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壓力變送器在煤礦井下恒壓變頻供水裝置的選型及應(yīng)用
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壓力變送器在煤礦井下恒壓變頻供水裝置的選型及應(yīng)用

時(shí)間:2018-01-17 16:11:13

        摘 要:根據(jù)山西某礦井下生產(chǎn)供水方案,分析恒壓變頻供水裝置的選型與要求,包括蓄水池、管路、恒壓變頻泵及其供電系統(tǒng)的造型與要求,以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與要求。該礦井通過恒壓變頻水泵與南翼主供水管路并網(wǎng),將 3 號奧灰水直接在井下利用,為南翼盤區(qū)工作面生產(chǎn)供水,保證工作面水量充足,壓力穩(wěn)定,全自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)無人值守。7Zs壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
隨著礦井工作面的延伸,供水壓力已不能滿足生產(chǎn)的需要,同時(shí)考慮減輕地面污水處理壓力,奧灰水不上井,直接在井下利用,作為南翼盤區(qū)的生產(chǎn)水源。山西某礦井下生產(chǎn)供水系統(tǒng)為:依靠地面蓄水池靜壓水,通過主管道向井下供水。
 
1 供水方案
        南輔大巷 3 號奧灰水的涌水 80 m 3 /h,如圖 1 所示通過南輔 DN100 mm管道排至西一盤區(qū)輔運(yùn)大巷蓄水池(建兩個(gè) 150 m 3 左右的蓄水池,容積滿足加壓 1 臺(tái)水泵 1 h 用水即可);如果奧灰水補(bǔ)水不足,可通過地面靜壓水,向蓄水池補(bǔ)水。同時(shí)通過潛水泵、隔爆變頻器、壓力變送器與 PLC 控制箱控制(2套,1 用 1 備定時(shí)輪換),經(jīng) DN150 mm 管路輸出壓力恒定的水流,經(jīng)一趟 DN200 mm管引到南翼采區(qū)管路上,專供南翼用水(如水池水位到達(dá)下限,水位控制器動(dòng)作,水泵停止輸出)。 [1] 保證工作面水量充足,壓力穩(wěn)定,工作面壓力要求達(dá)到 1.6 ~1.8 MPa。
蓄水池注水系統(tǒng)圖
        注水時(shí)電動(dòng)閥 1 關(guān)閉,奧灰水通過閥 3、閥 4 進(jìn)入蓄水池 1、2,達(dá)到上限水位,通過液位信號可編程控制箱控制電動(dòng)閥 1 打開,奧灰水直接流向水倉。當(dāng)水位下降 0.3 m,電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉,繼續(xù)向水池注水。如奧灰水供水不能滿足用水要求,蓄水池水位低于1 m 時(shí),自動(dòng)打開電動(dòng)閥 2,地面靜壓水通過閥 8、閥9 進(jìn)入蓄水池 1、2,達(dá)到上限水位,電動(dòng)閥關(guān)閉 [2] 。
 
2 選型及要求
        根據(jù)礦井南翼用水量,需 150 m 3 /h 的蓄水池作為水源儲(chǔ)蓄。
2.1 蓄水池的選擇及相關(guān)要求
        經(jīng)過對比篩選,供水硐室決定布置在西一盤區(qū)輔運(yùn)大巷內(nèi),距離南翼 3 號奧灰水孔 850 m,落差 5 m。
2.1.1 選址原因
        1)該巷道目前處于閑置狀態(tài),長度有 100 m,可以直接改造成供水硐室;
        2)該巷道沿煤層頂板布置,底板煤厚約 2 m,施工蓄水池時(shí)底板破巖量少;
        3)該巷道有好立的通風(fēng)系統(tǒng),滿足供水硐室的使用要求。
 
