摘要:闡述了煤(méi)礦管道瓦(wǎ)斯流(liú)量計 量的發展(zhǎn)現狀,分析(xī)了孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計、渦街(jiē)流量(liàng)計、皮托管(guǎn)流量計(jì)、旋(xuán)進漩渦流量(liàng)計、v錐流量計(jì)的優缺點;針對瓦斯流量(liàng)測量精度受(shòu)氣(qì)體中的(de)雜(zá)質和(hé)瓦斯體積分數(shù)變化(huà)影響的問(wèn)題,提出了解決(jué)辦法;建議煤礦(kuàng)瓦斯抽放(fàng)管網(wǎng)中的主(zhǔ)管(guǎn)、幹管(guǎn)、支管采用v錐流(liú)量計,彙流管以(yǐ)及各評價(jià)單元采用多點采樣(yàng)的插(chā)入(rù)式(shì)流量(liàng)計;指出(chū)煤礦管(guǎn)道瓦斯流量計(jì)量應(yīng)根據不同(tóng)的現場狀況、工(gōng)況條(tiáo)件及測量(liàng)需求選擇相應的流量計。
0引言(yán)
　　《2012年煤礦安(ān)全工(gōng)作要點》第三條(tiáo)強調:強力(lì).推進先抽(chōu)後采、綜合(hé)治理的(de)治本措(cuò)施,深化(huà)煤礦瓦斯防治(zhì)。特(tè)别強(qiáng)調“強力推(tuī)進瓦(wǎ)斯抽采達标”的實施措(cuò)施(shī)。督促(cù)煤礦企業嚴格(gé)執行(háng)《煤(méi)礦(kuàng)瓦斯(sī)抽采達标暫行(háng)規定(dìng)》,建立瓦斯(sī)抽采達(dá)标(biāo)自評(píng)估制(zhì)度,把瓦(wǎ)斯(sī)抽采達标能力(lì)作爲礦井能力核定的重要約(yuē)束性(xìng)指(zhǐ)标,組織(zhī)開展瓦(wǎ)斯抽采(cǎi)達标(biāo)監督(dū).檢查(chá),切實做(zuò)到先抽後采、抽采達标(biāo),實現抽、掘、采平(píng)衡以(yǐ)。作爲保證(zhèng)瓦斯抽(chōu)采達标的重要手段一(yī)管道(dào)瓦斯(sī)流量(liàng)計量将(jiāng)在整個(gè)考核過(guò)程中(zhōng)起(qǐ)到一定作用。本(běn)文分析(xī)如何保(bǎo)證管(guǎn)道瓦斯計(jì)量結果既準确(què)又适合(hé)煤礦現(xiàn)場工況(kuàng)條(tiáo)件。
1管道瓦(wǎ)斯流量計(jì)量發展現狀
　　到目(mù)前(qián)爲(wèi)止,煤礦(kuàng)管道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計量經曆(lì)了從(cóng)無到有、從(cóng)人工(gōng)計量(liàng)到儀器自(zì)動(dòng)計量、從簡易(yì)粗放計量到正(zhèng)确結算計(jì)量的過程。由(yóu)于管道瓦斯氣體的特(tè)殊性(xìng),目(mù)前在瓦(wǎ)斯抽放計量領域使(shǐ)用較爲廣(guǎng)泛的仍然(rán)是孔(kǒng)闆流(liú)量計、渦街(jiē)流量計、皮托管(guǎn)流量(liàng)計、旋進漩(xuán)渦流量(liàng)計(jì)、v錐流量計等。
