承鋼公司套筒式自動(dòng)防泄漏煤氣排水器的研制與實(shí)驗(yàn)

劉秀紅 郭景民

摘要：針對(duì)煤氣排水器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的“水阻”和“氣阻”現(xiàn)象，研究設(shè)計(jì)新型煤氣排水器。既能有效避免煤氣泄漏，又能及時(shí)而順暢地排放冷凝水，而且具有良好的耐擊穿性能。

Abstract： In view of the phenomenon of "water resistance" and "air resistance" appearing during the use of gas drainers， this paper studies and designs a new gas drainers. It can effectively prevent gas leakage and discharge condensed water timely and smoothly， and it has good puncture resistance.

關(guān)鍵詞：套筒式煤氣排水器;氣阻;水阻;防泄漏裝置

Key words： sleeve type gas drainer;gas resistance;water resistance;anti-leakage device

中圖分類號(hào)：TF30 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）13-0118-02

0 ?引言

冶金企業(yè)副產(chǎn)煤氣普遍采用濕式凈化工藝[1]，因此煤氣管道在輸送過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量冷凝水，冷凝水中往往含有酚、氰、萘、焦油等雜質(zhì)及固體顆粒，同時(shí)煤氣中的H2S（硫化氫）、CO2（二氧化碳 ）、O2（氧）和硫化物在溶于水后具有腐蝕性，H2S、CO2在水中呈酸性，O2在水中具有氧化性，這將會(huì)加速煤氣管道內(nèi)壁的腐蝕。冷凝水多時(shí)，被煤氣流沖擊，造成煤氣輸送壓力的波動(dòng)。冷凝水的積聚會(huì)使管道橫截面減小，增加壓力降，嚴(yán)重的甚至造成管道荷載過(guò)大而發(fā)生斷裂或倒塌[2]。煤氣排水器在煤氣管網(wǎng)中的作用就是連續(xù)不斷地排出管道內(nèi)冷凝水，以保證管道的暢通。煤氣冷凝水在排入排水器的同時(shí)也會(huì)攜帶著煤氣，因此排水器在順暢排出冷凝水的同時(shí)，必須能夠隨時(shí)應(yīng)對(duì)煤氣壓力超高或水封高度不足時(shí)引發(fā)的煤氣擊穿水封的現(xiàn)象，從而有效避免煤氣泄漏而引發(fā)的一系列煤氣事故。傳統(tǒng)的煤氣排水器一般不具備防擊穿性能，只是根據(jù)企業(yè)煤氣管網(wǎng)的計(jì)算壓力設(shè)計(jì)水封室數(shù)量及每一室的水封高度，使煤氣冷凝水能夠順暢排放的同時(shí)又能利用有效的水封高度封堵煤氣。煤氣管網(wǎng)輸送壓力正常情況下，排水器能夠安全運(yùn)行，但當(dāng)煤氣壓力超高擊穿水封或排水器由于本體故障或氣溫原因造成水位下降，不能夠封堵煤氣時(shí)，就會(huì)造成煤氣大量泄漏而引發(fā)煤氣中毒或著火、爆炸事故。

1 ?現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

目前，用于煤氣管道的排水器的結(jié)構(gòu)眾多，附加功能不一。綜合大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和中華人民共和國(guó)2018年發(fā)布實(shí)施的《煤氣排水器安全技術(shù)規(guī)程》煤氣管道排水器應(yīng)具備以下性能和要求[3]：及時(shí)順暢地排水;能有效地防止煤氣泄漏;良好的耐擊穿性能;防止管道內(nèi)的煤氣經(jīng)排水器泄漏;便于清理排水器內(nèi)的灰渣;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定;故障率低、易于維護(hù);制作、運(yùn)行、維護(hù)成本低。

