大佛寺煤礦通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電工程瓦斯抽排泵站供氣系統(tǒng)自動(dòng)化改造

郜力　岳云寧　田濤

摘要：針對(duì)大佛寺煤礦通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電工程初期設(shè)計(jì)的瓦斯抽排泵站供氣系統(tǒng)在運(yùn)行中存在不能夠快速調(diào)整和切斷突變的瓦斯氣量等不安全隱患，文章對(duì)其供氣系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造，具體方法是對(duì)瓦斯抽放泵站到氧化裝置的輸氣管線(xiàn)和瓦斯匯集集氣總管進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)化改造。通過(guò)對(duì)抽放泵站供氣系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)化改造以及一年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐證明，氧化裝置能夠安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：氧化裝置；瓦斯抽排泵站；供氣系統(tǒng)；自動(dòng)化改造；通風(fēng)瓦斯 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0213

大佛寺煤礦通風(fēng)瓦斯氧化發(fā)電工程的主要設(shè)備氧化裝置是2009年山東勝動(dòng)集團(tuán)與陜西彬長(zhǎng)大佛寺礦業(yè)集團(tuán)合作，采用熱逆流氧化反應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種銷(xiāo)毀、利用煤礦瓦斯，特別是濃度較低，目前不能用于民用、不能直接發(fā)電的煤礦抽排瓦斯和煤礦主扇風(fēng)排瓦斯（乏風(fēng)）的新型、高效節(jié)能減排設(shè)備。

氧化裝置的氣源是取自礦井抽放泵站濃度小于8%的瓦斯和主扇排放的0.2%左右通風(fēng)瓦斯。摻混后濃度為1%左右的混合瓦斯進(jìn)入氧化裝置進(jìn)行高溫氧化，制取380℃和2.5MPa的過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)一臺(tái)功率為4500kW汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。由于氧化裝置在初期運(yùn)行階段對(duì)抽放泵站供氣系統(tǒng)缺乏全面考慮，當(dāng)抽排瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)突變時(shí)，不能夠快速對(duì)大于8%的抽排瓦斯氣體迅速放散，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入到氧化裝置本體摻混的瓦斯氣體濃度劇增（即>1.2%），本體溫度會(huì)迅速升高，對(duì)氧化裝置的運(yùn)行帶來(lái)安全隱患，因此必須對(duì)其供氣系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，以此來(lái)保證氧化裝置和抽放泵站的安全可靠運(yùn)行。

1 瓦斯抽排泵站系統(tǒng)介紹

陜西彬長(zhǎng)大佛寺工業(yè)廣場(chǎng)目前有八套抽排瓦斯系統(tǒng)，分為1、2、3、4、5號(hào)I期系統(tǒng)和6、7、8號(hào)II期系統(tǒng)。抽排1～5號(hào)抽排瓦斯泵站把抽排的瓦斯氣體匯集在就地母管，再通過(guò)兩條分支管把瓦斯輸送到抽排瓦斯匯集總管；6、7、8三個(gè)抽排泵分別把抽排瓦斯輸送到抽排瓦斯匯集總管。抽排瓦斯匯集總管向五臺(tái)氧化裝置供氣。虛線(xiàn)框內(nèi)部分為新增加的設(shè)備改造部分，抽排瓦斯進(jìn)氣系統(tǒng)工藝系統(tǒng)是主旨部分。

2 瓦斯抽排泵站供氣系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化改造

2.1 瓦斯抽排泵站系統(tǒng)增加瓦斯在線(xiàn)分析系統(tǒng)和電動(dòng)放散裝置

在1～5號(hào)瓦斯泵站抽放系統(tǒng)原有用于乏風(fēng)發(fā)電的DN1000瓦斯輸送母管（抽放站端）處安裝一套瓦斯在線(xiàn)分析系統(tǒng)，在1～5號(hào)瓦斯輸送母管上安裝放散管、電動(dòng)放散閥和電磁式煤氣安全快速切斷閥，并將向氧化裝置端的輸送管線(xiàn)上增加電動(dòng)蝶閥；在6～8號(hào)各瓦斯泵站抽放系統(tǒng)各支管處分別安裝一套瓦斯?jié)舛仍诰€(xiàn)分析系統(tǒng)，分析柜就近設(shè)置在抽放系統(tǒng)管線(xiàn)處；在抽排瓦斯匯集總管上安裝放散管、電動(dòng)放散閥和電磁式煤氣安全快速切斷閥。瓦斯在線(xiàn)分析系統(tǒng)采用ABB公司生產(chǎn)的型號(hào)為EL3060甲烷濃度在線(xiàn)分析系統(tǒng)，防爆等級(jí)為ATEX II 2G Ex d IIC T4，防護(hù)等級(jí)為IP 65，測(cè)量范圍為0～30%CH4。該系統(tǒng)由分析儀表、預(yù)處理系統(tǒng)、電伴熱取樣管線(xiàn)、取樣探頭、分析柜組成。預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)取樣的氣體進(jìn)行過(guò)濾、除塵、除濕，將符合分析儀器要求的樣氣，送入分析儀器，從而確保分析儀器的準(zhǔn)確性和可靠性，把分析的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)以4～20mA的電信號(hào)上傳到氧化裝置集控室PLC系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)上傳數(shù)據(jù)和保護(hù)設(shè)定值比較對(duì)電動(dòng)放散閥進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，及時(shí)對(duì)突變的較高濃度瓦斯氣快速放散，以此來(lái)防止摻混濃度大于1.1%的瓦斯進(jìn)入氧化裝置。