2.1.2 水池建造方案
        設(shè)置兩個(gè)蓄水池(見下頁圖 2),一用一備。蓄水能力 2×150 m 3 ,單個(gè)水池尺寸:長×寬×高 =20 m×3 m×3 m。
單個(gè)水池尺寸:長×寬×高 =20 m×3 m×3 m(底板以上 1 m+ 底板以下 2 m),四周澆筑 0.6 m厚的素混凝土,水池中間澆筑 0.8 m厚的鋼筋混凝土,墻體采用錨桿(索)+ 網(wǎng)片進(jìn)行支護(hù),錨桿間排距為 800mm×1 000 mm,錨索間排距為 1 000 mm×2 000 mm。在每個(gè)蓄水池中間位置各施工一個(gè)放置泵體的水窩,水窩尺寸:長×寬×高 =7 m×2 m×0.7 m。
蓄水池尺寸圖
        在水池東幫各留設(shè)一個(gè)溢流口,高于巷道底板200 mm,并在巷道東幫留設(shè) 200 mm×200 mm的水溝;在中間墻體設(shè)置兩個(gè) Φ159 mm 的連接孔,且安裝配套閥門,距水池底板 1 m。硐室內(nèi)砌筑設(shè)備安裝平臺(tái),平臺(tái)尺寸為:長×寬×高 =30 m×2 m×0.5 m。
 
2.2 管路選型、系統(tǒng)及施工要求
2.2.1 管路材質(zhì)、管徑選擇
        1)奧灰水進(jìn)蓄水池管路選擇,南翼 3 號奧灰水出水口管徑為 DN80 mm,水質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告內(nèi)含有硫酸根離子與碳酸根離子,為防治酸根離子對鋼管腐蝕,故選定為 DN100 mm的環(huán)氧樹脂涂層復(fù)合鋼管 [3] 。
        2)蓄水池出水管路選擇,除滿足不被酸根離子腐蝕外,為減少恒壓變頻泵揚(yáng)程阻力,降低管路投資成本,選定為 DN150 mm的環(huán)氧樹脂涂層復(fù)合鋼管。
        3)地面供水管路進(jìn)蓄水池管路選擇,為減少普通無縫鋼管管內(nèi)銹質(zhì)、減少供水阻力,降低管路投資成本,選定為 DN150 mm的環(huán)氧樹脂涂層復(fù)合鋼管。
 
2.2.2 管路系統(tǒng)
2.2.2.1 補(bǔ)水管路系統(tǒng)
        1)從南翼 3 號奧灰水出水點(diǎn)安裝至西一盤區(qū)輔運(yùn)大巷蓄水池內(nèi)。
        2)從南翼膠帶大巷 DN200mm靜壓水管,經(jīng)南輔與南膠 9 號聯(lián)巷,安裝至西一盤區(qū)輔運(yùn)大巷蓄水池內(nèi)。
2.2.2.2 供水管路系統(tǒng)
從西一盤區(qū)輔運(yùn)大巷蓄水池,管路安裝至南翼膠帶大巷,南翼各大巷分別與南翼膠帶大巷靜壓水主管路聯(lián)通,為南翼工作面供水 [4] 。
 
2.3 恒壓變頻泵選擇及供電系統(tǒng)
        根據(jù)南翼 3 號奧灰水孔標(biāo)高 +467 m,出水量80 m 3 /h,水壓 1.8 MPa 及水質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告分析;蓄水池位置標(biāo)高 +472 m,#遠(yuǎn)工作面供水距離 6 300 m,供水落差為 80 m;滿足工作面壓力 1.6 ~1.8 MPa。
 
        1)選定型號:BQS160- 390- 350,揚(yáng)程 390 m,電壓 1 140 V,電機(jī)功率 350 kW。外形尺寸:長 5.1 m,直徑 600 mm,重量 2 300 kg。防腐蝕型不銹鋼礦用排沙電泵 2 臺(tái),一用一備。
        2)供電系統(tǒng)。恒壓變頻泵站采用 1 140 V 雙回路供電,雙回路電源來自南翼瓦斯泵站變電所,經(jīng)南輔大巷引至西一盤區(qū)輔運(yùn)繞道泵站低壓饋電開關(guān)。潛水泵采用變頻驅(qū)動(dòng),泵站配備 2 臺(tái)變頻器 。
 
2.4 自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要求
        監(jiān)控傳輸系統(tǒng),井下奧灰水恒壓變頻供水監(jiān)控系統(tǒng)需將信號接口轉(zhuǎn)變?yōu)?RJ45 后接入該礦井千兆以太環(huán)網(wǎng),將信號傳輸給地面的上位機(jī),并支持相關(guān)單位通過網(wǎng)頁方式(B/S) 或者安裝客戶端的方式(C/S)訪問上位機(jī)查看數(shù)據(jù)。
 
