管道瓦斯流量检测技术与应用

中煤科工集团重庆研究院矿用管道瓦斯流量检测技术与应用测控技术研究分院流量技术研究所李涛150233756531、引言瓦斯抽采达标是保障煤矿安全发展、清洁发展、节约发展的重要指标，瓦斯流量计量装备是其考核手段。1、在工业领域流量计量装备很多！流量是工业过程控制中考核的主要参数，其测量装备有有几十上百种；2、近年来国家很重视！但是，当前应用于煤矿管道瓦斯流量计量领域的流量计量装备只有5-6种2、煤矿管道瓦斯特点与计量要求管道瓦斯特点压力小湿度大流速下限低流量变化范围宽固体杂质多输送环境局限性大管道瓦斯特点无可转动部件测量下限要低压损小可检测低压力介质测量量程比宽不易堵塞、磨损流量计要求对流量计要求3、管道瓦斯流量技术现状目前用于管道瓦斯流量计量用的较普遍的流量测量装置有：孔板、涡街、旋进漩涡、皮托管、V锥等。孔板流量计标准孔板是一块具有圆形开孔的金属薄板,圆孔壁与孔板前端面成直角,安装时孔板轴心与管道轴线同心。流体经过该锥体后产生与流量成一定比例的差压。其基于密闭管道中能量相互转化的伯努利定律。优点：1、国际通用、应用历史长、经验数据丰富；2、结构简单、成本低；3、国家统一标准，不需要实流标定。缺点：1、直管段要求长；2、边沿易磨损，校准周期短；3、前端易堵塞杂质与水，低压取压管易堵塞，需定期清理。涡街流量计密闭的管道里在垂直管道方向插入一个物体（称为漩涡发生体），当流体流经该漩涡发生体时会在发生体两侧产生两列交替出现的漩涡。优点：1、插入式结构简单牢固；2、插入式安装、拆卸方便；3、插入式涡街流量计永久性压损小。缺点：1、直管段要求长；2、对震动敏感；3、测量下限高。旋进漩涡流量计流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后，被迫绕着发生体轴剧烈旋转，形成旋涡。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋进动频率与流量大小成正比转，形成陀螺式的涡流进动现象。优点：1、直管段要求短，上游5D，下游2D；2、结构牢固，稳定性好；3、测量下限较涡街流量计低。缺点：1、压损巨大；2、对震动敏感；3、不能够用于测量含固体杂质和长纤维的介质，需要经常清理；4、管段式设计，安装、拆卸不便；5、不支持大管径，小于300mm。皮托管流量计通过测量挡体上游的动压力与下游的静压力之间形成的压差，从而达到测量流量的目的。优点：1、结构简单、安装方便；2、压损微小；缺点：1、取压孔易堵塞；2、差压信号弱，不易测量；3、不能够在线测量V锥流量计优点：1、直管段要求短，上游0-3D，下游0-1D;2、具有自清洁、自整流功能，不堵塞杂质与水；3、不易磨损，调校周期长，使用寿命长；4、结构牢固、稳定性好；5、测量下限低，永久性压损较孔板、旋进漩涡流量计小；缺点：1、压损较插入式流量计高；2、管段式设计，安装拆卸不便。在一段密闭的圆形管道内，插入一个圆锥体。圆锥体的轴心与管道的轴心相重合，流体经过该锥体后产生与流量成一定比例的差压。其测量原理、流量计算公式均与孔板相同。管道瓦斯流量技术当前与今后需求《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》强力推进先抽后采、综合治理的治本措施，深化煤矿瓦斯防治，在该条中又特别强调“强力推进瓦斯抽采达标”的实施措施。督促煤矿企业严格执行《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，建立瓦斯抽采达标自评估制度，把瓦斯抽采达标能力作为矿井生产能力核定的重要约束性指标，组织开展瓦斯抽采达标监督检查，切实做到先抽后采、抽采达标，实现抽、掘、采平衡。