煤礦瓦斯利用輸送技術(shù)探析

摘 要：煤礦瓦斯作為一種新型能源，在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用價(jià)值越來越高，如燃燒發(fā)電等，能大幅度減少煤炭燃燒等造成的能源損耗與環(huán)境污染，因此瓦斯的安全輸送逐漸成為當(dāng)前的重要課題之一。本文將圍繞煤礦瓦斯利用輸送的技術(shù)進(jìn)行相關(guān)討論。

關(guān)鍵詞：煤礦瓦斯;輸送技術(shù);安全

0 引言

近些年來，隨著節(jié)能減排政策的出臺(tái)，低濃度瓦斯逐漸成為乏風(fēng)氧化、燃燒發(fā)電的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，然而由于低濃度瓦斯在運(yùn)輸過程中的安全問題突出，例如2015年11月山西省就曾發(fā)生一起瓦斯爆炸事故，據(jù)悉事故的直接原因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)工作人員在進(jìn)行氧氣、乙炔切割作業(yè)時(shí)，點(diǎn)火瞬間的高溫引發(fā)瓦斯爆炸，該起事故最終導(dǎo)致16人傷亡，該礦業(yè)企業(yè)損失達(dá)到930萬元左右，由此可見采用最為安全高效的煤礦瓦斯利用輸送技術(shù)至關(guān)重要。

1 管道瓦斯利用輸送的安全保障裝備

對(duì)于煤礦瓦斯的利用與輸送設(shè)備而言，其必須具備以下三種功能：其一，具備脫硫、脫水和壓力平衡等功能，讓瓦斯在利用與運(yùn)輸?shù)倪^程中盡可能保持穩(wěn)定的性能。其二，具備避雷、防靜電的功能，這主要是對(duì)瓦斯輸送管道的要求。其三，具備檢測(cè)與控制的功能，能將瓦斯爆炸的可能性降低最低。通常情況下，為了保障煤礦瓦斯利用輸送的效率和質(zhì)量，礦業(yè)企業(yè)會(huì)結(jié)合瓦斯的組成與特點(diǎn)設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)，在管道內(nèi)安裝除雜裝置、脫水裝置以及脫硫裝置等，一方面提高瓦斯的純度，另一方面降低瓦斯溫度，達(dá)到阻隔明火的目的。管道的選擇需要以當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件為主，比如氣候寒冷的東北地區(qū)，需要使用防凍抗凍的管道材料，并利用巖棉外殼增強(qiáng)保暖作用。另外隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，管道監(jiān)控以信息技術(shù)為支撐，讓煤礦瓦斯實(shí)現(xiàn)安全放散。

2 管道瓦斯利用輸送的相關(guān)工藝

2.1 輸送工藝

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，甲烷的爆炸極限為5.3%～14%，當(dāng)環(huán)境條件尤其氣體的壓力、溫度發(fā)生改變時(shí)，其爆炸極限也會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)。需要注意的是不同地區(qū)需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件選擇輸送工藝。以高海拔、低溫地區(qū)為例，如果對(duì)應(yīng)電站的瓦斯?jié)舛确浅＝咏O限，此時(shí)抽放站出口的壓力較大，需要設(shè)置專門的自動(dòng)阻爆與抑爆裝置，比如在瓦斯抽放站出口專門安裝多級(jí)防爆裝置，其中第一級(jí)的作用是阻止火勢(shì)蔓延，釋放爆炸壓力，第二級(jí)則利用干粉抑爆，第三級(jí)的作用是自動(dòng)阻爆。同時(shí)為了盡快預(yù)測(cè)爆炸事件的發(fā)生，需要在輸送管道安裝火焰?zhèn)鞲衅?，?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火焰。

2.2 除雜質(zhì)工藝

煤礦瓦斯氣體中會(huì)含有多種雜質(zhì)如H2S顆粒等，為了保障瓦斯的高效利用，需要在管道內(nèi)安裝除雜裝置，包含除塵器、脫水器以及脫硫裝置，裝置的固定位置為輸送管道的兩端，管道中間不需再添加任何裝備，主要原因是這些裝置想要發(fā)揮最大作用，必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做好保溫措施，并且這部分不允許爆炸發(fā)生。

2.3 壓力平衡工藝

管道內(nèi)瓦斯的壓力過大也會(huì)引發(fā)爆炸事故，對(duì)此需要在適宜的位置安裝安全放散裝置，裝置的安裝位置為進(jìn)發(fā)電機(jī)組處，當(dāng)內(nèi)部瓦斯壓力過大的時(shí)候，放散裝置就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放散，保障瓦斯氣體壓力與進(jìn)發(fā)電機(jī)組處的壓力平衡。如果瓦斯氣體不使用或者發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象，此時(shí)也需要打開排空裝置。

2.4 系統(tǒng)控制工藝

當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境之下，管道瓦斯利用輸送可以采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)，其不僅具備內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集與自動(dòng)檢測(cè)、預(yù)警等功能，還可以大大解放人力、物力，讓無人職守成為可能。

3 管道瓦斯利用輸送的相關(guān)技術(shù)

3.1 多級(jí)阻火技術(shù)

