好的乳化液，然后由采區(qū)泵站輸送至回采工作面。

2.5 遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)由顯示屏、檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、傳輸線路等組成，具有就地和遠(yuǎn)程控制功能?？梢詫?shí)時(shí)顯示系統(tǒng)中的配液濃度、配液量、各個(gè)工作面用液量、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及上傳功能，并實(shí)現(xiàn)在地面調(diào)度室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

3 運(yùn)行結(jié)論

該乳化液集中配比供液站已在新陽能源井下穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

該系統(tǒng)采用了變頻條件下的自動(dòng)配比，并采用紊流技術(shù)，使配比準(zhǔn)確度有了顯著提高，增強(qiáng)了液壓支架的潤(rùn)滑度及防腐性能，減少了設(shè)備的維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。該系統(tǒng)采用了集中配液，并通過井下分支機(jī)構(gòu)輸送到各個(gè)工作面，實(shí)現(xiàn)了工作面乳化液的集中供應(yīng)。

4 效益分析

使用該系統(tǒng)可減少液壓支架各部件損壞量及乳化油的用量。

（1）按一個(gè)工作面計(jì)算：① 減少推移維修10個(gè)/月，費(fèi)用3.0萬元/月；② 減少閥組維修7個(gè)/月，節(jié)約1.75萬元/月；③ 減少立柱維修10個(gè)/月，節(jié)約5.9萬元/月；④ 減少了兩名維修人員，每人每月按4500元計(jì)算，節(jié)約人工費(fèi)用0.9萬元/月；⑤ 節(jié)約乳化油800 kg/月，節(jié)約費(fèi)用0.51萬元；共計(jì)節(jié)約費(fèi)用12.06萬元/月。

（2）目前該乳化液集中配比站供2個(gè)工作面使用，每月可節(jié)約24.12萬元，每年可節(jié)約289.44萬元。

5 結(jié)束語

該乳化液集中配比供液站投入使用后將極大提高泵站的工作性能，提高效率，減少液壓支架的維修費(fèi)用，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，極具推廣價(jià)值。