于泓

煤礦瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣系統(tǒng)抑爆裝置選用分析與應(yīng)用

于泓

（貴州省煤礦設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550025）

通過對低濃度瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣系統(tǒng)3種不同抑爆裝置的原理進(jìn)行分析，提出適合那羅寨煤礦三采區(qū)瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣系統(tǒng)的抑爆裝置，希望能為低濃度瓦斯發(fā)電站設(shè)計提供參考，提高瓦斯利用率和瓦斯利用效益，推動瓦斯治理工程順利進(jìn)行，降低煤礦瓦斯事故發(fā)生概率。

瓦斯發(fā)電；進(jìn)氣系統(tǒng)；瓦斯輸送；抑爆裝置

近些年，隨著國家對節(jié)能減排工作的重視，貴州大部分煤礦與瓦斯礦井都對礦井抽采瓦斯進(jìn)行了利用，由于受抽采規(guī)模、抽采濃度等因素的影響，大部分煤礦與瓦斯突出礦井瓦斯利用方式為利用礦井抽采瓦斯發(fā)電。

出于對投入風(fēng)險的考慮，大多數(shù)煤礦低濃度瓦斯發(fā)電進(jìn)氣系統(tǒng)抑爆裝置瓦斯輸送系統(tǒng)抑爆裝置考慮用細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置。但細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置是水與瓦斯混合輸送，終端的水汽很難脫除干凈，影響瓦斯發(fā)電效率和發(fā)電機(jī)組壽命，噴射進(jìn)瓦斯管道中的水霧遇管壁冷凝成水，占用輸送管道空間，影響瓦斯輸送，且日常需要高壓泵工作，運行費用較高。

1 瓦斯發(fā)電抑爆裝置

礦井抽采瓦斯發(fā)電進(jìn)氣需要一定壓力，一般使用瓦斯抽采泵加壓實現(xiàn)，但正壓輸送瓦斯管路系統(tǒng)易發(fā)生泄漏，如果泄漏瓦斯遇到明火或其他可引燃熱源，就會引爆瓦斯輸送管路內(nèi)的瓦斯，因此瓦斯發(fā)電正壓輸送段應(yīng)考慮抑制管內(nèi)瓦斯爆炸的裝置。抑爆裝置根據(jù)其抑爆原理不同有氣水二相流輸送抑爆裝置、自動噴粉抑爆裝置和細(xì)水霧輸送抑爆裝置。

氣水二相流輸送抑爆裝置，首先使水流環(huán)繞輸送管道的內(nèi)壁連續(xù)流動，形成環(huán)形水流，低濃度瓦斯在環(huán)形水流中流動，完全處于環(huán)形水流所形成的環(huán)形水封之中，沿輸送方向上每隔30～50 m，以柱狀水團(tuán)隔斷氣流，并形成端面水封，低濃度瓦斯在所述環(huán)形及端面水封中形成間歇性柱塞氣流，實現(xiàn)低濃度瓦斯本質(zhì)防爆型安全輸送。

自動噴粉抑爆裝置，其原理是通過對瓦斯管路內(nèi)燃燒或爆炸信息的探測，自動噴出干粉滅火劑，將燃燒或爆炸傳播過程中的火焰撲滅，抑制燃燒或爆炸火焰?zhèn)鞑ィ渲饕苫鹧鎮(zhèn)鞲衅?、控制器等組成。

細(xì)水霧輸送抑爆裝置，其原理是將煤礦低濃度瓦斯和細(xì)水霧在輸送管道內(nèi)全過程連續(xù)混合輸送，防止火源產(chǎn)生和抑制火焰?zhèn)鞑ァＭㄟ^給安裝在瓦斯輸送管線上的水霧發(fā)生器供給高壓水，讓高壓水水霧發(fā)生器出水孔變得細(xì)小后產(chǎn)生水霧，低濃度瓦斯通過水霧發(fā)生器后便也含有水霧。為了避免低濃度瓦斯中的水霧在輸送過程中因距離過長凝結(jié)減少或者消失，在瓦斯輸送管路上應(yīng)最多每隔20 m設(shè)置1個水霧發(fā)生器。

2 瓦斯發(fā)電抑爆裝置選擇分析

通過上面的3種抑爆裝置的介紹可以看出，各種抑爆裝置各有利弊，具體如下。

細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置屬預(yù)防性安全措施，其優(yōu)點是只要一套噴霧系統(tǒng)，整個系統(tǒng)較簡單，現(xiàn)場使用較多。不足之處在于細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置要向輸送管路噴射水霧，水霧遇到管壁大量形成水和部分水因霧化作用形成蒸汽，形成的水占用瓦斯輸送管路的有效利用面積，形成的蒸汽如果脫不干凈，還影響瓦斯的利用效率；瓦斯輸送管路如較長，系統(tǒng)霧化水循環(huán)利用不便；對水質(zhì)要求較高，不然水霧發(fā)生器的口就會被堵塞。需要產(chǎn)生高壓水，平時運行費用較高。

氣水二相流輸送抑爆裝置屬事故前處理，有環(huán)形和柱狀兩套系統(tǒng)，整個系統(tǒng)較復(fù)雜。如果輸送管路較長，輸送系統(tǒng)的水循環(huán)利用不便。需要產(chǎn)生環(huán)形和柱狀水柱，平時運行費用較高。