多級(jí)阻火技術(shù)的應(yīng)用可以將火勢(shì)及時(shí)控制住，防止火焰蔓延到后面的管道，最大程度保障礦井的安全工作。常見的多級(jí)阻火裝置可以分為三種，即水封式阻火泄爆裝置、自動(dòng)阻爆裝置以及自動(dòng)噴粉阻爆裝置。其中，水封式阻火泄爆裝置將雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制功能合為一體，如果裝置的水位低于水位線，雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)就可以促使系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水，當(dāng)裝置水位超出水位線之時(shí)，則可以進(jìn)行防水操作。自動(dòng)阻爆裝置是讓火焰以某一速度通過狹縫，此時(shí)火焰面就會(huì)靠近狹縫周邊溫度較低的外壁，進(jìn)而形成熄火環(huán)境，最終熄滅火焰。自動(dòng)噴粉抑爆裝置的原理是當(dāng)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到燃燒或爆炸信號(hào)，裝置就會(huì)自動(dòng)噴出干粉，將火焰迅速撲滅。

3.2 安全放散技術(shù)

安全放散技術(shù)的應(yīng)用主要有兩個(gè)目的，其一是保障發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果管道內(nèi)的壓力在低范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，則會(huì)起用一級(jí)放散裝置，讓壓力繼續(xù)保持在安全范圍。其二是保障瓦斯的抽放站安全運(yùn)行，如果抽放站不需要工作或者氣體過多時(shí)，二級(jí)放散裝置就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入排空模式，將內(nèi)部氣體排空。放散裝置的構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，主要為閘閥與壓力傳感器，當(dāng)傳感器出現(xiàn)對(duì)應(yīng)信號(hào)時(shí)，利用手動(dòng)或電動(dòng)閘閥就可以實(shí)現(xiàn)操作。

3.3 脫水技術(shù)

燃?xì)獾墓艿纼?nèi)通常會(huì)聚集大量液態(tài)水，這些水分會(huì)直接影響瓦斯氣體的熱能釋放。因此必須要在瓦斯內(nèi)燃機(jī)內(nèi)安裝脫水裝置。比如可以采用旋風(fēng)脫水或重力脫水，或者將這二者綜合起來。脫水器的使用原理是利用裝置內(nèi)部零件的高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將瓦斯氣體與液體分離開來，同時(shí)為了防止高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的氣體升溫，可以在脫水裝置之上增設(shè)防爆門。

3.4 脫硫技術(shù)

煤炭瓦斯內(nèi)H2S的含量通常在1000ppm左右，需要將其降低至200ppm才能滿足人們對(duì)燃?xì)獾囊?，可以采用濕式脫硫技術(shù)達(dá)到目的。濕式脫硫裝置由四部分構(gòu)成，分別是脫硫塔、氣液分離器以及沉淀物回收系統(tǒng)、堿液補(bǔ)充器。使用濕式脫硫技術(shù)的步驟與對(duì)應(yīng)的四個(gè)構(gòu)件相關(guān)：第一，氣體步驟。首先瓦斯氣體進(jìn)入脫硫塔，氣體在塔頂與脫硫貧液相互接觸，原料中的硫化物會(huì)逐漸和堿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終將H2S的含量降低到100ppm之下，剩余的瓦斯氣體則會(huì)被輸送至主管道內(nèi)。第二，液體步驟。貧液與H2S發(fā)生反應(yīng)成為富液與氣體進(jìn)入氣液分離器，當(dāng)調(diào)節(jié)此處的壓力時(shí)，富液就會(huì)進(jìn)入沉淀池而流入貧液槽。第三，沉淀物回收。附在沉淀池底部的物質(zhì)會(huì)被移入壓濾機(jī)過濾，其中的硫化物會(huì)被回收進(jìn)入再處理階段，液體會(huì)被滯留在沉淀池內(nèi)。第四，堿液補(bǔ)充。堿液需要定期加入貧液池內(nèi)，將池內(nèi)的酸堿性維持在既定范圍。

3.5 監(jiān)控技術(shù)

煤礦瓦斯的利用輸送需要安全完成，需要在輸送管道內(nèi)安裝各種監(jiān)控裝置，同于監(jiān)測(cè)管道內(nèi)氣體的壓力、濃度與溫度等，當(dāng)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)信號(hào)時(shí)，工作人員就可以很快判斷管道的安全程度，進(jìn)而采用多種措施降低瓦斯燃燒與爆炸的可能性。監(jiān)測(cè)涉及的環(huán)節(jié)較多，如輸送管道、抽放過程和日常監(jiān)測(cè)都需要借助對(duì)應(yīng)設(shè)備完成。輸送管道的監(jiān)控技術(shù)主要為上文介紹的三種多級(jí)阻火裝置，日常監(jiān)測(cè)主要涉及監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件、地面數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

4 結(jié)語

對(duì)煤礦瓦斯利用輸送技術(shù)進(jìn)行探討，有助于了解當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，為煤礦瓦斯的進(jìn)一步開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)，同時(shí)有助于改善大氣環(huán)境、削弱溫室效應(yīng)帶來的消極影響。由于不同地區(qū)地理環(huán)境不同，在設(shè)施瓦斯利用與輸送系統(tǒng)之時(shí)，需要進(jìn)行詳盡考慮，選擇最佳利用輸送技術(shù)方案。

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作者簡(jiǎn)介：

杜趙文（1972- ），男，山西晉城人，助理工程師，?？?，主要研究方向：天然氣的利用。