乳化液集中配比供液站的研究與應用

高向放 呂向亭 呂承法

（山東能源新礦集團山東新陽能源有限公司，山東 濟陽 251401）

乳化液是煤礦液壓設備的傳動介質，在液壓系統中起血液作用，乳化液濃度過高或過低都不利于設備性能的發揮。山東新陽能源有限公司（以下簡稱新陽能源）井下水質較差，具有較強堿性，配比出來的乳化液對綜采支架元件腐蝕較大，支架經常出現串漏液現象，嚴重影響了安全生產。為此，新陽能源結合工作面需液要求，建設了乳化液集中配比供液站。該系統應用反滲透膜水處理技術設計了井下水處理裝置，研制了變頻條件下的乳化液自動配比裝置，配比出的乳化液濃度符合要求，保證綜采支架的正常使用。

1 工藝方案

乳化液集中配比供液站主要由預處理系統、反滲透系統、乳化液自動配比系統、乳化液輸送系統、遠程集中控制系統等組成，見圖1。各系統由相應的設備或裝置組成，見圖2。

該系統中，礦井水（以下統稱原水）通過處理后成為符合要求的純凈水。乳化油經投加裝置與純凈水配比成為符合要求的乳化液，并進入乳化液箱，由離心泵打壓至采區泵站水箱，供各個工作面使用。

圖1 工藝流程圖

圖2 設備安裝示意圖

2 乳化液集中配比供液站組成

2.1 預處理系統

預處理系統由原水箱、原水泵、錳砂過濾器、活性炭過濾器等組成，它的作用是去除原水中粒度大于20μm的機械雜質以及經過絮凝的小分子有機物和部分的膠體，使出水濁度≤5mg/L。

2.1.1 原水箱

原水箱是一個容積為15m3的水箱，水箱采用304不銹鋼拼接而成，水箱內安裝了電磁閥自動補水裝置，當水箱內低水位時自動補水。

原水采用老空水，老空水經過采空區層層凈化，水質較好，一方面減少了礦井排水費用，另一方面也提高了原水水質。

2.1.2 原水泵

原水泵是不銹鋼立式多級離心泵，流量為20m3/h，揚程47m，所配電機功率為5.5kW。原水泵的作用是為預處理系統提供壓力0.4 MPa左右原水。

2.1.3 錳砂過濾器、活性炭過濾器

錳砂過濾器、活性炭過濾器（統稱粗過濾裝置）是粗濾的主體。材質是玻璃鋼，其內壁采取了防腐襯膠處理，下部采用濾帽方式布水。共設置2臺錳砂過濾器、2臺活性炭過濾器。

錳砂、活性炭過濾器尺寸為Φ1000×1850mm，可承受壓力≤0.6 MPa。錳砂過濾器中裝有不同規格的各種顆粒型錳砂，以去除水質中各種顆粒型等比較大的懸浮物，從而降低后續設備的運行負荷。活性炭過濾器內裝有果殼類活性炭，其主要目的是除去水質中的色度、異味等。4臺過濾器內部濾料總填裝高度為1m，每臺過濾器頂端裝有手動控制閥，可進行反洗。

2.2 反滲透系統

反滲透系統是整個水處理裝置的核心部分，它由精密過濾器、高壓泵、反滲透膜及膜殼、阻垢劑投加裝置、閥組及流量計組成。

2.2.1 精密過濾器

精密過濾器被安裝在反滲透系統的框架上，它是由不銹鋼壓力容器、15支聚丙烯噴熔濾芯（長1016m，過濾精度5μm）、排污閥和排氣閥組成。該壓力容器尺寸為Φ2325×1000 mm，其承受壓力≤0.6 MPa。

精密過濾器的主要作用是濾除掉水中所含的直徑大于5μm的細微雜質，以進一步確保反滲透系統的運行安全。

2.2.2 高壓泵

高壓泵是不銹鋼立式多級離心泵，流量為20m3/h，揚程142 m，所配電機功率為15 kW。

高壓泵的作用是為反滲透系統提供壓力1.5MPa左右原水。

2.2.3 阻垢劑投加裝置

阻垢劑投加裝置由投加泵及阻垢劑箱組成。主要作用是向凈化的水中投加阻垢劑，以防止這些鈣、鎂離子生成的難溶性的鹽在反滲透系統中膜表面上沉淀結垢，從而影響膜的使用壽命。

