新莊孜煤礦瓦斯抽采泵的除垢工藝

1、    摘要:根據(jù)新莊孜煤礦8號井瓦斯抽采泵的結(jié)構(gòu)特點和泵體內(nèi)垢樣組成成分，建立了一種低成本、高效率的瓦斯抽采泵化學(xué)清洗除垢工藝，從化學(xué)清洗過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及化學(xué)清洗后設(shè)備運行參數(shù)可以看出，化學(xué)清洗除垢效果明顯，化學(xué)清洗的結(jié)果符合工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標準(HG/T23872007)中的有關(guān)規(guī)定。關(guān)鍵詞:瓦斯抽采泵;化學(xué)清洗;除垢工藝新莊孜礦井田煤系地層為石炭二疊系海陸交互相建造，共含煤46層，煤層總厚356m，煤的牌號為焦煤和氣、肥煤等。由于煤系地層厚度大，其發(fā)育的暗色頁巖又含有豐富的有機質(zhì)，所以煤層瓦斯的生成條件極為優(yōu)越1。對于此類高瓦斯礦井，建立地面

2、永久抽采瓦斯系統(tǒng)是減少瓦斯涌出、預(yù)防瓦斯超限、降低瓦斯積聚的首先方法23。瓦斯抽采泵是瓦斯抽采系統(tǒng)中的一種必備設(shè)備，在實際使用中，水垢是影響瓦斯抽采泵正常運行的主要因素之一4。新莊孜煤礦8號井瓦斯抽排站安裝有2臺2BE1型水環(huán)式真空泵，其中1臺使用，另1臺備用。由于瓦斯抽采泵在運行中循環(huán)水的濃縮、結(jié)晶等問題導(dǎo)致各種離子的聚積附著在葉輪和泵殼內(nèi)部的金屬表面形成水垢。結(jié)垢后由于垢的腐蝕作用以及水中微生物和有機質(zhì)的影響，繼續(xù)作用下形成大量的成分復(fù)雜、硬度更大的水垢，且成垢速度會逐步增大。逐漸導(dǎo)致瓦斯抽采泵內(nèi)循環(huán)水量減少，絕對吸入壓強變小。雖然瓦斯泵在運行，但實際工作效率低。另一方面，由于結(jié)垢現(xiàn)象嚴重

3、，導(dǎo)致瓦斯抽采泵的運行負荷增加，開機電流大幅上升。在未酸洗前，由于結(jié)垢嚴重，經(jīng)常導(dǎo)致水泵無法正常運行甚至因開機電流太大而導(dǎo)致跳閘和線路燒毀等現(xiàn)象，影響生產(chǎn)裝置的正常運行，同時也無法及時將井下煤層的瓦斯及時抽出，為煤礦的安全生產(chǎn)埋下隱患。化學(xué)清洗是短時間內(nèi)清除水垢的一種經(jīng)濟高效的手段56，瓦斯抽采泵化學(xué)清洗系統(tǒng)的設(shè)計和清洗工藝的研究是順利完成泵體化學(xué)清洗除垢的基礎(chǔ)。根據(jù)前期對新莊孜煤礦8號井瓦斯抽采泵系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)及垢樣組分特點的分析，研究了瓦斯抽采泵運行循環(huán)清洗工藝，建立一套系統(tǒng)、安全、可靠、操作簡便的酸洗工藝。1瓦斯抽采泵化學(xué)清洗系統(tǒng)的設(shè)計新莊孜煤礦8號井瓦斯抽采泵化學(xué)清洗系統(tǒng)的設(shè)計如圖1所

4、示。1防爆耐酸化工泵;2進液管線;3葉輪間空腔;4水環(huán)式真空泵;5出液管線;6水環(huán)式真空泵排污;7酸槽排污;8自來水;9循環(huán)配液酸槽圖1瓦斯抽采泵化學(xué)清洗系統(tǒng)2化學(xué)清洗施工前的準備(1)主要施工設(shè)備和清洗原材料。循環(huán)配液酸槽、防爆清洗泵、pHs2C酸度計、濁度計、工業(yè)級的氫氧化鈉，OP10，鹽酸，檸檬酸，復(fù)配混合緩蝕劑，F(xiàn)e3+抑制劑等。(2)清洗過程監(jiān)測項目及方法?；瘜W(xué)清洗過程的檢測包括鹽酸濃度、檸檬酸、鐵離子濃度、濁度等常規(guī)項目的監(jiān)測，檢測方法見參考文獻5。3清洗工藝步序的確定根據(jù)HG/T23872007工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標準及以往的清洗經(jīng)驗，確定清洗工藝過程為水沖洗、酸洗、酸洗后水沖洗

5、、漂洗、鈍化5個步驟。(1)水沖洗。水沖洗的目的是將水環(huán)式真空泵內(nèi)可能存在的一些污物和松軟水垢沖洗掉，同時檢查全系統(tǒng)尤其是臨時系統(tǒng)有無泄漏。啟動防爆耐酸化工泵，向水環(huán)式真空泵內(nèi)進水，同時排放，流速要求達到0515m/s。觀察臨時管線和全系統(tǒng)有無泄露或異常情況，清洗泵及其他機械運轉(zhuǎn)是否正常。當全系統(tǒng)無異常情況、無泄漏，排水清澈透明無雜物，水沖洗結(jié)束。(2)酸洗。酸洗是利用酸洗藥劑與垢塊、銹蝕產(chǎn)物起反應(yīng)，生成水溶性物質(zhì)，從而使水環(huán)式真空泵內(nèi)表面清潔。用自來水、04%復(fù)配緩蝕劑、60%鹽酸+80%檸檬酸+06%OP10+05%Fe3+抑制劑配制成酸洗藥劑，同時啟動瓦斯抽采泵，循環(huán)清洗。根據(jù)泵體溫度變