2009年至2010年，承鋼通過(guò)外部采購(gòu)，將全部400多臺(tái)蒸汽伴熱傳統(tǒng)水封式排水器更換為電伴熱過(guò)壓保護(hù)排水器，徹底結(jié)束了蒸汽伴熱時(shí)代，為節(jié)能環(huán)保工作做出了不小成績(jī)。但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)此種排水器的過(guò)壓保護(hù)器在發(fā)揮其“過(guò)壓保護(hù)”功能的同時(shí)，也引發(fā)了新的問(wèn)題，即 “水阻”和“氣阻”現(xiàn)象，在安全性上有一定提高，但在主要的排水功能上不是加強(qiáng)而是牽制。[4]“氣阻”會(huì)產(chǎn)生三個(gè)負(fù)作用：一是阻止了冷凝水的正常排放;二是造成補(bǔ)水困難;三是增加水封負(fù)荷以及對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)不利影響。當(dāng)煤氣擊穿水封時(shí)，過(guò)壓保護(hù)裝置內(nèi)密封閥板在煤氣壓力作用下立即封堵排水口，阻止了煤氣泄漏，而當(dāng)煤氣壓力或水封水位恢復(fù)正常，冷凝水能夠正常排放時(shí)，密封閥板卻不能自動(dòng)打開(kāi)，需要人為卸下過(guò)壓保護(hù)裝置的手孔法蘭螺栓，打開(kāi)手孔用工具撥動(dòng)閥板。由于手孔出口朝向地面，操作時(shí)必須佩戴呼吸器，大大增加了工人的勞動(dòng)量。在排水量增大時(shí)，現(xiàn)有排水器會(huì)發(fā)生“水阻”現(xiàn)象，即過(guò)壓保護(hù)器的閥板在水的沖擊下將出水口封堵，造成冷凝水無(wú)法正常排放。在冷凝水排放量大的季節(jié)或重點(diǎn)管線，必須加大排水器的檢查頻次，同時(shí)須借用其他物體將閥板撐起來(lái)，才能確保冷凝水的正常排放，而這樣，過(guò)壓保護(hù)器徹底失去了過(guò)壓保護(hù)功能。2017年，由承鋼公司能源中心牽頭成立研究小組，針對(duì)排水器運(yùn)行中存在的“水阻”和“氣阻”現(xiàn)象，重新研制自動(dòng)防擊穿煤氣排水器。

2 ?技術(shù)方案

在新型排水器的設(shè)計(jì)上，我們從保證排水器正常排水的宗旨出發(fā)，重點(diǎn)解決“氣阻”和“水阻”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全排水器氣水分流。我們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)防擊穿煤氣排水器由套筒式煤氣排水器和自動(dòng)防泄漏裝置組成。圖1是套筒式排水器結(jié)構(gòu)圖。排水器采用三級(jí)水封，由焊在排水器頂板的兩組套筒和焊在排水器底板的兩組套筒上下交叉套在一起，在每級(jí)水封的頂板上有吹掃閥，在注水時(shí)將吹掃閥打開(kāi)，使排水器內(nèi)外氣壓力平衡。排水器底端有三個(gè)手孔用于定期排放排水器內(nèi)積灰和雜質(zhì)。

圖2是自動(dòng)防泄漏裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，自動(dòng)防泄漏裝置是一個(gè)密封罐體，內(nèi)有隔板、導(dǎo)管、導(dǎo)桿、密封板、防漏短管、帶指標(biāo)桿的中空浮球，頂板有吹掃閥。導(dǎo)桿采用PVC管，上部端面用軟木封堵，防止導(dǎo)桿內(nèi)進(jìn)水而影響密封板所受浮力;密封板采用尼龍中空的錐形結(jié)構(gòu)，能夠保證良好的密封性能，密封墊采用氟橡膠;隔板將罐體內(nèi)部分為左右兩室，下端連通;防漏短管周圍與隔板、罐體內(nèi)壁密封焊接，其正上方的密封板與導(dǎo)桿同軸連接;導(dǎo)管焊接在頂板下端，并與導(dǎo)桿在同一軸線，用來(lái)控制導(dǎo)桿沿導(dǎo)管做上下垂直運(yùn)動(dòng)，保證密封板能及時(shí)封住煤氣;另一室是帶有指示桿的中空浮球，通過(guò)觀察指示桿伸出罐體的長(zhǎng)度可以判斷其內(nèi)部水位情況;頂板與筒體的連接采用法蘭連接，便于裝置內(nèi)部的檢查和故障處理。

3 ?關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

①排水器本體采用套筒式，頂蓋采用法蘭連接，清理時(shí)打開(kāi)頂蓋，將套筒一分為二，降低了清理和維護(hù)難度。

②排水器本體頂端及自動(dòng)防泄漏裝置頂端設(shè)置放空管，平衡內(nèi)外壓差，保證了水封內(nèi)的正常水位，防止“氣阻”現(xiàn)象發(fā)生。

③防泄漏裝置密封板采用尼龍中空結(jié)構(gòu)，密度小于水，既能在水中自由浮起又耐腐蝕;密封墊采用氟橡膠，采用錐形結(jié)構(gòu)能夠與密封板嚴(yán)密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零泄漏。

④導(dǎo)管與導(dǎo)桿在同一軸線，能夠控制導(dǎo)桿沿導(dǎo)管沿既定軌跡做上下垂直運(yùn)動(dòng)，且保證了密封板能與防漏短管的嚴(yán)密結(jié)合。

