普通煤層氣排水器的原理及特點

1燃氣管道超壓泄漏在冶金和一些化工行業，氣體裝置的運行條件直接影響到整個公司的生產安全。隨著一些成熟技術的應用,如不銹鋼波紋補償器、盲板閥組、惰性氣體吹掃置換、燃氣濃度檢測等,使燃氣管道的運行安全有了很大的改觀。但是,目前燃氣排水器所存在的超壓泄漏問題,還制約著燃氣管道運行安全,由于煤氣排水器的擊穿泄漏而引起的惡性事故時有發生,已有的多種防泄漏煤氣排水器應用效果都不理想。近幾年,泰鋼在燃氣設施中,特別是在燃氣管道中,應用本質防泄漏煤氣排水器,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構原理示意圖見圖1。冷凝水進口與煤氣管道相連,管道煤氣中的冷凝水通過煤氣排水器的冷凝水管進入煤氣排水器的落水室,然后通過上部溢流口流到下一個室,此溢流口也是下一個水封室的室內水封管的入口。煤氣排水器內落水室及以后的增壓室和排水室液面近似一個水平面,普通煤氣排水器通過落水管和以后各室內的水封管的有效水封高度之和封閉煤氣,當煤氣壓力小于水封高度水壓之和時,煤氣排水器封閉煤氣。為了防止冬季排水器內的水凍結,普通煤氣排水器在排水室內安裝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,所以當煤氣壓力超過水封管高度之和對應的壓力時,普通煤氣排水器就會擊穿,導致煤氣泄漏,帶來安全隱患,有時會產生惡劣的嚴重后果。保溫蒸汽管道直接安裝在排水室內,也存在不安全因素,所以規范規定,在不伴熱時要斷開此連接管。根據煤氣排水器擊穿泄漏時的狀況,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,有少量煤氣泄漏,煤氣排水器內的水位基本沒有變化,等煤氣恢復正常壓力后,煤氣排水器內的水封高度和原高度相當;大泄漏是指煤氣排水器擊穿時,有大量煤氣泄漏,泄漏的煤氣將煤氣排水器內的水帶出,導致煤氣排水器內的水封高度逐漸小于水封額定高度。根據《工業企業煤氣安全規程》(GB6222—2005),正常環境中CO的濃度應<30×10-6。普通煤氣排水器泄漏時,不論大泄漏還是大小泄漏,排水器周圍環境中CO的濃度都會遠遠超過30×10-6,所以都存在較大的安全隱患。煤氣排水器小泄漏時,當煤氣設施內煤氣壓力恢復正常后,煤氣便不再泄漏。煤氣排水器大泄漏時,當煤氣設施內煤氣壓力恢復正常后,煤氣一般還會繼續泄漏。3原油長距離輸送技術的分析3.1泄漏時內浮筒的變化最初防止煤氣排水器泄漏的技術方案是在排水器排水口上加1個“封氣筒”,其結構原理見圖2。其中圖2a是排水狀態示意圖,圖2b是想象中的封氣狀態示意圖。由外膽和內部浮筒機構組成,外膽由隔板分成上下兩個相通的腔,內部浮筒中心是一個上下通孔,在頂部的側壁上開設圓形水通道。其實,要實現圖b所示的封氣狀態的可能性很小。在煤氣排水器小泄漏時,“封氣筒”內的水位不變,內浮筒位置不變,泄漏的煤氣會通過內浮筒中心孔排出封氣筒。當煤氣泄漏量足夠大時,泄漏的煤氣將煤氣排水器內及煤氣水封筒內的水全部帶出后,內浮筒才有可能下落。但是,較高壓力、較高流速的煤氣對內浮筒的作用使它很難有機會落下。假設內浮筒有機會落下,高壓煤氣還會沿內浮筒與“封氣筒”外壁之間的縫隙向外泄漏,迅速打破這種封氣狀態。有時,受冷凝水中雜質的影響,內浮筒受高壓氣體彈起而不能落下,此狀態會影響煤氣排水器內冷凝水的順利排出,需要管理人員手握提示球活動內浮筒將其復位。如果管理人員不能及時發現事故狀態,就會造成煤氣設施內的集水隱患。煤氣排水器的本質功能是排水,防泄漏是其性能,不應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,經過一段時間試用后,已被業內所淘汰。3.2對比“杠桿封氣筒”的密封方法通過“封氣筒”試驗和啟發,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”的結構原理示意圖,由外膽和內部浮筒機構組成,圖3a是排水狀態,圖3b是想象中的封氣狀態。當煤氣排水器大泄漏時,煤氣排水器內及煤氣水封筒內的水被帶出,“杠桿封氣筒”內的浮筒下落,密封板向上旋轉將排水管口封堵。“杠桿封氣筒”利用浮筒的重力通過杠桿及封閉板產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,當煤氣壓力超過這個壓力時,“杠桿封氣筒”就失去了作用。受結構的限制,有些設備中杠桿封氣筒自身所能封閉的壓力有時還小于水封管所對應水柱的壓力。另外,內浮筒機構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”對排水器的小泄漏沒有封閉效果。有制造單位在結構尺寸、安裝形式上對“杠桿封氣筒”做了一些改動,如:將“杠桿封氣筒”安裝在水封室內、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“彈性膜片閥門”,結構原理見圖4,其中圖a是排水狀態,圖b是想象中的封氣狀態。