论文总字数：22631字

摘 要

考虑沼气爆炸事故的严重后果以及现阶段对沼气治理的严峻形势，本课题针对温州某广场在地质勘探时发现有沼气冒出，存在重大安全隐患的问题，设计沼气治理方案和安全监控系统。其中沼气治理方案设计包括沼气源补充地质勘探，针对有限沼气源进行定向抽排，针对无限沼气源进行拦截等设计；安全监控系统设计包括甲烷传感器选型，数量计算和位置布置，甲烷超限连锁通风系统设计。

关键词：沼气 治理 安全监控系统 甲烷传感器 通风系统

Design of Biogas Control Scheme and Safety Monitoring System in Underground Garage of a Square

Abstract

Considering the serious consequences of biogas explosion accident and the severe situation of biogas treatment at this stage, this paper designs a biogas treatment scheme and safety monitoring system for a plaza in Wenzhou, where biogas emerges during geological exploration and there are major potential safety hazards. The design of biogas control scheme includes supplementary geological exploration of biogas sources, directional drainage of limited biogas sources, interception of infinite biogas sources, etc. The design of safety monitoring system includes selection of methane sensors, calculation of quantity and location, design of methane chain ventilation system.

Key Words: biogas; treatment; safety monitoring system; methane sensor; ventilation system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 沼气概述 1

1.1.1 沼气及产生 1

1.1.2 沼气危险性 1

1.1.3 沼气资源的利用 2

1.2 沼气技术发展现状 3

1.2.1 农村户用沼气发展状况 3

1.2.2 沼气工程发展状况 5

1.3 沼气事故应急措施 6

1.3.1 沼气泄漏预防措施 6

1.3.2 沼气爆炸应急措施 7

1.4 选题背景及设计内容 7

1.4.1 选题背景 7

1.4.2 设计内容 8

1.5 设计目的及意义 8

第二章 沼气源补充地质勘探 9

2.1 沼气源补充地质勘探钻孔参数 9

2.1.1 钻孔间距 9

2.1.2 钻孔深度 10

2.1.3 施工事项 11

2.2 补充地质勘探钻孔预计效果 11

2.3 沼气源分布 12

2.4 小结 13

第三章 沼气治理 14

3.1 有限沼气抽排 14

3.1.1 管道布置 14

3.1.2 真空泵选型 17

3.1.3 效果评价 20

3.2 无限沼气拦截 20

3.2.1 拦截帷幕材料 20

3.2.2 拦截帷幕位置与大小 21

3.2.3 效果评价 22

3.3 小结 23

第四章 安全监控系统与通风连锁设计 24

4.1 安全监控系统简介 24

4.1.1 KJ-4监测监控系统 24

4.1.2 TF-200监控系统 25

4.1.3 A-1监测监控系统 25

4.1.4 KJ90型煤矿监控系统 26

4.2 安全监控系统选型 26

4.2.1 安全监控系统比较 26

4.2.2 安全监控系统选型 27

4.3 甲烷传感器 27

4.3.1 甲烷传感器选型 28

4.3.2 甲烷传感器数量及位置布置 28

4.4 通风连锁设计 30

4.4.1 D1区通风设计 30

4.4.2 管道断面尺寸 31

4.4.3 系统阻力计算与风机选型 31

4.4.4 地下车库通风连锁设计 32

4.5 小结 33

第五章 总结 34

5.1 总体设计评价 34

5.2 感想体会 34

参考文献 35

第一章 绪论

1.1 沼气概述

1.1.1 沼气及产生

沼气是由有机物在无氧的环境中和一定的温度、湿度、酸碱度等的条件下，在沼气细菌的发酵作用后产生的一种可燃性混合气体^[1]。沼气是一种可燃性气体混合物，成分比较复杂，其最主要成分为甲烷，含量一般在60-70%（平均约63%），还有二氧化碳以及少量的氮、氢、氧和硫化氢等物质，二氧化碳一般在40- 30%（平均约32%），氮气、硫化氢等其他物质总量不超过5%^[1]，沼气各成分含量如图1-1。由此可见，甲烷的性质便决定了沼气的性质。