　　孔闆流(liú)量計(jì) 起源早,曆(lì)史(shǐ)悠久,機構簡(jiǎn)單,成本低(dī)且無(wú)可轉(zhuǎn)動部件,取(qǔ)壓孔(kǒng)不易(yì)被髒(zāng)污介質堵塞,能(néng)夠保持(chí)取(qǔ)壓的長期穩(wěn)定可靠(kào),故孔闆(pǎn)流(liú)量計(jì)在管(guǎn)道瓦斯抽(chōu)放現(xiàn)場的适應(yīng)性好(hǎo)。在前期抽(chōu)放計量儀器(qì)少的時候,孔闆流量計幾(jǐ)乎占據(jù)了整(zhěng)個應用領(lǐng)域,可(kě)以說(shuō)其市場占(zhàn)有(yǒu)率(lǜ)是最(zuì)大的(de)。
　　渦街流量(liàng)計 産(chǎn)生于20世紀(jì)50年代,其相對孔闆(pǎn)流(liú)量計來說(shuō)具有量程比寬、壓損小等(děng)優點(diǎn)。在隻有(yǒu)孔闆流量計(jì)的時代,渦(wō)街流量計的出現體現了其應(yīng)有的價值(zhí),并在瓦斯抽放計量(liàng)市場上(shàng)占有一(yī)定(dìng)的(de)份額。
　　皮托(tuō)管流(liú)量計(jì)由(yóu)一(yī)個直(zhí)徑較(jiào)細的(de)圓管構成,主要(yào)采用(yòng)人工(gōng)測量(liàng)方式。在(zài)輸氣管(guǎn)道上開一個小(xiǎo)孔，将(jiāng)皮托(tuō)管插(chā)人管道内，皮托(tuō)管即可(kě)測(cè)量出(chū)管道内測量點(diǎn)氣體的動壓,進(jìn)而可以推算出該點的(de)流速及(jí)流量(liàng)。該種流量(liàng)計主要用(yòng)于管道氣(qì)體(tǐ)流量摸(mō)底與(yǔ)現場(chǎng)流量(liàng)比對(duì),在煤礦管(guǎn)道瓦斯(sī)流(liú)量計量(liàng)領域的使用(yòng)普遍。
　　旋(xuán)進(jìn)漩渦流量計 是(shì)縮小(xiǎo)了内(nèi)徑的(de)渦街(jiē)流量(liàng)計(jì)，其與渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計(jì)都屬于流體(tǐ)振(zhèn)動(dòng)型(xíng)流量(liàng)計。因(yīn)旋進(jìn)漩渦流(liú)量計内(nèi)部流通(tōng)面類似(sì)标(biāo)準(zhǔn)節流(liú)裝置(zhì)一文丘利管,也(yě)有人稱(chēng)其爲“文(wén)丘利渦街(jiē)”。該儀(yí)表解決(jué)了渦街(jiē)流(liú)量計直管段(duàn)要求(qiú)高和下限(xiàn)流速(sù)高(gāo)的(de)問題(tí)。
　　v錐流(liú)量計 出現于20世紀80年(nián)代,其在保(bǎo)持(chí)孔闆流(liú)量計測量精(jīng)度高、穩定性高、可(kě)測量多相(xiàng)流等(děng)優點的基礎上(shàng),針(zhēn)對孔闆流量(liàng)計的主(zhǔ)要缺點(diǎn)進行了改(gǎi)進,因此還具(jù)有測量(liàng)量程(chéng)比寬、自整(zhěng)流、自清潔、壓損(sǔn)小、穩定性高等孔闆流量(liàng)計所(suǒ)沒有(yǒu)的優點。v錐(zhuī)流量計早在石(shí)化、熱能、供水等領域得到廣泛(fàn)應用,2007年被用于瓦斯(sī)抽(chōu)放流量(liàng)計量(liàng)領域,并迅速(sù)表(biǎo)現出其在(zài)管道(dào)瓦斯流(liú)量(liàng)計量(liàng)方(fāng)面(miàn)的優(yōu)勢:可測(cè)量多相(xiàng)流，能(néng)夠适(shì)應管(guǎn)道(dào)瓦斯(sī)這種高濕、高髒的氣體(tǐ)環境，現(xiàn)場(chǎng)适應(yīng)性較好;測量量(liàng)程比寬,測量下(xià)限(xiàn)更低(dī)，能(néng)夠适(shì)應抽(chōu)放管(guǎn)道瓦(wǎ)斯氣(qì)體流速低的特點;具有自
