大佛寺煤矿通风瓦斯氧化发电工程瓦斯抽排泵站供气系统自动化改造

郜力　岳云宁　田涛

摘要：针对大佛寺煤矿通风瓦斯氧化发电工程初期设计的瓦斯抽排泵站供气系统在运行中存在不能够快速调整和切断突变的瓦斯气量等不安全隐患，文章对其供气系统进行了设计改造，具体方法是对瓦斯抽放泵站到氧化装置的输气管线和瓦斯汇集集气总管进行设备自动化改造。通过对抽放泵站供气系统设备的自动化改造以及一年来的运行实践证明，氧化装置能够安全可靠稳定运行。

关键词：氧化装置；瓦斯抽排泵站；供气系统；自动化改造；通风瓦斯 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2015）03-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0213

大佛寺煤矿通风瓦斯氧化发电工程的主要设备氧化装置是2009年山东胜动集团与陕西彬长大佛寺矿业集团合作，采用热逆流氧化反应技术开发的一种销毁、利用煤矿瓦斯，特别是浓度较低，目前不能用于民用、不能直接发电的煤矿抽排瓦斯和煤矿主扇风排瓦斯（乏风）的新型、高效节能减排设备。

氧化装置的气源是取自矿井抽放泵站浓度小于8%的瓦斯和主扇排放的0.2%左右通风瓦斯。掺混后浓度为1%左右的混合瓦斯进入氧化装置进行高温氧化，制取380℃和2.5MPa的过热蒸汽驱动一台功率为4500kW汽轮发电机进行发电。由于氧化装置在初期运行阶段对抽放泵站供气系统缺乏全面考虑，当抽排瓦斯浓度出现突变时，不能够快速对大于8%的抽排瓦斯气体迅速放散，会导致进入到氧化装置本体掺混的瓦斯气体浓度剧增（即>1.2%），本体温度会迅速升高，对氧化装置的运行带来安全隐患，因此必须对其供气系统的设备进行自动化改造，以此来保证氧化装置和抽放泵站的安全可靠运行。

1 瓦斯抽排泵站系统介绍

陕西彬长大佛寺工业广场目前有八套抽排瓦斯系统，分为1、2、3、4、5号I期系统和6、7、8号II期系统。抽排1～5号抽排瓦斯泵站把抽排的瓦斯气体汇集在就地母管，再通过两条分支管把瓦斯输送到抽排瓦斯汇集总管；6、7、8三个抽排泵分别把抽排瓦斯输送到抽排瓦斯汇集总管。抽排瓦斯汇集总管向五台氧化装置供气。虚线框内部分为新增加的设备改造部分，抽排瓦斯进气系统工艺系统是主旨部分。

2 瓦斯抽排泵站供气系统设备自动化改造

2.1 瓦斯抽排泵站系统增加瓦斯在线分析系统和电动放散装置

在1～5号瓦斯泵站抽放系统原有用于乏风发电的DN1000瓦斯输送母管（抽放站端）处安装一套瓦斯在线分析系统，在1～5号瓦斯输送母管上安装放散管、电动放散阀和电磁式煤气安全快速切断阀，并将向氧化装置端的输送管线上增加电动蝶阀；在6～8号各瓦斯泵站抽放系统各支管处分别安装一套瓦斯浓度在线分析系统，分析柜就近设置在抽放系统管线处；在抽排瓦斯汇集总管上安装放散管、电动放散阀和电磁式煤气安全快速切断阀。瓦斯在线分析系统采用ABB公司生产的型号为EL3060甲烷浓度在线分析系统，防爆等级为ATEX II 2G Ex d IIC T4，防护等级为IP 65，测量范围为0～30%CH4。该系统由分析仪表、预处理系统、电伴热取样管线、取样探头、分析柜组成。预处理系统对取样的气体进行过滤、除尘、除湿，将符合分析仪器要求的样气，送入分析仪器，从而确保分析仪器的准确性和可靠性，把分析的瓦斯浓度信号以4～20mA的电信号上传到氧化装置集控室PLC系统。PLC控制系统根据上传数据和保护设定值比较对电动放散阀进行远方控制，及时对突变的较高浓度瓦斯气快速放散，以此来防止掺混浓度大于1.1%的瓦斯进入氧化装置。