2.2 在氧化裝置控制室增設(shè)了一套可編程邏輯控制系統(tǒng)（PLC）

本套PLC系統(tǒng)由操作員站（即總站）、1#分站、2#分站、3#分站組成，其中操作員站位于乏風(fēng)控制室（非防爆區(qū)）內(nèi)，三個(gè)分站位于檢測(cè)點(diǎn)附近區(qū)域，該區(qū)域?qū)儆谖ｋU(xiǎn)區(qū)域分類(lèi)中的CLASSI，2區(qū)，所以要求分站具有防爆功能。1#分站位于6#～8#瓦斯管道旁，2#分站位于1～5瓦斯管道總管旁，3#分站位于抽排瓦斯匯集總管處。PLC控制系統(tǒng)范圍包括1#～8#瓦斯抽排系統(tǒng)至乏風(fēng)氧化裝置之間新上放散系統(tǒng)的所有閥門(mén)的配電、控制及相應(yīng)輔助系統(tǒng)（濃度、壓力、傳感器）。放散系統(tǒng)所有閥門(mén)的配電及控制采用微處理器為基礎(chǔ)的可編程控制系統(tǒng)，在正常情況下，機(jī)組操作人員通過(guò)操作員站的顯示器、鍵盤(pán)及鼠標(biāo)對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控及有關(guān)操作。在異常情況下，該系統(tǒng)可以報(bào)警顯示及連鎖控制。對(duì)整改瓦斯輸送系統(tǒng)進(jìn)行控制，提前預(yù)測(cè)瓦斯?jié)舛鹊耐蝗蛔兓?，及時(shí)開(kāi)啟自動(dòng)放散裝置。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

首先，對(duì)抽放泵站1～5系統(tǒng)、6～8系統(tǒng)甲烷濃度在線(xiàn)分析系統(tǒng)進(jìn)行單機(jī)調(diào)試，調(diào)試完好后，把信號(hào)上傳到PLC分站，通過(guò)分站與操作員站進(jìn)行通信，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和總站設(shè)定數(shù)據(jù)一致時(shí)完成調(diào)試任務(wù)；其次，對(duì)新增加的防爆電動(dòng)蝶閥進(jìn)行就地調(diào)試和PLC系統(tǒng)集中控制，所以有閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行了就地與集控的對(duì)位試驗(yàn)；再次，對(duì)抽排瓦斯匯集總管和1～5號(hào)瓦斯總管的電磁式煤氣安全快速切斷閥進(jìn)行停電試驗(yàn)三次，電磁式煤氣安全快速切斷閥在2秒鐘內(nèi)均能快速打開(kāi)，快速釋放瓦斯氣；最后，模擬測(cè)試了當(dāng)PLC系統(tǒng)檢測(cè)到瓦斯泵站抽排濃度大于8%時(shí)，風(fēng)機(jī)連鎖保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

3 整改后的運(yùn)行情況

氧化裝置瓦斯抽系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備裝置改造在2013年11月開(kāi)始，2014年2月28日完成整體調(diào)試，氧化裝置3月1日運(yùn)行，汽輪機(jī)組于3月4日并網(wǎng)發(fā)電，在設(shè)備運(yùn)行期間，由于受外界電網(wǎng)系統(tǒng)影響，供電系統(tǒng)發(fā)生過(guò)兩次突然停電，控制系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，能夠快速準(zhǔn)確地切斷配氣系統(tǒng)，有效地保護(hù)了氧化裝置的安全運(yùn)行；2#抽排系統(tǒng)瓦斯?jié)舛韧蛔?次，抽排系統(tǒng)濃度由6%迅速上漲到20%，導(dǎo)致氧化裝置的摻混濃度超過(guò)保護(hù)值1.1%，保護(hù)系統(tǒng)立即動(dòng)作風(fēng)機(jī)停運(yùn)，同時(shí)前端機(jī)械關(guān)斷閥關(guān)斷，防止事故的發(fā)生，保證了氧化裝置的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入氧化裝置氣量的控制和抽排泵站及時(shí)放散系統(tǒng)的自動(dòng)化改造是有必要的，能夠有效的起到安全保護(hù)作用；（2）實(shí)際運(yùn)行中當(dāng)抽放瓦斯?jié)舛韧蛔?、電網(wǎng)停電等問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)做到了安全、可靠、靈敏的動(dòng)作；（3）陜西彬長(zhǎng)大佛寺煤礦運(yùn)用氧化裝置發(fā)電是全國(guó)首例，不僅要保證氧化裝置的安全可靠，更要保證抽放泵站的安全運(yùn)行，保證礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬小鐘.大佛寺煤礦瓦斯氧化工程應(yīng)用安全措施[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2013，40（2）.

[2] 中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).煤礦低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送裝置技術(shù)規(guī)范（AQ 1078-2009）[S].

[3] 康建東.煤礦低濃度瓦斯輸送安全保障技術(shù)[J].煤礦安全，2009，（S1）.

作者簡(jiǎn)介：郜力（1966-），陜西咸陽(yáng)人，陜西彬長(zhǎng)新生能源有限公司工程師，研究方向：煤礦瓦斯綜合治理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）