新元煤业瓦斯抽放管道抑爆设备安装方案.docx

山西新元煤炭有限公司瓦斯抽放泵站抑爆系统安装设计方案山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司H.S DESIGN AND MANUFACTURE2013年12月山西新元煤炭有限公司瓦斯抽放泵站抑爆系统安装设计方案项目编号：ABYB项目规模： Kt/a编制人：审核人：批准人：山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司H.S DESIGN AND MANUFACTURE目 录前 言1一、公司简介及历史背景2二、 设计项目背景32.1 矿井概况：32.2 瓦斯抽放系统概况：32.3 项目设计依据32.4 项目建设简介5三、安全保障系统设计63.1设计依据(参照以下标准)63.2 瓦斯输送管道抑爆设备概述63.3设备组成73.4工作原理73.5电源参数73.6设备性能指标参数73.7产品性能特点83.8 同类产品对比8四、 瓦斯输送管道抑爆设备安装设计方案9五、瓦斯抽放管道抑爆设备管理制度及使用安全措施10六、 方案编制说明12附图1-1：旧瓦斯抽放泵站管道抑爆设备安装示意图13附图1-2：新瓦斯抽放泵站管道抑爆设备安装示意图14附图2：传感器安装示意图15附图3：喷嘴组件、高压高压抑爆容器安装示意图16附图4：瓦斯抽放管道抑爆设备总装示意图17附录一 设备配置表18附录二 相关证书19山西新元煤炭有限公司瓦斯抽放泵站管道抑爆系统设计方案前 言山西新元煤炭有限责任公司矿井位于山西省晋中市寿阳县境内，系阳泉矿区寿阳新区新开发的矿井之一，本矿井隶属于阳泉煤炭（集团）有限责任公司，矿井工业场地距寿阳县城西北约5km。矿井为煤与瓦斯突出矿井，煤尘具有爆炸性，煤层具有自燃发火倾向性。矿井瓦斯抽放系统在运行过程中，低浓度瓦斯输送可能在特定的部位及条件下发生瓦斯爆炸，根据有关规定为了主动抑制低浓度瓦斯输送管道爆炸事故的发生，阻断或隔绝爆炸火焰，避免冲击波危害瓦斯抽放泵、瓦斯利用设备以及井下生产作业现场，减小瓦斯爆炸事故对矿井安全生产造成的危害，我公司为山西新元煤炭有限公司的冀家脑地面瓦斯抽放泵站瓦斯管道输送安全保障（抑爆）系统进行设计、安装。我公司生产的瓦斯输送管道二氧化碳抑爆装置原理是：当瓦斯抽放系统在输送、利用、排空低浓度瓦斯时，在管道输送系统中靠近或可能出现火源点附近管道上会发生瓦斯爆炸（燃烧）事故，安全保障系统中阻、抑爆装置能在最短时间内，通过设备上的火焰传感器探测到瓦斯爆炸（燃烧）信号，并将其转变为数据传输到控制箱；控制箱内的CPU对数据进行校验判断，对数据进行存储并自动发出指令启动高压抑爆容器，将高压抑爆容器中的抑爆介质在极短时间内通过释放组件进行释放，以抵挡由于爆炸产生的强压，同时扑灭火焰，并与阻抑爆辅助装置共同作用，将爆炸事故对抽放设备以及矿井（井下）安全生产造成危害控制在最小范围、最低程度，从而保障作业人员的安全和抽放系统的正常运行。为了达到好的防护效果本次设计山西新元煤炭有限公司冀家脑地面瓦斯抽放泵站共需安装瓦斯输送管道主动抑爆设备8套，旧瓦斯抽放泵站高、低负压主管到瓦斯抽放泵前配气管段各1套，瓦斯抽放泵后高、低负压主管到主排空管各1套，共4套；新扩建瓦斯抽放泵站高、低负压主管路的配气管和排空管各1套，共4套。在本项目的设计过程中得到新元煤炭有限公司领导和其他社会各界有关人员的大力支持，在此表示衷心感谢。山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司2013年月12月20日一、公司简介及历史背景山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司位于山西省晋城市经济开发区，是一家成立于2006年8月的中外合资企业，公司注册资金为1.5亿元人民币。公司引进了南非HS公司拥有的具有世界领先水平的主动抑爆专利技术，该技术原为军用技术，后引入民用矿业领域，是针对煤矿井下可能发生的瓦斯煤尘爆炸事故专门设计开发的超高速灭火抑爆系统，具有主动监测、高速启动、自动抑爆等突出的特点，能有效弥补被动隔爆方式的不足，消除或减少瓦斯爆炸事故造成的人员伤亡和财产损失。