選煤廠瓦斯監控系統的基本要求與設計技術

作者：紅星機器 發表于： 2016-05-09 17:19:51

楊帥軍老師 紅星技術工程師

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選煤廠的瓦斯通常存在著一定的復雜性、多變性、突發性及不穩定性的一系列安全問題，因此選煤廠的瓦斯監控系統已經成為了不可或缺的安全措施。

一、煤中瓦斯的賦存和解吸形式及危害

選煤廠之所以存在瓦斯是因為煤體存在、攜帶瓦斯所致。煤具有復雜的孔隙結構，有著發達的、大小不同的孔隙和裂隙，這些形狀不一、大小不同的孔隙和裂隙構成巨大的自由空間和孔隙內表面，在這些空間內存在大量瓦斯。煤體內的瓦斯有兩種存在形式，空隙內的游形式和表面的吸附形式，并保持一定的平衡狀態。煤炭在運輸、儲藏、洗選加工等過程中，煤體結構和環境都在不斷發生變化，瓦斯存在的平衡狀態被打破，煤體中吸附的瓦斯會轉為游離狀態并逐漸溢出。當溢出的瓦斯處于通風不暢或密閉空間或高大空間時，便容易形成瓦斯積聚。

瓦斯積聚后需要滿足一定的條件才會產生爆炸或閃爆。瓦斯爆炸需要同時具備三個要素：一是濃度，不是任何濃度的瓦斯都會發生爆炸，在空氣中只有當瓦斯的濃度（瓦斯的體積分數）在5%-16%時，才會產生爆炸，大于或小于該濃度都不會產生爆炸；二是高溫或火源引爆，引爆溫度為650-750℃，電焊、明火、碰撞摩擦、電弧等都可引爆瓦斯；三是空氣中的氧氣濃度（氧氣的體積分數），氧氣濃度：不低于12％，氧氣濃度低于12％時，瓦斯就失去爆炸性。上述三個條件缺一不可，缺少其中任何一個條件，瓦斯就不會發生爆炸。瓦斯積聚后周圍空氣中的氧氣濃度一般都大于12%，因此只要有引爆條件即可產生爆炸。

二、選煤廠瓦斯監控設計的基本要求

選煤廠的瓦斯監控設計應該從如下幾個方面進行考慮，優化設計。

（1）監控位置、區域的確定：監控位置、區域不僅要滿足規程規范的要求，還要結合選煤廠工藝的具體情況考慮，綜合考慮，盡可能做到完善。在煤倉內煤倉底部及溜槽口、矸石倉內矸石倉頂部底部及溜槽口、皮帶機頭等也應作為瓦斯探測監控點進行監控。以及其他可能形成瓦斯積聚的區域。瓦斯檢測傳感器應布置在瓦斯釋放量大并且容易出現瓦斯積聚的地點，嚴禁裝在進出風口，確保瓦斯測量結果的準確和代表性。

（2）消除產生瓦斯爆炸的條件：產生瓦斯爆炸的三個條件中，氧氣濃度屬于不可控條件，不予控制。可控的是瓦斯濃度和引爆火源，對監測點進行瓦斯監控，根據檢測到的瓦斯濃度值進行報警同時進行風機聯動，強制通風，以降低瓦斯濃度；還要切斷電源避免產生引爆火源。

（3）瓦斯監控系統軟件必須需具備風電閉鎖、瓦電閉鎖、解鎖復電功能。

（4）報警裝置應采用防爆的聲光報警器。

（5）瓦斯監控系統應能與數字化選煤廠對接或與選煤廠集控系統對接，滿足數據上傳、方便相關人員適時監控、掌握、提取監控數據；系統必須具備可以自動生成日報表、周報表的功能；監控系統必須形成環網，并要具備對環網斷線功能的監測；分站之間干線、分站與傳感器之間干線、分站電源的電源線必須使用阻燃電纜，要有屏蔽層，具有MA標志，符合瓦斯區使用規定。

（6）瓦斯監控系統應具備一定量的傳感器冗余，滿足擴展和備用的需要。在各個分站也應設置一定數量的冗余。冗余量定位20%較為合理。

（7）瓦斯監控系統主機應做成雙機熱備，并設置后備電源，當交流電異常斷電后，后備電源應至少堅持兩個小時。

（8）瓦斯監控系統應具備雷接地模塊，對系統進行接地處理。

三、選煤廠瓦斯監控系統的設計

選煤廠瓦斯監控系統設計可采用兩種方式，一是完全獨立的監控系統，只與選煤廠數字化系統或集控系統進行數據上傳。二是瓦斯監控系統與選煤廠數字化系統或集控系統相結合或融為一體。目前開發的各類瓦斯監控系統較多，如KJ系列瓦斯監控系統等。瓦斯監控系統可監控瓦斯、溫度、負壓、氧氣、煙霧、風機開停等環境參數，以及各機電設備開停和饋電、斷電狀態等生產運行參數。系統都配接有很大監控容量，監控分站可設置幾十個。采用RS485或CAN總線、FSK總線或以太網，以太網的傳輸的速率可達10M/100M。

獨立瓦斯監控系統都具有風電瓦斯閉鎖功能和瓦斯超限斷電功能；分站能實現風電瓦斯閉鎖、瓦斯超限斷電的功能；系統軟件大多采用先進的數據存儲技術，解決了數據維護的困難；瓦斯監控系統還具有短信發送功能，將異常數據發送到管理人員的手機上；獨立瓦斯監控系統分站的模擬量端口與開關量端口可互換，具有大屏幕液晶顯示功能；監控設備、配套傳感器、執行器種類齊全，傳感器配有遙控器，調校方便、使用壽命長；系統向外提供統一的數據接口，支持TCP/IP協議，可直接接入工業以太網，實現遠程集中監控，可與集控系統、企業局域網綜合管理信息系統連接，便于管理部門聯網監管以及與其它數據分析系統實現資源共享。

獨立監控系統復雜、線路多、探頭多、節點多、維修量多，工程量大，造價高。為了簡化系統，降低造價及維護工作量，選煤廠瓦斯監控系統可與選煤廠集控系統相結合進行設計，共用網絡。其優點是瓦斯監控系統由集控系統的PLC進行控制，采用工業以太網、現場總線及TCP／IP通信協議，傳輸速度快，可以實現及時實時將瓦斯監控數據上傳到煤礦或集團監控總站；采用PLC控制監控系統可節省或簡化龐大的瓦斯監控系統，PLC控制可以方便地實現瓦斯聯鎖保護功能，避免了瓦斯監控系統布置和拆卸的不便，而且PLC控制系統更方便檢修維護。

選煤廠瓦斯監控系統與全廠集控系統相結合的設計思路體現在如下幾個方面。充分結合選煤廠的實際情況，利用甲烷檢測儀、聲光報警器、軸流風機、可編程控制器和PLC技術相結合完成符合實際情況的瓦斯監控系統的設計，充分分析被控對象和明確系統控制要求、合理選擇PLC型號、確定系統的I/O設備的數量及種類進行控制流程設計、控制程序設計。瓦斯探測器選擇本安型不間斷電源和輸出信號為4-20mA的類型，即可將信號接至PLC，并在PLC內設定控制的瓦斯濃度值。使用瓦斯探測器的精確檢測技術，提高瓦斯監控的精確度，控制瓦斯抽排風機啟停和運行監視，當現場瓦斯濃度超過安全設定值，風機自動投入運行，低于設定值，風機退出運行。

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