　　整流(liú)特點，使得(dé)現場(chǎng)所需的直管段長度大(dà)大縮短，能夠(gòu)适應(yīng)煤礦(kuàng)現場安裝(zhuāng)空間狹窄的實(shí)際情況;具有自(zì)清潔功能,節流(liú)件不(bú)會(huì)被氣體(tǐ)中的(de)污垢腐蝕(shí)、磨損(sǔn)，能夠(gòu)保持(chí)節流裝(zhuāng)置流量(liàng)系數的長期穩(wěn)定性,增大(dà)校準周期;壓損(sǔn)小,适(shì)用于(yú)低(dī)負(fù)壓抽放管道(dào)的流量(liàng)計量而不(bú)影響其抽放效果;穩(wěn)定性高(gāo),使(shǐ)得現(xiàn)場維(wéi)護(hù)成本下降。
2管道瓦斯流(liú)量計量存在的(de)問題及解決方(fāng)案
2.1管(guǎn)道(dào)瓦斯流(liú)量計量(liàng)存(cún)在的(de)問(wèn)題
　　管(guǎn)道瓦斯(sī)氣體存(cún)在濕度大、雜(zá)質(zhì)多、氣液固混合、壓(yā)力低、流量(liàng)變化範圍(wéi)寬、流(liú)速下限低(dī)、現場(chǎng)安裝.環境(jìng)局限(xiàn)性大(dà)等特(tè)點,這就要求測(cè)量其(qí)流(liú)量的流量計具有如下(xià)特征(zhēng):無可(kě)轉(zhuǎn)動部件，測量量程(chéng)比寬，可(kě)測量多項流,不易堵塞(sāi)磨損,永久性壓損小(xiǎo)，測量下限(xiàn)低,直(zhí)管段要求短。雖(suī)然氣(qì)體流(liú)量計種類很多,但适用于管道(dào)瓦斯流量測(cè)量的流量計并不(bú)是很多。當(dāng)前應(yīng)用最爲廣泛的(de)孔(kǒng)闆流量計、渦(wō)街流(liú)量計、皮托(tuō)管流量(liàng)計.v錐流(liú)量計(jì)等(děng)在(zài)測量管道瓦斯時也(yě)存在相應的問(wèn)題。
　　孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計存在(zài)的問(wèn)題:(1)測(cè)量量程比(bǐ)窄,約(yuē)爲1:3,相(xiàng)對煤礦流(liú)量變化(huà)範圍來(lái)說,測(cè)量範(fàn)圍窄;(2)采用邊緣截止(zhǐ)、中間流通的銳(ruì)角節(jiē)流(liú)方(fāng)式，使(shǐ)管(guǎn)道(dào)瓦斯(sī)氣體(tǐ)中的液(yè)體(tǐ)或固體雜(zá)質無(wú)法順(shùn)利流(liú)過,造(zào)成孔闆前方液體和固體(tǐ)雜質(zhì)堆積的現象(xiàng),需要經(jīng)常清洗管道;(3)對流場的分布要(yào)求較(jiào)高(gāo),直(zhí)管段要求長，現場安(ān)裝局限(xiàn)性(xìng)大;(4)對(duì)管道(dào)介質造成(chéng)的永久性壓損(sǔn)大,特(tè)别(bié)是負壓(yā)端會影(yǐng)響(xiǎng)井下(xià)抽放壓力,同(tóng)一(yī)條管道上不适宜串聯使(shǐ)用多(duō)台孔闆。
