顧成常 呂德月 曹海彬

(1．淮南礦業(yè)集團潘一東礦，安徽 232001;2．寧波創(chuàng)盛儀表有限公司，浙江 315331)

1 引言

伴隨著鉆孔和抽采技術的不斷進步，對自動計量系統(tǒng)準確性和實用性的要求越來越高。常規(guī)的孔板流量計已經(jīng)不能滿足實時性和復雜計算的要求，在抽采管路上安裝自動計量裝置，利用監(jiān)控系統(tǒng)實時傳輸管道瓦斯?jié)舛?、壓力、溫度、流量等?shù)據(jù)是較好的選擇，能為瓦斯抽采提供數(shù)據(jù)支持。因此測量的準確性，安裝方便性、安全可靠性，對井下環(huán)境的適應性是選取計量裝置的關鍵。

2 工作原理及特點

2.1 工作原理

旋進漩渦流量計主要由起旋器、文丘里管、消旋器和檢測元件組成。其結構原理如圖1所示，外形如圖2所示，當流體流進旋進漩渦流量計后，在起旋器的作用下，被強制圍繞中心線旋轉，產(chǎn)生漩渦流，漩渦流在文丘利管中旋進，到達收縮段突然節(jié)流后，使漩渦流加速，當通過擴散段時，漩渦中心沿一錐形旋線進動。此時，由兩個壓電傳感器檢測到的進動頻率信號經(jīng)前置電路放大，濾波，整形后轉換為兩路與流速正比的脈沖信號，經(jīng)積算儀中處理電路進行相應的比較和判斷，并剔除外來干擾信號后，正常的流量信號與溫度，壓力傳感器檢測到的信號一起送入智能流量積算儀進行運算處理，并把流體的體積流量和總量直接顯示于LCD屏上。

圖1 旋進漩渦流量計原理圖

2.2 主要特點

旋進漩渦流量計為速度型流量傳感器，對環(huán)境條件要求少、結構簡單、安裝方便，出廠前各種參數(shù)經(jīng)嚴格校正標定，無需用戶現(xiàn)場設置，確保其在現(xiàn)場使用中的穩(wěn)定性，可完全替代孔板流量計。其主要特點如下:

圖2 旋進漩渦渦流量計外形圖

能自動、準確地檢測介質的溫度、壓力、流量與濃度，并對流量進行自動補償和壓縮因子自動修正，可直接檢測氣體的標準體積流量，精度可達±1%;采用高性能微處理器，軟件功能強大，性能優(yōu)越;采用微功耗高新技術，憑內、外電源均可工作;無機械可動部件，耐腐蝕性強，可靠性高，穩(wěn)定性好，維修量少;量程比寬，可達1∶15以上，國外一些產(chǎn)品的量程比可達1∶25;

3 旋進漩渦流量計在瓦斯單孔測量中的應用

3.1 應用實例

煤礦瓦斯抽采時，單個鉆孔的流量在0.01～0.5m3/min之間。由于流量小，能直接測量的流量傳感器較少。旋進漩渦流量計能實現(xiàn)井下測量，根據(jù)《淮南礦業(yè)集團瓦斯抽采管理規(guī)范》的要求，潘一東礦根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇適用于低流速、低流量的寧波創(chuàng)盛CX-50型旋進漩渦流量計進行了單孔流量、溫度、壓力及濃度的在線考查。圖3為監(jiān)控頁面顯示的旋進漩渦單孔流量計的數(shù)值。由圖可知，該型號旋進漩渦流量計最低可測量混合流量為0.01m3/min，測量精度高。圖4為旋進漩渦型流量計捕捉到的流量變化曲線，實時監(jiān)測流量變化，由圖4可看出選進漩渦流選進量計對流量變化的靈敏度較高。

測量單孔流量過程中，由于CX-50型旋進漩渦型流量計體積小，重量輕，可任意角度安裝，給單孔計量帶來了很大的方便，并且其考察的單孔流量曲線變化靈敏，為通風地測部門提供了有效的數(shù)據(jù)支持。

圖3 左鉆場231#測量數(shù)據(jù)

3.2 測量準確性及穩(wěn)定性驗證

為驗證旋進漩渦流量計測量的準確性和穩(wěn)定性，將其測得的數(shù)據(jù)與相同環(huán)境下孔板流量計測得的數(shù)據(jù)進行對比分析，通過計算兩種流量計測得數(shù)據(jù)的平均數(shù)和方差來驗證其準確性和穩(wěn)定性。分析安裝在同一管路上，相距10m的旋進漩渦流量計和孔板流量計現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，表1和表2分別為中央變電所回風聯(lián)巷鉆場左抽采管路數(shù)據(jù)和西一11煤回風下山鉆場抽采管道數(shù)據(jù)，為排除人員的慣性思維安排不同人員采集數(shù)據(jù)。