3 工作要求
3.1 系統(tǒng)組成
        通過潛水泵、變頻器與壓力變送器實(shí)現(xiàn)恒壓(0~2.5 MPa)控制,滿足工況要求。
 
3.2 系統(tǒng)原理
        如圖 3 所示,其原理是:將主管出口壓力作為調(diào)控參數(shù),通過智能壓力變送器將主管出口壓力信號,轉(zhuǎn)換為 4~20 mA直流信號,送入調(diào)節(jié)器,與壓力設(shè)定比較,其差值由調(diào)節(jié)器作 PI 運(yùn)算,輸出信號送給變頻器,隨時(shí)調(diào)整變頻器的輸出頻率,控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,改變泵的排水量,維持主管出口壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上;若主管壓力改變時(shí),將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),如:當(dāng)用水量減少而主管壓力增加時(shí),調(diào)節(jié)過程使變頻器信號大于設(shè)定信號,調(diào)節(jié)器輸出減少,變頻輸出頻率低,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,泵排水量減小,使主管壓力減小;由于其調(diào)控過程較快,短時(shí)間內(nèi)變頻器信號和壓力給定信號便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),從而維持了變頻器輸出頻率的穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了主管出口壓力,平穩(wěn)供水—— — 恒壓供水。
恒壓變頻供水裝置流程圖
        如果誤操作關(guān)閉主管道閥門或長時(shí)間不用水時(shí),水泵在變頻器設(shè)定的下限頻率運(yùn)行 5 min 后,將進(jìn)入休眠狀態(tài),節(jié)省了電能;等到有地方用水時(shí),自動(dòng)喚醒功能起效,水泵正常工作,維持設(shè)定壓力。
 
3.3 系統(tǒng)要求
        實(shí)現(xiàn)手、自一體化,可設(shè)置手動(dòng)、自動(dòng)功能,定時(shí)輪換。
        1)手動(dòng)時(shí)可隨意啟動(dòng)任一臺(tái)泵。
        2)自動(dòng)時(shí)默認(rèn) 1 號泵先啟動(dòng),到達(dá)設(shè)定時(shí)間自動(dòng)切換到 2 號泵,往復(fù)循環(huán)。
        3)設(shè)置水池缺水、出水口超壓預(yù)警值,可自動(dòng)停機(jī);恢復(fù)后,自動(dòng)投入運(yùn)行。
        4)可通過安全監(jiān)控分站,利用礦上現(xiàn)有環(huán)網(wǎng),向地面?zhèn)鬏攦商紫到y(tǒng)工況,通過顯示屏監(jiān)視包括雙電源狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、流量、水位、入口、出口壓力,溫度等,可控制泵啟停,實(shí)現(xiàn)無人值守。
        5)監(jiān)測現(xiàn)場 CO 2、H2 S、SO 2 、NH 3 、CO 等氣體情況,設(shè)置報(bào)警斷電。將監(jiān)控探頭吊掛在水池下風(fēng)側(cè)。
 
4 結(jié)論
        1)恒壓供水能自動(dòng) 24 h 維持恒定壓力,并根據(jù)壓力信號自動(dòng)啟動(dòng)備用泵,調(diào)整壓力,供水方便,不需要重復(fù)升井處理后再下井使用的復(fù)雜過程 [7] 。
        2)直接將靜壓水轉(zhuǎn)換為動(dòng)壓供水,減少沿途壓力損失,維持工作面用水壓力恒定。
        3)采用恒壓變頻供水保護(hù),可監(jiān)測水泵運(yùn)行情況、流量、水位、入口、出口壓力、溫度等。
        4)系統(tǒng)配置可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)供水,實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)供水。控制系統(tǒng)具有故障報(bào)警和顯示功能,并可進(jìn)行工變頻轉(zhuǎn)換,應(yīng)急供水。
        5)系統(tǒng)根據(jù)工作面用水量的變化來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,使水泵始終工作在高效區(qū),當(dāng)系統(tǒng)零流量時(shí),機(jī)組進(jìn)入休眠狀態(tài),水泵停止,流量增加后才進(jìn)行工作,節(jié)電效果明顯,比恒速水泵節(jié)電 23%~55%。
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