⑤由于密封板采用尼龍中空結(jié)構(gòu)，密封小于水，且通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，此種排水器不存在排水量大時(shí)密封板封堵防漏短管的問(wèn)題，即解決了“水阻”問(wèn)題。

4 ?方案實(shí)驗(yàn)

①根據(jù)承鋼中、低壓煤氣介質(zhì)壓力波動(dòng)范圍，排水器設(shè)置三級(jí)水封，每級(jí)水封垂直高度為1000 mmH2O，三級(jí)有效高度水封3000mmH2O。

②排水器開(kāi)始投用時(shí)，打開(kāi)所有吹掃閥，從吹掃閥處注水，直到排水器溢流管有溢流。

③水器正常排水時(shí)，在自動(dòng)防泄漏裝置內(nèi)，由于尼龍中空結(jié)構(gòu)密度小于水，密封板能夠自動(dòng)浮起，冷凝水通過(guò)防泄漏短管流入有中空浮球的一室，正常排放。

④當(dāng)煤氣壓力超高擊穿水封或排水器由于本體故障或氣溫原因造成水位下降，不能夠封堵煤氣時(shí)，煤氣進(jìn)入自動(dòng)防泄漏裝置，此時(shí)密封板在煤氣壓力的作用下快速封堵防漏短管，從而切斷煤氣泄漏途徑。

⑤由于密封板采用尼龍中空結(jié)構(gòu)，密封小于水，排水器恢復(fù)排水后，密封板可自動(dòng)浮起，冷凝水正常排放。

⑥恢復(fù)正常排水后，一旦防漏短管仍處于封堵?tīng)顟B(tài)。從頂板的吹掃閥接氮?dú)夤苓M(jìn)行反吹，可使密封板浮起。

⑦恢復(fù)正常排水后，擰開(kāi)排水器頂板所有吹掃閥和自動(dòng)防泄漏裝置頂板吹掃閥，將排水器和自動(dòng)防泄漏裝置內(nèi)氣體排入大氣，平衡內(nèi)外壓差，保證水封內(nèi)的正常水位，防止“氣阻”現(xiàn)象發(fā)生。

⑧要定期檢查排水器是否發(fā)生堵塞。發(fā)現(xiàn)自動(dòng)防泄漏裝置溢流管無(wú)水排出，打開(kāi)冷凝液排放管實(shí)驗(yàn)頭時(shí)噴出大量冷凝水，說(shuō)明該自動(dòng)防煤氣泄漏的排水器發(fā)生了故障。主要是因?yàn)槊簹馀潘髟谶\(yùn)行一段時(shí)間后，冷凝水中的雜質(zhì)、淤泥等將會(huì)在排水器底部沉積下來(lái)，從而堵塞與其連接的管路。因此需要定期打開(kāi)排水器底端手孔，對(duì)排水器進(jìn)行沖洗。

⑨由于排套筒式煤氣排水器頂板采用法蘭連接，可定期將頂板取下，對(duì)套筒側(cè)壁進(jìn)行檢查和清理。

⑩密封墊屬于易損件，材質(zhì)采用氟橡膠，每隔半年須檢查維護(hù)，以保證系統(tǒng)的密封性。

{11}由于密封板采用尼龍中空結(jié)構(gòu)，密封小于水，且通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，此種排水器不存在排水量大時(shí)密封板封堵防漏短管的問(wèn)題，即解決了“水阻”問(wèn)題。

5 ?實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)上述自動(dòng)防泄漏煤氣排水器的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，在保證了密封效果的同時(shí)，也解決了排水器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的“氣阻”和“水阻”問(wèn)題，而且便于清理和維護(hù)。2018年我們委托承鋼機(jī)械廠制作了十余臺(tái)套筒式自動(dòng)防泄漏煤氣排水器，已全部投入使用，通過(guò)近半年的觀察運(yùn)行，的確達(dá)到了預(yù)期效果，降低了巡檢工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工作量，同時(shí)提高了排水器操作、維護(hù)的安全系數(shù)。而且排水器的制作投資費(fèi)用較外購(gòu)大大降低，每臺(tái)排水器減少投資費(fèi)用2.5萬(wàn)元。目前承鋼400多臺(tái)排水器在以后的逐步更替過(guò)程中，采用自制的套筒式自動(dòng)防泄漏煤氣排水器，將為企業(yè)節(jié)省一筆不小的開(kāi)支。

參考文獻(xiàn)：

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