智能煤氣排水器在鞍鋼的利用

胡少敏，吳丹，楊殿勇，趙雙鵬，呂強(qiáng)，楊金海

（鞍鋼股份有限公司能源管控中心，遼寧鞍山 114003）

前言

冶金企業(yè)副產(chǎn)煤氣主要采用濕法凈化工藝。煤氣在管道輸送過程中會(huì)隨著溫度降低，飽和蒸汽冷凝成水，同時(shí)由于濕法工藝會(huì)產(chǎn)生機(jī)械水。除此之外，焦?fàn)t煤氣中還含有酚、萘、硫化氫等其他雜質(zhì)，如這些雜質(zhì)和冷凝水無法及時(shí)排出，會(huì)造成煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)，甚至?xí)斐擅簹夤芫W(wǎng)塌落。煤氣排水器用來將這些污物順暢排出，確保煤氣管網(wǎng)安全運(yùn)行。目前鞍鋼的煤氣管道長(zhǎng)度達(dá)到230 km，排水器有900多臺(tái)，分布比較分散。雖然有專業(yè)人員組成專業(yè)檢查組，但由于對(duì)煤氣排水器安全技術(shù)管理知識(shí)不全面，以及巡檢內(nèi)容不規(guī)范，存在重大安全隱患。再加上排水器數(shù)量多，分布廣，工作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，用人工很難對(duì)每個(gè)排水器的隱患檢查出來。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合APP應(yīng)用實(shí)現(xiàn)排水器智能化操作勢(shì)在必行。

1 事故案例

2005年10月26日首鋼煤氣排水器擊穿發(fā)生煤氣泄漏，造成9人煤氣中毒死亡。2006年6月10日首鋼發(fā)生煤氣排水器泄漏煤氣，造成7人煤氣中毒，其中2人死亡。2009年12月19日天津榮程集團(tuán)唐山特鋼煤氣排水器發(fā)生煤氣壓力突然升高擊穿排水器大量泄漏煤氣，造成3人煤氣中毒死亡。某鋼鐵企業(yè)2014、2018年先后發(fā)生煤氣排水器水位不夠造成的煤氣泄漏造成2人中毒。

避免煤氣排水器安全運(yùn)行保障人身及生產(chǎn)設(shè)備安全，構(gòu)建智能煤氣排水器監(jiān)控系統(tǒng)尤為重要。

2 智能化排水器

2.1 排水器介紹

排水器的工作原理是利用排水器中水封高度克服煤氣壓力，從而封住煤氣，排出冷凝水。

排水器的基本結(jié)構(gòu)如圖1。

2.2 智能化排水器基本結(jié)構(gòu)

智能化煤氣排水器的主要功能是通過各處排水器監(jiān)測(cè)信號(hào)通過云傳輸方式將數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)上，壓力數(shù)據(jù)來判斷排水器排水是否正常，溫度數(shù)據(jù)來判斷排水器的電熱帶工作是否正常，水位計(jì)數(shù)據(jù)判斷排水器水封高度是否正常，液位計(jì)數(shù)據(jù)判斷污水池水位高度。智能排水器主要設(shè)備安裝見如圖2。

圖1 智能排水器的基本結(jié)構(gòu)

圖2 煤氣排水器集中狀態(tài)監(jiān)控裝置示意圖

2.2.1 主要監(jiān)測(cè)設(shè)備與用途

（1）數(shù)據(jù)采集控制箱：現(xiàn)場(chǎng)儀表的供電、采集信號(hào)的處理和發(fā)送、接收信號(hào)的執(zhí)行等。

（2）溫度測(cè)量?jī)x：防止排水器溫度過高或過低。過高會(huì)造成水分蒸發(fā)，過低會(huì)造成水結(jié)冰，引起排水器煤氣泄漏?？刂齐姲闊釂⑼?。遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警。

（3）水位計(jì)：低水位或無水會(huì)造成煤氣泄漏。遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警。

