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煤层气利用工程的安全性分析  引言  目前煤层气的开发和利用得到国家的特殊重视。全国科学技术大会上的《国家中长期科学和技术进展规划纲要》确定的16个重大专项之一就是大型油气田和煤层气开发。  煤层气作为煤层的一种伴生资源，是一种清洁的能源。它不仅环境性能好，而且热效率高。与燃煤相比，煤层气燃烧的灰份排放量为燃煤的1/148，SO2排放量为燃煤的1/700，CO2排放量为燃煤的3/5。所以，它是常规自然气最现实牢靠的补充或替代能源，可以为工业和民用等供应重要的能源。   1煤层气的应用方向  1.1矿区煤层气作为民用和工业燃气供给  在我国矿区，煤层气主要用作居民和工业炉的燃料。煤层气的民用供给主要包括矿区居民的炊事和供热以及矿区食堂、幼儿园和学校等的公用事业用气。煤层气也可以作为工业炉的燃料。与人工煤气相比，煤层气的供给具有投资少、效益高的特点，它不需要另建气源厂。煤层气作为燃气供给已在我国各矿区内快速推广[1]。  1.2矿区煤层气作为化工生产原料  煤层气作为化工生产原料，还可以生产炭黑、甲醛、甲醇和化肥等化工产品。1952年抚顺矿务局在煤炭系统领先建成了用煤层气生产炭黑的工厂；1970年抚顺矿务局和阳泉矿务局分别建成了甲醛厂。  1.3矿区坑口燃气轮机发电厂燃料  煤层气代替煤发电和供热不仅能减轻环境污染，而且还能提高热效率。我国矿区目前使用的煤层气发电技术有两种，即燃气轮机和汽轮机发电。2022年抚顺矿务局建成了我国第一座煤层气示范电厂；2022年晋城矿务局建成煤层气电站，利用潘庄井田地面垂直井回收的煤层气发电。  1.4矿区汽车燃料  自然气代替汽油作为运输燃料具有明显的环境效益和经济效益。与燃油汽车相比，自然气汽车可使汽车尾气中的CO削减89%，碳氢化合物降低72%，NOx削减39%，SO2、苯铅和粉尘等削减100%[3]。  2022年，焦作矿务局在用A101B型汽车改装成的煤层气汽车上进展了试验；四川芙蓉矿务局直接用中等浓度煤层气作为汽车燃料，实现了以煤层气代替汽油的改造。  煤层气汽车在矿区具有较大的市场，矿区内有大量的运煤汽车和公共汽车，运行距离不长，在矿区内建少量的煤层气加气站，就能保证矿区内车辆的正常运行。  1.5管道输送燃气供给  回收的煤层气经加压或提纯后可利用或并入自然气管道系统，供应远方城镇用户。  我国煤层气抽放包括井下抽放和地面抽放两种。井下抽放系统回收的煤层气含甲烷约30%～50%，而地面井回收的煤层气甲烷浓度超过90%。由于煤层气提纯本钱较高，因此一般将地面井回收的煤层气注入自然气管道系统。  井下抽放系统回收的煤层气，虽然甲烷浓度低，但一般离用户较近，因此，这局部中、低浓度煤层气通常采纳较低的压力，通过当地的煤层气管网供应用户使用。  另一方面，随着煤层气生产基地的建立，煤层气产量将快速增加，这种中、低浓度煤层气在当地需求过剩的状况下要考虑长距离输送给缺少气源的城镇使用。  目前我国煤层气远距离输送工程应用实例中，一般压力不是很高，距离也较短，如：抚顺矿务局至沈阳市的煤层气输气管道，设计压力0.8MPa，运行压力0.35MPa，煤层气中甲烷含量大于50%；调兵山市至铁岭市的煤层气输气管道都已建成并安全运行；正在筹建中的沁水煤田至晋城市区的煤层气输气管道压缩机排气压力最大为0.4MPa。煤层气的爆炸极限范围限制了它的输气压力[2]。   2开发应用煤层气的难点和应解决的技术问题  目前关于煤层气的利用还没有单独的标准，由于煤层气属于自然气的一种，当煤层气用于城镇燃气供给时，我们可以依据《城镇燃气设计标准》GB50028－93(2022年版)，对煤层气利用问题作以下分析。  2.1民用、工业用煤层气的热值  《城镇燃气设计标准》GB50028－93(2022年版)规定，自然气的质量指标应符合现行国家标准《自然气》GB17820的一类气或二类气的规定。按这一规定，煤层气作为城镇燃气，其高热值应到达14.65～31.40MJ/m3，甲烷的体积分数应到达36.8%～78.9%。  煤层气的热值取决于煤层气中甲烷的浓度。煤层气中甲烷浓度随煤层沉降深度变化而变化，其次煤的种类、质量对煤层气中甲烷浓度影响很大；另外煤层气的抽放方法不同，抽放过程中混入的空气也不同，这也加大了煤层气甲烷浓度的变化。煤层气中甲烷浓度的变化，引起煤层气热值的变化，还涉及输配系统的