公司立足于对南非HS主动抑爆技术的引进、消化、吸收，致力于为中国煤矿提供全方位的矿下抑爆解决方案。公司主营业务包括：煤矿主动抑爆设备的生产和销售，抑爆网络体系的设计与安装，主动抑爆系统的维护和鉴定等方面。主动抑爆系统主要有四种类型:机载型主动抑爆设备、支架型主动抑爆设备、巷道型主动抑爆设备、管道型抑爆设备。2005年10月HS公司应中国外国专家局邀请随同南非矿产能源部赴北京参加南非煤矿安全生产技术与设备交流会，此次会议上HS主动抑爆系统首次亮相中国。2006年南非HS公司与中国山西兰花集团等四家国内企业正式成立合资公司山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司。2008年8月，温家宝总理和张德江副总理做出了学习南非经验的批示，国家煤监局成立学习借鉴南非经验工作组，启动学习南非经验课题研究工作。2009年，中国安标国家矿用产品安全标志中心及重庆和抚顺检测检验中心历时三年对HS主动抑爆系统在安全性能，基本性能和抑爆性能等多方面进行了一系列综合而全面的论证和测试后，于2009年12月正式颁发了中国矿用安全标志许可证（进口设备）。 2011年 HS主动抑爆系统在2009年获得进口安标证的基础上，不断加大产品的国产化程度，在获得多方认可后，于2011年6月获得了国家正式颁发的中国矿用安全标志许可证（国产设备），最新研制的ZYBRG14/2瓦斯输送管道抑爆设备于2013年6月获得安全标志许可证书。HS主动抑爆在历经17余年的持续研发和近5年的中国本地化后，正式为提升中国煤矿安全生产水平开启了全新的篇章。二、 设计项目背景2.1 矿井概况：山西新元煤炭有限责任公司位于山西寿阳县，矿井地处沁水煤田东北部，距离太原市60公里，阳泉市25公里。设计储量7.9亿吨，设计可开采储量5亿吨。其中：3#煤层2.1亿吨，9#煤层0.82亿吨，15#煤层2.3亿吨。煤种主要为贫煤，贫瘦煤及无烟煤，属中低灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质品种煤，可作为电煤、高炉喷吹煤等。煤层赋存平缓，平均厚度为2.29-3.32米。按600万吨/年产量设计的现代化矿井3km2截止2008年底保有储量773466kt,可采储量446607kt，矿井服务年限39.4年。矿井为煤与瓦斯突出矿井，煤尘具有爆炸性，煤层具有自燃发火倾向性。2.2 瓦斯抽放系统概况：现冀家脑瓦斯抽放系统已实现本、邻高低压分系统抽放，正在运行的旧瓦斯抽放泵站有四台型号为2BEF72340，600m3/min水环真空泵，主管径为8208。现正在扩建的新瓦斯抽放泵站安装有泵站内安装有4台水环式真空泵，其中2BEC-100型2台（配套电动机YB710-4，10kV,1400kW),担负低负压系统抽放；2BEZ-120型2台（配套电动机YB800-4，10kV,1600kW),担负高负压系统抽放，全部实现一用一备。瓦斯抽放系统的抽、排瓦斯管道上均设置水封式防爆装置、防回火、防回水装置。在进入瓦斯抽放泵站的两趟管路上设有同等管径的配气管，瓦斯抽放泵的进、出口各设有配气管和排空管，现抽出的瓦斯没有利用，由各自的排空管排出，配气管和排空管的管口都高出泵房房顶3m以上。2.3 项目设计依据国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局大力推进国家煤矿安全保障系统的建设，分期分批建设全国各级生产安全监督管理和各级煤矿安全监察、保障机构，在国家标准AQ 1076-2009 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范中明确规定以下原则：煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计时应遵循“阻火泄爆、抑爆阻爆、多级防护、确保安全”的基本原则；在煤矿低浓度瓦斯管道输送系统中靠近可能的火源点（发电机组、地面排空管口、自燃和易自燃煤层采空区抽瓦斯管入口等）附近管道上，应安设安全保障设施，确保管道输送安全；因此，建立以“阻火泄爆、抑爆阻爆、多级防护、确保安全”为原则的煤矿低浓度瓦斯输送安全保障系统十分迫切和必要，对于促进我国煤矿安全保障体系的建立和完善，使煤矿安全保障系统由被动式变为主动防护式具有极其重要的意义。