压力变送器
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浅谈煤矿绝对压力变送器设备选型及其设计应用

作时间:2019-09-12  来源:  作者:
   
摘 要: 本文举例说明了矿井绝对压力变送器设备及管路系统在满足井下风动工具生产时用气量要求的同时,满足安全避险的“压风自救系统”用气量要求。在此原则下使绝对压力变送器系统合理、高效的运行,更好地服务于矿井生产。
 
由于输送方便、对人体无害、没有起火危险、空气资源丰富、廉价,因而绝对压力变送器在煤矿是一种被广泛应用的动力源。《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范(试行)》中明确提出:煤矿企业在按照《煤矿安全规程》要求建立压风系统的基础上,必须满足在灾变期间能够向所有采掘作业地点提供压风供气的要求,进一步建设完善压风自救系统。所以,绝对压力变送器在煤矿企业生产中不但作为一种洁净高效的动力源,还作为应急救灾时的氧气保障,具有举足轻重的作用。因此,作为空气供给源的绝对压力变送器设备在矿井设计时就需综合考虑。
 
1设计依据
设计依据是绝对压力变送器设备选型的必要条件,原则是必须在矿井整个服务期内供给输送距离非常远、用气量非常多的工作面足够数量和压力的绝对压力变送器。同时,满足井下非常大班下井人数时的压风自救系统用气量要求。某矿井下共配备4个顺槽综掘工作面,另配1套普掘设备,综掘工作面配置风动工具有混凝土喷射机和单体锚杆钻机,普掘设备配置风动工具有混凝土喷射机、风镐、气腿式凿岩机、单体锚杆钻机,井下各避难硐室、避难所、主要巷道及采掘工作面均设有压风自救系统。矿井用气地点及用气量见表1。
 
20190912095547.jpg
 
2 用气量计算
2. 1 井下风动工具用气量计算
井下 4 个顺槽综掘工作面,按 4 台混凝土喷
射机同时使用,1 套普掘设备按 4 台风镐、2 台单
体锚杆机同时使用考虑,计算用气量为: Q1 = α1α2γ Σ mi qi Ki
= 1. 2 × 1. 15 × 1. 0 × ( 4 × 8 + 4 × 1. 2 ×
0. 96 + 2 × 3 × 0. 99)
= 58. 72m3 /min
式中: α1 - 沿管道全长的漏风系数,取 1. 2; α2 - 由于风动工具的磨损耗气量增加系数, 取 1. 15; γ - 海拔高度修正系数,取 1. 1 ( 海拔高度
1020m) ; mi - 同型号风动工具,同时使用台数; qi - 每台风动工具的耗气量; Ki - 同型号风动工具,同时使用系数。
2. 2 压风自救系统计算用气量
本矿非常大班下井人数 144 人/班,按人均耗气
量 0. 3m3 /min,压力 0. 3MPa 计算井下压风自救系
统用气量为: Q2 = α1α2γ Σ mi qi
= 1. 2 × 1. 2 × 1. 0 × 144 × 0. 3
= 62. 21m3 /min
式中: α1 - 沿管道全长的漏风系数,取 1. 2; α2 - 井下人员不均衡系数,取 1. 2; γ - 海拔高度修正系数,取 1. 0; mi - 矿井非常大班下井人数,取 144 人/班;
qi - 人均耗气量,取 0. 3m3 /min。
 
3 设备选型
根据井下工作面布置、用气地点分布、风动工具配置及用气量情况,经技术经济比较,结合国家安全监管总局和国家煤矿安监局关于《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范(试行)》的文件精神的相关要求,设计在矿井工业场地内建1座绝对压力变送器站,集中向井下风动工具和压风自救系统供气。绝对压力变送器站按4台螺杆式空气压缩机布置,初期安装3台(含2台工频机组和1台变频机组),预留1台工频机组安装位置。其中2台工作、1台备用。工频空压机功率250kW,电压10kV,排气量41.7m3/min,排气压力0.85MPa。变频空压机功率250kW,电压380V,排气量16.4m3/min~41.7m3/min,排气压力0.85MPa。空压机冷却方式为风冷式,冷却风扇功率11kW,电压380V。
工频机组和变频机组采用联控控制,在压力稳定的原则下,根据风量需求量的增减改变变频空压机的转速,使消耗功率与风量呈线性比例,以达到定压及节能。
 
4空气压缩机余热回收系统
喷油螺杆式空气压缩机组工作过程中产生大量热能,其中可回收利用部分占机组输入功率的60%以上。余热回收系统选用合理的热能回收设备,采用两次换热对空气压缩机内部润滑油进行冷却及冷水加热,实现热能的回收利用。单台容量为250kW的空气压缩机组每小时可回收热量约540MJ,年回收热量2.67×106MJ(按照2台机组每天工作7.5h,年工作330d计算),折合标准煤136.8tce。
空压机余热回收系统可有效降低机组的实际运行温度(8℃~10℃),提高机组排气量,并可制备60℃以上热水,减少锅炉燃煤消耗量,降低CO2排放量,非常大限度实现节能、减排。
 
5绝对压力变送器管路
绝对压力变送器管路选择时,使其匹配在矿井整个服务期间内,供给输送距离非常远、用气量非常多的工作面时,压力和流量均能满足要求。绝对压力变送器管路阻力损失校核如下:
 
20190912095608.jpg
 
根据矿井开采开拓,按照非常远距离、非常大用气量校核:井下风动工具用气时管路非常大压力总损失应小于0.147MPa,以满足节能要求;压风自救系统用气时管路末端压力为应大于0.3MPa,满足压风自救系统用气要求即可。
 
6其他设计
每台空气压缩机组配1个空气储罐,容积5m3,设计工作压力1.0MPa,储气罐顶部设遮阳棚,出气口处设释压阀,释放压力1.05MPa。绝对压力变送器管路在设备、阀门连接处及副立井井筒中采用法兰连接,在地面采用套管焊接,在井下巷道采用柔性管接头连接。
绝对压力变送器管路地面部分采用埋地敷设,副立井井筒内采用管卡固定,且每隔100m左右设1组直管座固定装置防止管路下滑,井下管路采用金属托架或钢丝绳吊挂。管路的出口端、分支处及末端装设闸阀及压力表。所有管路均做防腐处理。
绝对压力变送器站面积28(长)×10(宽)×8.0(高)。站内设1台SL10型手动单梁起重机供设备安装和检修使用。为改善值班人员工作环境,每台空气压缩机组安装排风散热风筒。
绝对压力变送器站为二级负荷,应为双电源供电,两回10kV电源引自矿井工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段。空气压缩机组随机自带PLC控制装置,可对机组的各类信号、状态进行监控。
 
7结语
绝对压力变送器设备是煤矿生产中的通用设备,合理的选型方法能使绝对压力变送器系统更高效、稳定的工作。本文针对矿井绝对压力变送器使用的要求,举例总结了绝对压力变送器系统的选型设计方法。提供了系统的设计绝对压力变送器系统的一种参考方法。
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