普通煤層氣排水器的原理及特點(diǎn)

普通煤層氣排水器的原理及特點(diǎn)

1燃?xì)夤艿莱瑝盒孤┰谝苯鸷鸵恍┗ば袠I(yè)，氣體裝置的運(yùn)行條件直接影響到整個(gè)公司的生產(chǎn)安全。隨著一些成熟技術(shù)的應(yīng)用,如不銹鋼波紋補(bǔ)償器、盲板閥組、惰性氣體吹掃置換、燃?xì)鉂舛葯z測等,使燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行安全有了很大的改觀。但是,目前燃?xì)馀潘魉嬖诘某瑝盒孤﹩栴},還制約著燃?xì)夤艿肋\(yùn)行安全,由于煤氣排水器的擊穿泄漏而引起的惡性事故時(shí)有發(fā)生,已有的多種防泄漏煤氣排水器應(yīng)用效果都不理想。近幾年,泰鋼在燃?xì)庠O(shè)施中,特別是在燃?xì)夤艿乐?應(yīng)用本質(zhì)防泄漏煤氣排水器,徹底解決了這一安全隱患。2透平膨脹透平氣排水器泄漏普通煤氣排水器的結(jié)構(gòu)原理示意圖見圖1。冷凝水進(jìn)口與煤氣管道相連,管道煤氣中的冷凝水通過煤氣排水器的冷凝水管進(jìn)入煤氣排水器的落水室,然后通過上部溢流口流到下一個(gè)室,此溢流口也是下一個(gè)水封室的室內(nèi)水封管的入口。煤氣排水器內(nèi)落水室及以后的增壓室和排水室液面近似一個(gè)水平面,普通煤氣排水器通過落水管和以后各室內(nèi)的水封管的有效水封高度之和封閉煤氣,當(dāng)煤氣壓力小于水封高度水壓之和時(shí),煤氣排水器封閉煤氣。為了防止冬季排水器內(nèi)的水凍結(jié),普通煤氣排水器在排水室內(nèi)安裝DN15~DN20的蒸汽伴熱保溫管。普通煤氣排水器通過各室水封管高度之和封閉煤氣,沒有其他的防范措施,所以當(dāng)煤氣壓力超過水封管高度之和對(duì)應(yīng)的壓力時(shí),普通煤氣排水器就會(huì)擊穿,導(dǎo)致煤氣泄漏,帶來安全隱患,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生惡劣的嚴(yán)重后果。保溫蒸汽管道直接安裝在排水室內(nèi),也存在不安全因素,所以規(guī)范規(guī)定,在不伴熱時(shí)要斷開此連接管。根據(jù)煤氣排水器擊穿泄漏時(shí)的狀況,把煤氣排水器的泄漏分為小泄漏和大泄漏:普通煤氣排水器的小泄漏是指煤氣排水器擊穿時(shí),有少量煤氣泄漏,煤氣排水器內(nèi)的水位基本沒有變化,等煤氣恢復(fù)正常壓力后,煤氣排水器內(nèi)的水封高度和原高度相當(dāng);大泄漏是指煤氣排水器擊穿時(shí),有大量煤氣泄漏,泄漏的煤氣將煤氣排水器內(nèi)的水帶出,導(dǎo)致煤氣排水器內(nèi)的水封高度逐漸小于水封額定高度。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》(GB6222—2005),正常環(huán)境中CO的濃度應(yīng)<30×10-6。普通煤氣排水器泄漏時(shí),不論大泄漏還是大小泄漏,排水器周圍環(huán)境中CO的濃度都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過30×10-6,所以都存在較大的安全隱患。煤氣排水器小泄漏時(shí),當(dāng)煤氣設(shè)施內(nèi)煤氣壓力恢復(fù)正常后,煤氣便不再泄漏。煤氣排水器大泄漏時(shí),當(dāng)煤氣設(shè)施內(nèi)煤氣壓力恢復(fù)正常后,煤氣一般還會(huì)繼續(xù)泄漏。