陽煤集團開元公司瓦斯抽采泵的節能降耗的優化研究

黃曉鵬

（陽煤集團開元公司通風部抽采隊， 山西 壽陽 045400）

引言

瓦斯抽采泵是高瓦斯礦井的必備設備之一，主要用于將井下綜采作業過程中產生的瓦斯排出地面，確保煤礦井下綜采作業安全。由于瓦斯泵通常采用連續運行的方案，因此，在運行過程中的能源消耗

極大。陽煤集團開元公司米南地面泵站現安裝有6臺水環真空泵，裝機能力為5 620 m3/min，米南地面泵站1 號、2 號機，負擔礦井回采工作面鄰近層低負壓抽采系統，3 號、4 號機，負擔礦井3 號煤本煤層高負壓抽采系統；5 號、6 號機，負擔礦井9 號煤本煤層高負壓抽采系統。由于采用了非定頻運行調節方式，導致在對抽采負壓進行調整時只能采用調整旁通閥開口大小的方式進行，在啟動過程中，為了降低啟動時的負載又需要調整泵站上的空氣閥進氣口大小，在啟動和抽采過程中需要人工頻繁的進行調整，工藝流程復雜，調整困難度高，導致在日常工作中瓦斯抽采泵耗能高、故障率高，給陽煤集團開元公司的正常生產帶來了嚴重的影響。

1 瓦斯抽采泵優化前情況

陽煤集團開元公司的瓦斯抽采泵系統在抽采作業時，使泵的進氣口處形成負壓，通過壓差的形式，使煤礦井下的瓦斯排出，然后經過傳輸管路將其送到地面的儲罐內，再經一系列的壓縮后，通過瓦斯泵的正壓端傳輸到瓦斯發電機組處，用于發電，其工藝流程如圖1 所示。

該地面泵站抽采系統內采用了2BEY-101 型瓦斯抽采泵，額定流量1 210 m3/min，功率為1 600 kW，采用了水電阻啟動方式，在啟動過程中的啟動沖擊大，為了降低啟動時的沖擊，每次啟動前都需要人工打開側邊的排水閥門，降低啟動時的沖水量，確保啟動時電機的電流不超過55 A。雖然以上操作能夠降低啟動時的沖擊[2]，但是導致瓦斯抽采泵在運行時的工作效率低下，而且導致負載電機運行時只能將泵的正壓力維持在較低的水平，造成瓦斯抽采量低下，無法維持瓦斯發電滿負荷運行需求，極大地影響了煤礦生產企業的經濟效益。

圖1 陽煤集團開元公司瓦斯抽采泵抽采工藝

2 變頻控制電氣系統的改造

通過對陽煤集團開元公司所采用的2BEY-101型瓦斯抽采泵的分析，該泵的負載具有變轉矩特性[3]，其輸出功率和轉速的1.2 次方成正相關，當對泵的轉速進行調整時，其驅動電機的輸出負荷也會呈現快速下降的趨勢，因此，當泵在正常運行工況下可將旁通閥關閉，以提升工作負壓，既避免了電機的高負載工作又提升了泵的抽采效率，理論上可行，其核心時如何對驅動電機的轉速進行調整，實現在不同階段的變速運行，根據陽煤集團開元公司供電系統的實際情況，提出了采用變頻驅動的方式，電氣控制系統的改造方案如下頁圖2 所示。

在原有電氣控制系統中，開關組QS0～QS2 已經存在，需要新增2 組變頻控制設備INV1～INV2，分別用于對2 個瓦斯抽采泵M1～M2 的控制，同時設置了2 組計量柜PT1～PT2 用于對變頻器工作過程中的輸參數進行記錄和調整。

圖2 陽煤集團開元公司瓦斯抽采泵電氣結構示意圖

3 變頻控制系統改造及其效果

瓦斯抽采泵變頻控制是該系統能正常運行的核心，由于礦井下管道的端口處的負壓值關系到井下的瓦斯能否安全抽采，井口處的負壓過低會導致瓦斯抽采泵的抽采效率低下，無法形成穩定的而連續的抽采，當井口處的負壓過大時會導致出現抽采泵的喘振等。煤礦井下的瓦斯抽采管路具有大量的分支，且分布極為分散，實際上無法對各個支路管口進行抽采負壓的全面監測控制，因此，采用在地面上的瓦斯匯合管道入口處進行瓦斯抽采時的負壓監控。為了滿足對大量數據的監測處理要求，采用了PID控制系統[4]，能夠實現將負壓控制在±0.5%的范圍內，具有控制精度高、穩定性好的優點，該PID 控制系統結構如圖3 所示。

該變頻控制系統投入使用后，對陽煤集團開元公司瓦斯抽采系統的使用情況進行對比（見表1）。由對比結果可知，優化后瓦斯抽采泵工作時的電流比優化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，將瓦斯發電功率提高了26.7%，實現了降耗、提效的雙重效益。

圖3 陽煤集團開元公司瓦斯抽采泵變頻控制系統

表1 優化前后瓦斯抽采系統性能對比

4 結論

1）優化前采用水電阻啟動，導致瓦斯抽采泵在運行時的工作效率低下，而且導致負載電機運行時只能將泵的正壓力維持在較低的水平，造成瓦斯抽采量低下，無法維持瓦斯發電滿負荷運行需求。

2）優化后采用變頻控制系統對瓦斯抽采泵的抽采過程進行控制，其工作電流比優化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，將瓦斯發電功率提高了26.7%，實現了降耗、提效的雙重效益。