选煤厂瓦斯监控系统的设计浅析

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，特别是对选煤厂的瓦斯监控系统的要求也是越来越高。

本文基于煤矿和选煤厂相关安全规程的规定来探讨并分析选煤厂的瓦斯监控系统的设计。

1选煤厂瓦斯的来源和爆炸条件
煤体存在瓦斯，主要与煤的复杂孔隙结构有很大关系。

瓦斯通常以游离状态和吸附状态存在煤体中，并处于不断的变化状态。

煤体被采出后以及在随后的运输和洗选过程中，随着煤体结构的破坏和环境的变化，煤体中的瓦斯源源不断的逸出到空气中，当通风不畅和空间较高大时就会产生瓦斯积聚。

瓦斯产生爆炸必须具备3个要素：（1）瓦斯浓度：5 16%；（2）高温火源：650 750ʎC；（3）氧气浓度：不得低于12%。

缺少其中任何一个要素，瓦斯就不会发生爆炸。

*收稿日期：2012－02－02
作者简介：马亮（1981－），河南林州人，2003年毕业于郑州大学自动化专业，在北京华宇工程有限公司平顶山办公区选煤一所电气室工作，主要从事选煤厂的电气设计。

2选煤厂瓦斯监控的有关规定
（1）《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029—2007）》（以下简称规范）中，关于选煤厂瓦斯传感器的规定有以下几点：
第6．12条：井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器。

第6．13条：封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。

第6．14条：封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。

第6．2条：地面选煤厂煤仓上方瓦斯浓度要求：≥1．5%报警、≥1．5%断电、＜1．5%复电。

断电范围：储煤仓运煤的各类运输设备及其它非本质安全型电源；封闭的地面选煤厂内瓦斯浓度要求：≥1．5%报警、≥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，带式输送机滚筒上方瓦斯浓度要求：≥1．5%报警、≥1．5%断电、＜1．5%复电。

断电范围：带式输送机地面走廊内全部电气设备。

（2）《选煤厂安全规程（AQ1010—2005）》（以下简
业，大规模的甲醇装置已基本实现国产化。

煤制二甲醚技术中成熟技术正处于推广应用，新型技术也在研发示范阶段。

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。

4．3煤制天然气
煤制天然气技术成熟可靠，大部分技术和设备已经国产化，目前国内在建和拟建的煤制天然气项目多选址在内蒙鄂尔多斯、锡林浩特，新疆伊犁、伊宁、辽宁阜新、山西大同等地。

4．4煤基多联产
煤基多联产从系统高度出发，最大限度综合多种碳—化工技术路线的优越性，以实现CO
2
捕集埋藏、生产无污染的氢能为目标，达到能源高效低耗利用，实现煤炭利用的近零碳排放。

此项技术正从概念性探索走向基础性研究，国家中长期科技开发计划将其列入未来发展的重点之一。

5结束语
综上所述，作为高碳能源的煤炭的利用必然伴随CO
2
的排放，煤炭利用的低碳化可从两个方面阐述：（1）节能。

通过煤炭提质加工、高效燃煤发电、工业锅炉洁净煤燃烧的技术提高能效，从源头上改善原煤品质，同时在能源利用过程中提高燃烧效率和发电效率，降低煤耗；（2）新型煤化工技术可对排放的碳进行封存，碳封存技术还在积极研发中，尚不成熟，目前最有效可行的煤炭清洁高效利用方法就是节能。

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称规程）5．3．5规定：煤仓内瓦斯浓度达到1．5%时，附近20m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PLC控制系统的结合设计
（1）选用输出信号为4 20mA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］国家安全生产监督管理总局．AQ1029－2007煤矿安全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］国家安全生产监督管理总局．AQ1010－2005选煤厂安全规程．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
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