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摘要：本文介绍了永久瓦斯抽采泵水循环系统及真空泵的工作原理，分析系统运行过程中水垢产生的原因及危害。为此提出从源头和过程进行分级控制，采用物理过滤及电子分解技术进行综合除垢，通过实践表明，采用四级综合除垢后，抽采泵及系统管路仅出现轻微结垢现象，对系统的安全可靠运行无任何影响，保障了抽采系统高效稳定，为矿井的瓦斯抽采及利用提供有力保证。
关键词：瓦斯抽采 四级除垢 水环式真空泵 实践应用
0 引言
目前我矿使用的瓦斯抽采泵为水环式真空泵，其做功的共同特点是当叶轮按规定方向转动时工作循环水在泵体内壁形成与叶轮一起转动的水环。叶轮转动过程中叶片与水环形成的封闭空间容积
扩大或缩小，真空泵吸排气做功。该类型泵径向及端面间隙都比较
小，运行时容易被工作水混有的杂质或水垢将叶轮卡死而被迫停
机。
地面抽采泵站建有冷、热循环水池各一座，作为抽采泵的供水水源。我矿工广自来水水质硬度较高，过去采用的瓦斯抽采循环水无相关的水垢处理系统，因此泵体及相关进排水，抽采排气管路结垢严重。
1 真空泵结垢原因分析
运行中的真空泵，产生的水垢包括盐垢和污垢，其成分因水源不同而各不相同，循环水的水质和运行温度超过一定指标是造成真空泵结垢的主要原因。水质指标中尤以水的硬度影响最大。随着真空泵结垢的开始，循环水在泵内的热传递环境逐渐被破坏，热交换效率
将越来越低，结垢速度会越来越快。水垢成因大致包括以下几个方
面。
1.1 受热分解。含有较高硬度成分的循环水进入真空泵后，随泵的旋转在泵体内形成水环做功发热。使溶解在水中的重碳酸盐逐渐分解，析出难溶于水的沉淀结成水垢。
1.2 溶解度降低。负溶解度温度系数的CaS04、CaCO3等盐类，随着循环水水温的增高溶解度降低析出沉淀结为水垢。
1.3 相互反应。循环水中原来溶解度较大的盐类，在真空泵运行过程中，和其它盐类相互反应生成难溶物质形成沉淀结成水垢。
1.4 蒸发和浓缩。由于循环水不断做功发热，不可避免地要产生蒸发和浓缩，使水中溶解盐的浓度不断增大，达到饱和时析出沉淀形成水垢。
2 抽采系统水垢危害
2.1 污垢的最大危害是使过水断面减小、水流阻力增大、影响正常供水量，降低热交换效率，水温不断提高，盐垢结成速度加快。有时甚至会造成垢下腐蚀，污垢沉积严重时还会导致真空泵声音异常、效率下降或卡死叶轮事故停机。
2.2 硬度较高而未经处理的循环水，通常运行半年结垢厚度约为3mm，最高达5mm，水垢附着于腔体表面，转子与端盖间隙缩小，导致运转负荷增大，电流升高，长时间运行对设备损伤较大，同时电力运行成本增加。
2.3 通常每半年进行一次人工除垢，用时一周，每次酸洗费用约5000元，导致抽采泵停运时间较长，影响井下正常瓦斯抽采。且酸洗浓度及时间若控制不当，容易造成泵体损伤。
3 瓦斯抽采四级除垢系统
通过对上述水垢产生的原因及危害分析，对我矿地面永久瓦斯抽采系统进行以预防为主，防治结合的方式，采用物理方法，电子扫频，高频高压进行系统综合除垢，具体如下。
3.1 第一级：抽采泵站循环冷水池总供水
采用ZHG-MW型水处理器：将进入冷水池的矿井工广自来水进行过滤，从源头进行第一级控制，其工作原理为金属管道因金属腐蚀及水垢沉积，锈垢产物往往是Fe2O3、CaCO3、SiO2，其中SiO2起骨架作用，ZHG-MW（10）型水处理器中的NaO2对SiO2的有消融作用，与水垢中的骨架支撑点分散排除后，锈垢得以清除。其中的氧化硼溶解后，可使管道的金属表面形成一层薄而致密的保护钝化膜，使金属与腐蚀物质隔离、有效防止金属腐蚀。其优点安全、无毒、高效不用电，防爆、使用及维护简单。
3.2 第二级：永久瓦斯抽采泵总进水管
采用高频高压电子自动水垢清除仪，通过产生的大功率使得水处理的交变电场高达6万V/m，兼有高压静电和高频水处理器的优点。通过高频高压电磁场加在作用腔（辅机）上，使得流过其中的水的物理结构发生变化，原缔活链状大分子断裂呈单个分子，水中易析出结晶盐的钙镁离子同单个水分子形成牢固的水合离子，使得钙镁离子Ga2+、Mg2+和 相互隔开，运动速度大大降低，碰撞结合概率降低，抑制方解石结晶盐(硬垢)的形成。在低于水分子本征频率的高频高压电磁场作用下，水分子被激活，使其对水垢产生撞击力并对CaCO3分子实施破坏力，同时也使单个分子的偶极距增大，极性
