AQ∕T 1104-2014 煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置技术规范(安全生产).pdf

ICS 13.100 D 09 备案号44601-2014A 中华人民共和国安全生产行业标准AQ /T 1104一2014煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置技术规范Technical rules for the security delivery device of gas-water two-phase f10w of low concentration gas in coal mine 2014-02晴20发布2014-06-01实施国家安全生产监督管理总局发布AQ/T门口4-2014目次前言 . J 范罔 2 规范性引用文件3 术语和定义4 系统设计要求. 2 5 系统调试及判定. . . 4 6 系统施T及验收附录AC资料性附录)煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置系统管径选型计算参考 7 附录BC资料性附录)系统性能调试记录表. . 12 AQ /T 1104-2014 E 前本标准按照GB/T1. 1-2009纷出的规则起草。 = E司请注意本文件的某岛内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由国家安全生产监督管理总局提出。本标准由全国安全生产标准化技术委员会煤矿安全分技术委员会(SAC/TC288/SC )归口。本标准起草单位:煤矿瓦斯治理罔家王程研究中心淮南矿业(集团)有限责任公司。本标准主要起草人:袁亮、金学玉、范辰东、张林、张明、吴志坚。煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置技术规范AQ /T 1104-2014 1 范围本标准规定了煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置的术语和定义、系统设计要求、系统调试及判定、系统施工及验收。本标准适用于煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置系统(以下简称系统)设计、施工及验收。2 规范性引用文件F列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 3836.2 爆炸性环境第2部分由隔爆外壳飞保护的设备GB 50028 城镇燃气设t规范AQ 1029 煤矿安伞监控系统及检测仪器使用管理规范iQ 1076 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范AQ 6201 煤矿安全肢控系统通用技术要求3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置系统lechnical specification of the system for transporling low concentration c081 mine gas with two phase flow (gas water)safety device 采用气水二相流管路输送煤矿低浓度瓦斯，使瓦斯在环形及端面水封的管路中形成间歇性柱塞气流，实现安全输送的装置系统。3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 环流装置circumfluence device 使水流在输送管道内附壁流动，瓦斯气流在附壁环形水流腔内流动的装置。柱流装置columniation device 产生间歇性柱塞水园，把管路内附壁环形水流腔中流动的瓦斯气流分割成段的装置。