承钢公司套筒式自动防泄漏煤气排水器的研制与实验

刘秀红 郭景民

摘要：针对煤气排水器在使用过程中出现的“水阻”和“气阻”现象，研究设计新型煤气排水器。既能有效避免煤气泄漏，又能及时而顺畅地排放冷凝水，而且具有良好的耐击穿性能。

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.

关键词：套筒式煤气排水器;气阻;水阻;防泄漏装置

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

中图分类号：TF30                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）13-0118-02

0  引言

冶金企业副产煤气普遍采用湿式净化工艺[1]，因此煤气管道在输送过程中会产生大量冷凝水，冷凝水中往往含有酚、氰、萘、焦油等杂质及固体颗粒，同时煤气中的H2S（硫化氢）、CO2（二氧化碳 ）、O2（氧）和硫化物在溶于水后具有腐蚀性，H2S、CO2在水中呈酸性，O2在水中具有氧化性，这将会加速煤气管道内壁的腐蚀。冷凝水多时，被煤气流冲击，造成煤气输送压力的波动。冷凝水的积聚会使管道横截面减小，增加压力降，严重的甚至造成管道荷载过大而发生断裂或倒塌[2]。煤气排水器在煤气管网中的作用就是连续不断地排出管道内冷凝水，以保证管道的畅通。煤气冷凝水在排入排水器的同时也会携带着煤气，因此排水器在顺畅排出冷凝水的同时，必须能够随时应对煤气压力超高或水封高度不足时引发的煤气击穿水封的现象，从而有效避免煤气泄漏而引发的一系列煤气事故。传统的煤气排水器一般不具备防击穿性能，只是根据企业煤气管网的计算压力设计水封室数量及每一室的水封高度，使煤气冷凝水能够顺畅排放的同时又能利用有效的水封高度封堵煤气。煤气管网输送压力正常情况下，排水器能够安全运行，但当煤气压力超高击穿水封或排水器由于本体故障或气温原因造成水位下降，不能够封堵煤气时，就会造成煤气大量泄漏而引发煤气中毒或着火、爆炸事故。

1  现状简述

目前，用于煤气管道的排水器的结构众多，附加功能不一。综合大量实践经验和中华人民共和国2018年发布实施的《煤气排水器安全技术规程》煤气管道排水器应具备以下性能和要求[3]：及时顺畅地排水;能有效地防止煤气泄漏;良好的耐击穿性能;防止管道内的煤气经排水器泄漏;便于清理排水器内的灰渣;结构简单、性能稳定;故障率低、易于维护;制作、运行、维护成本低。

2009年至2010年，承钢通过外部采购，将全部400多台蒸汽伴热传统水封式排水器更换为电伴热过压保护排水器，彻底结束了蒸汽伴热时代，为节能环保工作做出了不小成绩。但是经过一段时期的应用，发现此种排水器的过压保护器在发挥其“过压保护”功能的同时，也引发了新的问题，即 “水阻”和“气阻”现象，在安全性上有一定提高，但在主要的排水功能上不是加强而是牵制。[4]“气阻”会产生三个负作用：一是阻止了冷凝水的正常排放;二是造成补水困难;三是增加水封负荷以及对结构带来不利影响。当煤气击穿水封时，过压保护装置内密封阀板在煤气压力作用下立即封堵排水口，阻止了煤气泄漏，而当煤气压力或水封水位恢复正常，冷凝水能够正常排放时，密封阀板却不能自动打开，需要人为卸下过压保护装置的手孔法兰螺栓，打开手孔用工具拨动阀板。由于手孔出口朝向地面，操作时必须佩戴呼吸器，大大增加了工人的劳动量。在排水量增大时，现有排水器会发生“水阻”现象，即过压保护器的阀板在水的冲击下将出水口封堵，造成冷凝水无法正常排放。在冷凝水排放量大的季节或重点管线，必须加大排水器的检查频次，同时须借用其他物体将阀板撑起来，才能确保冷凝水的正常排放，而这样，过压保护器彻底失去了过压保护功能。2017年，由承钢公司能源中心牵头成立研究小组，针对排水器运行中存在的“水阻”和“氣阻”现象，重新研制自动防击穿煤气排水器。

2  技术方案

在新型排水器的设计上，我们从保证排水器正常排水的宗旨出发，重点解决“气阻”和“水阻”问题，实现安全排水器气水分流。我们设计的自动防击穿煤气排水器由套筒式煤气排水器和自动防泄漏装置组成。图1是套筒式排水器结构图。排水器采用三级水封，由焊在排水器顶板的两组套筒和焊在排水器底板的两组套筒上下交叉套在一起，在每级水封的顶板上有吹扫阀，在注水时将吹扫阀打开，使排水器内外气压力平衡。排水器底端有三个手孔用于定期排放排水器内积灰和杂质。

