水封式排水器的研究

水封式排水器的研究

0水封排水器的安全在冶金公司，各种煤炭被广泛使用。许多煤气没有经过完全的脱水处理,造成大量的饱和蒸汽和雾化水与煤气一起进入了管网。由于煤气温度和压力的变化,部分水分从煤气中游离出来,成为液态水,存积在管道中。这些冷凝水给管道带来了不利的影响:①占用管道容积,影响煤气正常的流动;②水的重量增加了管道的负荷,易造成管道的塌陷;③堵塞直径较小的管道;④杂质在水中形成离子,加快管道的腐蚀;⑤甚至有可能形成水击,影响到管道、阀门和仪器元件的安全;⑥煤气管网是一个密闭系统,里面的水分如果不及时排出,那么,唯一出口就是用户的燃烧设备。煤气中的冷凝水及灰渣会给燃烧设备及燃烧效果带来极大的负面影响。影响煤气的燃烧值,浪费大量能源。因此,煤气管道内的冷凝水必须及时排出。为了达到从管道中及时排出冷凝水的目的,专门设计了用于煤气管道的排水器。目前,煤气排水器还没有统一的国家标准,人们对排水器的安全性认识还不够,研究也不够深入,没有把排水器当作一个可能的煤气泄漏口来认识。水封式排水器历史悠久,由于传统水封式排水器存在抗冲击能力较弱、煤气泄漏危险性大的缺点。因此,改进传统排水器,克服传统排水器的不足,成为长期攻关的课题。但是,水封排水器的安全技术始终没有完善,各种不同的方案也莫衷一是。笔者特对水封排水器进行了深入的研究,并取得了可喜的成果。1煤气管道的节能特点综合大量实践经验和前冶金部编写的《冶金企业煤气的生产与利用》中的原则,认为煤气管道排水器应具有以下的功能和要求:①及时、顺畅地排水;②能有效防止煤气泄漏带来的危害;③具有良好的耐击穿性能;④具有一定的保安释压能力;⑤便于清理进入排水器的灰渣、油泥;⑥故障率低,可靠性高;⑦操作简便,维护工作量小;⑧结构简单,抗污染力强;⑨便于对排水器运行状况进行观察和监视;⑩制造、运行和维护成本低;(11)便于收集、处理污水和污泥,环保节能性能好。为了排出煤气管道内的冷凝水,人们使用了多种方法和设施。其中主要的有:(1)干处理图1a(2)混凝土浮标装置疏水装置图1b(3)电子表格机图1c(4)水封的击穿产生的原因及其预防意义2级复式排水器的原理和结构如图2所示。排水器中间有1块隔板将圆筒隔成2部分:高压室和低压室。低压室通过排水管与大气相通,其中的水和气体都可以从排水管排出。分为2个室的目的是为了降低排水器的高度。如果煤气的工作压力更高,将使用有更多室(级数)的水封。与煤气管道相通的进水管直接插在高压室的水里,高压室的排水管又插在低压室的水里。2个管子内外水面高程差之和就是煤气管内的压力。2个管子底面到各级排水口的距离之和,就是水封所能承受的最大压力。这个最大压力是能封住煤气、不被煤气击穿的最大压力。煤气管道中的冷凝水从进水管流入排水器筒体,当冷凝水足够多时,水面超过排水管,冷凝水就从排水管排出。如果管道里煤气的压力超过了水封所能封住的最大压力P,煤气将从进水管进入高压室的空腔,再从高压室的排水管进入低压室的上部。最后通过排水管排放到大气中。这种现象通常称为“脱封”或“击穿”。水封击穿是不希望发生的事故,其后果是难以预料的。水封击穿有2类原因:一类是由于水封本身的问题,如缺水、漏气,造成不能封住煤气被击穿。另一类是煤气管网发生意外,煤气管道的压力突然增高,超过了排水器水封的承压能力,而使水封击穿。对于前者,是可以尽力防止的;后者是难以预测和防止的,其破毁力是非常大的。避免这种情况发生的方法是使高压气体能够释放一部分,避免压力继续增加和破坏继续扩大。防止回火装置就是一种特殊的水封,当回火的高压气体袭来时,自己首先被击穿,让高压气体从此处释放出去,避免管道和其他设施受到损害。在图2的高压室中,进水管底部到排水管的高度为h1;低压室中,高压室的出水管底部到排水管的高度为h2。该水封所能封住的最大煤气压力(水柱高度)P为:P=h1+h2煤气的实际压力P1为:P1=P-h3-h4=h1+h2-h3-h4式中,h3和h4分别是水进入管子的高度。根据煤气的工作压力,就可以决定水封的高度。国家标准规定,水封的击穿压力要大于煤气最高工作压力加上大于5kPa。2煤气泄漏的影响传统的排水器虽然能满足煤气管网的使用要求,但其原理和结构中的不足留下了安全隐患。由于煤气压力的波动,超过水封极限压力,或水封内水面高度不够、不足以封堵管道内的煤气时,管道内的煤气就会从水封中泄漏出来。小量的煤气泄漏尚不足以对周围的人员造成伤害,当煤气泄漏足够大,浓度达到一定的程度,就会对人造成伤害。