3原油長距離輸送技術(shù)的分析3.1泄漏時(shí)內(nèi)浮筒的變化最初防止煤氣排水器泄漏的技術(shù)方案是在排水器排水口上加1個(gè)“封氣筒”,其結(jié)構(gòu)原理見圖2。其中圖2a是排水狀態(tài)示意圖,圖2b是想象中的封氣狀態(tài)示意圖。由外膽和內(nèi)部浮筒機(jī)構(gòu)組成,外膽由隔板分成上下兩個(gè)相通的腔,內(nèi)部浮筒中心是一個(gè)上下通孔,在頂部的側(cè)壁上開設(shè)圓形水通道。其實(shí),要實(shí)現(xiàn)圖b所示的封氣狀態(tài)的可能性很小。在煤氣排水器小泄漏時(shí),“封氣筒”內(nèi)的水位不變,內(nèi)浮筒位置不變,泄漏的煤氣會(huì)通過內(nèi)浮筒中心孔排出封氣筒。當(dāng)煤氣泄漏量足夠大時(shí),泄漏的煤氣將煤氣排水器內(nèi)及煤氣水封筒內(nèi)的水全部帶出后,內(nèi)浮筒才有可能下落。但是,較高壓力、較高流速的煤氣對(duì)內(nèi)浮筒的作用使它很難有機(jī)會(huì)落下。假設(shè)內(nèi)浮筒有機(jī)會(huì)落下,高壓煤氣還會(huì)沿內(nèi)浮筒與“封氣筒”外壁之間的縫隙向外泄漏,迅速打破這種封氣狀態(tài)。有時(shí),受冷凝水中雜質(zhì)的影響,內(nèi)浮筒受高壓氣體彈起而不能落下,此狀態(tài)會(huì)影響煤氣排水器內(nèi)冷凝水的順利排出,需要管理人員手握提示球活動(dòng)內(nèi)浮筒將其復(fù)位。如果管理人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故狀態(tài),就會(huì)造成煤氣設(shè)施內(nèi)的集水隱患。煤氣排水器的本質(zhì)功能是排水,防泄漏是其性能,不應(yīng)為了提高其性能而影響其功能。帶“封氣筒”防泄漏煤氣排水器防泄漏的性能不理想,經(jīng)過一段時(shí)間試用后,已被業(yè)內(nèi)所淘汰。3.2對(duì)比“杠桿封氣筒”的密封方法通過“封氣筒”試驗(yàn)和啟發(fā),有單位制作出了帶“杠桿封氣筒”的煤氣排水器,將“杠桿封氣筒”安裝在普通煤氣排水器出口做成。圖3是“杠桿封氣筒”的結(jié)構(gòu)原理示意圖,由外膽和內(nèi)部浮筒機(jī)構(gòu)組成,圖3a是排水狀態(tài),圖3b是想象中的封氣狀態(tài)。當(dāng)煤氣排水器大泄漏時(shí),煤氣排水器內(nèi)及煤氣水封筒內(nèi)的水被帶出,“杠桿封氣筒”內(nèi)的浮筒下落,密封板向上旋轉(zhuǎn)將排水管口封堵?！案軛U封氣筒”利用浮筒的重力通過杠桿及封閉板產(chǎn)生反作用于煤氣壓力的力來封閉煤氣,所以“杠桿封氣筒”所封閉的煤氣壓力是一定的,當(dāng)煤氣壓力超過這個(gè)壓力時(shí),“杠桿封氣筒”就失去了作用。受結(jié)構(gòu)的限制,有些設(shè)備中杠桿封氣筒自身所能封閉的壓力有時(shí)還小于水封管所對(duì)應(yīng)水柱的壓力。另外,內(nèi)浮筒機(jī)構(gòu)的作用力與煤氣作用力方向相反,密封效果較差。還有,“杠桿封氣筒”對(duì)排水器的小泄漏沒有封閉效果。有制造單位在結(jié)構(gòu)尺寸、安裝形式上對(duì)“杠桿封氣筒”做了一些改動(dòng),如:將“杠桿封氣筒”安裝在水封室內(nèi)、將水封管的排水口改成向上、將浮筒和杠桿簡化成浮球等,但原理與“杠桿封氣筒”一致。3.3可選用彈性薄膜作為煤氣排水器帶“彈性膜片”的煤氣排水器是在排水器排水口上加一個(gè)“彈性膜片閥門”,結(jié)構(gòu)原理見圖4,其中圖a是排水狀態(tài),圖b是想象中的封氣狀態(tài)。