稳压放散装置stabilizing-pressure device 采用水封稳尿，超压放散并保持压力稳定的装置o防爆阻火式气71分离器gas-water segregator with preventing explosion and fire interdiction 脱水并兼具水封阻火功能的装置。AQ/T 1104-2014 3. 6 双向阻火装置bidirectional fire inlerdiction device 利用二相流柱塞水团阻止正反方向火焰传播并熄灭火焰的装置.3. 7 系统流型type of circumfluence system 瓦斯在附壁环形水流腔内流动，沿输送方向每隔30rn-50rn，用柱状水团将瓦斯气流分隔成段，形成二相柱塞环流流型.3. 8 体积含水率in the ratio of 系统单位时间内水流盐与4 系统设计要求4. 1 系统构成说明el一-稳压2一一柱流装置i3一-环流装置s4一-透明观察管，5-二防爆阻火式气水6一-双向阻火装置.图14. 2 系统设计4. 2. 1 一假要求4.2.1.1 应由具备相应工程设计资质的单位设计。4. 2. 1. 2 系统应具备专用供回水管道，宜采用瓦斯抽采泵的供水泵供水。4. 2. 1. 3 另设供水泵时应双电源供电，并设置备用水泵。系统应做到水气联动，停水时停气.4. 2. 1. 4 系统采用循环供水，水源可与瓦斯抽采泵共用，总硬度(以碳酸钙计)应不大于1g!L或浑浊度应不大于5度。Z 4.2. 1.5 系统管道应设接地装置，对地电阻应不大于20n. 4. 2. 1. 6 系统管道内外应作防腐处理.4.2. 1.7 系统配套的装置及管道应能承受1000kPa压力.4. 2. 1. 8 在冬季寒冷地区，应采取保温措施，以系统内不结冰为适宜.AQ/T门04-20144.2. 1.9 系统输送管道及回水管道按3%，流水坡度设计，且因水管道直径耍大于供水管道直径.4. 2. 1. 10 系统输送距离不宜超过200m，否则分为三段输送.起始端和利用端为二相流输送段，输送距离以50m为宜.中间段为单相气体输送，管径选择应满足气体流速在8m/ s-15 m/s的要求.4. 2. 1. 11 监控系统设备应符合AQ4.2. 2 瓦斯计量应在一4. 3 4.3. 1 4. 3. 2 4. 3. 3 4. 3. 4 4. 3. 5 4. 3. 6 4. 3. 7 时流速不宜小于25大、最小流量时，4. 4 系统组件安设及性能4.4. 1 稳压放散装置，把分m/s.最小瓦斯流量的条件下，应能满足最安设在系统起始端的稳压放散装置最大稳压压力应不小于20kPa.安设在系统终端的稳压放散装置最大稳压压力应不小于5kPa.稳定压力应在零到最大值范围内可调，放散过程中压力波动应小于士200Pa. 4. 4. 2 往流装置、环流装置柱流装置、环流装置依次安设在系统起始端.按系统体积含水率为0.2%-0.8%的要求供水，供水压力应不小于200kPa。3 AQ IT 1104-2014 4. 4. 3 防爆阻火式气水分离装置安设在系统终端。脱水后的气体相对湿度应在(95士3)%范围内，并应兼具防爆阻火功能。4. 4. 4 双向阻火装置安设在瓦斯利用设备前5m范围内的进气支管上，应具备双向阻火功能。4. 4. 5 系统管道应符合GB50028的要求。管径应通过选型计算确定，一般不宜大于500mm。4. 4. 6 透明观察管安设在系统管道起始后和终结前的10m范围内，与系统管道等管径，长度1m，材质应为透明材料，应能承受1000kPa压力，并可根据使用情况定期更换。4. 4. 7 水泵及水池4.4.7. 1 供水泵应满足系统供水量和压力要求配备电机应符合GB3836. 2的规定。4.4.7.2 积水池位置应有利于回水，应有补水设施及液位指示装置。4. 4. 8 系统供水4 4 8. 1 系统运行前，先开启供水设备。不能保障系统正常供水时，监控设施应能自动闭锁供气。4.4.8.2 系统正常运行中，因供水设备故障、水池缺水等造成系统断水，监控设备成做到停水内功停止供气。4. 4. 9 管道密封性检验4.4.9. 