礦用移動式真空泵阻垢裝置的設計與應用

＊趙洪超

（1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司 遼寧 113122 2.沈陽煤炭科學研究所有限公司 遼寧 110015）

瓦斯抽采工作作為煤礦生產環節的重要一環，抽采的工作效率和安全直接影響礦井的生產狀態。瓦斯抽放泵由于在水中長時間運行，循環水中的碳酸鹽逐漸析出并沉積在抽放泵內壁和葉輪上，使之形成了堅硬的硬質鹽垢，致使整套系統運行效率下降。傳統治理垢害的方法是用酸性溶液溶解垢體，隨著循環水的損耗泵體上會持續不斷的產生新垢，所以需要定期進行酸洗除垢作業，而且作業之前必須停泵排空瓦斯，流程繁瑣，增加非計劃停機次數、增加使用和維修成本耽誤工期。阻垢裝置能很好的解決這些弊端，一次性除垢作業完成后，通過實時在線監測水質，不停地往循環水里投放阻垢劑，避免新垢的產生，保障抽放系統穩定高效的運行。

1.礦用移動式真空泵阻垢裝置技術機理

水垢的形成是從微小晶體形成開始，晶體從過飽和溶液中析出，有晶核形成與晶格生長兩個環節，每個環節分為三個生長期，即初期、中期、末期。也就是說，晶核在經過這三個生長期后才能逐漸形成晶格，晶格的生長是一個緩慢過程，只有在晶核的某些活化區域上，吸附沉淀離子，晶格才能生長，經過3個生長期逐漸形成晶體，也就是水垢。我公司研制的緩蝕阻垢劑在水垢發育的初期，就是水垢晶核開始的最早期，就用離子的形式直接影響并阻止水垢晶核的形成，導致晶核發生變化，迫使其夭折于發育期，從而有效地阻止了水垢的產生，阻垢率能達到95%以上。緩蝕阻垢劑主要以其原子上的孤對電子與金屬離子以化學鍵結合形成絡合物吸附在金屬表面上，形成穩定、致密牢固的保護膜，以此來隔離腐蝕介質與金屬的有效接觸，來起到保護金屬的目的。水垢的主要成分是碳酸鈣、氫氧化鎂、碳酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋇、二氧化硅等。傳統除垢劑除物理除垢外，一般采用強酸處理，嚴重破壞金屬表面，嚴重者可能導致穿漏。水垢剝離技術采用有機酸除垢，可以在弱酸情況下進行剝離，如果水溫保持30～40℃左右效果更好，可有效清除95%以上的水垢，且對金屬的腐蝕性極小。

表1 除垢技術現狀

表2 礦井水質分析報告單

2.阻垢劑的作用原理

緩蝕阻垢劑能夠將分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽在金屬表面的沉淀、結垢功能，并具有一定的減緩腐蝕銹蝕的作用。絡合增溶的作用機制最為明顯，當緩蝕阻垢劑被放入水中后，就會立刻進行化學反應，形成電離作用，產生具有負電

極的離子。而大多數水垢的主要成分是鈣離子形成的碳酸鈣，負電極離子與碳酸鈣發生反應后，就會產生可溶于水的新生物質，叫做絡合物。它能夠有效增加水分溶解度，防止水垢的生成與形成。緩蝕阻垢劑溶于水中，并吸附在無機鹽的晶體上，減少晶體之間的親和度，使其保持在游離狀態，游離狀態的晶體便也無法形成水垢。緩蝕阻垢劑晶格畸變原理，主要具有阻止水垢產生的能效。當緩蝕阻垢劑中的阻隔物質在無機鹽晶核上形成規模聚攏后，能對無機鹽晶體的形成起到阻礙作用，使其產生的速度減緩，進而阻止水垢的形成。

3.裝置整體設計

圖1 裝置整體圖

礦用移動式真空泵阻垢裝置由阻垢系統、信號采集系統、控制系統、管路系統等組成，適用于瓦斯抽采泵、換熱器、水冷電機、空壓機等系統的阻垢。

阻垢裝置中控制系統負責在線監測分析水質信息，自動制定阻垢劑投放時間及投放量，控制阻垢系統經由管路投放阻垢劑至瓦斯抽采泵站水循環系統中，保障系統無新垢生成。

圖2 裝置系統圖

4.裝置控制流程

在對真空泵清洗完畢的基礎上，根據真空泵運行工況及水質情況，采取“一地一配方”的辦法配制相應的緩蝕阻垢劑，對循環水進行日常防腐阻垢處理，達到不結垢、不腐蝕的目的。

(1)水質檢測

對補充水和循環水的水質進行檢測，分析水質組成成分，制定投藥方案。

(2)加藥處理

首次投藥。清洗完成后，根據循環水保有量進行首次投藥，包括預膜和阻垢兩部分：一是使金屬件形成一層保護膜，二是阻止新的水垢產生。

日常投藥。定期對循環水和補充水進行檢測，適時調整用藥成分和用藥量。

低位水池放置掛片，定期對掛片腐蝕、結垢情況進行評估。

由于循環水在工作過程中會自然減少，因此每天會對循環系統進行補水。在補水的過程中會增加新的腐蝕、水垢源。

①我們在補水口安裝一臺自動投藥機，此投藥機會根據補水量自動投入緩蝕阻垢劑，確保循環系統不腐蝕、不結垢。

②根據補水量和藥箱藥品消耗量，及時投入一定比例的緩蝕阻垢劑。

(3)基于PLC系統控制流程(如圖3所示)

圖3 系統流程圖

5.結語

（1）解決了瓦斯抽放泵需要定期除垢的問題，提高瓦斯泵站的工作效率，延長真空泵的使用壽命，杜絕水垢再次生成。

（2）采取“一地一配方”的方式，針對性的配置緩蝕劑，在徹底清除泵體水垢的基礎上，加入緩蝕阻垢劑。

（3）基于PLC控制技術對水質進行在線監測，動態投放藥劑。阻垢效率達到95%以上。

（4）減少瓦斯抽采泵的停機次數，實現瓦斯泵站的節能、降本、增效的目標。