煤气排水器防泄漏技术对比分析.pdf

第 3 5 卷 第4 期 2 0 1 3 年 8 月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 l - 3 5 No ．4 Au g u s t 2 01 3 j L “ L “ J L ‘ {经验 交流 } 啼1中1 中1中1卞1 卞1卞1中 煤气排水器防泄漏技术对比分析 邵书东， 王飞， 亓庆台， 吕子祥 ( 山东泰山钢铁集团有限公司， 山东 莱芜 2 7 1 1 0 0 ) 摘要 ： 简要介绍了普通煤气排水器 的结构原理及存在 的安全隐患 ， 对带“ 封气筒” 、 带“ 弹性膜片” 、 带 “ 电动 阀” 等普通煤气 排水器的结构原理及特点进行了对比分析。介绍了泰钢采用的超压自闭本质防泄漏煤气排水器， 该产品采用多项专利技 术， 在不灌满水的状态下也能封闭煤气 ， 具有安全 、 实用、 结构简单的保温方式 。 关键词 ： 煤气排水器 ； 防泄漏技术 ； 本质 防泄漏 ； 排水止气阀 中图分 类号 ： T F 0 8 3 ． 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 — 4 6 2 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 — 0 0 6 2 — 0 3 1 前言 在冶金及某些化工行业 ， 燃气设施运行状况直 接影响到整个企业的生产安全。随着一些成熟技术 的应用 ， 如不锈钢波纹补偿器、 盲板阀组、 惰性气体 吹扫置换 、 燃气浓度检测等， 使燃气管道的运行安全 有 了很大的改观 。但是 ， 目前燃气排水器所存在的 超压泄漏问题， 还制约着燃气管道运行安全 ， 由于煤 气排水器的击穿泄漏而引起的恶性事故时有发生， 已有的多种防泄漏煤气排水器应用效果都不理想 。 近几年 ， 泰钢在燃气设施中， 特别是在燃气管道 中， 应用本质防泄漏煤气排水器 ， 彻底解决了这一安 全隐患。 2 普通煤气排水器的原理与隐患 普通煤气排水器的结构原理示意图见图 1 。冷 凝水进 口与煤气管道相连， 管道煤气 中的冷凝水通 过煤气排水器 的冷凝水管进入煤气排水器 的落水 室， 然后通过上部溢流口流到下一个室 ， 此溢流 口也 是下一个水封室的室内水封管的入 口。煤气排水器 内落水室及以后的增压室和排水室液面近似一个水 平面， 普通煤气排水器通过落水管和以后各室内的 水封管的有效水封高度之和封闭煤气 ， 当煤气压力 小于水封高度水压之和时 ， 煤气排水器封闭煤气。 为了防止冬季排水器 内的水冻结 ， 普通煤气排水器 在排水室内安装 D N 1 5～D N 2 0 的蒸汽伴热保温管。 普通煤气排水器通过各室水封管高度之和封闭 煤气 ， 没有其他的防范措施 ， 所以当煤气压力超过水 封管高度之和对应的压力时， 普通煤气排水器就会 击穿 ， 导致煤气泄漏， 带来安全隐患 ， 有时会产生恶 劣的严重后果。保温蒸汽管道直接安装在排水室 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 3 — 2 5 作者简介 ： 邵书东 ， 男 ， 1 9 7 0 年生 ， 2 0 0 2 年毕业于山东省委党校经济 管理专业。现为山东泰山钢铁集团有限公司总监 ， 工程师， 从事设 备 、 环保及管理等工作。 6 2 图 1 普通煤气排水器的结构 原理示意 图 内， 也存在不安全因素， 所 以规范规定， 在不伴热时 要断开此连接管。 