增强。更增强了水中盐类分子和水的亲合力，使得钙镁离子同碳酸
氢根、硫酸根的动态平衡朝着溶解水垢的方向变动，水垢逐渐溶
解。
3.3 第三级：单台抽采泵进水侧
采用SBP127矿用隔爆型扫频式水软化装置，其自动产生一种频率变化的电信号，作用于进水管上，引起管道内水分子共振，使氢键缔合的水分子团变成单个极性分子，提高了水的活化性，极微小的水分子可以渗透、包围、溶解去除抽采系统中的老垢，同时使悬浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙晶体，其表面无电荷，因此不再吸附在管道上，由于不同条件下的水的温度、硬度、粘度、PH值不同，其共振频率也不同，因此采用变频技术才能确保在不同水质条件下的水分子均能产生共振，达到除垢目的。
3.4 第四级：单台抽采泵排水侧
由于多数的循环水通过真空泵的气水分离器进入热水池，因此在每臺真空泵的排水侧安设SBP127矿用隔爆型扫频式水软化装置，其除垢原理与第三级相同。
4 结束语
4.1 通过采取四级综合除垢措施后，抽采泵各项运行指标及参数均在合理范围内，真空泵保持经济高效运转，未出现结垢导致的泵体抱死及效率降低等其他异常现象。并通过对1#真空泵（运行半年）拆卸检修进行实际效果检验，观察泵体内部，供、排水管及抽采泵排气管基本无结垢形成。
4.2 减少了每半年一次的人工酸洗除垢，不但降低了人力及维修成本，而且延长了真空泵的使用寿命。
4.3 保持了真空泵的连续运转，实现矿井连续抽采，避免因检修停泵造成井下抽采地点瓦斯异常或工作面停产情况发生，为矿井的安全高效回采提供有力保障。
参考文献：
[1]王德一.水环式真空泵的垢害研究[J].煤炭科学技术，1982（8）:23-26.
[2]蒋伟，徐军，翟军.管道中水垢的形成机理及清洗方法分析[J].清洗世界，2008（2）：12~14.
[3]运宝珍，刘洪.瓦斯灾害防治技术[M].北京:煤炭工业出版社，007.
关键词：瓦斯抽采 四级除垢 水环式真空泵 实践应用
0 引言
目前我矿使用的瓦斯抽采泵为水环式真空泵，其做功的共同特点是当叶轮按规定方向转动时工作循环水在泵体内壁形成与叶轮一起转动的水环。叶轮转动过程中叶片与水环形成的封闭空间容积
扩大或缩小，真空泵吸排气做功。该类型泵径向及端面间隙都比较
小，运行时容易被工作水混有的杂质或水垢将叶轮卡死而被迫停
机。
地面抽采泵站建有冷、热循环水池各一座，作为抽采泵的供水水源。我矿工广自来水水质硬度较高，过去采用的瓦斯抽采循环水无相关的水垢处理系统，因此泵体及相关进排水，抽采排气管路结垢严重。
1 真空泵结垢原因分析
运行中的真空泵，产生的水垢包括盐垢和污垢，其成分因水源不同而各不相同，循环水的水质和运行温度超过一定指标是造成真空泵结垢的主要原因。水质指标中尤以水的硬度影响最大。随着真空泵结垢的开始，循环水在泵内的热传递环境逐渐被破坏，热交换效率
将越来越低，结垢速度会越来越快。水垢成因大致包括以下几个方
面。
1.1 受热分解。含有较高硬度成分的循环水进入真空泵后，随泵的旋转在泵体内形成水环做功发热。使溶解在水中的重碳酸盐逐渐分解，析出难溶于水的沉淀结成水垢。
1.2 溶解度降低。负溶解度温度系数的CaS04、CaCO3等盐类，随着循环水水温的增高溶解度降低析出沉淀结为水垢。
1.3 相互反应。循环水中原来溶解度较大的盐类，在真空泵运行过程中，和其它盐类相互反应生成难溶物质形成沉淀结成水垢。
1.4 蒸发和浓缩。由于循环水不断做功发热，不可避免地要产生蒸发和浓缩，使水中溶解盐的浓度不断增大，达到饱和时析出沉淀形成水垢。
2 抽采系统水垢危害