造成煤气泄漏的主要原因有:(1)水封闭功能(2)密封漏水(3)煤的压力很高上述3种现象中以第1种和第3种的危害最大。即使在正常情况下,煤气进入水封也是不可避免的。这是因为:(1)冷凝水中溶解的煤气释放(2)屋顶和通风(3)水封击穿压力过图3是一个煤气管道的工作压力曲线。横坐标代表时间,纵坐标代表压力。图中3条水平直线中,下面一条是煤气的工作压力,上面一条是水封的击穿压力,中间一条虚线代表高压室的极限水封压力。根据工作曲线,可以知道,煤气压力大部分时间在工作压力之下。在时段t1煤气压力超过了高压室的水封压力;时段t2煤气压力超过了水封的击穿压力;时段t3出现了急剧的压力升高。在时段t1,煤气能够突破高压室水管的封堵,进入水封的高压室,但尚不能把整个水封击穿。进入水封的煤气量足够多时,高压室的水面就下降,水封封堵煤气的能力降低。高压室内的一部分煤气就会突破低压室的封堵,进入低压室的上部。这种由于压力的波动,造成煤气间断地进入水封内,就是“呼吸作用”的原理。时段t2,煤气会一下击穿水封,如果时间较短,不会使水封脱封。在时段t3,巨大的煤气压力就会彻底击穿水封,造成煤气大量泄漏。从传统水封的结构(图2)可以看出,从煤气管道中跑出的煤气进入到低压腔的上部,低压腔只有排水管与外界相连。这样大量泄漏的煤气只能从排水管跑出来。通常排水管出口的高度都不高,其接水管的出口还接近地面。大量的煤气泄漏出来容易聚积在地面,当达到一定浓度后,就会对附近的人员造成伤害。那么,将水封的击穿压力无限提高是否能完全防止煤气泄漏呢?从前面提到的煤气泄漏的原因可以看出,主要原因与水封高度都没有太多关系。也就是说,水封承压能力再高,遇到这些情况都要产生煤气泄漏。如水封抗压能力提高,会增大阻力,造成排水困难,并增加制造成本,占用更多的空间,同时煤气主管道中过高的压力不能释放,对管道和用户会造成不利影响。3排水器的结构从现有的资料来看,一般的思路都是采用的“封堵”的方法。“封堵”,就是采用接触密封的装置,阻止煤气从水封的管道中漏出,将其封闭在排水器中。要堵住煤气,方法很多,一个疏水器,一个浮球阀(浮桶阀)就解决问题了。很多人也正是按照这一思路在排水器上增加这样的疏水设施,水可以排出,煤气堵在排水器里。这类排水器的结构或许有所不同,主要思路和原理基本一样。如前分析,在煤气管道中,煤气压力是波动的,煤气进入排水器是难以避免的。由于在排水管上使用了阻止煤气溢出装置,水封的上部形成了一个与大气隔绝的煤气腔。随着煤气的聚积,煤气腔的气体越来越多,压力越来越高。这些煤气既不能回到煤气管道里去,又没有其他去处,憋在水封中,这种现象称之为“气阻”。“气阻”会产生3个负作用:(1)阻碍冷凝水的排出(2)这造成了很大的额外压力(3)堵漏型排水器的防护效果煤气进入排水器是不可避免的,进入排水器的煤气又必须要释放出来。传统排水器是煤气自然从排水口排出;堵漏型排水器总是要靠人工去释放煤气,才能使排水器排水。这样的操作比干式排水器还麻烦,对操作工人和周围的人员也很危险。以至于工人要戴着防毒面具进行作业,大大增加了工人的劳动量。传统水封排水及时顺畅,加上堵漏装置后,容易产生“气阻”,反而排水不畅。通过前面的分析可知,堵漏型排水器在安全性上有一定的提高,但在主要的排水功能上不是加强,而是牵制。再加上结构复杂,使用麻烦,其实用性受到很大影响。从煤气管道中排出冷凝水是排水器的主要功能,排水功能一旦打了折扣,这样的排水器的作用也就大打折扣了。4排水器的安全设计保证排水的实时性和顺畅性,这对排水器是至关重要的。传统水封式排水器的最大优点也就在这里。从前面的分析可以知道,采用封堵排水器出口的方法,并不合理。排水口一堵死,气和水都排不出来,排水器便失去了作用。从保证排水器正常排水的宗旨出发,既然“封堵”行不通,可考虑一条新的途径——“疏导”。采用“疏导”的方法,将它放散到空中,对人的威胁就大大降低了。放散是处理泄漏煤气最常用、也是最安全的方法。安全型水封排水器正是遵循这样的思路,对传统水封排水器进行了改造。排水管上增加了一个U形管,使排水器的排水管只能通过水,不能通过煤气。为了不使煤气憋在水封里,在排水器上设置一根放散管,泄漏到水封中的煤气通过放散管及时放散到空中。由于排水器煤气泄漏只是短时间或少量的排放,放散后很难达到造成危害的地步。“疏导”的方法,既不会因为煤气进入排水器而产生“气阻”,又不会由于水封煤气泄漏而造成人身伤害。