普通煤层气排水器的原理及特点

普通煤层气排水器的原理及特点

1燃气管道超压泄漏在冶金和一些化工行业，气体装置的运行条件直接影响到整个公司的生产安全。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透平膨胀透平气排水器泄漏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DN15~DN20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》(GB6222—2005),正常环境中CO的浓度应<30×10-6。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CO的浓度都会远远超过30×10-6,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原油长距离输送技术的分析3.1泄漏时内浮筒的变化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2a是排水状态示意图,图2b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。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对比“杠杆封气筒”的密封方法通过“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,由外胆和内部浮筒机构组成,图3a是排水状态,图3b是想象中的封气状态。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可选用弹性薄膜作为煤气排水器带“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。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,冷凝水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煤气排水器的排水功能带“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入口阀门。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。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2~4kW。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安装排水止气阀的水封管泰钢自2008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(200920021655.1;200920022348.5;200920019152.0;200820172151.5),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。专利产品排水止气阀(200920021655.1),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4a的应用验证,在冬季采用此两种伴