根据煤气排水器击穿泄漏时的状况 ， 把煤气排 水器的泄漏分为小泄漏和大泄漏 ： 普通煤气排水器 的小泄漏是指煤气排水器击穿时， 有少量煤气泄漏 ， 煤气排水器内的水位基本没有变化 ， 等煤气恢复正 常压力后 ， 煤气排水器内的水封高度 和原高度相 当； 大泄漏是指煤气排水器击穿时 ， 有大量煤气泄 漏 ， 泄漏的煤气将煤气排水器 内的水带出， 导致煤气 排水器内的水封高度逐渐小于水封额定高度。根据 《 工业企业煤气安全规程》 ( G B 6 2 2 2 --2 0 0 5 ) ， 正常环 境 中C O的浓度应 <3 01 0 ～ 。普通煤气 排水器泄 漏时， 不论大泄漏还是大小泄漏 ， 排水器周围环境中 C O的浓度都会远远超过 3 01 0 ～ ， 所 以都存在较大 的安全隐患 。煤气排水器小泄漏时 ， 当煤气设施内 煤气压力恢复正常后 ， 煤气便不再泄漏。煤气排水 器大泄漏时， 当煤气设施 内煤气压力恢复正常后， 煤 气一般还会继续泄漏。 3 煤气排水器防泄漏技术分析 3 ． 1 带“ 封气筒” 的煤气排水器 最初防止煤气排水器泄漏的技术方案是在排水 器排水 口上加 1 个“ 封气筒” ， 其结构原理见图2 。其 中图2 a 是排水状态示意图， 图2 h 是想象中的封气状 态示意图。由外胆和内部浮筒机构组成 ， 外胆由隔 板分成上下两个相通的腔 ， 内部浮筒中心是一个上 下通孔 ， 在顶部的侧壁上开设圆形水通道。 邵书东等 煤气排水器防泄漏技术对比分析 2 0 1 3 年第4 期 排 水孔 之 堕 堕 堑 内浮筒 中心孔 外胆 ， 提示球 壁 旦 圆形滑道 接排水器 末室排水 口 a b 图2 带“ 封气简” 煤气排水器结构原理 其实 ， 要实现 图b 所示 的封气状态 的可能性很 小。在煤气排水器小泄漏时， “ 封气筒” 内的水位不 变 ， 内浮筒位置不变， 泄漏的煤气会通过 内浮筒中心 孔排出封气筒。当煤气泄漏量足够大时， 泄漏的煤 气将煤气排水器 内及煤气水封筒 内的水全部带 出 后 ， 内浮筒才有可能下落。但是 ， 较高压力 、 较高流 速的煤气对 内浮筒的作用使它很难有机会落下。假 设内浮筒有机会落下 ， 高压煤气还会沿内浮筒与“ 封 气筒” 外壁之间的缝隙向外泄漏 ， 迅速打破这种封气 状态 。有时， 受冷凝水中杂质的影响 ， 内浮筒受高压 气体弹起而不能落下 ， 此状态会影响煤气排水器内 冷凝水 的顺利排 出， 需要管理人员手握提示球活动 内浮筒将其复位。如果管理人员不能及时发现事故 状态 ， 就会造成煤气设施内的集水隐患。 煤气排水器 的本质功能是排水 ， 防泄漏是其性 能 ， 不应 为了提高其性能而影响其功能 。带“ 封气 筒” 防泄漏煤气排水器防泄漏的性能不理想 ， 经过一 段时间试用后， 已被业内所淘汰。 3 ． 2 带“ 杠杆封气筒” 的煤气排水器 通过“ 封气筒” 试验和启发， 有单位制作出了带 “ 杠杆封气筒” 的煤气排水器 ， 将“ 杠杆封气筒” 安装 在普通煤气排水器出口做成 。图3 是“ 杠杆封气筒” 的结构原理示意图 ， 由~ b n n_ 和内部浮筒机构组成 ， 图 3 a 是排水状态， 图3 b 是想象中的封气状态。 a b 图3 带“ 杠杆封气简” 煤气排水器结构原理 当煤气排水器大泄漏时 ， 煤气排水器 内及煤气 水封筒内的水被带出， “ 杠杆封气筒” 内的浮筒下落 ， 密封板向上旋转将排水管 口封堵。 “ 杠杆封气筒 ” 利 用浮筒的重力通过杠杆及封闭板产生反作用于煤气 压力的力来封闭煤气 ， 所以“ 杠杆封气筒” 所封闭的 煤气压力是一定 的 ， 当煤气压力超过这个压力时 ， “ 杠杆封气筒” 就失去了作用 。受结构 的限制 ， 有些 设备 中杠杆封气筒 自身所能封闭的压力有时还小于 水封管所对应水柱的压力 。