1.孔板流量計(jì)的工作原理

當(dāng)氣體通過(guò)管道內(nèi)的節(jié)流件一標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí),氣流束將在此處形成局部收縮,導(dǎo)致流速加快,壓力降低,因而,氣流在孔板兩側(cè)便形成差壓,在其他條件一定的情況下,氣體的流量越大,形成的差壓也越大,因此,可根據(jù)差壓的大小來(lái)確定氣體流量的大小。這種測(cè)量流量的方法是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。

 

2.孔板流量計(jì)的構(gòu)造

目前,煤礦常用的孔板流量計(jì)的孔板是中心突然收縮式節(jié)流裝置:即流體流人節(jié)流裝置后,預(yù)先沒有流經(jīng)任何預(yù)收縮件而突遇節(jié)流件并在管軸中心線附近形成收縮的節(jié)流裝置。現(xiàn)以蔣家河煤礦使用的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來(lái)說(shuō)明其構(gòu)造。其由孔板、取壓嘴和鋼管組成,具體構(gòu)造如圖1所示。

 

3.孔板流量計(jì)的安裝要求

(1)在抽放瓦斯管路中安裝孔板時(shí),孔板的孔口須與管道同心,其端面與管道軸線垂直,偏心度<1~2%。

(2)安裝孔板的管道內(nèi)壁,在孔板前后距離2D的范圍內(nèi),不應(yīng)有凹凸不平,焊縫和墊片等。

(3)節(jié)流裝置應(yīng)安裝在兩段具有等直徑的圓形橫截面的直管段之間,在此中間,除了取壓孔、測(cè)溫孔外,無(wú)規(guī)定之外的障礙和連接支管。直管段毗鄰孔板的上游10D(D為上游測(cè)量管內(nèi)徑,下同)或流動(dòng)調(diào)整器后和下游4D的直管部分需機(jī)加工并符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(4)要經(jīng)常清理孔板前后的污物和積水,孔板銹蝕要更換。

(5)抽放瓦斯量有較大變化時(shí),應(yīng)根據(jù)流量大小更換相應(yīng)的孔板。

(6)每個(gè)孔板流量計(jì)的孔板系數(shù)都會(huì)有所不同,因此,對(duì)礦井使用的所有孔板流量計(jì)需要編號(hào)并記錄與其相對(duì)應(yīng)的孔板系數(shù),以便于正確計(jì)算抽放瓦斯流量。

 

4.孔板流量計(jì)的取壓方式

孔板流量計(jì)的取壓方式主要有法蘭取壓、角接取壓和徑距取壓三種。蔣家河煤礦使用的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)采用徑距取壓,原理如圖2所示。取壓口的間距是取壓口中心線與孔板某一規(guī)定端面之間的距離,上游取壓口間距為管道直徑D,下游取壓口間距為D/2,故又稱為D和D2取壓3

 

5.孔板流量計(jì)在使用中產(chǎn)品誤差的主要原因

(1)孔板前后直管段不符合要求。孔板前后直管段的作用是為了保證管道內(nèi)流體的流動(dòng)穩(wěn)定,但由于直管段長(zhǎng)度不夠或工藝管道上常有拐彎分叉、匯合等阻力件出現(xiàn),使流體由穩(wěn)定變?yōu)閿_動(dòng)從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。

(2)孔板片上下游面受損或孔板法蘭墊片凸出管道內(nèi)。在運(yùn)輸孔板或施工人員安裝孔板的過(guò)程中,容易造成上下游面受損或孔板法蘭墊片凸出管道內(nèi),從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。

(3)孔板上下游面反裝。由于施工人員粗心,將孔板反裝,致使氣體流向與孔板方向不一致,從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。

(4)不同孔板流量計(jì)之間孔板錯(cuò)裝。在拆卸維修或組裝孔板流量計(jì)時(shí),若孔板外徑尺寸一致,稍不注意就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)裝,導(dǎo)致孔板流量計(jì)與自身孔板系數(shù)不符,從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。

(5)孔板變形或結(jié)垢?？装逶谶\(yùn)輸、安裝過(guò)程中,由于施工人員責(zé)任心不強(qiáng),有可能造成孔板變形;孔板流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間使用后,孔板內(nèi)表面會(huì)結(jié)垢,使得孔板開口尺寸變小,造成測(cè)量誤差。