煤礦低濃度自動噴粉抑爆裝置系統(tǒng)屬控制性安全措施，系統(tǒng)不需要水，不給輸送的瓦斯增加水蒸氣，平時幾乎不產(chǎn)生運行費用。

低濃度瓦斯細(xì)水霧和氣水二相流抑爆裝置系統(tǒng)的原理雖然不同，但均需要有水參與系統(tǒng)運行，水汽脫不干凈影響瓦斯發(fā)電效率和發(fā)電機(jī)組壽命，且運行過程中費用較高。低濃度瓦斯正壓輸送如不經(jīng)過抑爆處理，雖然存在安全隱患，但如果管道不泄漏、管道泄漏點或管道內(nèi)瓦斯氣體沒有點火源觸發(fā)，管道內(nèi)瓦斯也不會發(fā)生爆炸事故，且瓦斯輸送管道裝有阻火爆泄爆裝置，如果正壓管道內(nèi)瓦斯發(fā)生爆炸，由于有阻火爆泄爆裝置，爆炸也不會影響瓦斯抽采泵站和瓦斯發(fā)電機(jī)組，在現(xiàn)場出于運行費用考慮，而沒有開啟細(xì)水霧和氣水二相流抑爆裝置系統(tǒng)，這樣反而提高了低濃度瓦斯發(fā)電輸氣系統(tǒng)爆炸事故發(fā)生的可能性。

煤礦低濃度自動噴粉抑爆裝置系統(tǒng)雖屬控制性安全措施，但其不給瓦斯輸氣系統(tǒng)增加水汽，平時運行產(chǎn)生費用少。因此，在瓦斯輸氣相對比較封閉、外界觸發(fā)較少的情況下，建議使用。

3 瓦斯發(fā)電抑爆裝置選擇

那羅寨煤礦隸屬于貴州水城礦業(yè)股份有限公司，2005-02—2008-04將三采區(qū)技改為60萬噸/年。本項目瓦斯發(fā)電站在礦井瓦斯抽采站附近場地變電所一側(cè)，此場地為礦井風(fēng)井場地，場地內(nèi)人員很少，場地周圍已砌圍墻，外部閑散人員不能進(jìn)入，由于人為或其他原因，引爆管道的點火源較少，外界原因引爆輸送管道瓦斯氣的概率不大。因此，本項目瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣抑爆系統(tǒng)推薦使用自動噴粉抑爆裝置系統(tǒng)。

根據(jù)可用于發(fā)電瓦斯量、瓦斯?jié)舛取⒌V井現(xiàn)有供電系統(tǒng)狀況、瓦斯發(fā)電站場地、投資風(fēng)險等因素，確定瓦斯發(fā)電站分前后期建設(shè)，一期裝備1 000 kW（10 kV）瓦斯發(fā)電機(jī)組3臺，二期增加1 000 kW（10 kV）瓦斯發(fā)電機(jī)組2臺。輸氣主管選用529×7型焊接鋼管，敷設(shè)2趟輸送管路，一期敷設(shè)1趟，二期敷設(shè)1趟。每趟瓦斯輸送管道裝備1套自動噴粉抑爆裝置系統(tǒng)。

4 結(jié)語

瓦斯發(fā)電是瓦斯利用的重要方式，瓦斯發(fā)電進(jìn)氣系統(tǒng)是瓦斯發(fā)電的重要組成部分。瓦斯發(fā)電進(jìn)氣選用合適經(jīng)濟(jì)的抑爆裝置，可增加瓦斯利用工程效益，增加瓦斯利用的積極性，以瓦斯利用推動礦井瓦斯治理，推動安全礦井建設(shè)。瓦斯利用工程雖然是廢物利用工程，但也應(yīng)在保證安全的情況下，盡量選用經(jīng)濟(jì)的方式。這樣不但可以節(jié)約資源，還可以提升企業(yè)的效率，這種設(shè)計理念可以為同類設(shè)計提供參考。

［1］煤炭科學(xué)研究院總院重慶研究院，淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，等.AQ 1076—2009 煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］勝利油田勝利動力機(jī)械集團(tuán)有限公司.AQ 1078—2009 煤礦低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送裝置技術(shù)規(guī)范［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［3］煤炭科學(xué)研究院總院重慶研究院，國家安全生產(chǎn)重慶礦用設(shè)備檢測檢驗中心.AQ 1079—2009 瓦斯管道輸送自動噴粉抑爆裝置通用技術(shù)條件［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

［4］孫茂遠(yuǎn)，黃盛初.煤層氣開發(fā)利用手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1998：260-294.

［5］葉選令.煤礦瓦斯治理與利用總體方案［M］.北京：中國煤炭出版社，2005.

［6］于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

［7］苗繼軍，姜明學(xué)，劉朋元，等.五虎山煤礦低濃度瓦斯發(fā)電站設(shè)計方案研究［J］.煤炭工程，2013（10）：26-28.

TD712.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.068

2095－6835（2019）17－0146－02

于泓（1967—），女，本科，高級工程師，主要從事煤礦設(shè)計咨詢工作。

〔編輯：王霞〕