充水式雙球面板NK閥在工程中的應用及存在的問題

馬西芳

（寶鋼工程技術集團有限公司工程事業部，上海 201900）

前言

冶金鋼廠中的副產煤氣一般為鋼廠自用，伴隨著煤氣的安全管理也是越來越重要。煤氣輸送系統中預防事故最根本的解決辦法就是阻斷煤氣，如何可靠地切斷煤氣尤為重要。理論上在輸送管道切斷閥后加一個水封，即為可靠切斷，但在很多工程中車間煤氣管道一般同其他介質管道共架敷設至用戶點，管廊支架上方均設置電纜橋架等相關設施，沒有空間設置大的閥門操作平臺，只能考慮管廊下方設置。根據安全規程及國標的補充規定，車間內不能設置敞開式的盲板閥，但密閉式盲板閥外形尺寸較大，需要很大的安裝空間。由此出現了充水式雙球面板NK閥（以下簡稱NK閥）。

1 NK閥的維護操作

NK閥關閉后，在閥腔內注水，建立水封系統，從而形成切斷閥加水封的可靠切斷系統，既滿足了規范的要求，又節省空間，維護操作也比較方便。NK閥配管示意圖如圖1。

NK閥具體運行時關鍵操作說明如下：

圖1 NK閥配管示意圖

（1）NK閥關閉時：首先確保閥門關閉到位后，向閥體內注水，閥體排水二次閥關閉，再打開閥體上的通氣閥門，將閥體內的氣體通過閥體前的管道放散排除，然后打開注水閥注水至NK閥水封的有效高度直至溢流，即通過保證切斷閥門加水封的有效高度來保證可靠切斷。

（2）NK閥打開時：首先關閉閥體通氣閥，打開閥體排水閥門，將閥體內的水排光，充水閥要小開，然后操作閥桿，使雙球面板徑向移動離開密封面。

（3）NK閥前后冷凝水排放：正常通氣時，閥體前后冷凝排水閥門常開，以保證閥體前后的冷凝水能及時收集排除。

2 湛江工程實例中的排水問題及解決方案

寶鋼湛江冷軋工程中，連退及鍍鋅工業爐的用氣點均設置在中間跨處，選用NK閥作為機組TOP切斷閥，為節約成本，閥體及閥前后的冷凝水收集共用一個排水器。供2030冷軋的混合煤氣的壓力為22 kPa，原設計時已充分考慮了煤氣壓力的波動保險系數（按1.5倍取值，即33 kPa），排水密封罐放置在廠房內NK閥的底部，NK閥后排水閥距接入排水密封罐的高度至少大于3.8 m，即便閥前煤氣壓力達到33 kPa時，也不會擊穿3.8 m的有效高度，水封的有效性得到保證。

實施安裝時，安保部提出排水密封罐上的溢流漏斗可能會有煤氣泄漏，又將密封罐移至車間外，因此冷凝排水管每根長度增加了達20 m左右，有效高度仍為H=3800 mm。原設計和最終修改實施后的排水管道圖分列如圖2。

圖2 原冷凝水排水示意與修改后冷凝水排水示意圖

NK閥運行中所出現的問題：

在NK閥切斷時，閥前的煤氣通過排水密封罐，竄至閥后的排水管道中，未做到真正意義上的切斷，對切斷閥后的管道檢修存在著安全隱患。

原因分析：首先，移位后的NK閥的排水配管安裝后形成水封的有效高度實際測量不足2 m，當閥前煤氣壓力為22 kPa時，不能有效地保證水封高度。其次，排水密封罐內的水量在閥門關閉后根本不足以充滿長達20 m的冷凝水管，導致無法形成水封系統。由于這兩個原因的存在，在NK閥關閉的瞬間，閥前的煤氣很快擊穿水封有效高度，并通過排水密封罐沿閥后冷凝排水管竄至閥后的排水管道。

解決方案：首先將排水管道敷設調整，必須保證排水管道的有效高度在H=3800 mm。其次鑒于目前排水密封罐已移到車間外，原有排水密封罐周邊有足夠的空地，考慮增加一個單式的排水密封罐，將閥前后的排水分開，同時兩個排水罐的容積和完全可滿足冷凝溢流管的幾何容積。做了以上修改后，關閉NK閥時，未再出現過上述問題。

3 未來需重點解決問題

由以上工程實例中得出，從設計空間、維護、經濟方面考慮，采用NK閥是比較理想的，而將來實際工程中運用NK閥需重點解決的問題：

（1）排水密封罐的有效容積核算。管道投入使用后，NK閥在前后都存有介質，如果瞬間關閉NK閥并充水，由于閥后壓力從有壓變為無壓，壓差形成了閥體和閥后冷凝排水管的水位差，若排水罐內水來不及補差，水封即很有可能被擊穿而引起閥前后的串氣，因此排水密封罐的容積均要根據冷凝排水管道的幾何容積來核算校驗，簡單校驗計算方法即：

式中，D——排水密封罐直徑；

L——排水密封罐長度；

d——冷凝水管直徑；

l——冷凝水管的有效高度范圍內的幾何總長度。

（2）NK閥前后的排水器需根據情況設置是否共用。正常情況下，NK閥關閉后充水，前后排水閥門均需打開，此時前后排水管道形成U形水封。根據安全規程，單獨水封不能作為可靠切斷來使用，因此閥后進行的操作活動也存在安全隱患。

4 結論

4.1 針對現有已存在的NK閥，提出以下建議以完善維護措施

（1）管道運行中關閉NK閥，閥后煤氣放散時，最好往排水罐內補一定量的水，保證閥前后壓差形成的水封高度（參照前面核算水量來決定是否需要補水）。另外如果在保證NK閥后設有有效排水設施的情況下，可將閥后冷凝排水管道上的兩個排水閥全部關閉，然后進行閥后煤氣放散。

（2）在關閉NK閥時，將NK閥前的排水管道上的閥門關閉，此時閘閥加水封可作為可靠切斷，閥前的冷凝水暫時由NK閥前的一些管道排水系統來承擔。

4.2 針對將來在雙球面板的NK閥配管設計，提出以下建議以完善設計

（1）供給水最好采用高位水箱，以保證供給水的壓力。

（2）NK閥前和閥體可共用一個排水器，閥后的排水器單獨設置。

（3）在工程經費允許的情況下，最好設置蝶閥加NK閥的形式，保證NK閥可隨時檢修，并實現可靠切斷雙重保險。