1、2022年9月27日星期二低浓度瓦斯重庆煤科院低浓度瓦斯重庆煤科院输送管道隔爆、抑爆装输送管道隔爆、抑爆装置置一、背一、背 景景u近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，20052005年年23.523.5亿亿mm3 3，20082008年已达到年已达到5252亿亿mm3 3。然而，约。然而，约80%80%的瓦的瓦斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出瓦斯的浓度较低，瓦斯的浓度较低，55%55%以上的抽采瓦斯浓度低于以上的抽采瓦斯浓度低于30%30%（定义为低浓度瓦斯）。（定义为低浓度瓦斯）。低浓度瓦斯接近燃烧爆低浓
2、度瓦斯接近燃烧爆炸浓度限，出于安全性考虑，炸浓度限，出于安全性考虑，现行规程规定：浓度低于现行规程规定：浓度低于30%30%的瓦斯不得利用。的瓦斯不得利用。使得使得抽采瓦斯的利用抽采瓦斯的利用率在逐年下降。不符合节能率在逐年下降。不符合节能减排和循环经济的发展思路。减排和循环经济的发展思路。一、背一、背 景景u近些年低浓度瓦斯发电技术的发展，使得煤矿近些年低浓度瓦斯发电技术的发展，使得煤矿利用低浓度瓦斯的积极性高涨，目前全国已安利用低浓度瓦斯的积极性高涨，目前全国已安装数百套瓦斯发电机组，其中不乏利用浓度低装数百套瓦斯发电机组，其中不乏利用浓度低于于30%30%的瓦斯，存在安全隐患；的瓦斯，存
3、在安全隐患；u低浓度瓦斯即使不利用，在排放、输送和抽采低浓度瓦斯即使不利用，在排放、输送和抽采过程同样存在重大安全隐患；因而国外基本上过程同样存在重大安全隐患；因而国外基本上不抽低浓度瓦斯，而我国近期内难以做到；不抽低浓度瓦斯，而我国近期内难以做到；u因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排放环节的安全保障技术并形成系列标准能有效放环节的安全保障技术并形成系列标准能有效规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的迅速发展，提升中国节能减排的
4、技术水平。迅速发展，提升中国节能减排的技术水平。二、技术思路二、技术思路u前提前提n浓度低于浓度低于30%的瓦斯必然存在燃烧和爆炸危险；的瓦斯必然存在燃烧和爆炸危险；n瓦斯内燃机发电的原理主要是利用瓦斯的爆炸特性；瓦斯内燃机发电的原理主要是利用瓦斯的爆炸特性；u低浓度瓦斯输送及内燃机发电系统示意低浓度瓦斯输送及内燃机发电系统示意抽瓦斯泵内燃机组排空管输送管低浓度瓦斯源二、技术思路二、技术思路u技术关键技术关键n控制内燃机内部的爆炸仅局限于内燃机内部，控制内燃机内部的爆炸仅局限于内燃机内部，确保不向外传播蔓延；确保不向外传播蔓延；n控制井下低浓度瓦斯抽采过程中尽可能避免遇控制井下低浓度瓦斯抽采过
5、程中尽可能避免遇到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路中传播蔓延；输送管路中传播蔓延；n控制低浓度瓦斯排放过程尽可能避免遇到火源，控制低浓度瓦斯排放过程尽可能避免遇到火源，万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路万一遇到火源也要确保燃烧爆炸不向输送管路中传播蔓延；中传播蔓延；n确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。脱水脱水器器三、技术措施三、技术措施u内燃机内部控制燃烧爆炸不向外传播措施内燃机内部控制燃烧爆炸不向外传播措施发动机阻火防爆示意图发动机阻火防爆示意图 1 1、金属波纹带阻火器、金属波纹带阻火器2 2
6、、电磁阀、电磁阀3 3、调压阀、调压阀4 4、防爆止回阀、防爆止回阀5 5、瓦斯与空气增压中冷装置、瓦斯与空气增压中冷装置 6 6、金属波纹带阻火器、金属波纹带阻火器 7 7、燃烧室、燃烧室重点依靠重点依靠1 1和和6 6两级阻火器减弱火源和爆炸波向瓦斯管方向传播两级阻火器减弱火源和爆炸波向瓦斯管方向传播金属波纹带阻金属波纹带阻火器火器 u确保内燃机组管燃烧爆炸确保内燃机组管燃烧爆炸不向外传播措施不向外传播措施1 1、脱水器、脱水器 2 2、火焰传感器、火焰传感器 3 3、压力传感器、压力传感器 4 4、水封式阻火泄爆装置、水封式阻火泄爆装置 5 5、抑爆装置、抑爆装置 6 6、泄爆器、泄爆器
7、 7 7、阻爆阀门、阻爆阀门 8 8、截止阀、截止阀 以脱水器为界，靠机组侧属机组安全设施要求（每台机组两以脱水器为界，靠机组侧属机组安全设施要求（每台机组两个阻火器），靠进气侧分别安装水封阻火个阻火器），靠进气侧分别安装水封阻火泄爆泄爆4 4、粉剂或水、粉剂或水雾雾抑爆抑爆5 5、阻爆阻爆泄爆泄爆6 6、7 7、8 8三级安全装置，确保内燃机内三级安全装置，确保内燃机内部部燃烧爆炸波不向外传播。燃烧爆炸波不向外传播。三、技术措施三、技术措施爆炸波传播方向爆炸波传播方向瓦斯气体输送方向瓦斯气体输送方向泄爆装置。水位监控。金属分流网。水封阻火泄爆装置泄爆泄爆口口金属网水水三、技术措施三、技术措施
