煤礦瓦斯發電站進氣系統抑爆裝置選用分析與應用

于泓

煤礦瓦斯發電站進氣系統抑爆裝置選用分析與應用

于泓

（貴州省煤礦設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550025）

通過對低濃度瓦斯發電站進氣系統3種不同抑爆裝置的原理進行分析，提出適合那羅寨煤礦三采區瓦斯發電站進氣系統的抑爆裝置，希望能為低濃度瓦斯發電站設計提供參考，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行，降低煤礦瓦斯事故發生概率。

瓦斯發電；進氣系統；瓦斯輸送；抑爆裝置

近些年，隨著國家對節能減排工作的重視，貴州大部分煤礦與瓦斯礦井都對礦井抽采瓦斯進行了利用，由于受抽采規模、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電。

出于對投入風險的考慮，大多數煤礦低濃度瓦斯發電進氣系統抑爆裝置瓦斯輸送系統抑爆裝置考慮用細水霧混合輸送抑爆裝置。但細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，影響瓦斯發電效率和發電機組壽命，噴射進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 瓦斯發電抑爆裝置

礦井抽采瓦斯發電進氣需要一定壓力，一般使用瓦斯抽采泵加壓實現，但正壓輸送瓦斯管路系統易發生泄漏，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的瓦斯，因此瓦斯發電正壓輸送段應考慮抑制管內瓦斯爆炸的裝置。抑爆裝置根據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，首先使水流環繞輸送管道的內壁連續流動，形成環形水流，低濃度瓦斯在環形水流中流動，完全處于環形水流所形成的環形水封之中，沿輸送方向上每隔30～50 m，以柱狀水團隔斷氣流，并形成端面水封，低濃度瓦斯在所述環形及端面水封中形成間歇性柱塞氣流，實現低濃度瓦斯本質防爆型安全輸送。

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傳播，其主要由火焰傳感器、控制器等組成。

細水霧輸送抑爆裝置，其原理是將煤礦低濃度瓦斯和細水霧在輸送管道內全過程連續混合輸送，防止火源產生和抑制火焰傳播。通過給安裝在瓦斯輸送管線上的水霧發生器供給高壓水，讓高壓水水霧發生器出水孔變得細小后產生水霧，低濃度瓦斯通過水霧發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減少或者消失，在瓦斯輸送管路上應最多每隔20 m設置1個水霧發生器。

2 瓦斯發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。

細水霧混合輸送抑爆裝置屬預防性安全措施，其優點是只要一套噴霧系統，整個系統較簡單，現場使用較多。不足之處在于細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，系統霧化水循環利用不便；對水質要求較高，不然水霧發生器的口就會被堵塞。需要產生高壓水，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，有環形和柱狀兩套系統，整個系統較復雜。如果輸送管路較長，輸送系統的水循環利用不便。需要產生環形和柱狀水柱，平時運行費用較高。

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

低濃度瓦斯細水霧和氣水二相流抑爆裝置系統的原理雖然不同，但均需要有水參與系統運行，水汽脫不干凈影響瓦斯發電效率和發電機組壽命，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瓦斯氣體沒有點火源觸發，管道內瓦斯也不會發生爆炸事故，且瓦斯輸送管道裝有阻火爆泄爆裝置，如果正壓管道內瓦斯發生爆炸，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電機組，在現場出于運行費用考慮，而沒有開啟細水霧和氣水二相流抑爆裝置系統，這樣反而提高了低濃度瓦斯發電輸氣系統爆炸事故發生的可能性。

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

3 瓦斯發電抑爆裝置選擇

那羅寨煤礦隸屬于貴州水城礦業股份有限公司，2005-02—2008-04將三采區技改為60萬噸/年。本項目瓦斯發電站在礦井瓦斯抽采站附近場地變電所一側，此場地為礦井風井場地，場地內人員很少，場地周圍已砌圍墻，外部閑散人員不能進入，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，本項目瓦斯發電站進氣抑爆系統推薦使用自動噴粉抑爆裝置系統。

根據可用于發電瓦斯量、瓦斯濃度、礦井現有供電系統狀況、瓦斯發電站場地、投資風險等因素，確定瓦斯發電站分前后期建設，一期裝備1 000 kW（10 kV）瓦斯發電機組3臺，二期增加1 000 kW（10 kV）瓦斯發電機組2臺。輸氣主管選用529×7型焊接鋼管，敷設2趟輸送管路，一期敷設1趟，二期敷設1趟。每趟瓦斯輸送管道裝備1套自動噴粉抑爆裝置系統。

4 結語

瓦斯發電是瓦斯利用的重要方式，瓦斯發電進氣系統是瓦斯發電的重要組成部分。瓦斯發電進氣選用合適經濟的抑爆裝置，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。瓦斯利用工程雖然是廢物利用工程，但也應在保證安全的情況下，盡量選用經濟的方式。這樣不但可以節約資源，還可以提升企業的效率，這種設計理念可以為同類設計提供參考。

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

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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，主要從事煤礦設計咨詢工作。

〔編輯：王霞〕