1 瓦斯管道瓦斯管道安装完毕后，应进行气密性试验。试验压力庇为300kPa，保压时间应不少于2h，管道应无漏气，且压降不得大于2%试验压力o4.4.9.2 供、田水管道供、回水管道安装完毕后，应进行水压密封试验。试验压力应为系统设计压力的1.5倍，保压时间不应少于0min，管道应无滴漏，且压降不得大于1%试验压力。5 系统调试及判定5.1 系统操作步骤首先开启供水泵，将稳压放散装置、双向阻火装置中的水注到设定位置，依次微开环流装置、柱流装置注水阀，再打开供气管道阀门，调整系统起始端供气压力，使管道气体流速达到25m/s50 m/s范围后，调整注水流量和压力，从透明观察管中观察形成二相柱塞环流后，再调整系统终端瓦斯利用设备供气压力，直至系统稳定运行，方可开启瓦斯利用设备。5. 2 系统性能调试步骤由项目设计、建设、监理及使用单位项目负责人共同进行系统性能调试，参照附录B填写记录表，4 AQ /T 1104-2014 并提交报告。5.2. 1 气压变化性能调试在10kPa20 kPa范围内调试供气压力，观察流型变化，确定系统适用的供气压力范阁。5.2.2 气量变化性能调试按照最大和最小混合量调试供气量，观察流型变化，确定系统适用的供气量范围。5. 2. 3 水压变化性能调试在100kPa300 kPa范围内调试供水压力，观察流却变化，确定系统适用的供水压力范围。5. 2. 4 水量变化性能调试在O.2%0. 8%范围内调试系统体积含水率，观察流型变化，确定系统适用的供水量范围。5 3 系统流型效果调整设定前级稳压放散装置压力改变系统流速，确保附壁环流效果，调整柱流水团的间隔，使系统内同一时刻不少于2个水团。5.4 系统流型判定采用目测法判定:通过透明观察管观察附壁环流，并应在柱流水团通过后附壁环流仍保持连续。6 系统施工及验收6. 1 基本规定6. 1. 1 质量管理6.1.1.1 系统应按照批准的工程设讨文件和施工技术标准进行施工，修改设计应报原审核机构审核通过。6. 1. 1. 2 成编制施工组织设计或施工方案，经批准后实施。6. 1. 1. 3 应有健全的质量管理体系和工程质量检测制度，实现施t全过程质量控制。6. 1 1. 4 系统施工应具备下列条件:a) 系统组件及材料齐全，其品种、规格、型号符合设计要求;b) 系统及其主要组件的使用维护说明书、产品检验合格证齐全。6. 1. 1. 5 系统的施t单位应具有相应的工程安装资质。6 1. 2 材料设备管理6. 1.2. 1 应选用国家有关产品质量监督检测单位检验合格的材料设备。进施工现场时应作检查验收并经监理工程师核查确认。6. 1.2.2 施工前应对系统组件进行外观检查，并应符合下列规定:a) 组件无碰撞变形和其他机械性损伤;b) 组件外露非机加工表面保护涂层完好;c) 组件所有外露接口均设有防护堵或防护盖，且密封良好，接口螺纹元损伤，d) 铭牌清晰、内容完整。5 AQ;T 1104-2014 6. 1. 3 施工过程质量控制施工安装过程中应做好记录.隐蔽工程应做好中间验收记录.6. 2 施工安装6. 2. 1 系统组件应按设计要求安装.6. 2. 2 系统管道按4.2.1.9、45要求安装.6. 2. 3 积水池建设应满足4.4.7.2要求6. 3 系统性能验收6. 3. 1 6. 3. 2 6. 3. 3 6. 3. 4 应按6.1和6. 3. 5 验收后应6. 3. 6 系统性能6. 4. 1 6. 4. 2 6. 4. 2. 1 6. 4.2.2 6. 4. 2. 3 6. 4. 2. 4 6. 4. 3 工程质量6. 4. 3. 1 6. 4. 3. 2 6.4. 3. 3 6. 4. 3. 4 6. 4. 3. 5 系统性能调试报告-6. 4. 3. 6 峻工报告./ 6. 4. 3. 7 系统及其主要组件的使用维护说明书.6. 4. 3. 8 系统组件、管道及管道连接件的检验报告和出厂合格证.6 基础上进行.附录A(资料性附录)AQ/T 1104-2014 煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置系统管径选型计算参考A. 