8、粉剂自动喷粉抑爆装置1、抑爆装置喷嘴 2、抑爆装置贮粉筒 3、灭火剂缓冲器 4、气体发生器 5、接线端 6、电缆线 7、控制器 8、紫外火焰传感器三、技术措施三、技术措施阻爆泄爆装置n采用光电火焰传采用光电火焰传感器、压力控制感器、压力控制传感器、机电联传感器、机电联动器联合控制自动器联合控制自动阻爆装置动作动阻爆装置动作爆炸波传播方爆炸波传播方向向瓦斯气流动瓦斯气流动方向方向三、技术措施三、技术措施u确保排空管燃烧爆炸不向确保排空管燃烧爆炸不向管路方向传播措施管路方向传播措施1.1.火焰传感器火焰传感器 2.2.压力传感器压力传感器 3.3.水封式阻火泄爆装置水封式阻火泄爆装置4.4.自动喷
9、粉抑爆装置自动喷粉抑爆装置 5.5.泄爆器泄爆器 6.6.阻爆阀门阻爆阀门 7.7.截止阀截止阀 排空管设计应符合相关要求，并安装防雷设施；排空管设计应符合相关要求，并安装防雷设施；靠进气侧分别安装水封阻火靠进气侧分别安装水封阻火泄爆泄爆3 3、粉剂、粉剂抑爆抑爆4 4、阻爆阻爆泄爆泄爆5 5、6 6、7 7三级安全装置，确保排空管燃烧三级安全装置，确保排空管燃烧爆炸波不向管路方向传播。爆炸波不向管路方向传播。三、技术措施三、技术措施u确保井下低浓度瓦斯抽采遇火确保井下低浓度瓦斯抽采遇火燃烧爆炸不向输送管路中传播燃烧爆炸不向输送管路中传播n井下自燃煤层低浓度瓦斯抽采时，井下自燃煤层低浓度瓦斯抽
10、采时，应采取控制发火的相应措施；应采取控制发火的相应措施；n在靠近抽采管入口在靠近抽采管入口100m100m以内的以内的管道上开始安设自动喷粉抑爆装管道上开始安设自动喷粉抑爆装置，每组抑爆装置需安设置，每组抑爆装置需安设2 2个喷个喷粉罐，至少安设粉罐，至少安设2 2组，组间距离组，组间距离小于小于100m100m。三、技术措施三、技术措施u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。n瓦斯抽采站、输气站建筑和放空管应满足建瓦斯抽采站、输气站建筑和放空管应满足建筑物防雷设计规范的要求，设置防雷设施，筑物防雷设计规范的要求，设置防雷设施，分别装设避雷带或避雷针装置。通
11、往井下的抽分别装设避雷带或避雷针装置。通往井下的抽采管路应采取防雷和隔离措施。采管路应采取防雷和隔离措施。n地面瓦斯输送管道应采用埋地敷设，特殊情况地面瓦斯输送管道应采用埋地敷设，特殊情况需采用架空敷设时，在管道进、出建筑物需采用架空敷设时，在管道进、出建筑物100m范围内，应每隔范围内，应每隔25m左右接地左右接地1次，其接次，其接地电阻不应大于地电阻不应大于20。三、技术措施三、技术措施u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。n安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道可选用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防可选
12、用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防漏气、防砸坏、防静电等措施。漏气、防砸坏、防静电等措施。n瓦斯输送管道与地面或地下建筑物、构筑物或其瓦斯输送管道与地面或地下建筑物、构筑物或其他管线应安全距离应符合相关规范要求。他管线应安全距离应符合相关规范要求。n瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管道系统中所选用的电器设备、仪表均应满足矿用道系统中所选用的电器设备、仪表均应满足矿用防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门防爆要求。非防爆设备和仪表应集中安设到专门的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施的仪表间（或配电间），并采取相应的隔离措施和消防措施
13、。和消防措施。三、技术措施三、技术措施u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。n瓦斯利用设施端的输瓦斯管道中应安设防回流瓦斯利用设施端的输瓦斯管道中应安设防回流设施，防止抽采泵突然停泵而出现回流。设施，防止抽采泵突然停泵而出现回流。n低浓度瓦斯输送系统不得设置缓冲罐；低浓度瓦斯输送系统不得设置缓冲罐；n加压设备应选择湿式压缩机；加压设备应选择湿式压缩机；n抽采设备应选择湿式抽采泵；抽采设备应选择湿式抽采泵；n正压输送时，输送压力不宜超过正压输送时，输送压力不宜超过20kPa，安全，安全设施安设段，管内气体流速不宜大于设施安设段，管内气体流速不宜大于10m/s；
