煤礦瓦斯利用輸送技術探析

摘 要：煤礦瓦斯作為一種新型能源，在現實中的應用價值越來越高，如燃燒發電等，能大幅度減少煤炭燃燒等造成的能源損耗與環境污染，因此瓦斯的安全輸送逐漸成為當前的重要課題之一。本文將圍繞煤礦瓦斯利用輸送的技術進行相關討論。

關鍵詞：煤礦瓦斯;輸送技術;安全

0 引言

近些年來，隨著節能減排政策的出臺，低濃度瓦斯逐漸成為乏風氧化、燃燒發電的重要物質基礎，然而由于低濃度瓦斯在運輸過程中的安全問題突出，例如2015年11月山西省就曾發生一起瓦斯爆炸事故，據悉事故的直接原因為現場工作人員在進行氧氣、乙炔切割作業時，點火瞬間的高溫引發瓦斯爆炸，該起事故最終導致16人傷亡，該礦業企業損失達到930萬元左右，由此可見采用最為安全高效的煤礦瓦斯利用輸送技術至關重要。

1 管道瓦斯利用輸送的安全保障裝備

對于煤礦瓦斯的利用與輸送設備而言，其必須具備以下三種功能：其一，具備脫硫、脫水和壓力平衡等功能，讓瓦斯在利用與運輸的過程中盡可能保持穩定的性能。其二，具備避雷、防靜電的功能，這主要是對瓦斯輸送管道的要求。其三，具備檢測與控制的功能，能將瓦斯爆炸的可能性降低最低。通常情況下，為了保障煤礦瓦斯利用輸送的效率和質量，礦業企業會結合瓦斯的組成與特點設計輸送系統，在管道內安裝除雜裝置、脫水裝置以及脫硫裝置等，一方面提高瓦斯的純度，另一方面降低瓦斯溫度，達到阻隔明火的目的。管道的選擇需要以當地的氣候條件為主，比如氣候寒冷的東北地區，需要使用防凍抗凍的管道材料，并利用巖棉外殼增強保暖作用。另外隨著互聯網的發展，管道監控以信息技術為支撐，讓煤礦瓦斯實現安全放散。

2 管道瓦斯利用輸送的相關工藝

2.1 輸送工藝

在標準狀態下，甲烷的爆炸極限為5.3%～14%，當環境條件尤其氣體的壓力、溫度發生改變時，其爆炸極限也會出現變動。需要注意的是不同地區需要根據當地的環境條件選擇輸送工藝。以高海拔、低溫地區為例，如果對應電站的瓦斯濃度非常接近爆炸極限，此時抽放站出口的壓力較大，需要設置專門的自動阻爆與抑爆裝置，比如在瓦斯抽放站出口專門安裝多級防爆裝置，其中第一級的作用是阻止火勢蔓延，釋放爆炸壓力，第二級則利用干粉抑爆，第三級的作用是自動阻爆。同時為了盡快預測爆炸事件的發生，需要在輸送管道安裝火焰傳感器，實時監測火焰。

2.2 除雜質工藝

煤礦瓦斯氣體中會含有多種雜質如H2S顆粒等，為了保障瓦斯的高效利用，需要在管道內安裝除雜裝置，包含除塵器、脫水器以及脫硫裝置，裝置的固定位置為輸送管道的兩端，管道中間不需再添加任何裝備，主要原因是這些裝置想要發揮最大作用，必須對其進行實時監控并做好保溫措施，并且這部分不允許爆炸發生。

2.3 壓力平衡工藝

管道內瓦斯的壓力過大也會引發爆炸事故，對此需要在適宜的位置安裝安全放散裝置，裝置的安裝位置為進發電機組處，當內部瓦斯壓力過大的時候，放散裝置就可以實現自動放散，保障瓦斯氣體壓力與進發電機組處的壓力平衡。如果瓦斯氣體不使用或者發電機組出現停機現象，此時也需要打開排空裝置。