　　渦街流量計存在的問(wèn)題:(1)對環境(jìng)振動(dòng)較爲敏感,現場(chǎng)長期運行(háng)穩定(dìng)性較(jiào)差;(2)測量下(xià)限較(jiào)高,特别是對于低(dī)密度介(jiè)質,如氣體介質(zhì),特别是(shì)負(fù)壓狀(zhuàng)态下(xià)的氣體介質(zhì),測量下限一(yī)般不低于(yú)5m/s;(3)采用(yòng)插人式點(diǎn)測量(liàng)方式,插人的深(shēn)度不(bú)同(tóng),測量的流量結果(guǒ)也不(bú)相同,無法保證現場與(yǔ)實驗室(shì)的測量(liàng)精度一(yī)緻;(4)直(zhí)管段(duàn)要求(qiú)長,現場安裝局(jú)限性大。
皮托管流量(liàng)計由(yóu)于插(chā)人杆較細(xì),取壓(yā)孔較(jiào)小,容易堵(dǔ)塞(sāi),不适(shì)宜(yí)長期(qī)在線測量(liàng)瓦斯(sī)流量。
　　 旋(xuán)進(jìn)漩渦流量(liàng)計(jì)存(cún)在的(de)問題(tí):(1)适用(yòng)管徑(jìng)範圍(wéi)小(xiǎo),一般最(zuì)大隻(zhī)能測量300mm管(guǎn)徑,适用面窄;(2)給(gěi)管道帶來(lái)的永久性壓力損失(shī)大，影響瓦(wǎ)斯抽(chōu)放效果,主要應(yīng)用于油田(tián)井口(kǒu)平台(tái)高(gāo)中壓油、氣的流量測量;(3)現(xiàn)場(chǎng)适(shì)應性差(chà),同一管徑的每(měi)一台(tái)儀表都具有相同的流速測量範圍,且不(bú)可更改,隻能通(tōng)過現場管(guǎn)道(dào)的(de)擴管或縮(suō)管來滿足(zú)流量計的(de)流速測量(liàng)要求(qiú)，即以現場工況(kuàng)條件來适應(yīng)并(bìng)滿足流量(liàng)計的.需要;(4)易受被測(cè)介質(zhì)影響,特别在介質髒(zāng)污的(de)情況下,其(qí)導流(liú)器(旋轉導(dǎo)流槽(cáo)、在人(rén)口(kǒu)處的螺(luó)旋漿(jiāng)形葉片)容(róng)易結(jié)垢,嚴重時(shí)可能封閉(bì)葉片(piàn)面積,需要(yào)經常(cháng)清理。
　　v錐(zhuī)流(liú)量計主要(yào)是爲了解(jiě)決孔闆流量計(jì)和渦街(jiē)流量計存在的(de)問(wèn)題而(ér)引入(rù)的,具有測(cè)量量(liàng)程比寬、自(zì).整流等(děng)優點,但(dàn)它整(zhěng)體結構(gòu)較爲複雜,運輸、安(ān)裝較爲不(bú)便。
2.2提高管道瓦斯流量計量準确度(dù)的方(fāng)法(fǎ)
　　瓦斯流(liú)量的測量(liàng)精度是管道瓦斯流(liú)量測量(liàng)過程中存在的(de)一個主(zhǔ)要問題(tí)。瓦斯氣(qì)體裏(lǐ)含有(yǒu)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(shí)時變化,這(zhè)些因素會(huì)嚴重影響(xiǎng)氣(qì)體(tǐ)的物(wù)理性(xìng)質,如密度(dù)、黏度等,特别是(shì)對氣體密度影(yǐng)響較(jiào)大。
