選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求與設計技術

作者：紅星機器 發(fā)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(fā)性及不穩(wěn)定性的一系列安全問題，因此選煤廠的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)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(fā)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(tài)。煤炭在運輸、儲藏、洗選加工等過程中，煤體結構和環(huán)境都在不斷發(fā)生變化，瓦斯存在的平衡狀態(tài)被打破，煤體中吸附的瓦斯會轉為游離狀態(tài)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(fā)生爆炸，在空氣中只有當瓦斯的濃度（瓦斯的體積分數(shù)）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(shù)），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(fā)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(jiān)控設計的基本要求

選煤廠的瓦斯監(jiān)控設計應該從如下幾個方面進行考慮，優(yōu)化設計。

（1）監(jiān)控位置、區(qū)域的確定：監(jiān)控位置、區(qū)域不僅要滿足規(guī)程規(guī)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(jiān)控點進行監(jiān)控。以及其他可能形成瓦斯積聚的區(qū)域。瓦斯檢測傳感器應布置在瓦斯釋放量大并且容易出現(xiàn)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?？煽氐氖峭咚?jié)舛群鸵鹪矗瑢ΡO(jiān)測點進行瓦斯監(jiān)控，根據(jù)檢測到的瓦斯?jié)舛戎颠M行報警同時進行風機聯(lián)動，強制通風，以降低瓦斯?jié)舛?；還要切斷電源避免產生引爆火源。

（3）瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)應能與數(shù)字化選煤廠對接或與選煤廠集控系統(tǒng)對接，滿足數(shù)據(jù)上傳、方便相關人員適時監(jiān)控、掌握、提取監(jiān)控數(shù)據(jù)；系統(tǒng)必須具備可以自動生成日報表、周報表的功能；監(jiān)控系統(tǒng)必須形成環(huán)網(wǎng)，并要具備對環(huán)網(wǎng)斷線功能的監(jiān)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(qū)使用規(guī)定。

（6）瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)量的冗余。冗余量定位20%較為合理。

（7）瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)應具備雷接地模塊，對系統(tǒng)進行接地處理。

三、選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計

選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)設計可采用兩種方式，一是完全獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，只與選煤廠數(shù)字化系統(tǒng)或集控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)上傳。二是瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與選煤廠數(shù)字化系統(tǒng)或集控系統(tǒng)相結合或融為一體。目前開發(fā)的各類瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)較多，如KJ系列瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)等。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控瓦斯、溫度、負壓、氧氣、煙霧、風機開停等環(huán)境參數(shù)，以及各機電設備開停和饋電、斷電狀態(tài)等生產運行參數(shù)。系統(tǒng)都配接有很大監(jiān)控容量，監(jiān)控分站可設置幾十個。采用RS485或CAN總線、FSK總線或以太網(wǎng)，以太網(wǎng)的傳輸?shù)乃俾士蛇_10M/100M。

獨立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)風電瓦斯閉鎖、瓦斯超限斷電的功能；系統(tǒng)軟件大多采用先進的數(shù)據(jù)存儲技術，解決了數(shù)據(jù)維護的困難；瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)還具有短信發(fā)送功能，將異常數(shù)據(jù)發(fā)送到管理人員的手機上；獨立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控設備、配套傳感器、執(zhí)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(tǒng)向外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，支持TCP/IP協(xié)議，可直接接入工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，可與集控系統(tǒng)、企業(yè)局域網(wǎng)綜合管理信息系統(tǒng)連接，便于管理部門聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管以及與其它數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實現(xiàn)資源共享。

獨立監(jiān)控系統(tǒng)復雜、線路多、探頭多、節(jié)點多、維修量多，工程量大，造價高。為了簡化系統(tǒng)，降低造價及維護工作量，選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)可與選煤廠集控系統(tǒng)相結合進行設計，共用網(wǎng)絡。其優(yōu)點是瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)由集控系統(tǒng)的PLC進行控制，采用工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線及TCP／IP通信協(xié)議，傳輸速度快，可以實現(xiàn)及時實時將瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到煤礦或集團監(jiān)控總站；采用PLC控制監(jiān)控系統(tǒng)可節(jié)省或簡化龐大的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，PLC控制可以方便地實現(xiàn)瓦斯聯(lián)鎖保護功能，避免了瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)布置和拆卸的不便，而且PLC控制系統(tǒng)更方便檢修維護。

選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與全廠集控系統(tǒng)相結合的設計思路體現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的設計，充分分析被控對象和明確系統(tǒng)控制要求、合理選擇PLC型號、確定系統(tǒng)的I/O設備的數(shù)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?jié)舛戎怠Ｊ褂猛咚固綔y器的精確檢測技術，提高瓦斯監(jiān)控的精確度，控制瓦斯抽排風機啟停和運行監(jiān)視，當現(xiàn)場瓦斯?jié)舛瘸^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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