淺談煤礦水環真空瓦斯泵使用軟水器控制結垢的效果分析

王鑫

摘要：通過分析水環式真空瓦斯泵結垢的原因及危害，対試運行的軟水器的運行效果進行研究、試驗和比較，提出了使用軟水器降低水環式真空瓦斯泵工作液的水質硬度，可以有效控制水環式真空瓦斯泵結垢，解決了困擾煤礦行業多年的難題。

關鍵詞：水環式真空瓦斯泵;溶積度;結垢控制

1水環式真空瓦斯泵運行原理

水環式真空瓦斯泵使用水作為工作液，當葉輪旋轉時，由于離心力的作用，水被葉輪拋向四周，形成一個封閉的水環，水環與葉輪輪轂之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數目相等的若干個小腔，在瓦斯泵吸氣和排氣過程中，通過改變這些小腔的容積而產生壓力，將瓦斯被吸入泵體后排出。

2現煤礦水環式真空瓦斯泵結垢處理的現狀及存在的問題

為了確保煤礦井下瓦斯正常抽采，水環式真空瓦斯泵必須處于長期運行狀態。由于我國北方水的硬度普遍高，水環式真空瓦斯泵運行一定時間后，泵體就會結垢，影響設備的正常使用。大部分煤礦一般使用具有腐蝕性的清洗液清洗泵體，達到去除結垢物，提高設備運行效率的目的。但在清洗過程中，清洗液不但嚴重腐蝕設備，縮短設備使用壽命，而且清洗后的廢液無處排放，嚴重污染環境。

2水環式真空瓦斯泵結垢的原因及危害

2.1水環式真空瓦斯泵結垢的原因

2.1.1水質硬度因素。華晉焦煤沙曲一號煤礦瓦斯抽放站的原水來自柳林縣康家溝的深井水，經柳林縣及山西省環保局對水質化驗后，確定水中含有較多致垢離子，主要是鈣、鎂離子和碳酸根、硫酸根離子。

2.1.2泵體內循環水運行環境因素。泵體內工作液不斷被壓縮升溫，蒸發和濃縮逐漸加劇，致使水中致垢離子濃度超過溶積度而結垢。瓦斯氣體中含有大量的煤、巖顆粒物，是結垢物生長的良好附著體，能加快結垢過程。水垢的主要成分碳酸鈣，屬于反溶積度鹽，溶液溫度越高，溶積度越小，越容易析出結垢。

2.2水環式真空瓦斯泵結垢的危害

（1）使泵體厚度增加，不易散熱，增加負荷;（2）葉輪表面結垢，使水環腔工作容積變小，泵體真空度下降;（3）垢片脫落后隨著水環高速旋轉，使泵體兩端大盤處嚴重磨損，導致泵體出現裂縫和穿孔。損壞分配板，減小工作腔的密封性，降低瓦斯泵運行效率。

（4）硬垢大面積脫落，將葉輪卡死，損壞電機。

3使用軟水器對水環式真空瓦斯泵結垢控制的應用

3.1軟水器對水環式真空瓦斯泵結垢控制技術原理

原水進入軟水器后，通過樹脂罐中的離子交換作用，去除原水中的硬度離子（主要是Ca²⁺、Mg²⁺離子），使降硬后的水不再結垢，軟化水裝置連續向循環水池補充軟水量，與在用的循環水經沉淀后混合，使循環水池的水保持既不腐蝕又無嚴重結垢的狀態，從而實現對水環式真空瓦斯泵結垢的有效控制。

3.2工藝流程

沙曲一號煤礦瓦斯抽放站原水來自柳林縣康家溝深井水，原水進入瓦斯抽放站后，首先進入蓄水池。由于軟化水裝置要求進水壓力為0.15-0.5MPa，蓄水池的水通過潛水泵加壓后，進入軟水系統進行軟化處理。由于軟水系統出水壓力及出水量較小，不能直接為瓦斯泵供水，軟化后的水必須先進入循環水池。瓦斯泵汽水分離器出來的水進入循環水池的回水池，經沉淀降溫后進入循環水池，與循環水池的軟化水通過離心式水泵加壓后，進入水環真空泵內。

3.3軟水器

3.3.1設備介紹

RH-F系列全自動軟水器是引進美國康科Kinetico進口的水力控制閥，具有自動控制設備供水、再生、反沖洗等過程，可連續穩定的供水，廣泛應用于各種工業與民用軟化水設備。不用電源，管理簡單。華晉焦煤沙曲一號煤礦瓦斯抽放站投入2套軟水器，每套軟水器為雙罐系統一用一備，只需定期加再生鹽，就可連續供應優質水。維護簡單，故障率極低。

3.3.2工作原理

全自動軟水器是利用離子交換的置換反應原理，當含有硬度離子的原水通過軟水器樹脂層時，水中的Ca²⁺、Mg²⁺離子被樹脂上吸附的Na⁺離子交換，Ca²⁺、Mg²⁺離子吸附到樹脂上，同時等物質釋放出Na⁺離子，從軟水器內流出的水就是去掉了離子的軟化水。

4結束語

綜上所述，使用軟水器對水環式真空瓦斯泵結垢控制，具有投入成本低、操作簡單、安全可靠、能夠延長抽采設備運行年限的優勢。針對煤礦瓦斯涌出量大、需大型抽采設備的礦井，采用軟水器控制結垢方法，可以大大推動瓦斯治理的高效發展。

（作者單位：華晉焦煤有限責任公司沙曲一號煤礦瓦斯抽放站）