2.2.4 反滲透膜及膜殼

反滲透膜規格為CPA3-8040，共9支。膜殼采用的是玻璃鋼壓力容器，其承受壓力為2.5 MPa，接口為側聯式卡套聯接，數量為3支，每支這樣的膜殼共裝有上述反滲透膜3支。

反滲透膜及膜殼組成的單元被稱為膜組件，本凈化水裝置共使用了3個這樣的膜組件，它們呈豎式排列。兩段的凈水從每只膜殼一端的中心孔排出，共同匯集在一起向純水箱輸送，流量為10m3/h。

2.2.5 閥組及流量計

閥組由高壓泵進水球閥、高壓泵出水節流閥、濃縮水節流球閥等組成，安裝在相應管路上。流量計由凈水流量計、濃縮水流量計等組成，安裝在相應管路上。

本系統的產水量是由“濃縮水節流閥”來調定的。

2.2.6 純水箱

純水箱是一個容積為15m3的水箱，水箱采用304不銹鋼拼接而成。該水箱作用是儲存凈化水，為后續乳化液配比提供水源。

2.3 乳化液自動配比系統

乳化液自動配比系統由乳化液油箱、計量泵、流量計、乳化液箱等組成，它能自動配比出符合濃度要求的乳化液。

2.3.1 乳化液油箱

乳化液油箱是一個容積為3m3油箱，油箱采用304不銹鋼拼接而成。該油箱的作用是儲存乳化油，為后續乳化液配比提供乳化油。

2.3.2 計量泵

該計量泵為變頻式計量泵，流量1000 L/min，電壓380 V，功率0.75 kW。

計量泵的作用是將乳化油油箱中的乳化油投加入系統中，以實現乳化液的配比。

2.3.3 流量計

在水和乳化油管路中都裝有流量計，來實時監測水和油的流量狀態。通過PLC的計算，準確實現配比出來的乳化液濃度保持在設定的范圍之內。

2.3.4 乳化液箱

乳化液箱是一個容積為15m3液箱，液箱材質采用304不銹鋼拼接而成。液箱內設計有液位傳感器，低液位時配比系統運行，高液位時配比系統自動停止。

2.4 乳化液集中輸送系統

該系統由一臺多級泵、流量計、管路等組成，多級泵型號為MD85-45×3，流量85m3/h,揚程135m，功率55 kW，管路為DN50鍍鋅鋼管。

該系統的作用主要是向各采區泵站集中輸送配比好的乳化液，然后由采區泵站輸送至回采工作面。

2.5 遠程集中控制系統

該系統由顯示屏、檢測元件、執行元件、傳輸線路等組成，具有就地和遠程控制功能。可以實時顯示系統中的配液濃度、配液量、各個工作面用液量、設備運行時間等參數，具有數據儲存及上傳功能，并實現在地面調度室遠程控制系統的運行。

3 運行結論

該乳化液集中配比供液站已在新陽能源井下穩定運行，達到了設計要求。

該系統采用了變頻條件下的自動配比，并采用紊流技術，使配比準確度有了顯著提高，增強了液壓支架的潤滑度及防腐性能，減少了設備的維修費用，延長了設備的使用壽命。該系統采用了集中配液，并通過井下分支機構輸送到各個工作面，實現了工作面乳化液的集中供應。

4 效益分析

使用該系統可減少液壓支架各部件損壞量及乳化油的用量。

（1）按一個工作面計算：① 減少推移維修10個/月，費用3.0萬元/月；② 減少閥組維修7個/月，節約1.75萬元/月；③ 減少立柱維修10個/月，節約5.9萬元/月；④ 減少了兩名維修人員，每人每月按4500元計算，節約人工費用0.9萬元/月；⑤ 節約乳化油800 kg/月，節約費用0.51萬元；共計節約費用12.06萬元/月。

（2）目前該乳化液集中配比站供2個工作面使用，每月可節約24.12萬元，每年可節約289.44萬元。

5 結束語

該乳化液集中配比供液站投入使用后將極大提高泵站的工作性能，提高效率，減少液壓支架的維修費用，減輕工人的勞動強度，具有較大的經濟效益和社會效益，極具推廣價值。