管道瓦斯流量計(jì)量技術(shù)在北皂煤礦的應(yīng)用

北皂煤礦海下采煤填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，但具體實(shí)施過(guò)程中，在海域的掘進(jìn)和回采過(guò)程中遇到了瓦斯?jié)舛壬仙膯?wèn)題，海域區(qū)域也劃為了瓦斯異常區(qū)，所以需要對(duì)工作面的煤層瓦斯進(jìn)行抽放。在煤層瓦斯抽放進(jìn)程中，需要對(duì)抽放管路中抽出氣體累計(jì)量、瓦斯量等進(jìn)行計(jì)算，上海自動(dòng)化儀表廠從而對(duì)抽放效果進(jìn)行評(píng)估，具體是通過(guò)對(duì)抽放管道內(nèi)混合氣體的流量、管道內(nèi)溫度、管道內(nèi)壓力、混合氣體中的甲烷濃度、一氧化碳濃度等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。并且充分利用本礦現(xiàn)有的KJ95N 安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全礦井瓦斯數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分析，因此對(duì)管道瓦斯抽放監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。

1 管道瓦斯計(jì)量現(xiàn)狀

煤層氣管道瓦斯氣具有雜質(zhì)多、粉塵大、濕度大、濃度變化范圍大、監(jiān)測(cè)傳感器不易維護(hù)和調(diào)校的特點(diǎn)，而目前在用的安全監(jiān)控瓦斯、流量等傳感器由于結(jié)構(gòu)的不適應(yīng)，不能直接應(yīng)用于管道瓦斯抽放監(jiān)測(cè)。必須解決氣體采樣、去濕、防污的問(wèn)題，要求具有量程寬、結(jié)構(gòu)無(wú)可轉(zhuǎn)動(dòng)部件、滿足多種參數(shù)測(cè)量、不易堵塞磨損和自清潔的特征。

2 幾種可用的管道瓦斯流量計(jì)分析對(duì)比

當(dāng)前適用于煤礦管道瓦斯流量監(jiān)測(cè)的幾種可用的管道瓦斯流量計(jì)有孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、皮托管流量計(jì)、V錐流量計(jì)等。

（1）孔板流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)中的一種。是利用流體通過(guò)孔板時(shí)在孔板前后產(chǎn)生的差壓來(lái)測(cè)量流量的一種方法，主要由孔板、取壓裝置、信號(hào)管路、差壓變送器及顯示儀表組成。其原理是將一個(gè)孔板節(jié)流件固定在管道內(nèi)部，節(jié)流件的孔徑小，對(duì)流過(guò)的流體有約束作用，流體的流束截面突然收縮，流速隨之加快，由于節(jié)流件前后的流速突然變化，使得在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差，流體通過(guò)節(jié)流件的流量越大，產(chǎn)生的靜壓力差越大，通過(guò)測(cè)量節(jié)流件前后的差壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。孔板流量計(jì)是較早用于測(cè)量氣體流量的流量計(jì)，它的優(yōu)點(diǎn)是便于安裝、成本低、無(wú)可轉(zhuǎn)動(dòng)部件。孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，流動(dòng)性差，流速范圍小，節(jié)流件前段容易堆積雜質(zhì)，測(cè)量精度差等。

（2）渦街流量計(jì)類似于目前煤礦廣泛使用的渦街風(fēng)速傳感器，也是根據(jù)卡曼渦街原理，是在一穩(wěn)定的流體中安放一根非流線型阻流體，流體受阻流體的影響，動(dòng)能和壓能相互轉(zhuǎn)換，外部流體壓強(qiáng)大于內(nèi)部流體，迫使內(nèi)部流體向相反方向移動(dòng)，從而在阻流體兩側(cè)交替地形成兩串規(guī)則的旋渦，而產(chǎn)生的旋渦周期頻率與管道內(nèi)的流體流速之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過(guò)超聲、熱敏、應(yīng)力、應(yīng)變、電容、電磁、光電、光纖等其他形式的檢測(cè)方式測(cè)出旋渦的分離頻率變化就可以換算出流體的流量。渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可轉(zhuǎn)動(dòng)部件，耐臟污介質(zhì)能力強(qiáng)，測(cè)量量程比寬，yongjiu性壓損小。渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)是在高粘度、低流速流體精度差，不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，只適用于高流速流體的測(cè)量，對(duì)測(cè)量管道前后的直管段長(zhǎng)度要求長(zhǎng)，方能保證穩(wěn)定的測(cè)量。

（3）皮托管流量計(jì)又名“空速管”，“風(fēng)速管”，是通過(guò)測(cè)量管道內(nèi)某點(diǎn)流體的動(dòng)壓與靜壓之差來(lái)測(cè)量流量的，原理是在皮托管頭部迎流方向開有一個(gè)小孔稱為總壓孔，在該處形成“駐點(diǎn)”，在距頭部一定距離處開有若干垂直于流體流向的靜壓孔．各靜壓孔所測(cè)靜壓在均壓室均壓后輸出，由于流體的總壓和靜壓之差與被測(cè)流體的流速有確定的數(shù)值關(guān)系，因此可以用皮托管測(cè)得流體流速?gòu)亩?jì)算出被測(cè)流體的流量。皮托管流量計(jì)在飛機(jī)上廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍寬，使用制造方便，點(diǎn)流速測(cè)量準(zhǔn)確度高。缺點(diǎn)是低流速性差，受流速分布影響大，容易堵塞。

（4）V錐流量計(jì)也是一種差壓式流量計(jì)，同樣是基于密閉管道中能量相互轉(zhuǎn)化的伯努利定律，利用節(jié)流效應(yīng)來(lái)測(cè)量流體流量。它是在管道中心安裝一個(gè)錐形體來(lái)對(duì)流體進(jìn)行節(jié)流，使管道中心的流體繞錐形體流動(dòng)，并將流體收縮到管壁。與孔板流量計(jì)的中心孔節(jié)流不同，V錐流量計(jì)是管道外圍的環(huán)狀節(jié)流。管道內(nèi)的流體流過(guò) V 錐體時(shí)，被收縮到管壁，使管壁流體的流速加快，在 V 錐體的前后產(chǎn)生差壓，流體的流速與差壓的平方有確定的數(shù)值關(guān)系。并且錐體與管道同軸，錐體前部直接作用于流體中心部分，迫使高速的中心與接近管壁的低速流體均勻化，從而產(chǎn)生正確的壓差。V錐流量計(jì)具有量程下限低，量程比寬，適用磨損小，流場(chǎng)自動(dòng)調(diào)整，自清掃等特點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)管道瓦斯流量計(jì)在北皂煤礦的應(yīng)用，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比了渦街流量計(jì)和 V錐流量計(jì)，V錐流量計(jì)的量程下限低，低流速測(cè)量性能好，上海自動(dòng)化儀表廠安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)比較突出，而且利用 V 錐產(chǎn)生的氣壓將氣樣導(dǎo)出抽放管道的方式，大大減少了管道氣內(nèi)的粉塵、水分對(duì)瓦斯、一氧化碳傳感器敏感元件的影響。為北皂煤礦工作面的瓦斯抽放工作提供了準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保障。