瓦斯抽采矿井应当配备瓦斯抽采监控系统，实时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度参数及设备的开停状态等。抽采瓦斯计量仪器应当符合相关计量标准要求；计量测点布置应当满足瓦斯抽采达标评价的需要，在泵站、主管、干管、支管及需要单独评价的区域分支、钻场等布置测点。《2012年煤矿安全工作要点》管道瓦斯流量计量需求在瓦斯抽放管网系统中的各个阶段均要设置监测点，作为抽采达标考察的一个重要指标，各个阶段的瓦斯流量监测也将是重点考察对象。计量需求发展趋势管道瓦斯流量计量技术发展方向将是针对不同的现场状况、不同工况条件、不同的测量需求，选择相适应的流量检测技术管道瓦斯流量计量技术发展趋势孔板流量计涡街流量计旋进漩涡流量计V锥流量计皮托管流量计历史悠久，最早应用于煤矿的流量计，应用较为普遍，认可程度高，仍在大量使用。但是近年来在逐渐的减少，主要原因是易堵塞脏污质、压损较大。该流量计因为测量下限太高、对振动太过敏感且稳定性差，目前正处于被煤矿用户淘汰的趋势。该流量计近年来才进入煤矿市场，由于其压损太大且支持的管道只限于300mm以下，故用量较小。该流量计也是近年来才进入煤矿市场，其具有孔板流量计的测量精度，又具有旋进漩涡流量计的稳定性，而且还具有孔板流量计及其他流量计所没有的直管段要求短，自清洁、压损小的等特点，使得目前大量的煤矿用户所接受。其用量正保持逐年上升趋势。该流量计一直以来都是公认的非在线式现场流量测量检测工具，主要用于现场流量测量和流量比对。目前最主要的应用方式是人工测量方式，通过测量出差压，然后再通过计算公式算出管道内对应的流量。V锥流量计几乎涵盖了管道瓦斯流量计量所需求的全部特点，这是在用的传统流量计所不具备的!V锥流量计适用于对计量精度要求较高的场合；V锥流量计适用于永久性压损要求不超过1kpa的位置；V锥流量计适用于周围环境相对较为恶劣的地点；V锥流量计适用于对可靠性、稳定性要求较高的位置。V锥流量计是当前流量测量技术中最适合管道瓦斯流量计量的流量计!但是不适用于把流量计的安装、拆卸等方面较为在意的煤矿。关于流量计的压损问题的认识在实际工程中，流速会远远超过安全流速限制，所以流量计带来的压损也就越发的突出，这与设计有关。流量计量的发展趋势就是正规化、国际化，流量设计也需引入新的理念——即当流速变化范围大的时候应引入多个流量计并行运行的观念，这样既可以控制压损，又可以保证测量精度。这在美国的煤层气利用领域已很早开始使用！可参考《天然气工业》2008年第三期的一篇该方面的译著！压损与介质流速有关，流速越大，压损就越大。流量测量是基于能量的相互转化；能量转化越明显，流量测量就越准确、越稳定。管道内的气体介质流速均应控制在安全流速以下，管道瓦斯的安全流速为15m/s。在安全流速下，V锥流量计的压损可以控制在1kPa以内。威力巴流量计——插入式流量计是基于皮托管原理设计生产的一种新型插入式流量测量装置。当流体流过流量计时,在其前部(迎流方向)产生一个高压分布区,在其后部产生一个低压分布区。流量计在高、低压区有按一定规则排列的多对取压孔,分别测量流体的全压力(包括静压力和平均速度压力)和静压力。优点：1）测量稳定性相对较高（相比类似的插入式流量计）；2）具有显著的防堵效果，长期运行稳定性好（相比类似的插入式流量计）；3）永久性压损小；4）安装、移动方便，维护简单；5）线式测量相比点式测量精度要高，测量直管段要短。