智能煤氣排水器在鞍鋼的利用

胡少敏，吳丹，楊殿勇，趙雙鵬，呂強，楊金海

（鞍鋼股份有限公司能源管控中心，遼寧鞍山 114003）

前言

冶金企業副產煤氣主要采用濕法凈化工藝。煤氣在管道輸送過程中會隨著溫度降低，飽和蒸汽冷凝成水，同時由于濕法工藝會產生機械水。除此之外，焦爐煤氣中還含有酚、萘、硫化氫等其他雜質，如這些雜質和冷凝水無法及時排出，會造成煤氣管網壓力波動，甚至會造成煤氣管網塌落。煤氣排水器用來將這些污物順暢排出，確保煤氣管網安全運行。目前鞍鋼的煤氣管道長度達到230 km，排水器有900多臺，分布比較分散。雖然有專業人員組成專業檢查組，但由于對煤氣排水器安全技術管理知識不全面，以及巡檢內容不規范，存在重大安全隱患。再加上排水器數量多，分布廣，工作環境差，勞動強度大，用人工很難對每個排水器的隱患檢查出來。隨著物聯網技術的不斷發展，結合APP應用實現排水器智能化操作勢在必行。

1 事故案例

2005年10月26日首鋼煤氣排水器擊穿發生煤氣泄漏，造成9人煤氣中毒死亡。2006年6月10日首鋼發生煤氣排水器泄漏煤氣，造成7人煤氣中毒，其中2人死亡。2009年12月19日天津榮程集團唐山特鋼煤氣排水器發生煤氣壓力突然升高擊穿排水器大量泄漏煤氣，造成3人煤氣中毒死亡。某鋼鐵企業2014、2018年先后發生煤氣排水器水位不夠造成的煤氣泄漏造成2人中毒。

避免煤氣排水器安全運行保障人身及生產設備安全，構建智能煤氣排水器監控系統尤為重要。

2 智能化排水器

2.1 排水器介紹

排水器的工作原理是利用排水器中水封高度克服煤氣壓力，從而封住煤氣，排出冷凝水。

排水器的基本結構如圖1。

2.2 智能化排水器基本結構

智能化煤氣排水器的主要功能是通過各處排水器監測信號通過云傳輸方式將數據傳到計算機上，壓力數據來判斷排水器排水是否正常，溫度數據來判斷排水器的電熱帶工作是否正常，水位計數據判斷排水器水封高度是否正常，液位計數據判斷污水池水位高度。智能排水器主要設備安裝見如圖2。

圖1 智能排水器的基本結構

圖2 煤氣排水器集中狀態監控裝置示意圖

2.2.1 主要監測設備與用途

（1）數據采集控制箱：現場儀表的供電、采集信號的處理和發送、接收信號的執行等。

（2）溫度測量儀：防止排水器溫度過高或過低。過高會造成水分蒸發，過低會造成水結冰，引起排水器煤氣泄漏。控制電伴熱啟停。遠程檢測報警。

（3）水位計：低水位或無水會造成煤氣泄漏。遠程檢測報警。

（4）煤氣壓力表：當排水器煤氣壓力低于正常值時，有可能是進口管道堵塞，或是排水器煤氣泄漏。遠程檢測報警。

（5）CO檢測儀：當CO傳感器檢測到超過標準時,排水器煤氣有可能泄漏。遠程檢測報警。

（6）電磁閥：當溫度、水位、煤氣壓力、煤氣泄漏有一個或多個條件異常報警時，遠程控制（手動/自動）關閉進口管道電磁閥，并將開關狀態遠傳到控制室。

（7）現場聲光報警器：當溫度、水位、煤氣壓力、煤氣泄漏時（有一個或多個條件），控制室將信號遠傳給排水器，現場聲光報警。

（8）現場聲光提示器：當有外來人員進入時提醒：煤氣區域，當心中毒，請盡快離開。

2.2.2 智能化排水器操作應用

（1）排水器的排塵管設有壓力信號，對排塵管中的煤氣壓力進行數字實時傳輸。在主控計算機上，對壓力設有二級報警信號。一級信號為該管網壓力±2 000 Pa，如管網壓力下降或者上升達到此范圍時，計算機顯示數值會變黃，同時發出預報警信號；二級信號為該管網壓力±3 000 Pa，如管網壓力下降或者上升達到此范圍時，計算機顯示數值會變紅，計算機發出警報，提示壓力異常，同時通過云端觸發排塵管上面的電磁閥切斷煤氣，以防煤氣竄出，發生煤氣中毒事故。