图1-1 沼气各成分含量

在日常生活中，我们常见到的化粪池、泥塘、水坑中冒出的气泡就是沼气。尤其是在一些长期无人清理的废弃工厂、阴暗潮湿的垃圾堆放处、地下水管道等地方，就十分容易产生沼气^[2]。

1.1.2 沼气危险性

除含甲烷较多外，沼气还含有二氧化碳以及少量的氮、氢、氧、一氧化碳和硫化氢等物质。甲烷是一种无毒气体，但当空气中的甲烷含量达到25-30vol%时，就会导致人四肢乏力、运动失调、头晕、注意力不集中、心跳呼吸加速，如果不及时远离，可能会致窒息死亡^[2]。而当空气中的沼气含量在8.6-20.8%范围内,就会形成爆炸性的混合气体，遇到点火源，就会发生爆炸。当发生沼气爆炸时，会产生高温高压和大量的有害气体，破坏巷道和器材设施，造成严重的财产损失和人员伤亡^[2]。此外，沼气中还含有一氧化碳、硫化氢等有毒气体，若通风不当，会有中毒的危险^[2]。表1-1例举了近年发生的沼气事故案例。

表1-1 沼气事故案例

从上表可以看出沼气事故造成的后果十分严重，由于农村村民安全意识相对比较淡薄，对沼气危险性缺乏相关认识，2017年6月12日，广西平果县新安镇发生的沼气中毒事件造成9名村民死亡。而发生在2014年2月20日湖北武汉市某城区的地下水管道沼气爆炸事故，除了造成多名人员伤亡，建筑财产破坏和损失更是难以估量。因此合理治理沼气，防止沼气事故的发生显得尤为重要。

1.1.3 沼气资源的利用

虽然沼气的危险性大，但沼气的热值较高而且对环境的污染较小，是一种优质燃料，合理利用沼气资源，能够有效提高能源利用率，节省化石燃料。沼气在很多性质上和我们日常使用的液化气非常相似，其中甲烷含量较高。甲烷是一种可燃性气体，燃烧产生水和二氧化碳，对环境的污染较小。每立方米甲烷燃烧，能产生热量34000千焦的热量，而每立方米沼气燃烧，产生约20800－23600千焦的热量，折合标准煤约0.7千克^[3]。沼气不仅具有较好的抗爆性能，而且使用也较为方便。因此，许多国家都大力提倡发展沼气工程，以提高能源利用率，节省化石燃料。由于生物质垃圾具备可再生、污染性低、分布较广泛的优点，许多国家已经开始研究利用生物质和生物废料制沼气的新途径，但与全球年消耗量相比，其产量是有限的，至于哪种原料最适合生产沼气，目前还没有明确的答案^[3]。

1.2 沼气技术发展现状

1.2.1 农村户用沼气发展状况

20 世纪50年代末期，农村户用沼气发展，开始大规模建设，但是由于相关沼气技术的落后等其他因素的限制，沼气建设并没有得到有效发展，并很快回落。到1979 年，农业部的《关于当前农村沼气建设中几个问题的报告》得到批准，沼气发展才开始回升，并在20世纪80年代初期出现了农村户用沼气建设的小高峰，到2000年底，农村户用沼气池达到848万户^[4]。2007年以来，中央有关部委密集出台了一系列鼓励、规范沼气发展的政策法规，累计补贴农户1453.4万户，占建池户数的 41.4%。2000－2009年，中国农村户用沼气池从848万户发展到3507万户，年均增长率高达17.1%，沼气占农村生活能源的比例由2000年的0.4%，上升到 2009 年的1.9%，随着社会经济的发展，沼气已经成为重要的农村生活能源^[4]，中国沼气建设数量发展的趋势如图1-2。

图1-2 中国沼气建设数量发展趋势

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