閥板上的閥桿與橡膠彈性膜片相連,彈性膜片通過導(dǎo)管與管道煤氣相通。煤氣壓力高時(shí),彈性膜片向下移動(dòng),閥板關(guān)閉閥心,封堵煤氣。此種煤氣排水器存在如下缺陷:在煤氣壓力高時(shí),排水閥閥心被關(guān)閉,冷凝水暫時(shí)排不出來;落水管內(nèi)積存冷凝水后,冷凝水所產(chǎn)生的壓力會(huì)導(dǎo)致煤氣壓力恢復(fù)正常后彈性膜片上部也維持高壓,排水閥的閥心仍然關(guān)閉,冷凝水仍然排不出來,這樣會(huì)造成煤氣管道積水,在關(guān)鍵時(shí)候,煤氣排水器失去了其排水功能。橡膠彈性膜片容易失效,維修維護(hù)工作量大。3.4煤氣排水器的排水功能帶“電動(dòng)閥”的煤氣排水器是將普通煤氣排水器的入口手動(dòng)閥門改為電動(dòng)閥門,在煤氣排水器落水室或增壓室頂部增加煤氣檢測儀表。帶“電動(dòng)閥”防泄漏煤氣排水器,一種是通過檢測泄漏煤氣信號(hào)來關(guān)閉入口閥門。當(dāng)煤氣檢測儀表檢測到檢測室內(nèi)有煤氣時(shí),通過信號(hào)變送器發(fā)出信號(hào)關(guān)閉進(jìn)口閥門。此時(shí)閥門關(guān)閉,煤氣排水器也失去了其排水功能,同樣會(huì)形成煤氣設(shè)施內(nèi)的集水隱患。另外,在檢測室內(nèi)煤氣積聚后,煤氣不能徹底放散,在煤氣壓力恢復(fù)正常后,閥門關(guān)閉的信號(hào)也不能解除,閥門還是處于關(guān)閉狀態(tài),煤氣排水器的排水功能不能恢復(fù)。還有,通過儀表控制來防止煤氣泄漏,系統(tǒng)較復(fù)雜;設(shè)施在長時(shí)間內(nèi)不能頻繁動(dòng)作,所以在關(guān)鍵時(shí)候很難保證動(dòng)作靈敏可靠;儀表也需要經(jīng)常校驗(yàn),給維護(hù)管理帶來不便。另一種帶“電動(dòng)閥”防泄漏煤氣排水器是通過檢測煤氣管道內(nèi)煤氣壓力信號(hào)來關(guān)閉入口閥門。同樣存在信號(hào)不準(zhǔn)確,動(dòng)作不靈敏,關(guān)開不準(zhǔn)確、不及時(shí)的缺點(diǎn)。同樣存在管理麻煩的缺點(diǎn)。所以,帶“電動(dòng)閥”防泄漏煤氣排水器在生產(chǎn)中也未能推廣應(yīng)用。以上幾種煤氣排水器多采用伴熱帶纏繞伴熱保溫方案,也有采用蒸汽管道外伴熱的。伴熱帶纏繞在設(shè)備外表面,伴熱帶功率一般取2~4kW。為防止熱量損失,在伴熱帶外面要采用絕熱材料進(jìn)行保溫。由于伴熱帶運(yùn)行時(shí)一般不進(jìn)行功率調(diào)節(jié),在環(huán)境溫度較高時(shí),伴熱帶的絕緣層老化速度會(huì)加快,伴熱帶老化后容易引起著火事故。4安裝排水止氣閥的水封管泰鋼自2008年應(yīng)用最新專利產(chǎn)品超壓自閉本質(zhì)防泄漏煤氣排水器。該產(chǎn)品含有多項(xiàng)專利技術(shù)(200920021655.1;200920022348.5;200920019152.0;200820172151.5),在提高煤氣冷凝水排水器設(shè)備的安全性能方面是一次質(zhì)的提升。立式本質(zhì)防泄漏煤氣排水器結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。專利產(chǎn)品排水止氣閥(200920021655.1),為本質(zhì)防泄漏煤氣排水器的研制打下了基礎(chǔ)。排水止氣閥由閥體和內(nèi)部帶調(diào)壓功能的浮子機(jī)構(gòu)組成,為便于檢修,排水止氣閥安裝在立式煤氣排水器排水室的水封管上。