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孔板流量计在煤矿瓦斯抽采计量中的应用及常见问题分析

2019-11-01    

 瓦斯抽采准确计量是瓦斯抽采达标评价的前提。由于抽采环境极端恶劣,高尘、高湿、高负压,多数瓦斯流量传感器使用中存在种种问题,常常需要进行现场比对,而孔板流量计是*传统的现场比对基准。通过煤矿瓦斯抽采检测计量仪器的技术应用及研究,在流量传感器应用过程中,发现孔板流量计因其结构简单、性能稳定、操作方便,在煤矿瓦斯抽采检测计量领域得以普遍应用,应用其他检测流量的传感器时还常常以孔板测量结果作为基准[1]。在煤矿瓦斯抽采计量领域,煤矿普遍选择标准孔板作为瓦斯抽采流量的计量手段,目前多依靠人工定期观测“U”型差压计的差压水柱高度、用光学瓦检仪检测瓦斯浓度、用“U”型差压计的差压水银柱高度测量负压、用气压表测量当地大气压、通过公式人工计算管道瓦斯标况流量。但多个用户因种种原因,并不能正确使用三畅孔板流量计测量瓦斯流量,致使测量结果误差特别大,无法与其他测量方式对比,根本不能作为检测结果计量瓦斯流量。常见问题有孔板选型、孔板制造、孔板安装位置选取和安装不符合要求、孔板计算等4类[4]。
1孔板在选型中的问题
      常见孔板流量计的量程比为1∶3~1∶4。在此之间的流量值测量准确性相对高。低于测量下限孔板自身误差和人工读取误差加大,高于测量上限,孔板自身误差加大,同时流体流过孔板的*压力损失随流体的速度平方急剧增大,导致抽采效率降低,能耗加大。人工孔板的理想水柱高差为10~100mm。孔板生产商常常通过调整孔板开孔比控制水柱高差范围。用户在选择孔板时,如果不清楚选型原则,将导致要么在孔板的测量下限,要么在孔板测量上限,严重影响计量准确度。因此选择孔板需要根据检测的流量大小设计合适的水柱差压范围。煤矿瓦斯抽采水柱差压一般靠人工观测,常以mm为分度值,即肉眼能分辨的刻度线为毫米。由于瓦斯抽采流量是随时波动的,加之玻璃管内水柱液面为凹面,所以水柱高差顶多能估读到小数点后1位。因此5mm以下的水柱高差应避免作为计量依据。
      事实上,多个煤矿用户因选型不当,或实际瓦斯抽采量比预期小得多时,孔板水柱高差在0~1mm,甚至在0.2mm以下,观测工直接把水柱高差计作1mm。导致误差特别大。在其他参数相同前提下,0.5mm水柱高被读作1mm水柱高的误差,经计算约大实际值41.4%,即:
2孔板制造误差造成的误差
      标准孔板制造尺寸及公差国家有相应的标准。煤矿一般选择的标准孔板由制造商提供。实际上部分制造商在加工孔板时认为孔板简单,煤矿用户也不具备检验和试验条件,常常尺寸和形位公差控制不严格,也不具备标定条件,尺寸超差严重,进口处倒角误差较大,也能通过验收,导致制造造成孔板误差。
3孔板安装位置选择造成的误差
      标准孔板安装有一定的要求:
      1)直管段要求,按计算书计算出安装孔板时要求的前后直管段长度,通常为前20D后10D(D是指孔板的通径)安装节流装置[9-10]。
      2)直流件装置在管道中,其前端面必需与管道轴线垂直,允许的*大不垂直度不得超越±1°。
      3)节流件装置在管道中后,其开孔必需与管道同心,其允许的*大不同心度ε不得超越:ε≤0.015D(1/β-1)。
      4)垫片不能用太厚的材料,*好不超过0.5mm,垫片不能突出管壁内,否则会引起很大的测量误差。
      5)调节流量用的阀门,应装在节流件前后*小直管段长度以外。
      现场孔板常常因位置狭小,造成前后水平直管段长度满足不了前20D后10D的要求,阀门的位置距离孔板也不满足要求。由于井下管道安装条件差,直流件、节流件及垫片使用误差会超过要求。导致孔板测量误差加大。
  实际工作中,由于人工孔板监测靠人工每隔一段时间读数1次,把每次计算出的数据作为这个时间段的平均流量,而实际瓦斯抽采过程中抽采参数随时存在波动,1个瞬时流量代表1个波动流量,毕竟存在较大误差;多个煤矿逐步使用在线流量传感器连续监测计量瓦斯抽采参数;考虑到在线流量传感器也也需要周期校准,一般仍保留人工孔板流量计做周期比对用。
 煤矿瓦斯抽采计量常常需要对比多种仪器的测量值,以掌握传感器的运行稳定性和准确性。由于瓦斯抽采工况的波动性,对比工作应遵循同点同时的原则,即应将 2 种以上传感器安装在相近位置,同时进行取样和对比,才能得到较真实的对比结果。
由于孔板流量计算涉及到压力和浓度修正,因此应准确测量瓦斯的浓度和压力。测量瓦斯浓度常见的问题有:
      1)管道内浓度低于 10%,却选择高浓度光学瓦斯鉴定器测量,造成测量量程误差。
      2)高负压状态应用抽气筒多次抽取气样,却用常压下使用的橡胶吸气球取气,造成取样误差。
      3)差压较小时,用水银柱而不是用水柱测量差压,造成误差。
      4)估计而非测量当地大气压,计算管道气体绝压时形成误差。
7 孔板维护中存在的问题
孔板处于完好状态是孔板准确计量的前提。但现场维护经常存在以下几个问题:
      1)孔板系数因管理不善被记错误用。
      2)由于瓦斯抽采管道尘大、水大,孔板前端常积水、积尘、积存大量杂物,使得孔板系数严重失真。
      3)孔板一旦安装,大部分会在井下长期使用。
      孔板在瓦斯中尘粒及碎煤屑的长期高速冲刷之下,孔板内孔前缘的锐角将会被打磨成圆角,孔板表面的粗糙度将会变大,将会造成孔板系数显著变化。但用户做不到定期在实验室里重新核定孔板系数。常用进厂时孔板厂家三畅仪表提供的原始孔板系数进行计算。上述情况造成孔板计量流量误差加大。
8 结 语
      孔板计量瓦斯流量结构简单,成本低,计量稳定;但真正用好,做到长期准确计量,需要严格按照技术规范选型、安装、使用,同时要掌握准确的孔板系数,计算必须进行各种修正。管理上必须进行正常维护,定期清理孔板及管道内的积尘、杂物,对于容易积水的孔板位置,应安装自动放水器。定期进行孔板系数的验证。对于超过一定年限的孔板,应及时报废处理。因此应引起瓦斯抽采检测专业人员的高度重视。