低浓度瓦斯输送安全保障技术——煤科总院重庆研究院胡千庭-

低浓度瓦斯输送安全保障技术胡千庭煤炭科学研究总院重庆研究院2009.9.3南昌全国煤矿瓦斯防治工作会议——政策解读材料之三2一、背景近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，2005年23.5亿m3，2008年已达到52亿m3。然而，约80%的瓦斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出瓦斯的浓度较低，55%以上的抽采瓦斯浓度低于30%（定义为低浓度瓦斯）。低浓度瓦斯接近燃烧爆炸浓度限，出于安全性考虑，现行规程规定：浓度低于30%的瓦斯不得利用。使得抽采瓦斯的利用率在逐年下降。不符合节能减排和循环经济的发展思路。3一、背景近些年低浓度瓦斯发电技术的发展，使得煤矿利用低浓度瓦斯的积极性高涨，目前全国已安装数百套瓦斯发电机组，其中不乏利用浓度低于30%的瓦斯，存在安全隐患；低浓度瓦斯即使不利用，在排放、输送和抽采过程同样存在重大安全隐患；因而国外基本上不抽低浓度瓦斯，而我国近期内难以做到；因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排放环节的安全保障技术并形成系列标准能有效规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的迅速发展，提升中国节能减排的技术水平。4二、技术思路前提浓度低于30%的瓦斯必然存在燃烧和爆炸危险；瓦斯内燃机发电的原理主要是利用瓦斯的爆炸特性；低浓度瓦斯输送及内燃机发电系统示意抽瓦斯泵内燃机组排空管输送管低浓度瓦斯源5二、技术思路技术关键控制内燃机内部的爆炸仅局限于内燃机内部，确保不向外传播蔓延；控制井下低浓度瓦斯抽采过程中尽可能避免遇到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路中传播蔓延；控制低浓度瓦斯排放过程尽可能避免遇到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路中传播蔓延；确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。6脱水器三、技术措施内燃机内部控制燃烧爆炸不向外传播措施发动机阻火防爆示意图1、金属波纹带阻火器2、电磁阀3、调压阀4、防爆止回阀5、瓦斯与空气增压中冷装置6、金属波纹带阻火器7、燃烧室重点依靠1和6两级阻火器减弱火源和爆炸波向瓦斯管方向传播金属波纹带阻火器7确保内燃机组管燃烧爆炸不向外传播措施1、脱水器2、火焰传感器3、压力传感器4、水封式阻火泄爆装置5、抑爆装置6、泄爆器7、阻爆阀门8、截止阀以脱水器为界，靠机组侧属机组安全设施要求（每台机组两个阻火器），靠进气侧分别安装水封阻火泄爆4、粉剂或水雾抑爆5、阻爆泄爆6、7、8三级安全装置，确保内燃机内部燃烧爆炸波不向外传播。分管主管45786支管发电机组312支管发电机组312三、技术措施8←爆炸波传播方向瓦斯气体输送方向→500S1002－299－41:15φ124m2R500R500φ5301001010020001670φ530φ1020φ1020φ530150150300φ1040φ1040100T500－1/14001300底图总号签字日期校对旧底图总号描图编制检查主管院长组长月年院长数量设计制图标记修改者项目负责所长批准者第页煤炭科学研究总院重庆分院日期重量共页比例名称代号序号145030°10402310☆泄爆装置。☆水位监控。☆金属分流网。水封阻火泄爆装置泄爆口金属网水三、技术措施9粉剂自动喷粉抑爆装置1、抑爆装置喷嘴2、抑爆装置贮粉筒3、灭火剂缓冲器4、气体发生器5、接线端6、电缆线7、控制器8、紫外火焰传感器三、技术措施10阻爆泄爆装置采用光电火焰传感器、压力控制传感器、机电联动器联合控制自动阻爆装置动作产气室阀芯阀体联接法兰联接法兰爆炸波传播方向瓦斯气流动方向三、技术措施11确保排空管燃烧爆炸不向管路方向传播措施1.火焰传感器2.压力传感器3.水封式阻火泄爆装置4.自动喷粉抑爆装置5.泄爆器6.阻爆阀门7.截止阀排空管设计应符合相关要求，并安装防雷设施；靠进气侧分别安装水封阻火泄爆3、粉剂抑爆4、阻爆泄爆5、6、7三级安全装置，确保排空管燃烧爆炸波不向管路方向传播。主管3467放空管125三、技术措施12确保井下低浓度瓦斯抽采遇火燃烧爆炸不向输送管路中传播井下自燃煤层低浓度瓦斯抽采时，应采取控制发火的相应措施；在靠近抽采管入口100m以内的管道上开始安设自动喷粉抑爆装置，每组抑爆装置需安设2个喷粉罐，至少安设2组，组间距离小于100m。三、技术措施13确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。瓦斯抽采站、输气站建筑和放空管应满足《建筑物防雷设计规范》的要求，设置防雷设施，分别装设避雷带或避雷针装置。通往井下的抽采管路应采取防雷和隔离措施。地面瓦斯输送管道应采用埋地敷设，特殊情况需采用架空敷设时，在管道进、出建筑物100m范围内，应每隔25m左右接地1次，其接地电阻不应大于20Ω。