14、三、技术措施三、技术措施u确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。确保低浓度瓦斯在其他环节不遇到火源。n在输送管道系统中应设置安全监测控制设施；在输送管道系统中应设置安全监测控制设施；n阻火、泄爆、抑爆、阻爆、监测控制、非金属阻火、泄爆、抑爆、阻爆、监测控制、非金属管等相关产品性能、功能、质量和安装等要求管等相关产品性能、功能、质量和安装等要求均应符合本系列相关产品标准的要求。均应符合本系列相关产品标准的要求。三、技术措施三、技术措施u试验系统试验系统n数据采集系统（测试系统数据采集系统（测试系统 ，火焰、压力等传感器），火焰、压力等传感器）监测控制数据采集系统四、试验情况四、试验情况试验管道：设
15、计压力2.5MPa。DN500mm管道长66.5m，DN700mm管道长93.1m。四、试验情况四、试验情况u试验系统试验系统n管道试验系统（管道、配气和搅拌装置）管道试验系统（管道、配气和搅拌装置）四、试验情况四、试验情况u试验系统试验系统n细水雾管道试验系统。细水雾管道试验系统。DN500 DN700DN500 DN700管道压力峰值曲线图管道压力峰值曲线图 u试验任务试验任务n管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆特性四、试验情况四、试验情况DN500 DN700DN500 DN700管道火焰传播速度曲线图管道火焰传播速度曲线图 u试验任务试验任务n管道中低浓度瓦斯燃烧爆炸传播规律及阻爆
16、特性四、试验情况四、试验情况DN500DN500泄爆片冲破瞬间泄爆片冲破瞬间 DN500DN500火焰压力从泄爆口释放情火焰压力从泄爆口释放情况况 四、试验情况四、试验情况u试验任务试验任务n水封阻火泄爆装置试验火源不能通过火源不能通过DN500DN500水封阻火泄爆装置内爆炸水封阻火泄爆装置内爆炸情况情况 DN700DN700水封阻火泄爆装置过火情水封阻火泄爆装置过火情况况 四、试验情况四、试验情况u试验任务试验任务n水封阻火泄爆装置试验1点火源 2、3自动喷粉抑爆装置传感器 4抑爆器 5、6、7测试用火焰传感器 自动抑爆试验示意图试验结果：单个抑爆器有效灭火抑爆距离6m 四、试验情况四、试
17、验情况u试验任务试验任务n自动喷粉抑爆装置自动喷粉抑爆装置1.罗茨鼓风机 2.天然气减压阀 3.混合器 4.阻火器 5.雷管点火点6&7.火焰速度监测点（1对）8.水雾发生器 9.阻火观察窗 10.火焰监测点11.水泵流量表 12.水压力表13.水泵 14.水池 15.旋风脱水器 16.重力脱水器 17.阀门 18.发电机组四、试验情况四、试验情况u试验任务试验任务n细水雾抑爆试验细水雾抑爆试验u对于对于DN500当输送管道较长（长于当输送管道较长（长于100m）时，管道细水雾）时，管道细水雾可有效熄灭爆炸火焰，可全部使用不带导流板的水雾发生器。可有效熄灭爆炸火焰，可全部使用不带导流板的水雾发
18、生器。四、试验情况四、试验情况u试验任务试验任务n自动阻爆器试验自动阻爆器试验n结果表明：起爆点在20m以外均可成功阻断火源。u已形成系列技术标准报批稿已形成系列技术标准报批稿n煤矿低浓度瓦斯输送管道安全保障系统设计规范煤矿低浓度瓦斯输送管道安全保障系统设计规范n煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全技术要求煤矿瓦斯往复式内燃机发电站安全技术要求n煤矿瓦斯往复式内燃机驱动的交流发电机组通用技术条件煤矿瓦斯往复式内燃机驱动的交流发电机组通用技术条件n煤矿用非金属瓦斯抽放管通用技术条件煤矿用非金属瓦斯抽放管通用技术条件n煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合输送系统技术规范煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合输送系统技术规范n
19、煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送系统技术规范煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送系统技术规范n瓦斯输送管道自动喷粉抑爆装置通用技术条件瓦斯输送管道自动喷粉抑爆装置通用技术条件n煤矿低浓度瓦斯输送管道用泄爆、防回火器技术条件煤矿低浓度瓦斯输送管道用泄爆、防回火器技术条件n煤矿低浓度瓦斯输送管道用自动快速切断装置技术条件煤矿低浓度瓦斯输送管道用自动快速切断装置技术条件n煤矿瓦斯输送管道金属波纹带阻火器通用技术条件煤矿瓦斯输送管道金属波纹带阻火器通用技术条件五、制定标准五、制定标准u标准尚待审批，规程障碍有待解决。标准尚待审批，规程障碍有待解决。u成果适用于输送管径为成果适用于输送管径为700mm以内。以内。六、结束语六、结束语
