２０１２年第３期 东瞧晨科技 １６３ 选煤厂瓦斯监控系统的设计浅析 马 亮 （北京华宇工程有限公司选煤一所，河南平顶山４６７００２） 摘要该文分析选煤厂瓦斯的来源，探讨设置瓦斯监控系统的必要性，介绍设计选煤厂瓦斯监控系统时应注意的问题和基于ＰＬＣ控制的瓦 斯监控系统的可行性。 关键词瓦斯监控选煤厂ＰＬＣ 中图分类号ＴＤ９４８．９ 文献标识码Ａ 近几年，选煤厂新建、改扩建项目较多，生产能力 和规模越来越大，同时，对选煤厂的安全生产要求，特 ２选煤厂瓦斯监控的有关规定 别是对选煤厂的瓦斯监控系统的要求也是越来越高。 （１）《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规 本文基于煤矿和选煤厂相关安全规程的规定来探讨并 范（ＡＱ１０２９－－２００７）》（以下简称规范）中，关于选煤厂 分析选煤厂的瓦斯监控系统的设计。 瓦斯传感器的规定有以下几点： １ 选煤厂瓦斯的来源和爆炸条件 第６．１２条：井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设 煤体存在瓦斯，主要与煤的复杂孔隙结构有很大 置甲烷传感器。 关系。瓦斯通常以游离状态和吸附状态存在煤体中， 第６．１３条：封闭的地面选煤厂机房内上方应设置 并处于不断的变化状态。煤体被采出后以及在随后的 甲烷传感器。 运输和洗选过程中，随着煤体结构的破坏和环境的变 第６．１４条：封闭的带式输送机地面走廊上方宜设 化，煤体中的瓦斯源源不断的逸出到空气中，当通风不 置甲烷传感器。 畅和空间较高大时就会产生瓦斯积聚。 第６．２条：地面选煤厂煤仓上方瓦斯浓度要求：≥ 瓦斯产生爆炸必须具备３个要素：（１）瓦斯浓度：５ １．５％报警、≥１．５％断电、＜１．５％复电。断电范围：储 １６％；（２）高温火源：６５０—７５０。Ｃ；（３）氧气浓度：不 煤仓运煤的各类运输设备及其它非本质安全型电源； ～得低于１２％。缺少其中任何一个要素，瓦斯就不会发 封闭的地面选煤厂内瓦斯浓度要求：≥１．５％报警、≥ 生爆炸。 １．５％断电、＜１．５％复电。断电范围：选煤厂内全部电 气设备。对于封闭的带式输送机地面走廊内，带式输 ｝收稿日期：２０１２—０２—０２ 送机滚筒上方瓦斯浓度要求：≥１．５％报警、≥１．５％断 作者简介：马亮（１９８１一），河南林州人，２００３年毕业于郑州大学自 电、＜１．５％复电。断电范围：带式输送机地面走廊内 动化专业，在北京华宇工程有限公司平顶山办公区选煤一所电气室 全部电气设备。 工作，主要从事选煤厂的电气设计。 （２）《选煤厂安全规程（ＡＱｌＯｌＯ－－２ＯＯ５）》（以下简 业，大规模的甲醇装置已基本实现国产化。 煤炭利用的近零碳排放。此项技术正从概念性探索走 煤制二甲醚技术中成熟技术正处于推广应用，新 向基础性研究，国家中长期科技开发计划将其列入未 型技术也在研发示范阶段。 来发展的重点之一。 煤制烯烃过程包括四项核心技术，分别是煤气化、 净化、甲醇合成、甲醇制烯烃。 ５ 结束语 ４．３煤制天然气 综上所述，作为高碳能源的煤炭的利用必然伴随 煤制天然气技术成熟可靠，大部分技术和设备已 ＣＯ：的排放，煤炭利用的低碳化可从两个方面阐述： 经国产化，目前国内在建和拟建的煤制天然气项目多 （１）节能。通过煤炭提质加工、高效燃煤发电、工业锅 选址在内蒙鄂尔多斯、锡林浩特，伊犁、伊宁、辽宁 炉洁净煤燃烧的技术提高能效，从源头上改善原煤品 阜新、山西大同等地。 质，同时在能源利用过程中提高燃烧效率和发电效率， ４．４煤基多联产 ． 降低煤耗；（２）新型煤化工技术可对排放的碳进行封 煤基多联产从系统高度出发，最大限度综合多种 存，碳封存技术还在积极研发中，尚不成熟，目前最有 碳一化工技术路线的优越性，以实现ＣＯ：捕集埋藏、生 效可行的煤炭清洁高效利用方法就是节能。 产无污染的氢能为目标，达到能源高效低耗利用，实现 １６４ 东撼差 ２０１２年第３期 称规程）５．３．５规定：煤仓内瓦斯浓度达到１．５％时， 附近２０ １１１范围内的电气设备立即停止运转；房间和走 廊内瓦斯浓度达到０．５％时，立即切断全部非本质安 全型电源（含照明电源）。 以上规范和规程明确了瓦斯探测器的安装位置、 浓度设定要求和采取的措施。 ３ 选煤厂瓦斯监控设计的基本要求 （１）选煤厂的瓦斯监控要从两方面考虑：①确定 瓦斯的聚集区域；②避免产生瓦斯的爆炸条件。 （２）确定瓦斯的聚集区域，可根据规程和规范要 求确定。选煤厂的瓦斯聚集区域，如封闭的带式输送 机走廊、封闭的厂房，煤仓内和煤仓上、下。这些地方 均需监测瓦斯浓度。 （３）避免产生瓦斯爆炸的条件，主要根据规程和 规范要求，检测瓦斯浓度，采用瓦斯浓度值报警，并通 过风机联动强制通风，降低瓦斯浓度，或者切断电源， 以保证选煤厂的安全生产。 （４）瓦斯探测器安装的具体位置，应结合工艺专 业、暖通专业和土建专业的具体要求，合理布置排风机 和瓦斯检测点。瓦斯装置应布置在瓦斯释放量大并且 容易出现瓦斯聚集的地点，避免安装在进风口，以保证 瓦斯测量结果的准确和代表性。 ４ 选煤厂瓦斯监控与ＰＬＣ控制系统的结合设计与 优点 根据规程和规范的要求，由于选煤厂的厂房、输送 栈桥一般均为封闭式，需设置的瓦斯探测器数量较多。 如需切断设备供电或照明回路，断电回路数量较大并且 复杂。主要是由于选煤厂设备多并且分散，一般设置多 个配电室；选煤厂建筑物多，照明回路也较多。另外，配 电、照明的电压等级也不一样，如配电为ＡＣ６６０Ｖ，照明 为ＡＣ２２０Ｖ。电压等级的不同，可能增加控制输出的断 电点及今后的维护难度。如果严格按照规程、规范的要 求设计选煤厂瓦斯监控系统，其设计 工作量不小于选煤 厂的生产集控系统，而且检修、维护也不方便。 ４．１ 瓦斯监控与ＰＩ ｃ控制系统的结合设计 （１）选用输出信号为４～２０ ｍＡ的瓦斯探测器，将 该信号接至ＰＬＣ。另外，瓦斯探测器的电源采用本安 型不间断电源，以保证瓦斯监控系统的安全性。通过 ＰＬＣ设定瓦斯浓度＜１．５％时的某个值，当瓦斯浓度达 到该值时启动排风机，通过通风将瓦斯浓度限定在该 值以下，不影响生产的正常运行。 如果瓦斯短时释放量较多，通风仍然达不到效果， 只能在瓦斯浓度达到规定限度时将相关设备断电。 开启风机和相关设备的断电均是通过ＰＬＣ输出点 控制设备的配电回路接触器的动作，实现切断相关设备 的电源。这样，完全适用于选煤厂瓦斯联动的控制要 求。 这种方案适合瓦斯探头较少的选煤厂。如果探头 较多，将使用大量的ＰＬＣ模拟量输入模块，造价较高。 （２）可采用瓦斯探测器配套的总线报警控制器， 并带Ｍｏｄｂｕｓ接口与ＰＬＣ通讯，例如，深圳索福达ＳＦＤ 系列瓦斯探测系统。现场设置的瓦斯探测器通过四芯 总线与总线报警控制器相连，该报警控制器可实时显 示每台探测器瓦斯浓度值，自动报告故障和判断故障 点，并可以通过Ｍｏｄｂｕｓ接口和ＰＬＣ的Ｍｏｄｂｕｓ接口通 讯，将每台瓦斯探测器的实时瓦斯浓度值上传ＰＬＣ集 中监控，并通过ＰＬＣ完成对相关设备的起停操作。 使用Ｍｏｄｂｕｓ协议应该注意每个ＭｏｄＢｕｓ系统只能 使用下述其中一种模式，不允许２种模式混用。一种 模式是ＡＳＣＩＩ（美国信息交换码），另一种模式是ＲＴＵ （远程终端设备）。由于ＡＳＣＩＩ可打印字符而且便于故 障检测，而且对于用高级语言编程的ＤＣＳ及大部分 ＰＬＣ很适宜，所以，总线报警控制器Ｍｏｄｂｕｓ接口和 ＰＬＣ的Ｍｏｄｂｕｓ接口要模式一致。 这种方案适合现场瓦斯探头较多的选煤厂，相对 于方案一造价较低。 ４．２ 瓦斯监控与ＰＬＣ控制系统的结合设计的优点 （１）采用ＰＬＣ控制，其通讯协议开放、数据传输 快。由于集团公司或煤矿要求将选煤厂的瓦斯监测信 号及相应的受控设备的运行状态上传，所以，选煤厂瓦 斯监控系统必须具有数据上传功能。ＰＬＣ具有完善的 通信功能，如工业以太网、现场总线等，可以根据实际 情况采用相应的通信方式，完全满足要求。ＰＬＣ采用 ＴＣＰ／ＩＰ通信协议，通信速率可达到１００Ｍｂｉｔ／ｓ。 （２）ＰＬＣ系统的品牌很多，如罗克韦尔、西门子、施 耐德、欧姆龙等，选择空间大。另外，ＰＬＣ控制从检修、 维护方面来看，更方便。而瓦斯综合监控系统体积较 大，布置和拆卸不便，相对采用ＰＬＣ去实现瓦斯联锁保 护功能，接线复杂且维护困难。 因此，选煤厂瓦斯监控系统设计，应优先考虑与 ＰＬＣ控制系统的结合。 参考文献： ［１］生产监督管理总局．ＡＱ１０２９—２００７煤矿安伞监控系统 及检测仪表使用管理规范．北京：煤炭工业出版社，２００７ ［２］生产监督管理总局．ＡＱ１０１０—２００５选煤厂安伞规程． 北京：煤炭工业出版社，２００５ ［３］王晓阳．ＫＪ９５Ｎ型煤矿综合监控系统．西安科技大学学报 ［４］史国勇．ＫＪ８６煤矿安全生产监测监控系统在四台煤矿的应用．煤 炭技术，２００６，２５