圖4 流量變化曲線

表1 中央變電所回風聯(lián)巷鉆場左抽采管路數(shù)據(jù)

表中:K——孔板流量計的系數(shù)

△H——壓差，mmH2O

P——壓力，MPa

T——溫度，℃

X1——人工測得的高濃瓦斯?jié)舛?/p>

X2——管道高濃瓦斯傳感器測得的瓦斯?jié)舛?/p>

孔板Q混——利用淮南礦業(yè)集團管道混合流量統(tǒng)一公式計算得出的結果

CX旋進Q混——旋進漩渦流量計測得的數(shù)據(jù)

通過計算上述兩種流量計測量數(shù)據(jù)的平均數(shù)和方差，來確定流量計穩(wěn)定性，方差越小，表明測量穩(wěn)定性越高。

以第一組數(shù)據(jù)為例進行計算，應用簡易公式計算:

應用淮南礦業(yè)集團統(tǒng)一公式進行計算:

CX-200旋進漩渦流量計測得的數(shù)據(jù)為3.35，可知2.85＜3.35＜3.45。

旋進漩渦流量計所測得的Q混值介于簡易公式計算結果和淮南礦業(yè)集團統(tǒng)一公式計算的結果之間，數(shù)據(jù)可靠，具有一定的準確性。

孔板Q混的平均數(shù)

X=(2.85+7.49+1.75+6.93+2.02+2.43+2.34+2.93)/8=3.59

CX旋進Q混的平均數(shù)

X=(3.35+7.67+1.06+7.44+2.28+2.12+2.37+2.89)/8=3.40

剔除個別樣本的隨機噪聲干擾，旋進漩渦流量計所測得的Q混的平均數(shù)與孔板流量計測得數(shù)據(jù)相近。

孔板Q混的方差

S2=［(X1－X)2+(X2－X)2+(X3－X)2+…+(Xn－X)2］/n=4.51

CX旋進Q混的方差

S2=［(X1－X)2+(X2－X)2+(X3－X)2+…+(Xn－X)2］/n=5.53

在討論方差的過程中，近似認為二者平均數(shù)一致，孔板Q混的方差4.51小于CX旋進Q混的方差5.53，故孔板流量計測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性略優(yōu)于旋進漩渦流量計。

表2 西一11煤回風下山鉆場抽采管道數(shù)據(jù)

孔板Q混的平均數(shù)

X=(16.38+10.83+2.16+3.15+6.71+3.19+7.37+7.82)/8=7.20

CX旋進Q混的平均數(shù)

X=(17.57+11.29+3.52+3.05+6.95+3.05+7.53+8.83)/8=7.72

由此可以看出，剔除個別樣本的隨機噪聲干擾，旋進漩渦流量計所測數(shù)據(jù)的平均值接近孔板流量計所測數(shù)據(jù)的平均值。

孔板Q混的方差S2=19.50

CX旋進Q混的方差S2=21.61

孔板Q混的方差19.50小于CX旋進Q混的方差21.61?？装辶髁坑嫷臏y量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性略優(yōu)于旋進漩渦流量計。

由于孔板流量計是目前瓦斯抽采系統(tǒng)中應用最廣泛的流量計，而旋進漩渦流量計穩(wěn)定性略遜于孔板流量計，方差結果的差別不大，說明旋進漩渦的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性良好。孔板流量計對微小的變化不靈敏，而旋進漩渦流量計精確到0.01m3/min，并通過流量數(shù)據(jù)曲線實時監(jiān)測流量變化，對流量變化的靈敏度高。

5 結論

瓦斯抽采自動計量系統(tǒng)中，對計量裝置適應性，可靠性，測量結果的穩(wěn)定性和準確性要求非常高，旋進漩渦流量計結構簡單，安裝方便，適應性強，性能可靠，可移植性強，運行結果及在實際應用中表明，旋進漩渦流量計測量結果準確，可以任意角度安裝，解決了因儀器安設不水平帶來的數(shù)據(jù)誤差?？梢詾橥咚钩椴商峁蚀_的數(shù)據(jù)支持，具有一定的理論價值和推廣意義。

［1］林柏泉，張國建.礦井瓦斯抽放理論與技術［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1996.

［2］孫繼平.礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)［J］.煤炭工業(yè)出版社，2006，3.

［3］余曉冬.旋進旋渦流量計工作原理及應用［J］.計量技術，2006(03).