　　解決該問題可(kě)采用以下辦法:(1)對瓦斯(sī)體積分數(shù)進行(háng)實時(shí)檢測(cè)并最(zuì)終轉換(huàn)爲(wèi)對瓦(wǎ)斯氣(qì)體(tǐ)密(mì)度的(de)實時修(xiū)正,從而解決瓦斯(sī)體積(jī)分數變化帶來的密度誤差;(2)在(zài)管道上多加放(fàng)水器(qì)，使氣體中的(de)液(yè)态(tài)水和固體雜質能(néng)夠在(zài)經過(guò)一段距離(lí)的輸送之後,最(zuì)終排除到(dào)管道(dào)之外,從而盡可(kě)能保(bǎo)證到達流(liú)量計的(de)氣體爲(wèi)較爲潔淨(jìng)和幹燥的(de)瓦斯(sī)氣體,減小液态(tài)水和(hé)固體雜(zá)質對氣(qì)體密(mì)度的影響(xiǎng);(3)注意現場的輸(shū)氣管(guǎn)道(dào)布置,應保證靠近(jìn)水源(yuán)端的管(guǎn)道(dào)處(chù)于低處,使得(dé)液态(tài)水不能夠(gòu)流入(rù)後端(duān)管(guǎn)道内，同(tóng)時(shí)流量計(jì)應遠(yuǎn)離水源端;(4)采取(qǔ)措施使輸(shū)氣管(guǎn)道的(de)溫(wēn)度變化(huà)保持在一定範圍内(nèi),從而減少(shǎo)瓦斯氣體中的水分在流量計(jì)處冷(lěng)凝(níng)的情況(kuàng);(5)在有(yǒu)條件的地(dì)方增(zēng)加氣(qì)體預(yù)處理(lǐ)裝置,直接(jiē)濾除氣體(tǐ)中的液态(tài)水和固體(tǐ)雜質。
3管(guǎn)道(dào)瓦斯(sī)流計(jì)量t發展方(fāng)向
　　《煤礦瓦斯抽(chōu)采達标暫行規(guī)定》第十四條規(guī)定:煤(méi)與(yǔ)瓦(wǎ)斯突(tū)出礦(kuàng)井和高瓦(wǎ)斯礦井必須建(jiàn)立地(dì)面固定抽(chōu)采瓦(wǎ)斯(sī)系統,其他應(yīng)當(dāng)抽采瓦(wǎ)斯的礦井(jǐng)可以(yǐ)建立井下臨時抽采瓦斯系統(tǒng);同時具(jù)有煤層(céng)瓦斯預(yù)抽和采(cǎi)空區瓦斯(sī)抽采方式(shì)的(de)礦井(jǐng),根據需要分(fèn)别建立高(gāo)、低負壓抽(chōu)采瓦斯(sī)系統[2]。從(cóng)這些(xiē)信息可以(yǐ)看出,瓦斯(sī)抽(chōu)放(fàng)流量計量将是(shì)未來國家相關部門(mén)考(kǎo)核煤礦瓦斯抽放(fàng)達标的一個重要手(shǒu)段,如何保證抽(chōu)放效(xiào)果(guǒ)良好并達到(dào)要求将是(shì)煤礦(kuàng)瓦斯抽放(fàng)領域必須(xū)考慮(lǜ)的問(wèn)題。
　　瓦(wǎ)斯抽(chōu)采礦井應(yīng)當配(pèi)備瓦斯抽采監控(kòng)系統,實(shí)時監(jiān)控管(guǎn)網(wǎng)瓦斯(sī)濃(nóng)度、壓力(lì)或(huò)壓差、流量、溫度(dù)參數(shù)及設備的開停(tíng)狀态(tài)等(děng);抽采瓦(wǎ)斯計量儀(yí)器應(yīng)當符(fú)合相(xiàng)關計(jì)量标準(zhǔn)要求;計量測點布置應當滿足瓦斯抽(chōu)采達(dá)标評價的(de)需要,在泵站、主(zhǔ)管、幹(gàn)管(guǎn)、支(zhī)管及(jí)需要(yào)單獨評價(jià)的區域分支、鑽(zuàn)場等布置(zhì)測(cè)點(diǎn)幻。從上述規定可以看出,在瓦(wǎ)斯抽放管網系(xì)統(tǒng)中的各(gè)階段(duàn)均要(yào)設置(zhì)監測(cè)點,作爲考(kǎo)察抽(chōu)采達标的一個(gè)重要(yào)指(zhǐ)标,各階(jiē)段的(de)瓦斯流量(liàng)監測(cè)也将(jiāng)是重點考察對(duì)象。
