于德宏，蘇寶珍，劉德強(qiáng)，謝長永，王慶祺，蔡景春，王東寶

（1.北京首建設(shè)備維修有限公司，北京 100043；2.北京首鋼建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100043；3.北京首鋼遷鋼公司 煉鐵部，河北 唐山 064404）

0 引言

冶金行業(yè)中，常常需要對(duì)煤氣進(jìn)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(jī)械水會(huì)分離出來，給煤氣輸送、管道維護(hù)和用戶的使用帶來了不利的影響，因此必須及時(shí)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(shí)現(xiàn)的。煤氣排水器主要由煤氣排水器本體和煤氣防泄漏裝置組成。當(dāng)煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)或由于其他原因引起的排水器有效水位異常降低造成煤氣泄漏時(shí)，通過煤氣排水器防泄漏裝置可有效地遏止煤氣的外泄，防止煤氣著火、爆炸、中毒等惡性事故的發(fā)生。

煤氣排水器的水封高度決定于該管網(wǎng)壓力的大小，既不能高也不能低。低壓管網(wǎng)配高壓排水器，則冷凝水不能有效地排出，影響生產(chǎn)；高壓管網(wǎng)配低壓排水器，管網(wǎng)壓力將擊穿水封，使煤氣泄漏，不但造成污染，還嚴(yán)重危及人身安全。另外，煤氣管網(wǎng)通常壓力波動(dòng)較大，最高壓力有時(shí)超出排水器自身極限值，使煤氣過壓現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，在煤氣排水器的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)其承壓能力進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，保證在超壓情況下密封球能及時(shí)對(duì)低壓室工作管進(jìn)行密封。

1 煤氣排水器結(jié)構(gòu)形式

煤氣排水器一般有立式和臥式兩種，由于介質(zhì)壓力的不同，為了保持排水器的有效高度以及便于操作維護(hù)又分為單室水封和雙室水封兩種型式，一般煤氣排水器的水封高度在1 000mm 以內(nèi)采用單室水封，超過1 000mm采用雙室水封或多室水封。本文將著重對(duì)多室水封的自閉式煤氣排水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究。

2 自閉式煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

圖1為多室水封的自閉式煤氣排水器結(jié)構(gòu)示意圖。原設(shè)計(jì)中，由于各室工作管長度、長度分配等關(guān)鍵參數(shù)通常借助于設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)可承受壓力偏差，出現(xiàn)頻繁泄漏或關(guān)閉等問題。因此，本文在大量現(xiàn)場試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤氣排水器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，提出一種煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)部分可承受壓力的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)約束條件自動(dòng)計(jì)算其余各腔室應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)量和相應(yīng)工作管長度。其具體優(yōu)化方案如下：

（1）收集所設(shè)計(jì)煤氣排水器可承受的最大管道壓力Pmax和低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)參數(shù)（如圖2所示），包括封閉球下端距封閉口距離h1；浮力圓柱長度h2、直徑φ；管道無壓力時(shí)液面距浮力圓柱頂端的距離h3；封閉球、連桿及浮力圓柱的總重力G。

（2）計(jì)算浮力高度h4：

其中：ρ水為水的密度。

計(jì)算低壓室可降水位h5：

h5＝h3＋（h2－h(huán)4）＋h1。

計(jì)算低壓室封閉所需壓力p1：

p1＝ρ水·g·h5。

計(jì)算其余水封結(jié)構(gòu)需承受的最大壓力p：

p＝pmax－p1。

計(jì)算其余水封結(jié)構(gòu)所需工作管總長度l：

l＝p／（ρ水·g）。

令其余承壓室總數(shù)n＝1，計(jì)算其余各室工作管長度h6：

h6＝l／n。

給定其余各室工作管最大長度hmax，判斷不等式h6≤hmax是否成立。若成立，則確定其余各室數(shù)量為n，且各室工作管長度為h6，結(jié)束計(jì)算；否則，令n＝n＋1，直至不等式成立，再結(jié)束計(jì)算。方案計(jì)算流程圖如圖3所示。

圖1 多室水封的自閉式煤氣排水器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)參數(shù)圖

3 模型的應(yīng)用

北京首建設(shè)備維修有限公司經(jīng)過多年的實(shí)踐與研究并結(jié)合此設(shè)計(jì)方法，研制開發(fā)了自閉式煤氣排水器，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤氣管道冷凝水的及時(shí)排出，并防止了壓力突變造成的煤氣泄漏等事故。

本例中pmax＝0.035 MPa、h1＝0.1 m、h2＝0.3 m、φ＝0.08m、h3＝0.6 m、G＝10N。令其余承壓室總數(shù)n＝1、hmax＝1m。

將各已知數(shù)據(jù)輸入計(jì)算程序，計(jì)算得到h4＝0.2 m、h5＝0.6＋0.1＋0.1＝0.8m、p1＝0.008 MPa、p＝0.027 MPa、l＝2.7m、h6＝2.7m。

最后，判斷不等式h6≤hmax是否成立。顯然，不等式2.7≤1不成立，則令n＝n＋1，再重新計(jì)算其余各室工作管長度h6，直至以上不等式成立。計(jì)算可知，此時(shí)n＝3，則其余各室數(shù)量為3，且各室工作管長度為0.9m，結(jié)束計(jì)算。

4 結(jié)論

本文提出的煤氣排水器工作管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓室內(nèi)封閉用結(jié)構(gòu)部分可承受壓力的計(jì)算，同時(shí)根據(jù)約束條件自動(dòng)計(jì)算其余各腔室應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)量和相應(yīng)工作管長度。通過以上方法有效地保證了排水器的實(shí)際可承受壓力與設(shè)計(jì)相同，防止煤氣泄漏或密封裝置的頻繁開閉。

圖3 方案計(jì)算流程圖

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

［2］ 徐榮波.煤氣管道堵漏型排水技術(shù)及安全型排水技術(shù)對(duì)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(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.世界鋼鐵，2009，9（3）：60－61.

［4］ 王志峰，張志忠，李衛(wèi)東，等.轉(zhuǎn)爐煤氣排水器運(yùn)行分析及改進(jìn)［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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)改造［J］.河北冶金，2005（4）：48－49.