另外 ， 内浮筒机构的作 用力与煤气作用力方向相反， 密封效果较差。还有， “ 杠杆封气筒” 对排水器的小泄漏没有封闭效果。 有制造单位在结构尺寸 、 安装形式上对“ 杠杆封 气筒 ” 做 了一些改动 ， 如 ： 将“ 杠杆封气筒 ” 安装在水 封室内、 ：将水封管的排水 口改成向上 、 将浮筒和杠杆 简化成浮球等， 但原理与“ 杠杆封气筒” 一致。 3 ． 3 带“ 弹性膜片” 的煤气排水器 带“ 弹性膜片” 的煤气排水器是在排水器排水口 上加一个“ 弹性膜片阀门” ， 结构原理见 图4 ， 其中图 a 是排水：状态 ， 图b 是想象中的封气状态。 压力煤气引入管 a b 图4 带“ 弹性膜片” 煤气排水器结构原理 阀板上的阀杆与橡胶弹性膜片相连， 弹性膜片 通过导管与管道煤气相通。煤气压力高时， 弹性膜 片向下移动 ， 阀板关闭阀心 ， 封堵煤气。此种煤气排 水器存在如下缺陷： 在煤气压力高时， 排水阀阀心被 关闭 ， 冷凝水暂时排不 出来 ； 落水管内积存冷凝水 后， 冷凝 ，K 所产生的压力会导致煤气压力恢复正常 后弹性膜片上部也维持高压 ， 排水 阀的阀心仍然关 闭， 冷凝 水仍然排不 出来 ， 这样会造成煤气管道积 水 ， 在关键时候 ， 煤气排水器失去了其排水功能。橡 胶弹性膜片容易失效， 维修维护工作量大。 3 ． 4 带“ 电动阀” 的煤气排水器 带“ 电动阀” 的煤气排水器是将普通煤气排水器 的入 口手动阀门改为电动阀门， 在煤气排水器落水 室或增压室顶部增加煤气检测仪表。 带“ 电动阀” 防泄漏煤气排水器 ， 一种是通过检 测泄漏煤气信号来关闭人口阀门。当煤气检测仪表 检测到检测室内有煤气时， 通过信号变送器发出信 号关闭进 口阀门。此时阀门关闭， 煤气排水器也失 去了其排水功能， 同样会形成煤气设施内的集水隐 患。另外 ， 在检测室内煤气积聚后 ， 煤气不能彻底放 散， 在煤气压力恢复正常后， 阀门关闭的信号也不能 解除 ， 阀门还是处于关闭状态 ， 煤气排水器的排水功 能不能恢复。还有， 通过仪表控制来 防止煤气泄漏 ， 系统较复杂； 设施在长时间内不能频繁动作 ， 所以在 关键时候很难保证动作灵敏可靠 ； 仪表也需要经常 校验 ， 给维护管理带来不便 。 63 山东冶金 第3 5 卷 另一种带“ 电动阀” 防泄漏煤气排水器是通过检 测煤气管道 内煤气压力信号来关闭入 口阀门。同样 存在信号不准确 ， 动作不灵敏 ， 关开不准确、 不及时 的缺点。同样存在管理麻烦的缺点。所以， 带“ 电动 阀” 防泄漏煤气排水器在生产中也未能推广应用。 以上几种煤气排水器多采用伴热带缠绕伴热保 温方案， 也有采用蒸汽管道外伴热的。伴热带缠绕 在设备外表面 ， 伴热带功率一般取 2 —4 k W。为防 止热量损失 ， 在伴热带外面要采用绝热材料进行保 温。由于伴热带运行时一般不进行功率调节， 在环 境温度较高时 ， 伴热带的绝缘层老化速度会加快 ， 伴 热带老化后容易引起着火事故。 4 本质防泄漏煤气排水器 ’ 泰钢 自2 0 0 8 年应用最新专利产品超压 自闭本 质 防泄漏煤气排水器 。该产 品含有多项专利技术 ( 2 0 O 9 2 0 o 2 1 6 5 5 ． 1 ； 2 0 0 9 2 0 0 2 2 3 4 8 ． 5 ； 2 0 0 9 2 0 0 1 9 1 5 2 ． 0 ； ’ 2 0 0 8 2 0 1 7 2 1 5 1 ． 5 ) ， 在提高煤气冷凝水排水器设备的 安全性能方面是一次质的提升。立式本质防泄漏煤 气排水器结构原理如图5 所示。 ＼ 曼 兰 塑 臂 中 心隔离加热室 ’ 落水管对接阀门P 向 _／ —— 一 旦 ” I JU 离加热盔 排气止水阀 郦 查至 液 察 图5 防泄漏煤气排水器 结构原理 专利产品排水 止气阀( 2 0 0 9 2 0 0 2 1 6 5 5 ． 1 ) ， 为本 质防泄漏煤气排水器的研制打下了基础 。排水止气 阀由阀体和内部带调压功能的浮子机构组成 ， 为便 于检修， 排水止气阀安装在立式煤气排水器排水室 的水封管上。水封管一般安装在桶体外 ， 水封管下 端与排水室下部相连 ， 排水止气阀通过三通管安装 在水封管的侧面， 与此水封管并联。 当煤气压力正常时 ， 煤气排水器的水封管及排 水止气阀内充满水 ， 排水止气阀的阀板及浮子机构 处在阀心上部一定高度 ， 排水止气阀的阀心敞开 ， 煤 气冷凝水通过煤气排水器的水封管排出。此时 ， 本 质防泄漏煤气排水器的排水状态与普通煤气排水器 相同。 当煤气压力高于排水室前所有水封管 的压力 时， 煤气进入排水室所对应的水封管。随着煤气压 力的继续升高， 煤气带动冷凝水向下移动 ， 排水止气 阀内浮子机构会随液位向下移动， 浮子机构的大阀 板会先将排水止气阀的大阀心覆盖。随着煤气压力 进一步升高， 浮子机构继续向下移动 ， 其调压机构将 阀板上的调压孔覆盖 ， 此时冷凝水和煤气停止向下 运动， 煤气被封闭。由于安装排水止气阀的水封管 道是煤气冷凝水和煤气排出的必经之路 ， 所以此时 煤气排水器处于封闭状态。煤气产生的冷凝水会储 存在排水止气阀内， 随着水位的升高 ， 排水止气阀内 浮子受到向上的作用力。水位升高到一定高度 ， 在 浮力的作用下 ， 浮子机构将大阀板 中心的调压孔打 开 ， 煤气及冷凝水的压力迅速传递到大阀板的下面， 消除了大阀板由于压差所产生的作用力 ， 浮子机构 和大阀板会迅速漂起 ， 冷凝水排出。随着液位下降， 排水止气阀重新关闭。即当煤气压力高于煤气排水 器水封高度 的压力时， 排水止气 阀通过浮子机构的 机械动作 ， 实现间歇排水， 封闭煤气。浮子调压机构 的巧妙应用 ， 大大减小了抬起排水止气阀内大阀板 的力 ， 保证冷凝水排出煤气排水器时， 阀板能迅速可 靠地抬起 ， 在保证煤气排水器排水功能的前提下提 高了其防泄漏的性能。 排水止气阀关闭时， 煤气、 冷凝水对阀板的推力 与阀板关闭方 向相同 ， 故煤气压力与阀板关闭形成 自锁， 煤气压力越高， 阀板关闭会越严密， 煤气排水 器封闭煤气也越严密。排水止气阀与煤气排水器的 有机结合 ， 使煤气排水器在保证大排水量 的前提下， 有效地防止了煤气泄漏 ， 提高 了煤气排水器的安全 性能 ， 实用性更强 。同时 ， 此技术对已有煤气排水器 的改进也是很好的方案。 本质防泄漏煤气排水器具有如下特点 ： 在不灌 满水的状态下也能封闭煤气 ， 灌水 的目的是在正常 煤气压力状态下让浮子机构及大阀板处于阀心上 部 ， 并远离阀心 ， 保证 阀心的畅通 ， 保证煤气排水器 大的排水量。 在保温措施上 ， 本质防泄漏煤气排水器主要采 用 中间室隔离蒸汽伴热和中间室隔离电棒加热方 式 。这两种伴热保温方式安全 、 实用 、 结构简单 ， 经 近4 a 的应用验证 ， 在冬季采用此两种伴热保温方 式 ， 在华东地区， 本质防泄漏煤气排水器可不用外加 其他保温绝热措施 ， 节约 了成本 ， 也节约 了维护费 用 。相 同体积的煤气排水器采用电棒加热方式时 ， 配电功率约为伴热带功率的5 0 ％， 节能效果显著； 同 时， 中问室隔离 电棒加热方式杜绝了伴热带的绝缘 层老化 、 着火问题。 通过进一步探索 ， 本质防泄漏煤气排水器又增 加了内防腐层 ， 延长了设备的运行寿命 ； 同时应用气 堵缓释技术 ， 使本质防泄漏煤气排水器的运行达到 了无人值守的状态 ， 对煤气设施的安全排水运行提 供了保障。