降低煤气管网排水器水封温度的措施

降低煤气管网排水器水封温度的措施

一、气体燃料排放除了精炼钢，大多数加热炉和炉都采用煤加热。气体燃料在鞍钢能源结构中约占30%,其中自产高炉煤气约118×108米3/年,焦炉煤气约18.8×108米3/年,外购天燃气约2×108米3/年(1982年)。为了输送这样大量的气体燃料,鞍钢建成了庞大的管网系统,仅属于燃气厂管理的煤气管道总长就达230000米,其中包括地面架空煤气管道和地下煤气管道。煤气在输气管道中运行时,从清洗系统带来的机械水和部分焦油、萘、粉尘等沉降出来。随着管道的散热作用,煤气温度逐步下降,煤气中的饱和水气冷凝分离出来。为了保证输气管网能长期、安全、正常运行,在输气管道上要设置冷凝水排除器,以排除从煤气中分离出来的水和夹杂物。排水器设置在相连煤气管段坡度汇合点,在坡度不变的厂区管段上,排水器间距一般不超过200～300米,在厂区外也不超过500米。排水器的常规做法是用Dg3/4″～Dg1″水管给排水器连续补充水,以保证不冒煤气,从而增加了生产费用。因此,本文根据理论计算和实测,进行连续自流式排水器停止补充给水的探讨。二、排水器的布置地面中、低架空煤气管道一般采用连续自流式排水器,其水封的有效高度,室内为煤气计算压力加1000毫米,室外为煤气计算压力加500毫米。但距大型高压高炉净煤气总管300米以内的厂区管道上的排水器,水封有效高度不小于3000毫米,以免高炉在由高压转常压时排水器冒煤气。排水器的构造应保证夏季或冬季都能安全可靠地排走杂质和冷凝液,且制造简单,维修清理方便。排水器的数量和布置要根据当地的条件来决定,主要条件是煤气清洗质量、气候及煤气管网的布置方式等。自流式排水器分高、低两种。为保证安全生产,传统的做法是用Dg3/4″～Dg1″给水管,连续地向排水器内补充给水,以保持排水器的满流,不致冒煤气。煤气管道排出的冷凝水,都含有害物质,所以需经过处理后才能向外排放或循环使用。燃气厂所属的煤气管网的冷凝水排出器,每年需要补充新水二百多万吨。增加管网运行生产管理费十多万元,增加污水处理费或环境污染费20～60万元。煤气本身含有的水分每时每刻都在冷凝并从煤气中分离出来,由排水器排出。能否利用煤气管网中析出的冷凝水来保持排水器水封有效高度,可以用理论计算和实际测量加以验证。1.t1、t1、t3、b产品温度变化煤气管道冷凝水的理论排出量可用下式计算:Q=V(d1-d2)式中Q——煤气冷凝水理论排出量,公斤/小时;V——煤气流量,103米3/小时;由上式可以看出,冷凝水析出量Q与下列因素有关。(1)当其他条件不变时,与该管段煤气的流量V成正比;(2)当煤气流量V不变时,冷凝水析出量Q与湿含量差(d1-d2)成正比。而湿含量差又与下列因素有关。①湿含量差(d1-d2)与管段两端煤气温度差(t1-t2)有关,因为高炉煤气、焦炉煤气的净化煤气出口温度t1在一定的系统中变化不大,因此,(t1-t2)之差主要取决于t2,而t2又取决于大气温度,管段所处的局部环境,管段的长度等。现将鞍钢部分高炉煤气、焦炉煤气和混合煤气用户月平均温度列于表1,2。同时(t1-t2)还与管段所处环境有关,若朝阳时,(t1-t2)值就小,若背阳时,(t1-t2)值就大。当通风良好时,管壁散热快,煤气温度降就大,当通风不良时,温度降就小。(t1-t2)值与管段长短有关,管段愈长,(t1-t2)值就愈大,对应的湿度降(d1-d2)值也愈大,因此排除的冷凝水就愈多。②湿含量差(d1-d2)与煤气管段起始煤气温度有关,无论是高炉煤气或焦炉煤气,因为目前鞍钢都是湿法净化,含有饱和水蒸气,因此,湿含量的多少与煤气温度有直接关系,它们之间不是简单的直线关系,而是曲线关系,见下图。