水从下面流,气从上面排,这就是安全排水器的“气水分流”原理,其结构如图4所示。安全型排水器结构的最大特点就是水路、气路畅通无阻,既排水顺畅,又安全。要保证安全,在煤气泄漏时,周围人员及时发现并躲避是非常重要的。为此,安全型排水器将视觉警示、声音报警与“气水分流”技术进行合理组合,形成新的、更可靠的技术。视觉警示包括放散警示和水位警示。放散警示在放散管有煤气溢出时,有可视的动作,以引起周围人员的注意。在煤气泄漏量较大时,放散管上的蜂鸣器就会发出声响,警示周围的人员撤离。传统排水器被冲开后,煤气会将大量的水从排水管带出来。使排水器由于缺水而脱封。安全型排水器实现“气水分流”后,煤气只能从高处的放散管放散,很难将水从放散管带出,没有煤气的作用,排水口流出的水就少得多。除特殊情况,一般煤气主管道内的压力恢复到正常后,排水器水封又能把煤气封住。即使被击穿,煤气也是沿放散管放散,避免了对地面人员的危害。由于安全型水封排水器具有良好的耐击穿性,使它具有了空前的超压释放能力,这是煤气排水器性能的创新和突破。安全型排水器的进水管设置在筒体外部,综合了卧式水封和立式水封的优点。进水管的腐蚀减轻了;进水阀门可以安装得低一些,操作方便;对于高度较低的煤气管道也不必把排水器沉入地下;进水管出现问题容易被发现。及时补充排水器里的水是防止排水器水封脱封的有效措施。传统排水器的抗击穿能力低,始终要保证水封能得到及时补水。以致于有的地方不得不采取长流水的方式给排水器补水。一方面,长流水浪费了水资源和能源;另一方面,大量的水从排水器中流出造成污水四溢,污染了环境。安全型排水器本身的抗击穿能力得到大大加强,又在排水器筒体上安装了水位显示装置,可以及时观察到排水器内水位的高低。自动补水装置可以随时给水封补水,既保证了排水器的安全,又避免了长流水,有良好的节能环保效果。5压力和高度变化安全型排水器最大优点是能够自然连续地排水,难以击穿,结构简单,操作维护简便,抗污染能力强,有一定的释压功能,是煤气排水技术的重大进步和成果。通过在湘钢的成功应用,取得了良好的安全环保和节能效果。这一成果为完善排水器的性能、促进排水器的标准化起到了很好的作用。对冶金企业的节能减排、安全生产有重大的意义。干式排水器是一种直排式排水器。实际是一个盛水的容器,前后2个开闭器。干式排水器需要人工定时排水。工人的工作量大,而且往往不能及时将水排出。一旦工人操作不当或阀门损坏,就会发生煤气泄漏事故,因此使用并不普遍。力控制排水器利用水的浮力控制排水阀门,进行排水。这种排水器有一套机械机构,通过各个活动零部件的运动实现阀门的打开和关闭。由于这些机械零部件不可避免地要安装在容器内部,与污水接触,机构的工作条件很差;此类排水器都是采用接触密封,冷凝水里的杂质很多,容易造成密封失效。由于可靠性较差,这类排水器在煤气管道排水上几乎没有应用。这种排水器应用检测元件检测排水器内水位的高低,控制排水阀门的开闭,实现排水。电控式排水器需要完善的控制和动力系统,结构复杂,制造、使用成本和故障率较高。只应用在与其他设施配套上。煤气管网分布广,大都是在露天,因此一般也不采用这种排水器。水封式排水器利用水位的高度差将煤气封在管道里,冷凝水可以通过水封流出。水封式排水器利用水作为密封介质,具有密封性好、结构简单、实时排水性好、抗污染能力强的突出优点,在生产实际中得到广泛应用。排水器是靠水封筒体内水面高度的压力来封住煤气,一旦水封内的水量不足,水的压头太低,就不足以封住管道内的煤气。这种现象常称为脱封。脱封的原因可能是:(1)由于水封内水分蒸发、流失,补水不及时,水量不足;(2)水封锈蚀、损伤造成漏水,水封内的水面下降;(3)高压室与低压室之间漏气、漏水,造成“煤气短路”,复式水封变成单级水封致使水封压力不够。水封封闭煤气部分(进水管、高压腔等)由于制造质量、锈蚀和损伤造成气密性失效,煤气从裂纹、孔洞中泄漏出来。由于异常的原因,如煤气源压力的增减、煤气用量的变化、稳压放散设施失效、大型阀门关闭、煤气的爆燃回火等,会造成管道内的煤气压力突然增高,超过了水封的最高压力,水封被冲开。水封中的水随煤气冲出,水封在煤气压力恢复后不能封住煤气,导致大量煤气泄漏。煤气中的冷凝水析出时,不可避免地有一些煤气溶解于其中。冷凝水到了相对静止、压力较低的水封中,溶解在水中的煤气有一部分就会析出,滞留在水封里。当较多的冷凝水从进水管流下,会以气泡、气团的形式挟带着煤气进入水封。