三、技术措施14确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道可选用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防漏气、防砸坏、防静电等措施。瓦斯输送管道与地面或地下建筑物、构筑物或其他管线应安全距离应符合相关规范要求。瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管道系统中所选用的电器设备、仪表均应满足矿用防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施和消防措施。三、技术措施15确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。瓦斯利用设施端的输瓦斯管道中应安设防回流设施，防止抽采泵突然停泵而出现回流。低浓度瓦斯输送系统不得设置缓冲罐；加压设备应选择湿式压缩机；抽采设备应选择湿式抽采泵；正压输送时，输送压力不宜超过20kPa，安全设施安设段，管内气体流速不宜大于10m/s；三、技术措施16确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。在输送管道系统中应设置安全监测控制设施；阻火、泄爆、抑爆、阻爆、监测控制、非金属管等相关产品性能、功能、质量和安装等要求均应符合本系列相关产品标准的要求。三、技术措施17试验系统数据采集系统（测试系统，火焰、压力等传感器）监测控制数据采集系统四、试验情况18试验管道：设计压力2.5MPa。DN500mm管道长66.5m，DN700mm管道长93.1m。四、试验情况试验系统管道试验系统（管道、配气和搅拌装置）19四、试验情况试验系统细水雾管道试验系统。20DN500DN700管道压力峰值曲线图01020304050600.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0NO.1NO.2NO.3NO.4压力峰值/MPa测点位置/m试验任务管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆特性四、试验情况0204060801000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0NO.1NO.2NO.3NO.4压力峰值/MPa测点位置/m21DN500DN700管道火焰传播速度曲线图试验任务管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆特性四、试验情况102030405060010020030040050060070080090010001100NO.1NO.2NO.4NO.5火焰传播速度/m/s测点位置/m2030405060708002004006008001000120014001600NO.1NO.2NO.3NO.4火焰传播速度/m/s测点位置/m22DN500泄爆片冲破瞬间DN500火焰压力从泄爆口释放情况四、试验情况试验任务水封阻火泄爆装置试验火源不能通过23DN500水封阻火泄爆装置内爆炸情况DN700水封阻火泄爆装置过火情况四、试验情况试验任务水封阻火泄爆装置试验241—点火源2、3—自动喷粉抑爆装置传感器4—抑爆器5、6、7—测试用火焰传感器自动抑爆试验示意图试验结果：单个抑爆器有效灭火抑爆距离≤6m四、试验情况试验任务自动喷粉抑爆装置251.罗茨鼓风机2.天然气减压阀3.混合器4.阻火器5.雷管点火点6&7.火焰速度监测点（1对）8.水雾发生器9.阻火观察窗10.火焰监测点11.水泵流量表12.水压力表13.水泵14.水池15.旋风脱水器16.重力脱水器17.阀门18.发电机组四、试验情况试验任务细水雾抑爆试验对于DN500当输送管道较长（长于100m）时，管道细水雾可有效熄灭爆炸火焰，可全部使用不带导流板的水雾发生器。26四、试验情况试验任务自动阻爆器试验结果表明：起爆点在20m以外均可成功阻断火源。27已形成系列技术标准报批稿《煤矿低浓度瓦斯输送管道安全保障系统设计规范》《煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全技术要求》《煤矿瓦斯往复式内燃机驱动的交流发电机组通用技术条件》《煤矿用非金属瓦斯抽放管通用技术条件》《煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合输送系统技术规范》《煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送系统技术规范》《瓦斯输送管道自动喷粉抑爆装置通用技术条件》《煤矿低浓度瓦斯输送管道用泄爆、防回火器技术条件》《煤矿低浓度瓦斯输送管道用自动快速切断装置技术条件》《煤矿瓦斯输送管道金属波纹带阻火器通用技术条件》五、制定标准28标准尚待审批，规程障碍有待解决。成果适用于输送管径为700mm以内。六、结束语29谢谢！