煤氣排水器工作管智能關閉控制模型的開發

王玉海，李景超，白昆巖，李雙全，程 華，周 利，馬德明，馬 鋼

（1.首鋼總公司 設備部，北京 100043；2.首鋼遷鋼公司 設備部，河北 唐山 064404；3.首鋼遷鋼公司 能源部，河北 唐山 064404；4.首鋼遷鋼公司 動力部，河北 唐山 064404；5.首鋼總公司 動力廠，北京 100043）

0 引言

冶金行業中，常常需要對煤氣進行一定距離的管道輸送。在輸送過程中，煤氣中的部分飽和氣和機械水會分離出來，給煤氣輸送、管道維護和用戶的使用帶來了不利的影響，因此必須及時將冷凝水排出，該功能是由與輸送管道連通的煤氣排水器實現的。

煤氣輸送管道中的壓力存在一定程度的波動，煤氣排水器在某一壓力范圍內可正常工作，但管道壓力偶爾會突然增大，甚至將排水器中的水層密封擊穿，造成一定程度的煤氣泄漏。所以當煤氣排水器的低壓室工作管中液位低于一定程度時，立即通過密封球進行密封，防止泄漏。以往技術中，只對液位進行監控，即當液位低于某一臨界值時啟動密封操作。但實際操作中，由于管道壓力常出現迅速增大現象，當檢測到液位低于某臨界值而進行密封時，水層密封可能已被擊穿，造成了一定程度的煤氣泄漏，對安全生產造成嚴重的影響。因此，如何及時準確地對煤氣排水器的煤氣出口進行關閉是該設備技術攻關的重點。

1 煤氣排水器（自閉式）結構

圖1為煤氣排水器（自閉式）結構展開示意圖。

2 煤氣排水器工作管智能關閉模型控制方案

本文在大量現場試驗和理論研究的基礎上，結合煤氣排水器的結構特點和工作原理，建立了煤氣排水器工作管智能關閉控制模型。本方案的控制方法可通過傳感器（與工作管連接）、控制器和密封球等設備共同實現，實際效果顯著，可有效提高煤氣排水器的使用安全性。其具體優化方案如下：

圖1 煤氣排水器（自閉式）結構展開示意圖

（1）收集煤氣排水器的低壓室工作管中所允許的最低液位hmin，并分別給定被測低壓室工作管中臨界液位的最大幅值系數α和最小幅值系數β，一般取1＜α≤1.2，0.8≤β＜1。

（2）設定被測低壓室工作管中液位的最大變化速度vmax和最小變化速度vmin，并收集當前低壓室工作管中的液位高度h和液位變化速度v。

（3）通過對工作管中液位變化速度和液位高度的綜合監控，實現在高變化速度時提前進行密封操作；而在較低變化速度時，適當提高進行封閉操作的臨界液位值。

利用以上方案可實現煤氣排水器工作管根據液位變化速度和液位高度而進行的智能關閉，最大程度地保證了煤氣排水器的使用性能和安全性。

控制方案的具體執行流程如圖2所示。

圖2 控制方案的具體執行流程

3 模型的應用

北京首建設備維修有限公司根據此方案的具體思路開發設計了自閉式煤氣排水器，實現了超壓等情況下的智能關閉。該設備于2012年3月至2012年5月在首鋼遷安公司動力部在線試用，達到了預期效果，各功能使用滿足要求，有效保證了其安全運行。

本例中，hmin＝0.4m、α＝1.1、β＝0.85、vmax＝0.5 m／s、vmin＝0.01m／s。當前低壓室工作管中的液位高度h＝0.36m、液位變化速度v＝0.006m／s。判斷認為當前液位變化速度低于給定的臨界最小變化速度，并且液位高度大于此情況下的安全液位，因此應重新進行當前液位信息的收集。若新的數據符合工作管關閉的各條件，則立即關閉工作管。

采用此方案設計的煤氣排水器在為期3個月的試用期間，管道冷凝水排水順利，未出現煤氣泄漏情況，在管道壓力波動較大情況下仍可實現排水與防泄漏不互相影響，且可實現遠程監控等功能，方便了企業的自動化管理，并極大地提高了設備的安全性能，保證了正常的工業生產。

4 結論

本文所述控制模型可通過對煤氣排水器工作管中液位變化速度和液位高度的綜合監控，實現在高變化速度時提前進行密封操作，避免瞬間擊穿造成煤氣泄漏；而在較低變化速度時，可適當提高進行封閉操作的臨界液位值，避免頻繁動作。

采用本方案設計的自閉式煤氣排水器在首鋼遷安動力部在線試用情況良好，一方面保證了管道冷凝水的及時排除，另一方面有效防止了管道壓力波動較大情況下出現的煤氣泄漏等事故，保障了正常的工業安全生產。

［1］ 佘宏彥，曾憲民，周良墉，等.煤氣管道排水安全技術的研究［J］.工業安全與環保，2009，35（9）：44－47.

［2］ 徐榮波.煤氣管道堵漏型排水技術及安全型排水技術對比分析［J］.科技與生活，2012（5）：176，175.

［3］ 譚昕，岳崗，李傳坤，等.一種新型防泄漏煤氣排水器的設計與應用［J］.世界鋼鐵，2009，9（3）：60－61.

［4］ 王志峰，張志忠，李衛東，等.轉爐煤氣排水器運行分析及改進［J］.河南冶金，2010，18（4）：33－34，53.

［5］ 翟俊娥，程秀梅.煤氣排水器狀態監測系統改造［J］.河北冶金，2005（4）：48－49.