图2是自动防泄漏装置的内部结构图，自动防泄漏装置是一个密封罐体，内有隔板、导管、导杆、密封板、防漏短管、带指标杆的中空浮球，顶板有吹扫阀。导杆采用PVC管，上部端面用软木封堵，防止导杆内进水而影响密封板所受浮力;密封板采用尼龙中空的锥形结构，能够保证良好的密封性能，密封垫采用氟橡胶;隔板将罐体内部分为左右两室，下端连通;防漏短管周围与隔板、罐体内壁密封焊接，其正上方的密封板与导杆同轴连接;导管焊接在顶板下端，并与导杆在同一轴线，用来控制导杆沿导管做上下垂直运动，保证密封板能及时封住煤气;另一室是带有指示杆的中空浮球，通过观察指示杆伸出罐体的长度可以判断其内部水位情况;顶板与筒体的连接采用法兰连接，便于装置内部的检查和故障处理。

3  关键技术及创新点

①排水器本体采用套筒式，顶盖采用法兰连接，清理时打开顶盖，将套筒一分为二，降低了清理和维护难度。

②排水器本体顶端及自动防泄漏装置顶端设置放空管，平衡内外压差，保证了水封内的正常水位，防止“气阻”现象发生。

③防泄漏装置密封板采用尼龙中空结构，密度小于水，既能在水中自由浮起又耐腐蚀;密封垫采用氟橡胶，采用锥形结构能够与密封板严密结合，实现零泄漏。

④导管与导杆在同一轴线，能够控制导杆沿導管沿既定轨迹做上下垂直运动，且保证了密封板能与防漏短管的严密结合。

⑤由于密封板采用尼龙中空结构，密封小于水，且通过反复实验，此种排水器不存在排水量大时密封板封堵防漏短管的问题，即解决了“水阻”问题。

4  方案实验

①根据承钢中、低压煤气介质压力波动范围，排水器设置三级水封，每级水封垂直高度为1000 mmH2O，三级有效高度水封3000mmH2O。

②排水器开始投用时，打开所有吹扫阀，从吹扫阀处注水，直到排水器溢流管有溢流。

③水器正常排水时，在自动防泄漏装置内，由于尼龙中空结构密度小于水，密封板能够自动浮起，冷凝水通过防泄漏短管流入有中空浮球的一室，正常排放。

④当煤气压力超高击穿水封或排水器由于本体故障或气温原因造成水位下降，不能够封堵煤气时，煤气进入自动防泄漏装置，此时密封板在煤气压力的作用下快速封堵防漏短管，从而切断煤气泄漏途径。

⑤由于密封板采用尼龙中空结构，密封小于水，排水器恢复排水后，密封板可自动浮起，冷凝水正常排放。

⑥恢复正常排水后，一旦防漏短管仍处于封堵状态。从顶板的吹扫阀接氮气管进行反吹，可使密封板浮起。

⑦恢复正常排水后，拧开排水器顶板所有吹扫阀和自动防泄漏装置顶板吹扫阀，将排水器和自动防泄漏装置内气体排入大气，平衡内外压差，保证水封内的正常水位，防止“气阻”现象发生。

⑧要定期检查排水器是否发生堵塞。发现自动防泄漏装置溢流管无水排出，打开冷凝液排放管实验头时喷出大量冷凝水，说明该自动防煤气泄漏的排水器发生了故障。主要是因为煤气排水器在运行一段时间后，冷凝水中的杂质、淤泥等将会在排水器底部沉积下来，从而堵塞与其连接的管路。因此需要定期打开排水器底端手孔，对排水器进行冲洗。

⑨由于排套筒式煤气排水器顶板采用法兰连接，可定期将顶板取下，对套筒侧壁进行检查和清理。

⑩密封垫属于易损件，材质采用氟橡胶，每隔半年须检查维护，以保证系统的密封性。

{11}由于密封板采用尼龙中空结构，密封小于水，且通过反复实验，此种排水器不存在排水量大时密封板封堵防漏短管的问题，即解决了“水阻”问题。

5  实施效果

通过对上述自动防泄漏煤气排水器的现场实验，在保证了密封效果的同时，也解决了排水器运行过程中出现的“气阻”和“水阻”问题，而且便于清理和维护。2018年我们委托承钢机械厂制作了十余台套筒式自动防泄漏煤气排水器，已全部投入使用，通过近半年的观察运行，的确达到了预期效果，降低了巡检工人的劳动强度，减少了工作量，同时提高了排水器操作、维护的安全系数。而且排水器的制作投资费用较外购大大降低，每台排水器减少投资费用2.5万元。目前承钢400多台排水器在以后的逐步更替过程中，采用自制的套筒式自动防泄漏煤气排水器，将为企业节省一笔不小的开支。

参考文献：

[1]魏平，程振南.煤气作业人员安全技术培训教材[M].北京：中国建材工业出版社，1999，5.

[2]冶金有色行业煤气作业操作资格培训教材[M].北京：团结出版社，2011，1.

[3]余宏彦，曾宪民，周良墉.煤气管道排水安全技术的研究[J].工业安全与环保，2009（9）：44-47.

[4]周良墉，余宏彦.排水技术装置升级，实现煤气安全节能[N].中国冶金报，2011，11，25.