1.孔板流量計的工作原理

當氣體通過管道內的節流件一標準孔板時,氣流束將在此處形成局部收縮,導致流速加快,壓力降低,因而,氣流在孔板兩側便形成差壓,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,可根據差壓的大小來確定氣體流量的大小。這種測量流量的方法是以能量守恒定律和流動連續性方程為基礎的。

 

2.孔板流量計的構造

目前,煤礦常用的孔板流量計的孔板是中心突然收縮式節流裝置:即流體流人節流裝置后,預先沒有流經任何預收縮件而突遇節流件并在管軸中心線附近形成收縮的節流裝置。現以蔣家河煤礦使用的標準孔板流量計來說明其構造。其由孔板、取壓嘴和鋼管組成,具體構造如圖1所示。

 

3.孔板流量計的安裝要求

(1)在抽放瓦斯管路中安裝孔板時,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)安裝孔板的管道內壁,在孔板前后距離2D的范圍內,不應有凹凸不平,焊縫和墊片等。

(3)節流裝置應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、測溫孔外,無規定之外的障礙和連接支管。直管段毗鄰孔板的上游10D(D為上游測量管內徑,下同)或流動調整器后和下游4D的直管部分需機加工并符合本標準規定。

(4)要經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,應根據流量大小更換相應的孔板。

(6)每個孔板流量計的孔板系數都會有所不同,因此,對礦井使用的所有孔板流量計需要編號并記錄與其相對應的孔板系數,以便于正確計算抽放瓦斯流量。

 

4.孔板流量計的取壓方式

孔板流量計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準孔板流量計采用徑距取壓,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.孔板流量計在使用中產品誤差的主要原因

(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流體的流動穩定,但由于直管段長度不夠或工藝管道上常有拐彎分叉、匯合等阻力件出現,使流體由穩定變為擾動從而導致測量誤差。

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

(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,從而導致測量誤差。

(4)不同孔板流量計之間孔板錯裝。在拆卸維修或組裝孔板流量計時,若孔板外徑尺寸一致,稍不注意就會出現錯裝,導致孔板流量計與自身孔板系數不符,從而導致測量誤差。

(5)孔板變形或結垢。孔板在運輸、安裝過程中,由于施工人員責任心不強,有可能造成孔板變形;孔板流量計長時間使用后,孔板內表面會結垢,使得孔板開口尺寸變小,造成測量誤差。

(6)孔板的孔口與管道不同心。組裝孔板流量計時,由于施工人員不負責任,有可能造成孔板的孔口與管道不同心,導致測量誤差。

(7)孔板流量計管道內積水。管道積水,會改變孔板流量計計量裝置的幾何特性,從而影響流量計量的準確性。

 

6.孔板流量計的實際應用

以某煤礦工作面回風順槽2號鉆場為例來說明孔板流量計在實際中的使用方法。2號鉆場共布置了4個鉆孔,鈷孔中113mm,封孔管Φ75mm,采用Φ80彈簧軟管與1個Φ133mm鋼管分路器相連,然后通過放水箱、孔板流量計與Φ152mm彈簧軟管相連,ZUI后與回風順槽重400mPVC抽放管路相連進行瓦斯抽放。如圖3所示。

6.1測定前需準備的儀器儀表

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

(2)U型負壓計(測量管道內的氣體抽放負壓KPa)。

(3)光學礦用瓦斯檢測儀(測量管道內的瓦斯濃度X)。

6.2測量方法

孔板流量計上面兩個取壓嘴與U型壓差計兩個管端口利用橡膠軟管連接,然后讀出差壓值(單位mmh2o柱);U型負壓計一個管口用膠管與D/2取壓嘴相連,另一個管口散開,讀出管內負壓值(單位KPa);光學瓦斯檢測儀用橡膠軟管與瓦斯濃度檢查孔連接,測量出管道內瓦斯濃度(%)。如圖4所示。

經測定,2號鉆場孔板壓差300mmH2O柱,負壓20KPa,瓦斯濃度1.7%,孔板系數出廠給定值為0.4763

6.3抽放管路瓦斯混合量簡易算法

QH=K√△h

式中:

QHー抽放瓦斯混合流量, m3/min

Kー孔板系數;(出廠時已測定)

△hーU型管水柱壓差,mmH2O。若為水銀柱應乘以13.6。

將現場測量的孔板壓差數值300mmH2O柱及孔

板系數0.4763代入該公式,經計算得:

QH=0.4763√300=8.25m3/min

6.4抽放純瓦斯量計算

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ー管道內瓦斯濃度,%。

將測量的瓦斯濃度1.7%及經計算得出的瓦斯混合量8.25m/min代入該公式,計算得:

Qc=8.25×1.7/100=0.14m3/min

 

7.結束語

利用孔板流量計等儀器、儀表對瓦斯抽放管路內瓦斯濃度、壓力或差壓、流量等參數進行測量,經過計算就可以判定工作面抽采率或礦井抽采率是否達標,并對瓦斯抽采的效果進行評價,依據評價

結論就可以知道現有抽采系統存在哪些問題,進而選擇先進、適用的瓦斯抽采方法和工藝,設計瓦斯抽采達標的工藝方案,實現瓦斯抽采達標。