矿用移动式真空泵阻垢装置的设计与应用

＊赵洪超

（1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司 辽宁 113122 2.沈阳煤炭科学研究所有限公司 辽宁 110015）

瓦斯抽采工作作为煤矿生产环节的重要一环，抽采的工作效率和安全直接影响矿井的生产状态。瓦斯抽放泵由于在水中长时间运行，循环水中的碳酸盐逐渐析出并沉积在抽放泵内壁和叶轮上，使之形成了坚硬的硬质盐垢，致使整套系统运行效率下降。传统治理垢害的方法是用酸性溶液溶解垢体，随着循环水的损耗泵体上会持续不断的产生新垢，所以需要定期进行酸洗除垢作业，而且作业之前必须停泵排空瓦斯，流程繁琐，增加非计划停机次数、增加使用和维修成本耽误工期。阻垢装置能很好的解决这些弊端，一次性除垢作业完成后，通过实时在线监测水质，不停地往循环水里投放阻垢剂，避免新垢的产生，保障抽放系统稳定高效的运行。

1.矿用移动式真空泵阻垢装置技术机理

水垢的形成是从微小晶体形成开始，晶体从过饱和溶液中析出，有晶核形成与晶格生长两个环节，每个环节分为三个生长期，即初期、中期、末期。也就是说，晶核在经过这三个生长期后才能逐渐形成晶格，晶格的生长是一个缓慢过程，只有在晶核的某些活化区域上，吸附沉淀离子，晶格才能生长，经过3个生长期逐渐形成晶体，也就是水垢。我公司研制的缓蚀阻垢剂在水垢发育的初期，就是水垢晶核开始的最早期，就用离子的形式直接影响并阻止水垢晶核的形成，导致晶核发生变化，迫使其夭折于发育期，从而有效地阻止了水垢的产生，阻垢率能达到95%以上。缓蚀阻垢剂主要以其原子上的孤对电子与金属离子以化学键结合形成络合物吸附在金属表面上，形成稳定、致密牢固的保护膜，以此来隔离腐蚀介质与金属的有效接触，来起到保护金属的目的。水垢的主要成分是碳酸钙、氢氧化镁、碳酸镁、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅等。传统除垢剂除物理除垢外，一般采用强酸处理，严重破坏金属表面，严重者可能导致穿漏。水垢剥离技术采用有机酸除垢，可以在弱酸情况下进行剥离，如果水温保持30～40℃左右效果更好，可有效清除95%以上的水垢，且对金属的腐蚀性极小。

表1 除垢技术现状

表2 矿井水质分析报告单

2.阻垢剂的作用原理

缓蚀阻垢剂能够将分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，并具有一定的减缓腐蚀锈蚀的作用。络合增溶的作用机制最为明显，当缓蚀阻垢剂被放入水中后，就会立刻进行化学反应，形成电离作用，产生具有负电

极的离子。而大多数水垢的主要成分是钙离子形成的碳酸钙，负电极离子与碳酸钙发生反应后，就会产生可溶于水的新生物质，叫做络合物。它能够有效增加水分溶解度，防止水垢的生成与形成。缓蚀阻垢剂溶于水中，并吸附在无机盐的晶体上，减少晶体之间的亲和度，使其保持在游离状态，游离状态的晶体便也无法形成水垢。缓蚀阻垢剂晶格畸变原理，主要具有阻止水垢产生的能效。当缓蚀阻垢剂中的阻隔物质在无机盐晶核上形成规模聚拢后，能对无机盐晶体的形成起到阻碍作用，使其产生的速度减缓，进而阻止水垢的形成。

3.装置整体设计

图1 装置整体图

矿用移动式真空泵阻垢装置由阻垢系统、信号采集系统、控制系统、管路系统等组成，适用于瓦斯抽采泵、换热器、水冷电机、空压机等系统的阻垢。

阻垢装置中控制系统负责在线监测分析水质信息，自动制定阻垢剂投放时间及投放量，控制阻垢系统经由管路投放阻垢剂至瓦斯抽采泵站水循环系统中，保障系统无新垢生成。

图2 装置系统图

4.装置控制流程

在对真空泵清洗完毕的基础上，根据真空泵运行工况及水质情况，采取“一地一配方”的办法配制相应的缓蚀阻垢剂，对循环水进行日常防腐阻垢处理，达到不结垢、不腐蚀的目的。

(1)水质检测

对补充水和循环水的水质进行检测，分析水质组成成分，制定投药方案。

(2)加药处理

首次投药。清洗完成后，根据循环水保有量进行首次投药，包括预膜和阻垢两部分：一是使金属件形成一层保护膜，二是阻止新的水垢产生。

日常投药。定期对循环水和补充水进行检测，适时调整用药成分和用药量。

低位水池放置挂片，定期对挂片腐蚀、结垢情况进行评估。

由于循环水在工作过程中会自然减少，因此每天会对循环系统进行补水。在补水的过程中会增加新的腐蚀、水垢源。

①我们在补水口安装一台自动投药机，此投药机会根据补水量自动投入缓蚀阻垢剂，确保循环系统不腐蚀、不结垢。

②根据补水量和药箱药品消耗量，及时投入一定比例的缓蚀阻垢剂。

(3)基于PLC系统控制流程(如图3所示)

图3 系统流程图

5.结语

（1）解决了瓦斯抽放泵需要定期除垢的问题，提高瓦斯泵站的工作效率，延长真空泵的使用寿命，杜绝水垢再次生成。

（2）采取“一地一配方”的方式，针对性的配置缓蚀剂，在彻底清除泵体水垢的基础上，加入缓蚀阻垢剂。

（3）基于PLC控制技术对水质进行在线监测，动态投放药剂。阻垢效率达到95%以上。

（4）减少瓦斯抽采泵的停机次数，实现瓦斯泵站的节能、降本、增效的目标。