对于煤矿低浓度瓦斯输送利用或排空管道的设计，国家标准AQ 1076-2009 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范中明确规定：（1）内燃机瓦斯发电用管道输送内燃机瓦斯发电用低浓度瓦斯管道输送安全保障设施应安设阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置应选择水封阻火泄爆装置，抑爆设备可选择自动喷粉抑爆设备、细水雾输送抑爆设备和气水二相流输送抑爆设备中的一种，阻爆装置应选择自动阻爆装置。安全保障设施安设段为火焰传感器至自动阻爆装置之间的管道，安全保障设施的安装顺序为：第一级阻火泄爆装置，第二级抑爆设备，第三级阻爆装置，其安装位置见图1。图1 内燃机瓦斯发电利用系统安全设施示意图监控用火焰、压力传感器安装在支管上脱水器的两侧。火焰传感器位于脱水器与发电机组之间，距离脱水器2m3m。选用细水雾输送抑爆设备或气水二相流输送抑爆设备时，其安装始端距水封阻火泄爆装置的距离不大于3m。自动阻爆装置距抑爆设备末端的距离不大于10m。（2）地面瓦斯排空抽出的低浓度瓦斯不利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆设备宜采用自动喷粉抑爆设备。安设位置详见图2。自动喷粉抑爆设备监控用火焰传感器安装在排空管上，距排空管出气口的距离（沿管道轴向）应小于5m。自动喷粉抑爆设备的安设位置距火焰传感器的距离（沿管道轴向）为30m60m。图2 地面瓦斯排空系统安全设施安装示意图（3）采空区抽采用低浓度瓦斯管道输送易自燃、自燃煤层的井下采空区低浓度瓦斯抽采，应在靠近抽采地点的管道上安设抑爆设备，安设位置详见图3。自动喷粉抑爆设备的安设地点距最近的抽采瓦斯管口的距离（沿管道轴向）应小于100m。应至少安设1组，每组抑爆设备需安设2个喷粉罐，两个喷粉罐之间的距离为50m。抑爆设备的火焰传感器应安设在自动喷粉抑爆设备与抽采管进气口之间，距离抑爆设备的距离（沿管道轴向）应大于50m。图3易自燃、自燃煤层井下采空区低浓度瓦斯抽采系统安全设施安装示意图因此，根据以上国家标准中的明确规定，煤矿低浓度瓦斯的输送与利用管道均需按照国家标准设计，形成阻火泄爆、阻爆抑爆多级防护的安全保障体系，确保瓦斯输送系统及相关人员安全。2.4 项目建设简介山西新元煤炭有限公司矿与汉斯公司达成在本矿抽放系统中安装瓦斯输送管道抑爆设备进行阻爆抑爆防护的意向。三、安全保障系统设计3.1设计依据(参照以下标准)管道阻爆抑爆设备主要依照以下标准设计制造与安装：AQ 1073-2009 瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件AQ 1076-2009 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范AQ 1079-2009 瓦斯管道输送自动喷粉抑爆设备通用技术条件管道产品说明书（必要时提供产品说明书复印件含章）其中AQ 1079-2009 瓦斯管道输送自动喷粉抑爆设备通用技术条件对管道抑爆设备性能具体要求：（1）火焰传感器响应时间：5ms；（2）抑爆控制器响应时间：15ms；（3）抑爆器喷撒滞后时间：15ms；（4）抑爆器喷撒效率：80%；AQ 1073-2009 瓦斯管道输送自动阻爆装置技术条件对管道阻爆装置性能具体要求：（1）传感控制响应时间：20ms；（2）阻爆阀门动作时间：90ms；（3）装置阻断时间：100ms。3.2 瓦斯输送管道抑爆设备概述山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司生产的瓦斯输送管道抑爆设备依据最新国家标准设计，针对瓦斯气体输送过程中可能发生的燃烧、爆炸事故而特别开发研制的超高速抑爆设备。