高壓微霧中的泵箱改造技術

許秋華 李桂營

（1 福建省永安煤業(yè)有限責任公司蘇橋煤礦 福建三明 366102 2 福建省能源集團有限責任公司 福建福州 350001）

0 引言

礦井生產過程中會產生許多無形的有害物，比如礦井粉塵、礦井地熱、有毒有害氣體，而這些有毒有害氣體時刻威脅著作業(yè)人員的生命健康。現(xiàn)如今，在公園、公交站臺、電廠、養(yǎng)殖廠等場所，可以經(jīng)常看到高壓微霧的使用。該噴霧無淋濕感，不但可以去除呼吸性粉塵，還可以降低周邊的溫度。但礦井對于高壓微霧系統(tǒng)的推廣還不夠普遍，特別是適用于井下的高壓微霧主機生產廠家還比較少，而對高壓微霧主機的改造及應用可解決井下高壓微霧應用的一大難題。本文主要介紹礦井高壓微霧系統(tǒng)主機的改造要求、改造原理、注意事項及應用實例。

1 高壓微霧主機的要求

（1）設備入井必須符合防爆等級要求。《煤礦安全規(guī)程》第四百三十三條、第四百八十二條規(guī)定，總回風巷、主要回風巷、采區(qū)回風巷、采掘工作面和工作面進、回風巷使用的電氣設備必須使用礦用防爆型設備；井下防爆電氣設備的運行、維護和修理，必須符合防爆性能的各項技術要求。防爆性能遭受破壞的電氣設備，必須立即處理或者更換，嚴禁繼續(xù)使用［1］。因此，井下選用的高壓微霧主機必須選用礦用防爆型設備。

（2）多段式霧化噴頭的出水壓力要求。多段式霧化噴頭主要由出水口、銅主體、牙口、過濾網(wǎng)、彈簧、堵板組成，霧化的前水需經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，高壓水從堵板經(jīng)彈簧的反壓產生霧化效果。當水壓小于彈簧的正常壓力時，堵板堵住，出現(xiàn)漏水或不出水的情況。根據(jù)多段式霧化噴頭的要求，噴頭的出水壓力大于4.0 MPa。

（3）多段式霧化噴頭的流量及數(shù)量要求。根據(jù)多段式霧化噴頭流量要求：1#、2#、3#、5# 噴頭的流量分別為0.05 L/min、0.09 L/min、0.15 L/min、0.40 L/min。根據(jù)井下作業(yè)場所的需求，需要在進風巷、回風巷、工作面等地點安裝高壓微霧噴頭。一個采區(qū)需要的噴頭大約1# 噴頭100 個，2# 噴頭80 個，3# 噴頭50 個，5# 噴頭30 個。總計流量大約為31.7 L/min。

（4）多段式霧化噴頭對水質的要求。因多段式霧化噴頭孔徑較小，最小的1# 噴頭孔徑為0.15 mm，若水質所含雜質較多，會使噴頭堵塞，導致噴霧無法正常使用。

故高壓微霧系統(tǒng)主機部分的要求：必須為礦用防爆型設備，需要能滿足壓力大于4.0 MPa、總流量大于31.7 L/min 的水源，同時配置有過濾裝置。

2 高壓微霧主機的改造

根據(jù)高壓微霧系統(tǒng)主機的要求，可將BRW40/20 型高壓柱塞泵進行改造。該柱塞泵流量為40 L/min，額定壓力為20 MPa，電機功率為15 kW。同時還應在泵箱上安裝過濾及減壓裝置、自動進水及水位控制裝置、水壓卸載保護裝置、水溫循環(huán)低溫裝置、泵體高溫保護裝置、定時運行控制裝置等（見圖1）。

圖1 高壓微霧系統(tǒng)運行示意圖

（1）過濾及減壓裝置。選用66.67 cm 大胖濾瓶，該濾瓶為PP 材質，額定壓力為0.4 MP。濾芯選用66.67 cm PP 棉芯濾芯，額定壓力為0.1 MPa～0.4 MPa，該濾芯過濾精度為1 μm，可將1 μm 以上的雜質過濾掉。因井下水基本大于0.4 MPa，故在過濾裝置前還應加安裝減壓閥，可采用DN25 型減壓閥，把進入水箱的壓力控制在0.3 MPa～0.4 MPa 之間。

（2）自動進水及水位控制裝置。在進水管處安裝DN25 浮球閥，該浮球閥是球體無支撐軸，球體被兩閥座夾持其中呈“浮動”狀態(tài)，它在管道上主要用于切斷、分配和改變介質流動方向。具有閥座密封設計、可靠的倒密封閥封桿、防火靜電功能、自動泄壓和鎖定裝置等結構特點。當水位低于相應水位時，浮球下沉，閘閥打開，水箱開始進水；當水滿時，浮球上升閘閥關閉。

（3）水壓卸載保護裝置。在水箱處安裝卸荷溢流閥，使用WXF5 型。卸荷溢流閥由溢流閥和單向閥組成。當系統(tǒng)壓力達到溢流閥的開啟壓力時，溢流閥開啟，泵向系統(tǒng)自動卸荷；當系統(tǒng)壓力降至溢流閥的關閉壓力時，溢流閥關閉，泵向系統(tǒng)自動加載。使泵卸荷時的壓力稱為卸荷壓力，使泵處于加載狀態(tài)的壓力稱為加載壓力。通過調節(jié)閥調節(jié)水壓（調節(jié)至5.0 MPa），當水壓高于5.0 MPa 時卸載閥動作，起到卸壓保護管路的作用。