6、化，確定瓦斯抽采泵的關(guān)停，定時分析檢測，及時補加相關(guān)藥劑。當酸濃度和鐵離子濃度達到穩(wěn)定，瓦斯抽采泵啟動電流降低至正常值時，可結(jié)束酸洗。酸洗后，取出腐蝕試片，稱重計算腐蝕率。(3)酸洗后水沖洗。排凈酸洗液后，用大流量水沖洗以除去脫落的垢物和殘存的酸液，當排水清澈無雜物、pH值4、鐵離子濃度50mg/L，水沖洗結(jié)束。(4)漂洗。漂洗的目的是除去水沖洗時金屬表面產(chǎn)生的二次浮銹，以保證鈍化效果。配制好漂洗藥劑(03%檸檬酸+03%復(fù)配緩蝕劑)，啟動防爆耐酸化工泵，將漂洗試劑注入水環(huán)式真空泵，啟動瓦斯抽采泵，運行漂洗。當酸濃度、鐵離子濃度都已穩(wěn)定，漂洗結(jié)束。(5)鈍化。鈍化的目的是防止酸洗后處于活性狀態(tài)

7、的金屬表面重新氧化而產(chǎn)生銹蝕。漂洗結(jié)束后，用氨水調(diào)pH至9510，補加鈍化藥劑(20%亞硝酸鈉+10%磷酸三鈉)，升溫至50左右鈍化。4瓦斯抽采泵的化學(xué)清洗2007年10月19日對淮南礦業(yè)集團公司新莊孜煤礦8號井瓦斯抽排站對2BE1型瓦斯抽采泵進行了酸洗工藝研究。41酸洗在瓦斯抽采泵酸洗過程中可以發(fā)現(xiàn)鹽酸濃度變化較為明顯，如圖2所示，酸洗8h后，鹽酸濃度基本保持不變;檸檬酸濃度的變化總趨勢與鹽酸基本相似，但在最初階段變化趨勢較為平緩。酸洗過程中濁度在前幾個小時呈緩慢上升趨勢，隨后急劇上升，然后達到穩(wěn)定，如圖3所示。清洗液中Fe3+和總鐵濃度隨著清洗時間的延長呈增長趨勢，然后增長趨勢變緩，如圖4

8、所示。由于泵體內(nèi)部水垢很多，且鹽酸與垢塊的反應(yīng)速度很快，檸檬酸與垢塊的反應(yīng)速度相對較慢，酸洗最初階段鹽酸消耗量比較大，所以在酸洗的最初階段，為維持除垢反應(yīng)，不斷向清洗系統(tǒng)補加清洗液，監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)清洗液中鹽酸的濃度變化幅度不斷減小時，停止加清洗液。此時檸檬酸對垢樣的反應(yīng)占主導(dǎo)地位，當泵內(nèi)水垢基本反應(yīng)完畢后，酸就會與泵體鐵發(fā)生反應(yīng)，由于有緩蝕劑的保護，故此反應(yīng)非常緩慢，所以酸的濃度基本保持恒定。濁度是反應(yīng)清洗液中懸浮物質(zhì)多少的一個指標，濁度越大說明清洗液中懸浮的顆粒越多。在酸洗的前幾個小時，雖然酸液和水垢發(fā)生了劇烈反應(yīng)，會在清洗液中形成較多懸浮顆粒，但由于向清洗系統(tǒng)中不斷補充清洗液，對整個系統(tǒng)中

9、的清洗溶液起到稀釋作用，所以最初階段濁度的變化趨勢較為緩慢。停止向系統(tǒng)補充清洗液后，濁度急劇上升，當反應(yīng)基本完成后，清洗液的濁度基本保持不變。因此濁度是指示酸洗是否結(jié)束的一個重要指標。在酸洗過程中，F(xiàn)e3+和總鐵的濃度必須隨時監(jiān)測。Fe3+是一種強氧化劑，在酸性介質(zhì)中，F(xiàn)e3+陰極還原的平衡電位較正，它是一種良好的陰極去極化劑，其還原反應(yīng)是很容易進行的，在Fe3+被還原的同時，就有等量的金屬被腐蝕下來，其反應(yīng)式如下:2Fe3+Fe(基體金屬)3Fe2+陽極反應(yīng)FeFe2+2e陰極反應(yīng)Fe3+eFe2+現(xiàn)有的試驗研究表明在一定的Fe3+濃度范圍內(nèi)，腐蝕速度的增加與Fe3+濃度成線性關(guān)系，F(xiàn)e3+的腐蝕受擴散控制，因此與溶液的流動狀態(tài)有很大的關(guān)系。此外，F(xiàn)e3+除加速腐蝕外，更嚴重的是有引起小孔腐蝕的危險。因此，鋼鐵酸洗時，在酸液中溶解的Fe3+越多，則清洗液的腐蝕傾向亦越嚴重。因此控制酸洗液中Fe3+的量是酸洗過程中的一個重要問題。瓦斯抽采泵內(nèi)部水垢的主要成分為鈣、鎂的鹽類，垢層本身含鐵量就比較少，垢層溶解時產(chǎn)生的鐵離子也就比較少，F(xiàn)e3+也不會高。隨著酸洗的開始，部分垢層比較薄的區(qū)域水垢會最先反應(yīng)完畢，并露出本體，酸液會與本體表面的鐵氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成Fe3+。由于清洗液中存在還原性物質(zhì)，產(chǎn)生的部分Fe3+會被還原為Fe2+。同時氧化層反應(yīng)完畢后，酸