1 管径选型基本条件A. 1. 1 输送距离A. 1. 2 气压A. 1. 3 水压A. 2.1 水平气液A. 2. 1. 1 杜克勤I法管路的压降梯度用达西式中u 气液二相混合物流速，单位为米每秒(m/心，d一混输管道内径，单位为米(m), P一一气液二相混合物流动密度，单位为千克每立方米(kg/m); ，管道气水混合.( A.l) A 气液二相混合物的水力摩阻系数，采用1930年化学工程师协会发表的计算式:式中O. 5 =0.0056+ ;:.:有2乞 e气液二相混合物的雷诺数、密度、教度计算式如下: ( A.2 ) 7 AQ /T 1104一2014Rp芋Pf喃自十(问/呐，+0一向l式中p, 流动状态下气相的密度，单位为千克每立方米(kg/m3); 户一流动状态下液相的密度，单位为千克每立方米(kg/m3); 向气相运动秸度，单位为毫帕秒(mPa叫:l 液相运动教度，单位为毫帕秒(mPa S); 卢一一体积含气率。杜克勒认为，流体沿管长流速的变化还将产生由加速度引起的压力损失，其计算式如下.式中:卢卡坦坦，二旦旦主飞dl人- A PQ户zQ气液二相混合物总体积流量，单位为立方米每秒(m3/s);Q 混输管路中气相的体积流量，单位为立方米每秒(旷/s); A 管路流通截面积，单位为平方米Cm2); h 一一-混输管段L的起点压力，单位为千帕CkPa); h 一i昆输管段L的终点压力，单位为千帕CkPa);J 由加速度所引起的与压力梯度有关的系数，无因次;户一-管路的平均压力;(但)，考虑流体加速度引起的压力损失后，管路的压降梯度，单位为帕每米山)。dl f. C A.3 ) ( A.4 ) 管路内由于流体速度变化所引起的压力损失，与摩阻损失相比，一般很小，常可忽略。例如一条直径1ZinO in约为Z.54 cm)、长40km的管路，压降为0.71MPa，而由速度变化引起的压降仅1.16 X 10-3 MPa，占1.6%0。A.2 1.2 杜克勒n去压降梯度按公式(A.ll计算，流速、翻度和雷诺数的计算方法同杜克勒I法，气液二相混合物的密度按下式计算Rt, ( -RL)2 pm一百:fA丁百T.( A.5) 式中:Hf 截面含液率;RL 体积含液率。若气液流速柑l司，相间无滑脱俗P、Hf二丸P为截面含气率)，公式CA.5)与社克勒I法的密度计算式相同(pmpf)则析克勒I法与杜克勒H法完全一致。因而，可把杜克勒I法看做是杜克勒H法的一个特例。按公式(A.5)求气液二相混合物密度时，须知截面含液率HL，杜克勒利用数据库中储存的实现数据，得到截面含液率、体积含液率和雷诺数之间呈隐函数的关系曲线，如阁A.l所示。8 1. 00 可是0.10铀回辙v 乙1/ / / f/ 己/0.0 0.001 eX 11 l飞.-。1飞3I E / ./ / V其/ y / y / 卡/AQ/T门口4-2014三攘f户二?一:以W r 巳F/ f- .-护v /一， 扩|扣P民U。;/ / / f Jb-1/ y 0.010 O. 100 1. 000 体积吉液率R，图A.1R，.-Re-HL曲线阁中体积含液率R，可由管路气液体积流量求得，截面含液亘在HL与雷诺数之间呈隐函数关系，需要估算。-般先假设截面含液率凡，按公式(A.5)计算出气液二相混合物密度prn.进而求得雷诺数Re.由阁A.l查出H，值，若与假设的H，值相差超过5%.需重新假设H，值，重复t述计算步骤，直至两者之误差小于5%为止。相间有滑脱的水平两相管路的水力摩阻系数由F式计算A二呻川十#古)式中C 系数，是体积含液率孔的函数。由数据库实测数据归纳得到C-R，曲线，如图A.2所示。该曲线的表达式为:其中:lnR, C=I3f ( A. 6 ) . ( A.7 ) S 1. 281-0. 478( -lnR，.)十O.444 ( -lnR,y -O. 094C一lnR，)十0.00843(-lnR,) 由图A.2可以看出，RL=1即管路内只有单相液体流动时，C二1。