煤矿瓦斯利用输送技术探析

摘 要：煤矿瓦斯作为一种新型能源，在现实中的应用价值越来越高，如燃烧发电等，能大幅度减少煤炭燃烧等造成的能源损耗与环境污染，因此瓦斯的安全输送逐渐成为当前的重要课题之一。本文将围绕煤矿瓦斯利用输送的技术进行相关讨论。

关键词：煤矿瓦斯;输送技术;安全

0 引言

近些年来，随着节能减排政策的出台，低浓度瓦斯逐渐成为乏风氧化、燃烧发电的重要物质基础，然而由于低浓度瓦斯在运输过程中的安全问题突出，例如2015年11月山西省就曾发生一起瓦斯爆炸事故，据悉事故的直接原因为现场工作人员在进行氧气、乙炔切割作业时，点火瞬间的高温引发瓦斯爆炸，该起事故最终导致16人伤亡，该矿业企业损失达到930万元左右，由此可见采用最为安全高效的煤矿瓦斯利用输送技术至关重要。

1 管道瓦斯利用输送的安全保障装备

对于煤矿瓦斯的利用与输送设备而言，其必须具备以下三种功能：其一，具备脱硫、脱水和压力平衡等功能，让瓦斯在利用与运输的过程中尽可能保持稳定的性能。其二，具备避雷、防静电的功能，这主要是对瓦斯输送管道的要求。其三，具备检测与控制的功能，能将瓦斯爆炸的可能性降低最低。通常情况下，为了保障煤矿瓦斯利用输送的效率和质量，矿业企业会结合瓦斯的组成与特点设计输送系统，在管道内安装除杂装置、脱水装置以及脱硫装置等，一方面提高瓦斯的纯度，另一方面降低瓦斯温度，达到阻隔明火的目的。管道的选择需要以当地的气候条件为主，比如气候寒冷的东北地区，需要使用防冻抗冻的管道材料，并利用岩棉外壳增强保暖作用。另外随着互联网的发展，管道监控以信息技术为支撑，让煤矿瓦斯实现安全放散。

2 管道瓦斯利用输送的相关工艺

2.1 输送工艺

在标准状态下，甲烷的爆炸极限为5.3%～14%，当环境条件尤其气体的压力、温度发生改变时，其爆炸极限也会出现变动。需要注意的是不同地区需要根据当地的环境条件选择输送工艺。以高海拔、低温地区为例，如果对应电站的瓦斯浓度非常接近爆炸极限，此时抽放站出口的压力较大，需要设置专门的自动阻爆与抑爆装置，比如在瓦斯抽放站出口专门安装多级防爆装置，其中第一级的作用是阻止火势蔓延，释放爆炸压力，第二级则利用干粉抑爆，第三级的作用是自动阻爆。同时为了尽快预测爆炸事件的发生，需要在输送管道安装火焰传感器，实时监测火焰。

2.2 除杂质工艺

煤矿瓦斯气体中会含有多种杂质如H2S颗粒等，为了保障瓦斯的高效利用，需要在管道内安装除杂装置，包含除尘器、脱水器以及脱硫装置，装置的固定位置为输送管道的两端，管道中间不需再添加任何装备，主要原因是这些装置想要发挥最大作用，必须对其进行实时监控并做好保温措施，并且这部分不允许爆炸发生。

2.3 压力平衡工艺

管道内瓦斯的压力过大也会引发爆炸事故，对此需要在适宜的位置安装安全放散装置，装置的安装位置为进发电机组处，当内部瓦斯压力过大的时候，放散装置就可以实现自动放散，保障瓦斯气体压力与进发电机组处的压力平衡。如果瓦斯气体不使用或者发电机组出现停机现象，此时也需要打开排空装置。