（4）煤氣壓力表：當(dāng)排水器煤氣壓力低于正常值時(shí)，有可能是進(jìn)口管道堵塞，或是排水器煤氣泄漏。遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警。

（5）CO檢測(cè)儀：當(dāng)CO傳感器檢測(cè)到超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí),排水器煤氣有可能泄漏。遠(yuǎn)程檢測(cè)報(bào)警。

（6）電磁閥：當(dāng)溫度、水位、煤氣壓力、煤氣泄漏有一個(gè)或多個(gè)條件異常報(bào)警時(shí)，遠(yuǎn)程控制（手動(dòng)/自動(dòng)）關(guān)閉進(jìn)口管道電磁閥，并將開關(guān)狀態(tài)遠(yuǎn)傳到控制室。

（7）現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器：當(dāng)溫度、水位、煤氣壓力、煤氣泄漏時(shí)（有一個(gè)或多個(gè)條件），控制室將信號(hào)遠(yuǎn)傳給排水器，現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警。

（8）現(xiàn)場(chǎng)聲光提示器：當(dāng)有外來人員進(jìn)入時(shí)提醒：煤氣區(qū)域，當(dāng)心中毒，請(qǐng)盡快離開。

2.2.2 智能化排水器操作應(yīng)用

（1）排水器的排塵管設(shè)有壓力信號(hào)，對(duì)排塵管中的煤氣壓力進(jìn)行數(shù)字實(shí)時(shí)傳輸。在主控計(jì)算機(jī)上，對(duì)壓力設(shè)有二級(jí)報(bào)警信號(hào)。一級(jí)信號(hào)為該管網(wǎng)壓力±2 000 Pa，如管網(wǎng)壓力下降或者上升達(dá)到此范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)顯示數(shù)值會(huì)變黃，同時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)；二級(jí)信號(hào)為該管網(wǎng)壓力±3 000 Pa，如管網(wǎng)壓力下降或者上升達(dá)到此范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)顯示數(shù)值會(huì)變紅，計(jì)算機(jī)發(fā)出警報(bào)，提示壓力異常，同時(shí)通過云端觸發(fā)排塵管上面的電磁閥切斷煤氣，以防煤氣竄出，發(fā)生煤氣中毒事故。

（2）排水器低壓側(cè)安裝水位計(jì)，對(duì)煤氣排水器中的水位進(jìn)行云端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。以往水封高度不夠，擊穿煤氣排水器，觸發(fā)煤氣大量泄漏，造成煤氣中毒事故；在計(jì)算機(jī)上對(duì)水位計(jì)設(shè)有兩級(jí)預(yù)警，一級(jí)是當(dāng)?shù)蛪簜?cè)水位低于溢流口處100 mm時(shí)，發(fā)出黃色數(shù)據(jù)提示；二級(jí)信號(hào)當(dāng)?shù)蛪簜?cè)水位低于溢流口200 mm時(shí)，發(fā)出紅色警報(bào)，并觸發(fā)電磁閥切斷煤氣。

（3）排水器安裝溫度計(jì)，將溫度信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，同時(shí)溫度設(shè)有三級(jí)信號(hào)。一級(jí)信號(hào)為排水器桶體溫度達(dá)到20℃時(shí)，會(huì)觸發(fā)電熱帶自動(dòng)啟停開關(guān)，進(jìn)入到保溫狀態(tài)，電熱帶停止工作，節(jié)省冬季電量的損耗；二級(jí)信號(hào)，當(dāng)溫度低于10℃，觸發(fā)電熱帶啟停開關(guān)，電熱帶進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；三級(jí)信號(hào)，當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出紅色報(bào)警，并提示溫度異常，需聯(lián)系電氣及相關(guān)人員查明原因。