煤(méi)礦瓦斯抽放管(guǎn)網一般由(yóu)總管、幹管、支管、彙流(liú)管以(yǐ)及鑽孔等(děng)構成,如圖(tú)1所示(shì)。
 
　　考慮(lǜ)到(dào)主管、幹(gàn)管、支管不經常(cháng)移動,且(qiě)要求測(cè)量儀器(qì)穩(wěn)定(dìng)性高、測(cè)量(liàng)精(jīng)度高,建議采用(yòng)v錐流(liú)量計(jì)。彙流管以(yǐ)及(jí)各(gè)評價單元建議采(cǎi)用插人(rén)式流量計(jì),但當前插(chā)人式流量(liàng)計多采(cǎi)用點式(shì)測量方式,以測(cè)量一點的(de)流量(liàng)來代(dài)替整個管(guǎn)道截(jié)面的流量,而一個管道界(jiè)面上每一點的(de)流速(sù)是不相同(tóng)的。理想狀态(紊(wěn)流狀(zhuàng)态)下的流(liú)速分(fèn)布爲一個(gè)抛物(wù)面形式，即(jí)越靠近(jìn)管壁位置流速越(yuè)低，而(ér)越靠(kào)近管(guǎn)道中(zhōng)央位(wèi)置流速越(yuè)高,因此以(yǐ)點帶(dài)面的插人式測(cè)量方式的測量精度相(xiàng)對較低(dī)。這種情況(kuàng)宜在一個(gè)界面(miàn)下采(cǎi)用多(duō)點測量的(de)方式來改善,但(dàn)這樣(yàng)做無(wú)疑又(yòu)會增(zēng)加(jiā)成本和(hé)安(ān)裝(zhuāng)維護複雜度,故推薦采用(yòng)多點采樣(yàng)的插(chā)人式流量計作(zuò)爲在(zài)線式流量(liàng)測量設(shè)備(bèi),如勻(yún)速管流量(liàng)計。
　　不同階段的輸氣(qì)管可(kě)能(néng)有不同(tóng)的現(xiàn)場狀況，如(rú)管徑不(bú)同、是否(fǒu)經常(cháng)移動、周圍(wéi)空間大小不同(tóng)、直管段(duàn)長(zhǎng)度不(bú)同等。不同階段(duàn)的瓦斯氣體也(yě)可能有不同的(de)工況(kuàng)條件(jiàn)，如含(hán)水量大小(xiǎo)不同、髒污介質多少不(bú)同、氣體(tǐ)壓力(lì)大小(xiǎo)不同等。考(kǎo)察不同階段管道瓦斯(sī)流(liú)量的(de)目的(de)不(bú)同,對每個(gè)階段管(guǎn)道瓦(wǎ)斯流量測量的準确度(dù)要求也不相同。故(gù)煤礦管道(dào)瓦斯流量(liàng)計量應根(gēn)據不(bú)同的現場狀(zhuàng)況(kuàng)、工況條件(jiàn)及測(cè)量需求(qiú)選擇相(xiàng)應的流量計。
4結(jié)語
　　闡(chǎn)述了煤礦(kuàng)管道瓦斯(sī)流量(liàng)計量發展(zhǎn)現狀(zhuàng),分析了各種存在的(de)問題并提(tí)出(chū)了解決(jué)辦法;建議煤(méi)礦瓦斯(sī)抽放管網中的(de)主管、幹管、支管(guǎn)采用v錐流(liú)量計(jì),彙流管以及各(gè)評價單元采用(yòng)多點(diǎn)采樣的插人式流(liú)量計;指出煤礦管(guǎn)道瓦(wǎ)斯流量(liàng)計量應(yīng)根據不同的現(xiàn)場狀(zhuàng)況(kuàng).工(gōng)況條(tiáo)件及測量需求(qiú)選擇相應的流(liú)量計。

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