所以系数C可以理解为管路内存在二相时其水力摩阻系数比单相液体管路增加的倍数。9 AQ/T 1104-2014 A. 2. 2 度趋于零时，与管路爬坡的倾(业).(Pa/m) dl/, 式中:U I;z一管路上F 3.0 2.5 2 L l 同一一液相密度，L管线长度，单位为米g重力加速度，单位为米每二1. 0000 为:杜克勒举升流体所反关系，速.( A.8 ) 弗莱尼根通过整理现场数据得到起伏系数与气相折算速度关系曲线的数学表达式:10 Fe=一I十L0785uo 若气相折算速度h超过15m/s.建议采用下式计算起伏系数:110.5 F. = 3. 175 X 10-;手式中:M, 一一液相质量流量，单位为千克每秒(kg/s); A-一管线流通截面积，单位为平方米(m勺.白A.( A.9 ) ( A. 10 ) AQ /T 11042014 起伏管路的总压降为水平管路压降与起伏附加压降之和。由任一种二相水平管路压降关系式求出水平管压降后，利用公式(A.14)计算管路起伏产生的附加压降，然后叠加求得起伏二相管路的总压降。A.3 输送管径的确定在气压不超过20kPa，初选管径的压降计算结果，应能保证瓦斯利用设备供气压力为3kPa 5 kPa，则初选管径符合要求;否则，应重新选择管径进行计算，直至符合要求。1J AQ /T 1104-2014 附录B(资料性附录)系统性能调试记录表系统性能调试由项目设计、建设、监理及使用单位项目负责人共同进行。调试步骤如下所述。8.1 气压变化性能调试在10kPa20 kPa也罔内调试供气压力，观察流型变化，确定系统适用的供气压力范围。气1王变化性能调试记录见表B.l，表B.1气压变化性能调试记录表气相参数液相参数脱，(后流型鉴别(目测法)测试相对脱水后压力序号供气压力流量流速浓度温度7k斥流量湿度气I!i波动1号2号kPa m.l/min m/s % C kPa m3/min kPa kPa 观察观察% l 2 B.2 气量变化性能调试当瓦斯浓度在5%30%范围内时，按照瓦斯利用设施所需要的最大和最小混合量调试供气量，观察流型变化，确定系统适用的供气量范围。气量变化性能调试记录见表B.2，表B.2气量变化性能调试记录表气相参数液相参数脱水后流型鉴别(目测法)测试脱啦后斥力相对序号供气压力流量流速浓度温度，(压流量气压波动1号2号湿度kPa m3/min m!s % kPa mJjmin kPa kPa 观察观察% I 2 8.3 水压变化性能调试调节供水阀门，在60kPa 200 kPa范围内调试供水压力，观察流型变化，确定系统适用的供水压力范围。水压变化性能讲l试记录见表B.3，12 AQ /T 1104-2014 表B.3水压变化性能调试记录表气相参数液相参数脱;后流型鉴别(口测法)测试相对脱7l后压力序号供气压力流量流速浓度温度7llf 流量混度气压波动l号2号kPa m3fmin m/s % C kPa m3/min kPa kPa 观察观察% 1 2 B.4 水量变化性能调试在o.2%O. 8%泡围内调试系统体积含水率，观察流型变化，确定系统适用的供水量范围。水量变化性能调试记录见表B.1，表B.4水量变化性能调试记录表气相参数液相参数脱水后流型鉴别(目测法)测试相对脱水后压力序号供气比力流量流速浓度温度7l压流量湿度气斥波动l号2号kPa m1/m口m/s % kPa m3/min kPa kPa 观察观察% 1 2 13 AQ /T 1104-2014 中华人民共和国安全生产行业标准煤矿低浓度瓦斯气水二相流安全输送装置技术规范AQ/T 1104 -2014 提煤炭工业的版社出版(北原市胡阳区巧J药M35号1川2)阿扯www.C煤战工业出版衬印刷j印刷新华书店北京发行所发行4唔开本880mmX1230mm 1/16 印张11/1 于数2S下字20!4年6月第1版ZOl1年6月第1次印刷15 5020. 761 社内编号7336，!价21.00兀版权所有违者必究本书如有缺页、倒页、脱员等质量问题，本杜负责调换