缺点：1）测量精度相比管段式流量计的精度要低；2）测量稳定性相比管段式流量计稍差，需要拔出定期清理；3）直管段要求相比管段式流量计较长。威力巴流量计威力巴流量计适用范围其他插入式流量计多为点式测量流量计，威力巴流量计属于线式测量流量计，管段式流量计属于面式测量流量计。威力巴流量计适用于对计量精度要求相对不高的场合；威力巴流量计适用于永久性压损要求相对较高的的场合；威力巴流量计适用于管道经常挪动，需要经常拆卸的场合；测量准确度：面式测量＞线式测量＞点式测量测量稳定性：面式测量＞线式测量＞点式测量直管段要求：面式测量＞线式测量＞点式测量配套设备——保障系统可靠运行便携式流量检测设备用于对各流量测量点的流量校对以及未安装流量计量装备的管道流量测量。测量准确、可信、安装简单、使用方便的流量检测的便携式设备是维护瓦斯抽放系统的必不可少的设备。高可靠性自动放水器管道内无积水是保障整个瓦斯抽采输送的效果的一个重要因素，同时也是保证流量计测量准确、稳定的重要设备，是关键性的设备，但目前煤矿大部分都是用人工放水的方式，因为当前的自动放水器寿命太短、可靠性太差，实际使用效果很差。一套高可靠性、高稳定性的自动放水器可以节省大量的人力、时间和财力，提高工作效率。重庆院V锥流量计技术指标（1）同时测量、显示、输出工况流量、标况流量、瓦斯纯流量、介质温度、介质压力等参数；（2）公称直径：15mm-1000mm；（3）公称压力：0-1MPa；（4）介质温度：0-100℃；（5）信号输出方式：485或者三路200-1000HZ频率信号；（6）工作电压：（12-24.5）VDC；（7）工作电流：≤60mA；（8）测量精度：1.5级（CDM项目贸易等级）。型号：GLY型矿用矿用气体流量传感器采用美国进口元件，稳定性更高！重庆院威力巴流量计技术指标（1）同时测量、显示、输出工况流量、标况流量、瓦斯纯流量、流速、介质温度、介质压力等参数；（2）公称直径：50mm-3000mm；（3）公称压力：0-1MPa；（4）介质温度：0-100℃；（5）信号输出方式：485或者三路200-1000HZ频率信号；（6）工作电压：（12-24.5）VDC；（7）工作电流：≤60mA；（8）测量精度：2.0级。型号：GD3型矿用插入式瓦斯抽放用管道多参数传感器重庆院便携式流量测量仪介绍可同时测量、显示管道气体流速、工况流量、标况流量、环境大气压、管道绝对压力、相对压力、温度、甲烷浓度等参数。采用皮托管进行管道气体流量测量，采用红外线进行管道瓦斯气体浓度测量。瓦斯抽放综合参数测定仪主要特点：现场适应性好，可以直接在管道上开孔进行测量，因为孔径较小，只有10mm；显示直观，操作简单，一人即可完成测量；泵吸式浓度取气方式，正负压通用，无须人为干预。1）能自定义管道名称、管径，自动记录测量时间；2）具有测量数据保存、查询及上传功能；3）具有电池电量显示、自动关机功能；4）具有电机故障自诊断功能。测定仪主要功能参数测量范围误差气体流速0.3～30.0m/s±0.3m/s(0.3~15m/s时)±2%(15~30m/s时)压力20～200kPa±1.5%(F.S)甲烷浓度0～100%±7%温度-10～50℃±0.5℃测定仪主要技术指标1）供电电压：127VAC；2）寿命长，不受现场环境及介质的影响；3）正负压通用，方便实用；4）智能控制放水，可靠性高；5）放水方式人为可控；6）具有放水器状态信号（工作状态、故障状态）远传功能，实现对放水器的实时监测，保障管道畅通；7）具有远控功能，可以实现远程对放水器的控制。型号：KZD127矿用隔爆型自动放水器重庆院自动放水器技术指标