2.2 在氧化装置控制室增设了一套可编程逻辑控制系统（PLC）

本套PLC系统由操作员站（即总站）、1#分站、2#分站、3#分站组成，其中操作员站位于乏风控制室（非防爆区）内，三个分站位于检测点附近区域，该区域属于危险区域分类中的CLASSI，2区，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瓦斯管道总管旁，3#分站位于抽排瓦斯汇集总管处。PLC控制系统范围包括1#～8#瓦斯抽排系统至乏风氧化装置之间新上放散系统的所有阀门的配电、控制及相应辅助系统（浓度、压力、传感器）。放散系统所有阀门的配电及控制采用微处理器为基础的可编程控制系统，在正常情况下，机组操作人员通过操作员站的显示器、键盘及鼠标对机组进行监控及有关操作。在异常情况下，该系统可以报警显示及连锁控制。对整改瓦斯输送系统进行控制，提前预测瓦斯浓度的突然变化，及时开启自动放散装置。

2.3 现场测试

首先，对抽放泵站1～5系统、6～8系统甲烷浓度在线分析系统进行单机调试，调试完好后，把信号上传到PLC分站，通过分站与操作员站进行通信，现场数据和总站设定数据一致时完成调试任务；其次，对新增加的防爆电动蝶阀进行就地调试和PLC系统集中控制，所以有阀门的开度进行了就地与集控的对位试验；再次，对抽排瓦斯汇集总管和1～5号瓦斯总管的电磁式煤气安全快速切断阀进行停电试验三次，电磁式煤气安全快速切断阀在2秒钟内均能快速打开，快速释放瓦斯气；最后，模拟测试了当PLC系统检测到瓦斯泵站抽排浓度大于8%时，风机连锁保护动作停机。

3 整改后的运行情况

氧化装置瓦斯抽系统的自动化设备装置改造在2013年11月开始，2014年2月28日完成整体调试，氧化装置3月1日运行，汽轮机组于3月4日并网发电，在设备运行期间，由于受外界电网系统影响，供电系统发生过两次突然停电，控制系统反应灵敏，能够快速准确地切断配气系统，有效地保护了氧化装置的安全运行；2#抽排系统瓦斯浓度突变3次，抽排系统浓度由6%迅速上涨到20%，导致氧化装置的掺混浓度超过保护值1.1%，保护系统立即动作风机停运，同时前端机械关断阀关断，防止事故的发生，保证了氧化装置的安全运行。

4 结语

（1）试验结果表明实现对进入氧化装置气量的控制和抽排泵站及时放散系统的自动化改造是有必要的，能够有效的起到安全保护作用；（2）实际运行中当抽放瓦斯浓度突变、电网停电等问题时，自动化系统做到了安全、可靠、灵敏的动作；（3）陕西彬长大佛寺煤矿运用氧化装置发电是全国首例，不仅要保证氧化装置的安全可靠，更要保证抽放泵站的安全运行，保证矿井的安全生产。

参考文献

[1] 马小钟.大佛寺煤矿瓦斯氧化工程应用安全措施[J].矿业安全与环保，2013，40（2）.

[2] 中华人民共和国安全生产行业标准.煤矿低浓度瓦斯与细水雾混合安全输送装置技术规范（AQ 1078-2009）[S].

[3] 康建东.煤矿低浓度瓦斯输送安全保障技术[J].煤矿安全，2009，（S1）.

作者简介：郜力（1966-），陕西咸阳人，陕西彬长新生能源有限公司工程师，研究方向：煤矿瓦斯综合治理。

（责任编辑：秦逊玉）