2.1 污垢的最大危害是使过水断面减小、水流阻力增大、影响正常供水量，降低热交换效率，水温不断提高，盐垢结成速度加快。有时甚至会造成垢下腐蚀，污垢沉积严重时还会导致真空泵声音异常、效率下降或卡死叶轮事故停机。
2.2 硬度较高而未经处理的循环水，通常运行半年结垢厚度约为3mm，最高达5mm，水垢附着于腔体表面，转子与端盖间隙缩小，导致运转负荷增大，电流升高，长时间运行对设备损伤较大，同时电力运行成本增加。
2.3 通常每半年进行一次人工除垢，用时一周，每次酸洗费用约5000元，导致抽采泵停运时间较长，影响井下正常瓦斯抽采。且酸洗浓度及时间若控制不当，容易造成泵体损伤。
3 瓦斯抽采四级除垢系统
通过对上述水垢产生的原因及危害分析，对我矿地面永久瓦斯抽采系统进行以预防为主，防治结合的方式，采用物理方法，电子扫频，高频高压进行系统综合除垢，具体如下。
3.1 第一级：抽采泵站循环冷水池总供水
采用ZHG-MW型水处理器：将进入冷水池的矿井工广自来水进行过滤，从源头进行第一级控制，其工作原理为金属管道因金属腐蚀及水垢沉积，锈垢产物往往是Fe2O3、CaCO3、SiO2，其中SiO2起骨架作用，ZHG-MW（10）型水处理器中的NaO2对SiO2的有消融作用，与水垢中的骨架支撑点分散排除后，锈垢得以清除。其中的氧化硼溶解后，可使管道的金属表面形成一层薄而致密的保护钝化膜，使金属与腐蚀物质隔离、有效防止金属腐蚀。其优点安全、无毒、高效不用电，防爆、使用及维护简单。
3.2 第二级：永久瓦斯抽采泵总进水管
采用高频高压电子自动水垢清除仪，通过产生的大功率使得水处理的交变电场高达6万V/m，兼有高压静电和高频水处理器的优点。通过高频高压电磁场加在作用腔（辅机）上，使得流过其中的水的物理结构发生变化，原缔活链状大分子断裂呈单个分子，水中易析出结晶盐的钙镁离子同单个水分子形成牢固的水合离子，使得钙镁离子Ga2+、Mg2+和 相互隔开，运动速度大大降低，碰撞结合概率降低，抑制方解石结晶盐(硬垢)的形成。在低于水分子本征频率的高频高压电磁场作用下，水分子被激活，使其对水垢产生撞击力并对CaCO3分子实施破坏力，同时也使单个分子的偶极距增大，极性
增强。更增强了水中盐类分子和水的亲合力，使得钙镁离子同碳酸
氢根、硫酸根的动态平衡朝着溶解水垢的方向变动，水垢逐渐溶
解。
3.3 第三级：单台抽采泵进水侧
采用SBP127矿用隔爆型扫频式水软化装置，其自动产生一种频率变化的电信号，作用于进水管上，引起管道内水分子共振，使氢键缔合的水分子团变成单个极性分子，提高了水的活化性，极微小的水分子可以渗透、包围、溶解去除抽采系统中的老垢，同时使悬浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的文石碳酸钙晶体，其表面无电荷，因此不再吸附在管道上，由于不同条件下的水的温度、硬度、粘度、PH值不同，其共振频率也不同，因此采用变频技术才能确保在不同水质条件下的水分子均能产生共振，达到除垢目的。
3.4 第四级：单台抽采泵排水侧
由于多数的循环水通过真空泵的气水分离器进入热水池，因此在每臺真空泵的排水侧安设SBP127矿用隔爆型扫频式水软化装置，其除垢原理与第三级相同。
4 结束语
4.1 通过采取四级综合除垢措施后，抽采泵各项运行指标及参数均在合理范围内，真空泵保持经济高效运转，未出现结垢导致的泵体抱死及效率降低等其他异常现象。并通过对1#真空泵（运行半年）拆卸检修进行实际效果检验，观察泵体内部，供、排水管及抽采泵排气管基本无结垢形成。
4.2 减少了每半年一次的人工酸洗除垢，不但降低了人力及维修成本，而且延长了真空泵的使用寿命。
4.3 保持了真空泵的连续运转，实现矿井连续抽采，避免因检修停泵造成井下抽采地点瓦斯异常或工作面停产情况发生，为矿井的安全高效回采提供有力保障。
参考文献：
[1]王德一.水环式真空泵的垢害研究[J].煤炭科学技术，1982（8）:23-26.
[2]蒋伟，徐军，翟军.管道中水垢的形成机理及清洗方法分析[J].清洗世界，2008（2）：12~14.
[3]运宝珍，刘洪.瓦斯灾害防治技术[M].北京:煤炭工业出版社，007.