起始温度愈高,曲线愈陡,不同温度对应湿含量差见表3。也就是说煤气中湿含量随着净化煤气出口温度的升高而迅速增加。高、焦炉煤气净化出口温度又取决于净化给水温度和水单耗。在既定生产系统中,一般给水温度和水单耗都比较稳定,因此,对于某个净化清洗系统出口煤气的湿度变化不大(如表4)。高炉煤气、焦炉煤气净化系统本身温度变化不大,鞍山冬夏大气温差近60℃,而高炉煤气、焦炉煤气的净化煤气出口温度相差只有0.1～6.8℃(如表4)。从上述可以看出,在一定的生产系统中,管道的长短已固定,净化煤气出口温度变化不大,因此,冷凝水析出量的变化主要取决于管道煤气通过的流量V的变化和大气季节性温差的变化,而温差变化的影响尤甚。2.不同冷凝水产出量对比对鞍钢一些具有代表性管道中的一些具有代表性的排水器,季节性变化及一天内(24小时)温差变化,对其冷凝水析出量的影响进行实地测定,结果列于表5,6。实测结果表明,无论何种煤气,在同一管道中,距洗涤区域、化工回收区愈近,排水器的排水量就愈多,如东西φ1920高炉煤气管道三个排水器的排水量为1200公斤/小时、1150公斤/小时、456公斤/小时。三、排水器运行情况理论计算量与实测量基本吻合。如南北Φ2400煤气管道中理论计算量冬天为1284公斤/小时,夏天为624.6公斤/小时;实测量冬天为1080公斤/小时,夏天为540.0公斤/小时,表明理论计算是可靠的,可用来指导生产。即使湿含量最低的一段焦炉煤气管道,在夏季管段温差最小时,其冷凝水排除量也足以保证维持排水器水封的有效高度。燃气厂所属的排水器中有五十多个高炉、焦炉、混合煤气管道排水器,由于种种原因,补充给水的水源断绝,多年没有补充给水,也一直安全运行。在此基础上,于1981年春天又选了一些具有代表性的排水器,对排水量进行实地测量(表5,6),其排水量都比较大,如:4.6～660公斤/小时,足以保证排水器水封的有效高度。为安全可靠起见,于1981年6月15日起,对管道车间所属的152个低压排水器和洗涤车间所属的二十多个高压排水器,停止补充给水,到现在已连续运行了29个月,从1982年9月份起,又将229个排水器(除日伪遗留的七个外)中的222个停止了补充给水。经过春、夏、秋、冬四季大气温度变化的考验,一直安全运行。据了解,首钢焦炉煤气管道排水器,从1957年开始就不补充给水,本钢焦炉煤气管道排水器,设计时就不给水。但多数钢厂是给补充水的,鞍钢历来对每个排水器补充给水量为0.96吨/小时。据有关资料介绍,直到现在,苏联的煤气管道排水器仍然在补充给水,而日本已经不再补充给水了。日本为我国宝钢设计的煤气管道排水器就不补充给水,只是在第一次用或清扫后用槽车注水至满流为止。综上所述,无论是理论计算还是国内外的实践,都表明停止架空煤气管道中高、低压排水器补充给水是完全可行的,这样,燃气厂每年不仅可节约用水二百多万吨,节约水费十多万元,而且还可减少环境污染费20～60万元,同时在节能上也具有实际意义。四、增设放散管d1d2——管段起点和终点对应于煤气温度t1t2的煤气湿含量,公斤/千立方米。1.建立贮气柜,稳定管网压力。建立大型贮气柜,当煤气临时过剩时,可以及时进柜贮存。当煤气不足,压力低时,可及时从柜中取出,以减少由于煤气短期过剩而放散的损失并且稳定煤气管网压力。2.设置安全放散管。为确保停水后煤气管网安全运行,可在煤气管网各系统设置煤气压力安全放散管,以避免管网压力突然性的猛烈串动,造成突然大量失水而冒煤气。现在高炉煤气的低压系统已有三个Φ1200自动放散管,分别安装在一洗