閥板上的閥桿與橡膠彈性膜片相連,彈性膜片通過導管與管道煤氣相通。煤氣壓力高時,彈性膜片向下移動,閥板關閉閥心,封堵煤氣。此種煤氣排水器存在如下缺陷:在煤氣壓力高時,排水閥閥心被關閉,冷凝水暫時排不出來;落水管內積存冷凝水后,冷凝水所產生的壓力會導致煤氣壓力恢復正常后彈性膜片上部也維持高壓,排水閥的閥心仍然關閉,冷凝水仍然排不出來,這樣會造成煤氣管道積水,在關鍵時候,煤氣排水器失去了其排水功能。橡膠彈性膜片容易失效,維修維護工作量大。3.4煤氣排水器的排水功能帶“電動閥”的煤氣排水器是將普通煤氣排水器的入口手動閥門改為電動閥門,在煤氣排水器落水室或增壓室頂部增加煤氣檢測儀表。帶“電動閥”防泄漏煤氣排水器,一種是通過檢測泄漏煤氣信號來關閉入口閥門。當煤氣檢測儀表檢測到檢測室內有煤氣時,通過信號變送器發出信號關閉進口閥門。此時閥門關閉,煤氣排水器也失去了其排水功能,同樣會形成煤氣設施內的集水隱患。另外,在檢測室內煤氣積聚后,煤氣不能徹底放散,在煤氣壓力恢復正常后,閥門關閉的信號也不能解除,閥門還是處于關閉狀態,煤氣排水器的排水功能不能恢復。還有,通過儀表控制來防止煤氣泄漏,系統較復雜;設施在長時間內不能頻繁動作,所以在關鍵時候很難保證動作靈敏可靠;儀表也需要經常校驗,給維護管理帶來不便。另一種帶“電動閥”防泄漏煤氣排水器是通過檢測煤氣管道內煤氣壓力信號來關閉入口閥門。同樣存在信號不準確,動作不靈敏,關開不準確、不及時的缺點。同樣存在管理麻煩的缺點。所以,帶“電動閥”防泄漏煤氣排水器在生產中也未能推廣應用。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行保溫。由于伴熱帶運行時一般不進行功率調節,在環境溫度較高時,伴熱帶的絕緣層老化速度會加快,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年應用最新專利產品超壓自閉本質防泄漏煤氣排水器。該產品含有多項專利技術(200920021655.1;200920022348.5;200920019152.0;200820172151.5),在提高煤氣冷凝水排水器設備的安全性能方面是一次質的提升。立式本質防泄漏煤氣排水器結構原理如圖5所示。專利產品排水止氣閥(200920021655.1),為本質防泄漏煤氣排水器的研制打下了基礎。排水止氣閥由閥體和內部帶調壓功能的浮子機構組成,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面,與此水封管并聯。當煤氣壓力正常時,煤氣排水器的水封管及排水止氣閥內充滿水,排水止氣閥的閥板及浮子機構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,本質防泄漏煤氣排水器的排水狀態與普通煤氣排水器相同。當煤氣壓力高于排水室前所有水封管的壓力時,煤氣進入排水室所對應的水封管。隨著煤氣壓力的繼續升高,煤氣帶動冷凝水向下移動,排水止氣閥內浮子機構會隨液位向下移動,浮子機構的大閥板會先將排水止氣閥的大閥心覆蓋。隨著煤氣壓力進一步升高,浮子機構繼續向下移動,其調壓機構將閥板上的調壓孔覆蓋,此時冷凝水和煤氣停止向下運動,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之路,所以此時煤氣排水器處于封閉狀態。煤氣產生的冷凝水會儲存在排水止氣閥內,隨著水位的升高,排水止氣閥內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,浮子機構將大閥板中心的調壓孔打開,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生的作用力,浮子機構和大閥板會迅速漂起,冷凝水排出。隨著液位下降,排水止氣閥重新關閉。即當煤氣壓力高于煤氣排水器水封高度的壓力時,排水止氣閥通過浮子機構的機械動作,實現間歇排水,封閉煤氣。浮子調壓機構的巧妙應用,大大減小了抬起排水止氣閥內大閥板的力,保證冷凝水排出煤氣排水器時,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。排水止氣閥關閉時,煤氣、冷凝水對閥板的推力與閥板關閉方向相同,故煤氣壓力與閥板關閉形成自鎖,煤氣壓力越高,閥板關閉會越嚴密,煤氣排水器封閉煤氣也越嚴密。排水止氣閥與煤氣排水器的有機結合,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,實用性更強。同時,此技術對已有煤氣排水器的改進也是很好的方案。本質防泄漏煤氣排水器具有如下特點:在不灌滿水的狀態下也能封閉煤氣,灌水的目的是在正常煤氣壓力狀態下讓浮子機構及大閥板處于閥心上部,并遠離閥心,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、實用、結構簡單,經近4a的應用驗證,在冬季采用此兩種伴