自閉式煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法

于德宏，蘇寶珍，劉德強(qiáng)，謝長永，王慶祺，蔡景春，王東寶

（1.北京首建設(shè)備維修有限公司，北京 100043；2.北京首鋼建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100043；3.北京首鋼遷鋼公司 煉鐵部，河北 唐山 064404）

0 引言

冶金行業(yè)中，常常需要對煤氣進(jìn)行一定距離的管道輸送。在輸送過程中，煤氣中的部分飽和氣和機(jī)械水會分離出來，給煤氣輸送、管道維護(hù)和用戶的使用帶來了不利的影響，因此必須及時(shí)將冷凝水排出，該功能是由與輸送管道連通的煤氣排水器實(shí)現(xiàn)的。煤氣排水器主要由煤氣排水器本體和煤氣防泄漏裝置組成。當(dāng)煤氣管網(wǎng)壓力波動或由于其他原因引起的排水器有效水位異常降低造成煤氣泄漏時(shí)，通過煤氣排水器防泄漏裝置可有效地遏止煤氣的外泄，防止煤氣著火、爆炸、中毒等惡性事故的發(fā)生。

煤氣排水器的水封高度決定于該管網(wǎng)壓力的大小，既不能高也不能低。低壓管網(wǎng)配高壓排水器，則冷凝水不能有效地排出，影響生產(chǎn)；高壓管網(wǎng)配低壓排水器，管網(wǎng)壓力將擊穿水封，使煤氣泄漏，不但造成污染，還嚴(yán)重危及人身安全。另外，煤氣管網(wǎng)通常壓力波動較大，最高壓力有時(shí)超出排水器自身極限值，使煤氣過壓現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，在煤氣排水器的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對其承壓能力進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，保證在超壓情況下密封球能及時(shí)對低壓室工作管進(jìn)行密封。

1 煤氣排水器結(jié)構(gòu)形式

煤氣排水器一般有立式和臥式兩種，由于介質(zhì)壓力的不同，為了保持排水器的有效高度以及便于操作維護(hù)又分為單室水封和雙室水封兩種型式，一般煤氣排水器的水封高度在1 000mm 以內(nèi)采用單室水封，超過1 000mm采用雙室水封或多室水封。本文將著重對多室水封的自閉式煤氣排水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究。

2 自閉式煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

圖1為多室水封的自閉式煤氣排水器結(jié)構(gòu)示意圖。原設(shè)計(jì)中，由于各室工作管長度、長度分配等關(guān)鍵參數(shù)通常借助于設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)可承受壓力偏差，出現(xiàn)頻繁泄漏或關(guān)閉等問題。因此，本文在大量現(xiàn)場試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤氣排水器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，提出一種煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)對低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)部分可承受壓力的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)約束條件自動計(jì)算其余各腔室應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)量和相應(yīng)工作管長度。其具體優(yōu)化方案如下：

（1）收集所設(shè)計(jì)煤氣排水器可承受的最大管道壓力Pmax和低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)參數(shù)（如圖2所示），包括封閉球下端距封閉口距離h1；浮力圓柱長度h2、直徑φ；管道無壓力時(shí)液面距浮力圓柱頂端的距離h3；封閉球、連桿及浮力圓柱的總重力G。

（2）計(jì)算浮力高度h4：

其中：ρ水為水的密度。

計(jì)算低壓室可降水位h5：

h5＝h3＋（h2－h(huán)4）＋h1。

計(jì)算低壓室封閉所需壓力p1：

p1＝ρ水·g·h5。

計(jì)算其余水封結(jié)構(gòu)需承受的最大壓力p：

p＝pmax－p1。

計(jì)算其余水封結(jié)構(gòu)所需工作管總長度l：

l＝p／（ρ水·g）。

令其余承壓室總數(shù)n＝1，計(jì)算其余各室工作管長度h6：

h6＝l／n。

給定其余各室工作管最大長度hmax，判斷不等式h6≤hmax是否成立。若成立，則確定其余各室數(shù)量為n，且各室工作管長度為h6，結(jié)束計(jì)算；否則，令n＝n＋1，直至不等式成立，再結(jié)束計(jì)算。方案計(jì)算流程圖如圖3所示。

圖1 多室水封的自閉式煤氣排水器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)參數(shù)圖

3 模型的應(yīng)用

北京首建設(shè)備維修有限公司經(jīng)過多年的實(shí)踐與研究并結(jié)合此設(shè)計(jì)方法，研制開發(fā)了自閉式煤氣排水器，成功實(shí)現(xiàn)了對煤氣管道冷凝水的及時(shí)排出，并防止了壓力突變造成的煤氣泄漏等事故。

本例中pmax＝0.035 MPa、h1＝0.1 m、h2＝0.3 m、φ＝0.08m、h3＝0.6 m、G＝10N。令其余承壓室總數(shù)n＝1、hmax＝1m。

將各已知數(shù)據(jù)輸入計(jì)算程序，計(jì)算得到h4＝0.2 m、h5＝0.6＋0.1＋0.1＝0.8m、p1＝0.008 MPa、p＝0.027 MPa、l＝2.7m、h6＝2.7m。

最后，判斷不等式h6≤hmax是否成立。顯然，不等式2.7≤1不成立，則令n＝n＋1，再重新計(jì)算其余各室工作管長度h6，直至以上不等式成立。計(jì)算可知，此時(shí)n＝3，則其余各室數(shù)量為3，且各室工作管長度為0.9m，結(jié)束計(jì)算。

4 結(jié)論

本文提出的煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)對低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)部分可承受壓力的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)約束條件自動計(jì)算其余各腔室應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)量和相應(yīng)工作管長度。通過以上方法有效地保證了排水器的實(shí)際可承受壓力與設(shè)計(jì)相同，防止煤氣泄漏或密封裝置的頻繁開閉。

圖3 方案計(jì)算流程圖

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