（4）排塵管與排水器連接處設(shè)有CO聲光報(bào)警儀，同時(shí)設(shè)有三個(gè)信號(hào)，CO濃度大于10×10－6會(huì)發(fā)出黃色預(yù)警；當(dāng)CO濃度達(dá)到24×10－6時(shí)，會(huì)連續(xù)發(fā)出紅色預(yù)警，同時(shí)觸發(fā)電磁閥快速切斷煤氣，現(xiàn)場(chǎng)CO聲光報(bào)器發(fā)出響亮的聲音，提示周圍人員迅速遠(yuǎn)離，當(dāng)心煤氣中毒。

（5）安裝在污水池上方的液位計(jì)，當(dāng)污水池中的污水達(dá)到離污水池滿還有300 mm時(shí)，發(fā)出黃色預(yù)警，當(dāng)污水池中的污水，達(dá)到離滿流還有200 mm時(shí)，發(fā)出紅色預(yù)警，提示需要抽水，當(dāng)污水池中的污水，達(dá)到離滿還有100 mm時(shí)，會(huì)發(fā)出刺耳的報(bào)警，并觸發(fā)電磁閥切斷煤氣，以防污水外溢，帶污水池的液位計(jì)，液位低于離滿流500 mm時(shí)，電磁閥打開，排水器正常運(yùn)行。

3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案

因鞍鋼煤氣排水器比較分散，個(gè)別區(qū)域偏遠(yuǎn)，不適用光纖網(wǎng)絡(luò)方案，根據(jù)不同區(qū)域的不同狀況，分別采用有線（光纜）網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)兩種方式共用，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域煤氣排水器的數(shù)據(jù)上傳。

3.1 有線（光纖）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)，具備聯(lián)網(wǎng)功能的就地煤氣排水器狀態(tài)監(jiān)控裝置就近接入大集控系統(tǒng)的區(qū)域交換機(jī)，將數(shù)據(jù)上傳至集控中心服務(wù)器。有線（光纖）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 有線（光纖）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

有線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ㄆ渌麉^(qū)域相似）各區(qū)域就近匯聚原則，對(duì)排水器分片、分區(qū)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)匯聚，最終形成區(qū)域匯聚，上傳至能源網(wǎng)。

3.2 5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

煤氣排水器就地智能狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)電臺(tái)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接發(fā)送至能源集控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ǜ鲄^(qū)域相似）針對(duì)位置偏遠(yuǎn)的煤氣排水器進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)電臺(tái)形式傳輸實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。

通過設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)組態(tài)，與HMI之間的通信，監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)上傳和在線配置功能；通過溫度，壓力，液位變送器對(duì)煤氣排水器的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)據(jù)上傳和報(bào)警，并遠(yuǎn)傳于特定手機(jī)提示報(bào)警。通過手機(jī)安裝APP可以隨時(shí)查看各項(xiàng)數(shù)據(jù)。手機(jī)界面如圖5。

4 智能排水器優(yōu)點(diǎn)

目前鞍鋼運(yùn)行的智能煤氣排水器監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）能協(xié)助巡檢人員找出正在運(yùn)行的故障報(bào)警排水器并停止其運(yùn)行，避免煤氣泄漏等事故發(fā)生。

（2）可以根據(jù)定期上傳的排水器的各項(xiàng)參數(shù)打印報(bào)表，使工藝人員了解排水器狀態(tài)并能提早發(fā)現(xiàn)問題。

（3）溫度自動(dòng)控制功能可以在冬季對(duì)管道保溫進(jìn)行溫度控制，避免了電能的浪費(fèi)。

圖5 手機(jī)界面

5 結(jié)語

煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大時(shí)，最大壓力有時(shí)超出煤氣排水器自身設(shè)計(jì)極限值，或是，由于排水器補(bǔ)水不及時(shí)、主體內(nèi)部隔板泄漏、內(nèi)部工作管銹蝕漏洞(導(dǎo)致水封高度降低)等原因容易導(dǎo)致煤氣泄漏。煤氣泄漏極易引發(fā)煤氣著火、爆炸、中毒等惡性安全事故的發(fā)生。應(yīng)用智能排水器提高了系統(tǒng)的安全性，同時(shí)智能排水器使用后大大降低了用工成本，以及冬季電保溫的成本。