（2）排水器低壓側安裝水位計，對煤氣排水器中的水位進行云端實時監測。以往水封高度不夠，擊穿煤氣排水器，觸發煤氣大量泄漏，造成煤氣中毒事故；在計算機上對水位計設有兩級預警，一級是當低壓側水位低于溢流口處100 mm時，發出黃色數據提示；二級信號當低壓側水位低于溢流口200 mm時，發出紅色警報，并觸發電磁閥切斷煤氣。

（3）排水器安裝溫度計，將溫度信號實時傳輸到計算機，同時溫度設有三級信號。一級信號為排水器桶體溫度達到20℃時，會觸發電熱帶自動啟停開關，進入到保溫狀態，電熱帶停止工作，節省冬季電量的損耗；二級信號，當溫度低于10℃，觸發電熱帶啟停開關，電熱帶進入運行狀態；三級信號，當溫度低于5℃時，計算機會發出紅色報警，并提示溫度異常，需聯系電氣及相關人員查明原因。

（4）排塵管與排水器連接處設有CO聲光報警儀，同時設有三個信號，CO濃度大于10×10－6會發出黃色預警；當CO濃度達到24×10－6時，會連續發出紅色預警，同時觸發電磁閥快速切斷煤氣，現場CO聲光報器發出響亮的聲音，提示周圍人員迅速遠離，當心煤氣中毒。

（5）安裝在污水池上方的液位計，當污水池中的污水達到離污水池滿還有300 mm時，發出黃色預警，當污水池中的污水，達到離滿流還有200 mm時，發出紅色預警，提示需要抽水，當污水池中的污水，達到離滿還有100 mm時，會發出刺耳的報警，并觸發電磁閥切斷煤氣，以防污水外溢，帶污水池的液位計，液位低于離滿流500 mm時，電磁閥打開，排水器正常運行。

3 網絡系統方案

因鞍鋼煤氣排水器比較分散，個別區域偏遠，不適用光纖網絡方案，根據不同區域的不同狀況，分別采用有線（光纜）網絡、5G網絡兩種方式共用，實現各區域煤氣排水器的數據上傳。

3.1 有線（光纖）網絡系統

網絡結構采用星型結構，具備聯網功能的就地煤氣排水器狀態監控裝置就近接入大集控系統的區域交換機，將數據上傳至集控中心服務器。有線（光纖）網絡結構如圖3。

圖3 有線（光纖）網絡結構

有線網絡拓撲（其他區域相似）各區域就近匯聚原則，對排水器分片、分區進行聯網匯聚，最終形成區域匯聚，上傳至能源網。

3.2 5G網絡系統

煤氣排水器就地智能狀態監控系統采用數據5G網絡或數據電臺，將實時數據直接發送至能源集控中心數據服務器。5G網絡結構如圖4。

圖4 5G網絡結構

5G網絡拓撲（各區域相似）針對位置偏遠的煤氣排水器進行5G網絡或數據電臺形式傳輸實時狀態數據信息。

通過設備的聯網組態，與HMI之間的通信，監測信息的實時上傳和在線配置功能；通過溫度，壓力，液位變送器對煤氣排水器的狀態進行檢測、數據上傳和報警，并遠傳于特定手機提示報警。通過手機安裝APP可以隨時查看各項數據。手機界面如圖5。

4 智能排水器優點

目前鞍鋼運行的智能煤氣排水器監控系統有如下優點。

（1）能協助巡檢人員找出正在運行的故障報警排水器并停止其運行，避免煤氣泄漏等事故發生。

（2）可以根據定期上傳的排水器的各項參數打印報表，使工藝人員了解排水器狀態并能提早發現問題。

（3）溫度自動控制功能可以在冬季對管道保溫進行溫度控制，避免了電能的浪費。

圖5 手機界面

5 結語

煤氣管網壓力波動較大時，最大壓力有時超出煤氣排水器自身設計極限值，或是，由于排水器補水不及時、主體內部隔板泄漏、內部工作管銹蝕漏洞(導致水封高度降低)等原因容易導致煤氣泄漏。煤氣泄漏極易引發煤氣著火、爆炸、中毒等惡性安全事故的發生。應用智能排水器提高了系統的安全性，同時智能排水器使用后大大降低了用工成本，以及冬季電保溫的成本。