(6)孔板的孔口與管道不同心。組裝孔板流量計(jì)時(shí),由于施工人員不負(fù)責(zé)任,有可能造成孔板的孔口與管道不同心,導(dǎo)致測(cè)量誤差。

(7)孔板流量計(jì)管道內(nèi)積水。管道積水,會(huì)改變孔板流量計(jì)計(jì)量裝置的幾何特性,從而影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。

 

6.孔板流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

以某煤礦工作面回風(fēng)順槽2號(hào)鉆場(chǎng)為例來(lái)說(shuō)明孔板流量計(jì)在實(shí)際中的使用方法。2號(hào)鉆場(chǎng)共布置了4個(gè)鉆孔,鈷孔中113mm,封孔管Φ75mm,采用Φ80彈簧軟管與1個(gè)Φ133mm鋼管分路器相連,然后通過(guò)放水箱、孔板流量計(jì)與Φ152mm彈簧軟管相連,ZUI后與回風(fēng)順槽重400mPVC抽放管路相連進(jìn)行瓦斯抽放。如圖3所示。

6.1測(cè)定前需準(zhǔn)備的儀器儀表

(1)U型壓差計(jì)(測(cè)量孔板流量計(jì)孔板前后端差壓即兩個(gè)取壓嘴之間差壓△h。差壓值宜在滿量程的10-90%范圍內(nèi))。

(2)U型負(fù)壓計(jì)(測(cè)量管道內(nèi)的氣體抽放負(fù)壓KPa)。

(3)光學(xué)礦用瓦斯檢測(cè)儀(測(cè)量管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛萖)。

6.2測(cè)量方法

孔板流量計(jì)上面兩個(gè)取壓嘴與U型壓差計(jì)兩個(gè)管端口利用橡膠軟管連接,然后讀出差壓值(單位mmh2o柱);U型負(fù)壓計(jì)一個(gè)管口用膠管與D/2取壓嘴相連,另一個(gè)管口散開,讀出管內(nèi)負(fù)壓值(單位KPa);光學(xué)瓦斯檢測(cè)儀用橡膠軟管與瓦斯?jié)舛葯z查孔連接,測(cè)量出管道內(nèi)瓦斯?jié)舛?%)。如圖4所示。

經(jīng)測(cè)定,2號(hào)鉆場(chǎng)孔板壓差300mmH2O柱,負(fù)壓20KPa,瓦斯?jié)舛?.7%,孔板系數(shù)出廠給定值為0.4763

6.3抽放管路瓦斯混合量簡(jiǎn)易算法

QH=K√△h

式中:

QHー抽放瓦斯混合流量, m3/min

Kー孔板系數(shù);(出廠時(shí)已測(cè)定)

△hーU型管水柱壓差,mmH2O。若為水銀柱應(yīng)乘以13.6。

將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的孔板壓差數(shù)值300mmH2O柱及孔

板系數(shù)0.4763代入該公式,經(jīng)計(jì)算得:

QH=0.4763√300=8.25m3/min

6.4抽放純瓦斯量計(jì)算

Qc=QHx/100

式中：

Qcー抽放的純瓦斯量,m3/min:

QHー抽放的混合瓦斯量,m/min

xー管道內(nèi)瓦斯?jié)舛?%。

將測(cè)量的瓦斯?jié)舛?.7%及經(jīng)計(jì)算得出的瓦斯混合量8.25m/min代入該公式,計(jì)算得:

Qc=8.25×1.7/100=0.14m3/min

 

7.結(jié)束語(yǔ)

利用孔板流量計(jì)等儀器、儀表對(duì)瓦斯抽放管路內(nèi)瓦斯?jié)舛?、壓力或差壓、流量等參?shù)進(jìn)行測(cè)量,經(jīng)過(guò)計(jì)算就可以判定工作面抽采率或礦井抽采率是否達(dá)標(biāo),并對(duì)瓦斯抽采的效果進(jìn)行評(píng)價(jià),依據(jù)評(píng)價(jià)

結(jié)論就可以知道現(xiàn)有抽采系統(tǒng)存在哪些問題,進(jìn)而選擇先進(jìn)、適用的瓦斯抽采方法和工藝,設(shè)計(jì)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的工藝方案,實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)。