2.4 系統控制工藝

當前的技術環境之下，管道瓦斯利用輸送可以采用可編程控制器實現，其不僅具備內部數據的采集與自動檢測、預警等功能，還可以大大解放人力、物力，讓無人職守成為可能。

3 管道瓦斯利用輸送的相關技術

3.1 多級阻火技術

多級阻火技術的應用可以將火勢及時控制住，防止火焰蔓延到后面的管道，最大程度保障礦井的安全工作。常見的多級阻火裝置可以分為三種，即水封式阻火泄爆裝置、自動阻爆裝置以及自動噴粉阻爆裝置。其中，水封式阻火泄爆裝置將雷達水位監測與計算機自動控制功能合為一體，如果裝置的水位低于水位線，雷達水位監測就可以促使系統自動補水，當裝置水位超出水位線之時，則可以進行防水操作。自動阻爆裝置是讓火焰以某一速度通過狹縫，此時火焰面就會靠近狹縫周邊溫度較低的外壁，進而形成熄火環境，最終熄滅火焰。自動噴粉抑爆裝置的原理是當系統自動監測到燃燒或爆炸信號，裝置就會自動噴出干粉，將火焰迅速撲滅。

3.2 安全放散技術

安全放散技術的應用主要有兩個目的，其一是保障發電機組的正常運轉。如果管道內的壓力在低范圍內波動時，則會起用一級放散裝置，讓壓力繼續保持在安全范圍。其二是保障瓦斯的抽放站安全運行，如果抽放站不需要工作或者氣體過多時，二級放散裝置就會自動進入排空模式，將內部氣體排空。放散裝置的構成較為簡單，主要為閘閥與壓力傳感器，當傳感器出現對應信號時，利用手動或電動閘閥就可以實現操作。

3.3 脫水技術

燃氣的管道內通常會聚集大量液態水，這些水分會直接影響瓦斯氣體的熱能釋放。因此必須要在瓦斯內燃機內安裝脫水裝置。比如可以采用旋風脫水或重力脫水，或者將這二者綜合起來。脫水器的使用原理是利用裝置內部零件的高速旋轉，進而將瓦斯氣體與液體分離開來，同時為了防止高速旋轉導致的氣體升溫，可以在脫水裝置之上增設防爆門。

3.4 脫硫技術

煤炭瓦斯內H2S的含量通常在1000ppm左右，需要將其降低至200ppm才能滿足人們對燃氣的要求，可以采用濕式脫硫技術達到目的。濕式脫硫裝置由四部分構成，分別是脫硫塔、氣液分離器以及沉淀物回收系統、堿液補充器。使用濕式脫硫技術的步驟與對應的四個構件相關：第一，氣體步驟。首先瓦斯氣體進入脫硫塔，氣體在塔頂與脫硫貧液相互接觸，原料中的硫化物會逐漸和堿液發生化學反應，最終將H2S的含量降低到100ppm之下，剩余的瓦斯氣體則會被輸送至主管道內。第二，液體步驟。貧液與H2S發生反應成為富液與氣體進入氣液分離器，當調節此處的壓力時，富液就會進入沉淀池而流入貧液槽。第三，沉淀物回收。附在沉淀池底部的物質會被移入壓濾機過濾，其中的硫化物會被回收進入再處理階段，液體會被滯留在沉淀池內。第四，堿液補充。堿液需要定期加入貧液池內，將池內的酸堿性維持在既定范圍。

3.5 監控技術

煤礦瓦斯的利用輸送需要安全完成，需要在輸送管道內安裝各種監控裝置，同于監測管道內氣體的壓力、濃度與溫度等，當出現對應信號時，工作人員就可以很快判斷管道的安全程度，進而采用多種措施降低瓦斯燃燒與爆炸的可能性。監測涉及的環節較多，如輸送管道、抽放過程和日常監測都需要借助對應設備完成。輸送管道的監控技術主要為上文介紹的三種多級阻火裝置，日常監測主要涉及監控計算機軟件、地面數據傳輸等。

4 結語

對煤礦瓦斯利用輸送技術進行探討，有助于了解當前相關技術的應用情況，便于及時發現問題，為煤礦瓦斯的進一步開發利用奠定基礎，同時有助于改善大氣環境、削弱溫室效應帶來的消極影響。由于不同地區地理環境不同，在設施瓦斯利用與輸送系統之時，需要進行詳盡考慮，選擇最佳利用輸送技術方案。

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作者簡介：

杜趙文（1972- ），男，山西晉城人，助理工程師，專科，主要研究方向：天然氣的利用。