（4）水溫循環(huán)低溫裝置。水箱的水經(jīng)過高壓柱塞泵加壓后由溢流閥控制管路的水量，多余的水回流至水箱內。加壓后的水溫度會上升，當回流水過多時水箱的水溫上升會達到40 ℃左右。在水箱內安裝GWD70 型礦用溫度傳感器和溫度變送器，當水箱內水溫高于40 ℃時溫度變送器常開點動作，使安裝在水箱底部的DN32 礦用電磁閥打開，將水引至水溝，同時進水閥打開，將水箱的水換成新進的冷水。

（5）泵體高溫保護裝置。在柱塞泵運轉處外殼、電機軸承端安裝GWD70 型礦用溫度傳感器，接到溫度變送器上，溫度變送器輸出接入到起動器停止線2#、9# 線上。設置溫度60 ℃，當溫度高于60 ℃時，溫度變送器常閉點動作，起動器停止。

（6）定時運行控制裝置。在控制高壓柱塞泵的起動器上安裝定時器及接觸器，用定時器控制高壓柱塞泵的啟停，在交接班時主機停機。

（7）變徑頭改造應用技術。柱塞泵出水管及主管路用?50高壓膠管，轉接頭用KJ16 母頭轉外螺紋ZG3/4，再用內15 mm直徑管轉內出水接頭的轉接頭連接9.52 mm 高壓尼龍管，將高壓水通過8 mm 直徑的高壓管延伸至幾千米以外的各降溫除塵點。

3 電氣控制原理

改造電氣控制原理：工作時間定時器KT 動作，主線圈KA1 得電，柱塞泵工作。當柱塞泵運轉處外殼或電機軸承端溫度超過60 ℃，溫度變送器FR 動作，KA1 失電，電機停止運轉（見圖2）。

圖2 高壓微霧泵箱改造部分電控原理圖

當水箱水溫超過40 ℃時，溫度變送器FR2 動作，水箱底部電磁閥線圈KA2 得電，電磁閥打開，并將水箱內高溫水替換。當水溫降至20 ℃時，溫度變送器恢復正常，F(xiàn)R2 失電，線圈KA2 失電，電磁閥關閉。

4 注意事項

（1）高壓柱塞泵的出水量與噴頭的總用水量的關系。噴頭的總用水量應小于高壓柱塞泵的出水量及水箱進水量。否則會使出水壓力達不到要求或電機過載，燒毀電機。

（2）溢流閥壓力應設置恰當。在首次安裝時應調試好溢流閥壓力，將壓力設置在4.0 MPa～5.5 MPa 之間，設置太低霧化效果不好，達不到去除呼吸性粉塵的效果，設置太高則高壓尼龍管容易發(fā)生爆管。

（3）起始壓力應正確設置。起始壓力應從低往高設置，不會使電機過載起動。

（4）泵箱進水水壓應合理設置。泵箱進水水壓調節(jié)閥必須設置在0.3 MPa～0.4 MPa 之間，設置太高容易使濾瓶損壞，設置太低使濾瓶過濾水量供應不足。

（5）濾芯更換要求。濾芯需根據(jù)用水的水質情況定期更換，確保進入泵體的水質符合要求，否則將造成大面積噴頭堵塞。

（6）日常巡查工作要求。每班必須有專人對全線進行巡查，發(fā)生泵體漏油、管路漏水等情況應及時處理。

5 應用實例

2019 年9 月，蘇橋煤礦在201 采區(qū)-120 m 區(qū)段安裝1 臺高壓微霧主機裝置，將出水壓力調至5.0 MPa，用定時器將高壓柱塞泵的運行時間調至班中運行，班末交接班時停機，日運行18 h。

高壓柱塞泵末端用KJ16 母頭轉外螺紋ZG3/4，再用內15 mm直徑管轉內出水接頭的轉接頭連接9.52 mm 高壓尼龍管，高壓尼龍管總長1 200 m。

選用四段式2# 噴頭安裝于201 采區(qū)-120 m 采一隊工作面，該巷道長600 m，共裝3 道全斷面橫拉噴頭組，每個橫拉噴頭組的噴頭間距20 cm，共21 個2# 噴霧頭。選用3#噴頭安裝于采面小眼，眼長40 m，安裝2 道橫拉噴頭組共12 個3#噴頭。選用5#噴頭安裝于采面裝車口，共安裝1 道5 個5#噴頭。

選用四段式2# 噴頭安裝于201 采區(qū)-160 m 掘二隊工作面，該巷道長850 m，共裝5 道全斷面橫拉噴頭組，每個橫拉噴頭組的噴頭間距20 cm，共35 個2 號噴霧頭。

運行后該工作面噴霧霧化效果好，沒有淋濕感，使用時不淋濕衣服和溜槽。根據(jù)現(xiàn)場采掘工作面的實測，應用高壓微霧技術后，采一隊工作面降溫4 ℃，掘一隊工作面降溫3 ℃。

6 結語

高壓微霧主要通過將水加壓，使水的壓力達到噴頭動作的所需壓力來實現(xiàn)更好的霧化效果。而高壓柱塞泵的電機功率和流量選擇應適合井下所有的噴頭需求，加上現(xiàn)有的設備，通過改造后使用的節(jié)點和串聯(lián)的控制線較多。若使用PLC 集中控制，將再進一步優(yōu)化高壓微霧的技術改造方案。