水封管一般安裝在桶體外,水封管下端與排水室下部相連,排水止氣閥通過三通管安裝在水封管的側(cè)面,與此水封管并聯(lián)。當(dāng)煤氣壓力正常時(shí),煤氣排水器的水封管及排水止氣閥內(nèi)充滿水,排水止氣閥的閥板及浮子機(jī)構(gòu)處在閥心上部一定高度,排水止氣閥的閥心敞開,煤氣冷凝水通過煤氣排水器的水封管排出。此時(shí),本質(zhì)防泄漏煤氣排水器的排水狀態(tài)與普通煤氣排水器相同。當(dāng)煤氣壓力高于排水室前所有水封管的壓力時(shí),煤氣進(jìn)入排水室所對(duì)應(yīng)的水封管。隨著煤氣壓力的繼續(xù)升高,煤氣帶動(dòng)冷凝水向下移動(dòng),排水止氣閥內(nèi)浮子機(jī)構(gòu)會(huì)隨液位向下移動(dòng),浮子機(jī)構(gòu)的大閥板會(huì)先將排水止氣閥的大閥心覆蓋。隨著煤氣壓力進(jìn)一步升高,浮子機(jī)構(gòu)繼續(xù)向下移動(dòng),其調(diào)壓機(jī)構(gòu)將閥板上的調(diào)壓孔覆蓋,此時(shí)冷凝水和煤氣停止向下運(yùn)動(dòng),煤氣被封閉。由于安裝排水止氣閥的水封管道是煤氣冷凝水和煤氣排出的必經(jīng)之路,所以此時(shí)煤氣排水器處于封閉狀態(tài)。煤氣產(chǎn)生的冷凝水會(huì)儲(chǔ)存在排水止氣閥內(nèi),隨著水位的升高,排水止氣閥內(nèi)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,浮子機(jī)構(gòu)將大閥板中心的調(diào)壓孔打開,煤氣及冷凝水的壓力迅速傳遞到大閥板的下面,消除了大閥板由于壓差所產(chǎn)生的作用力,浮子機(jī)構(gòu)和大閥板會(huì)迅速漂起,冷凝水排出。隨著液位下降,排水止氣閥重新關(guān)閉。即當(dāng)煤氣壓力高于煤氣排水器水封高度的壓力時(shí),排水止氣閥通過浮子機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)間歇排水,封閉煤氣。浮子調(diào)壓機(jī)構(gòu)的巧妙應(yīng)用,大大減小了抬起排水止氣閥內(nèi)大閥板的力,保證冷凝水排出煤氣排水器時(shí),閥板能迅速可靠地抬起,在保證煤氣排水器排水功能的前提下提高了其防泄漏的性能。排水止氣閥關(guān)閉時(shí),煤氣、冷凝水對(duì)閥板的推力與閥板關(guān)閉方向相同,故煤氣壓力與閥板關(guān)閉形成自鎖,煤氣壓力越高,閥板關(guān)閉會(huì)越嚴(yán)密,煤氣排水器封閉煤氣也越嚴(yán)密。排水止氣閥與煤氣排水器的有機(jī)結(jié)合,使煤氣排水器在保證大排水量的前提下,有效地防止了煤氣泄漏,提高了煤氣排水器的安全性能,實(shí)用性更強(qiáng)。同時(shí),此技術(shù)對(duì)已有煤氣排水器的改進(jìn)也是很好的方案。本質(zhì)防泄漏煤氣排水器具有如下特點(diǎn):在不灌滿水的狀態(tài)下也能封閉煤氣,灌水的目的是在正常煤氣壓力狀態(tài)下讓浮子機(jī)構(gòu)及大閥板處于閥心上部,并遠(yuǎn)離閥心,保證閥心的暢通,保證煤氣排水器大的排水量。在保溫措施上,本質(zhì)防泄漏煤氣排水器主要采用中間室隔離蒸汽伴熱和中間室隔離電棒加熱方式。這兩種伴熱保溫方式安全、實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)近4a的應(yīng)用驗(yàn)證,在冬季采用此兩種伴