2.4 系统控制工艺

当前的技术环境之下，管道瓦斯利用输送可以采用可编程控制器实现，其不仅具备内部数据的采集与自动检测、预警等功能，还可以大大解放人力、物力，让无人职守成为可能。

3 管道瓦斯利用输送的相关技术

3.1 多级阻火技术

多级阻火技术的应用可以将火势及时控制住，防止火焰蔓延到后面的管道，最大程度保障矿井的安全工作。常见的多级阻火装置可以分为三种，即水封式阻火泄爆装置、自动阻爆装置以及自动喷粉阻爆装置。其中，水封式阻火泄爆装置将雷达水位监测与计算机自动控制功能合为一体，如果装置的水位低于水位线，雷达水位监测就可以促使系统自动补水，当装置水位超出水位线之时，则可以进行防水操作。自动阻爆装置是让火焰以某一速度通过狭缝，此时火焰面就会靠近狭缝周边温度较低的外壁，进而形成熄火环境，最终熄灭火焰。自动喷粉抑爆装置的原理是当系统自动监测到燃烧或爆炸信号，装置就会自动喷出干粉，将火焰迅速扑灭。

3.2 安全放散技术

安全放散技术的应用主要有两个目的，其一是保障发电机组的正常运转。如果管道内的压力在低范围内波动时，则会起用一级放散装置，让压力继续保持在安全范围。其二是保障瓦斯的抽放站安全运行，如果抽放站不需要工作或者气体过多时，二级放散装置就会自动进入排空模式，将内部气体排空。放散装置的构成较为简单，主要为闸阀与压力传感器，当传感器出现对应信号时，利用手动或电动闸阀就可以实现操作。

3.3 脱水技术

燃气的管道内通常会聚集大量液态水，这些水分会直接影响瓦斯气体的热能释放。因此必须要在瓦斯内燃机内安装脱水装置。比如可以采用旋风脱水或重力脱水，或者将这二者综合起来。脱水器的使用原理是利用装置内部零件的高速旋转，进而将瓦斯气体与液体分离开来，同时为了防止高速旋转导致的气体升温，可以在脱水装置之上增设防爆门。

3.4 脱硫技术

煤炭瓦斯内H2S的含量通常在1000ppm左右，需要将其降低至200ppm才能满足人们对燃气的要求，可以采用湿式脱硫技术达到目的。湿式脱硫装置由四部分构成，分别是脱硫塔、气液分离器以及沉淀物回收系统、碱液补充器。使用湿式脱硫技术的步骤与对应的四个构件相关：第一，气体步骤。首先瓦斯气体进入脱硫塔，气体在塔顶与脱硫贫液相互接触，原料中的硫化物会逐渐和碱液发生化学反应，最终将H2S的含量降低到100ppm之下，剩余的瓦斯气体则会被输送至主管道内。第二，液体步骤。贫液与H2S发生反应成为富液与气体进入气液分离器，当调节此处的压力时，富液就会进入沉淀池而流入贫液槽。第三，沉淀物回收。附在沉淀池底部的物质会被移入压滤机过滤，其中的硫化物会被回收进入再处理阶段，液体会被滞留在沉淀池内。第四，碱液补充。碱液需要定期加入贫液池内，将池内的酸碱性维持在既定范围。

3.5 监控技术

煤矿瓦斯的利用输送需要安全完成，需要在输送管道内安装各种监控装置，同于监测管道内气体的压力、浓度与温度等，当出现对应信号时，工作人员就可以很快判断管道的安全程度，进而采用多种措施降低瓦斯燃烧与爆炸的可能性。监测涉及的环节较多，如输送管道、抽放过程和日常监测都需要借助对应设备完成。输送管道的监控技术主要为上文介绍的三种多级阻火装置，日常监测主要涉及监控计算机软件、地面数据传输等。

4 结语

对煤矿瓦斯利用输送技术进行探讨，有助于了解当前相关技术的应用情况，便于及时发现问题，为煤矿瓦斯的进一步开发利用奠定基础，同时有助于改善大气环境、削弱温室效应带来的消极影响。由于不同地區地理环境不同，在设施瓦斯利用与输送系统之时，需要进行详尽考虑，选择最佳利用输送技术方案。

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作者简介：

杜赵文（1972- ），男，山西晋城人，助理工程师，专科，主要研究方向：天然气的利用。