设备采用先进的双光谱红外光火焰传感器快速探测燃爆信息，将信号传递至中央处理器，由中央处理器判定并解析信号，在爆炸接近防护区间时，发出信号给高压储能器，在千分之五秒的时间内打开阀门，通过喷射释放模块释放高能抑爆介质形成抑爆屏障，抑制爆炸、阻断爆炸的扩散。3.3设备组成瓦斯输送管道抑爆设备为模块化设计，由核心模块及协作模块组成，可组装成整体设备安装于瓦斯抽放管道上，其核心部件包括：红外光火焰传感器、高压抑爆容器、控制箱、喷射释放组件、自动清洗组件（可选）等。3.4工作原理该装置抑爆原理：当煤矿瓦斯输送管道内发生瓦斯爆炸、燃烧或明火时，抑爆系统能在最短时间内，通过设备上的火焰传感器探测到瓦斯爆炸、燃烧或明火，并将信号转变为数据进行内部传输；控制箱校验输入数据后自动发出指令启动高压抑爆容器，将高压抑爆容器中的抑爆介质在极短时间内释放，形成物理屏障阻断火焰蔓延，保障瓦斯输送管道安全。释放抑爆介质抑爆阻燃终止火焰红外光火焰传感器数据传输控制箱信号校验信号判断是否高速阀门高压抑爆容器喷射释放组件打开图 2：抑爆设备工作流程3.5电源参数1) 输入电压：AC 127V 50Hz；2) 输入电流：1A（最大）。3.6设备性能指标参数1) 系统总响应时间：12ms；2) 系统喷洒滞后时间：5ms；3) 抑爆介质喷洒率：98%；4) 传感器响应时间5ms；5) 适用管径：DN200-DN12003.7产品性能特点1)智能化识别2)超高速启动3)全自动抑爆4)程式化自检5)模块化设计6)单元化产品3.8 同类产品对比目前，市场上抑爆产品主要有两种类型，即主动抑爆系统的瓦斯输送管道抑爆设备和自动喷粉装置，我们现在讲两种产品性能参数进行对比。瓦斯抽放管道抑爆设备与矿用本质安全型自动抑爆装置产品比较表比较项主要指标瓦斯抽放管道抑爆设备自动抑爆装置对 比产品开发系统化，多系列产品单一产品适用性更强成功抑爆案例5起无唯一拥有抑爆案例产品实践应用年限20年1-2年？唯一拥有多年实践经验系统总响应时间10ms15ms设备应用环境适用于在有粉尘和高湿度高污染等环境理想实验室环境更能适用于煤矿井下传感器探测距离通过第四代双光谱传感器可探测爆炸（爆燃）信号可探测5m远处有效探测距离30m1烛光火焰最佳探测距离6m反应速度1-5ms-监视范围单个传感器60，系统设计方案可覆盖整个探测区120圆锥夹角角度可调，设计灵活，可覆盖整个探测区传感器应用环境环境温度：040； 相对湿度：95%（+25）；大气压力：80kPa110kPa； 允许在有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下使用自动清洗功能有？控制器信号识别对非爆炸信号完全免疫无表述程式化自检功能有无表述黑匣子功能有无表述打开阀门时间2ms-响应智能视防护对象变化情况决定响应时间快慢应用环境环境温度：040； 相对湿度：95%（+25）；大气压力：80kPa110kPa； 允许在有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下使用；周围无振动、无腐蚀性气体抑爆器喷洒滞后时间4-l5msl5m成雾时间5m2面积60ms90ms有效雾面持续时间l000msl000ms有效覆盖面积不同安装位置的系列产品，能有效覆盖各防护区间l0m2面积/单个抑爆器喷洒率94%-99.8%90%抑爆介质主要成分为磷酸铵盐，获得“安全无毒”ABC干粉灭火剂灭火剂质量 应机型而定l2kg/单个抑爆器经过对比，主动抑爆产品性能优于自动喷粉装置，故选择配备瓦斯抽放管道抑爆设备来完善矿井抽放系统的安全保障系统。四、 瓦斯输送管道抑爆设备安装设计方案4.1山西新元煤炭有限公司冀家脑地面瓦斯抽放泵站旧泵站安装有高、低负压瓦斯抽放两套系统：高负压抽放系统安装2水环真空泵，主管路采用DN820无缝钢管，瓦斯进、排气口各安装1根DN600配气管和排空管；低负压抽放系统使用2台水环真空泵，主管路采用DN820无缝钢管,瓦斯进、排气口各安装1根DN600配气管和排空管，主管路上各安装一根配气管和排空管，安装位置见（附图1-1：旧瓦斯抽放系统管道抑爆设备安装位置示意图）。正在扩建的新瓦斯抽放泵站安装有泵站内安装有4台水环式真空泵，其中2BEC-100型2台（配套电动机YB710-4，10kV,1400kW)，主管路均为102022,担负低负压系统抽放；2BEZ-120型2台（配套电动机YB800-4，10kV,1600kW),担负高负压系统抽放，全部实现一用一备，瓦斯抽放泵均设有单独的配气管，高、低负压管路上各设有一根主配气管和主排空管。参照技术规范和产品说明书，为了达到更好的防护效果特做此安装设计方案：抽放管路上安装4套瓦斯输送管道抑爆设备，火焰传感器安装在排空管上与配气管上，分别距管口的距离（沿管道轴向）应小于5m。高压抑爆容器安设位置距火焰传感器的距离（沿管道轴向）为30m60m和火焰传感器的位置，（附图1-2：新瓦斯抽放系统管道抑爆设备安装位置示意图）。4.2 火焰传感器安装：先焊接底座，再装配传感器及紧固法兰，安设位置距管口小于5米，见（附图2：传感器安装示意图）；高压抑爆容器及喷嘴安装：根据连接块接口实际尺寸切管，焊接连接块并连接螺栓，安设位置见（附图3：高压抑爆容器、喷嘴组件安装示意图）；控制箱、线束安装：根据实际情况安装在便于观察的安全地点，见（附图4：管道抑爆设备总装示意图）。4.3瓦斯输送管道抑爆设备选型设备名称：瓦斯输送管道二氧化碳抑爆设备型号：ZYBRG14/2设备厂家：山西兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司序号安装地点管道规格安装方式数量1旧瓦斯抽放泵站低负压抽放系统泵前主配气管DN820传感器安装在距排空管口5米处，高压抑爆容器安装在距传感器轴向距离30-50米处。控制箱安装在便于观察的位置。1套泵后主管排空管DN8201套2高负压抽放系统泵前主管配气管DN8201套泵后主管排空管DN8201套3新扩建瓦斯抽放泵站低负压抽放系统泵前主配气管DN10201套泵后主管排空管DN10201套4高负压抽放系统泵前主管配气管DN10201套泵后主管排空管DN10201套合计：新瓦斯抽放泵站4套，旧瓦斯抽放泵站4套，共8套矿方意见五、瓦斯抽放管道抑爆设备管理制度及使用安全措施矿井瓦斯瓦斯抽放管道抑爆设备是兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司引进南非先进军工技术，经过专家论证科研人员研究逐步国产化的先进瓦斯主动抑爆系统。矿井在使用过程中，要充分了解系统性能，遵循各项系统管理制度，保证系统正常运转，性能完好，发挥主动抑爆作用。一、主动抑爆系统管理制度1、为保证矿井瓦斯主动抑爆系统运行正常、性能完好矿方需成立瓦斯主动抑爆系统管理机构。2、瓦斯主动抑爆系统管理机构应组织设备管理人员学习了解设备性能，使用规范。配备专业技术人员（技术员必须经兰花汉斯瓦斯抑爆设备有限公司培训后方可上岗）进行维护保养，指定专人负责运行管理。保证做到系统发生故障早知道，系统发生故障早处理，系统性能始终完好。3、瓦斯抽放管道抑爆设备在移动时，操作人员应遵守整机移动原则及本矿已实行的机电设备管理制度。设备移动到达新位置要固定好，保证设备能正常运行。4、矿方对瓦斯瓦斯抽放管道抑爆设备进行管理、检查、简单维护时，应严格执行厂方提供的产品说明书及本次设计要求；如矿方对产品说明书及本次设计内容有不同意见，并对该产品有关执行情况做修改时，必须经过厂方同意。5、矿井应建立设备管理台帐对设备进行编号管理，及时记录各组设备运行使用情况、故障发生情况，维修保养情况，各组件定期校检情况，并根据设备管理台帐信息采取相应措施确保设备运行。二、瓦斯瓦斯抽放管道抑爆设备校验、保养、维修制度为保证瓦斯瓦斯抽放管道抑爆设备正常运行，性能完好设备管理机构及人员应对瓦斯瓦斯抽放管道抑爆设备定期进行维修保养。1、设备日常保养：1）、设备管理员应定期对设备表面进行清扫，保持表面清洁，外观整洁；保证检测探头、显示窗口不积聚灰尘；2）、设备管理员每班应抄录设备运行数据不少于两次，发现故障信号及时处理；3）、设置警示标志，避免运输材料时发生碰撞损坏设备组件，重要组件损坏，及时联系生产商进行维修更换。2、设备组件校验、保养：1）、单元抑爆设备整机每年应升井进行一次全面维护保养，对内部连接件，电子元件、线束