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(yè)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(yè)人員組成專業(yè)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(guī)范，存在重大安全隱患。再加上排水器數(shù)量多，分布廣，工作環(huán)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(lián)網技術的不斷發(fā)展，結合APP應用實現(xiàn)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(fā)生煤氣泄漏，造成9人煤氣中毒死亡。2006年6月10日首鋼發(fā)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(fā)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(yè)2014、2018年先后發(fā)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)測信號通過云傳輸方式將數(shù)據(jù)傳到計算機上，壓力數(shù)據(jù)來判斷排水器排水是否正常，溫度數(shù)據(jù)來判斷排水器的電熱帶工作是否正常，水位計數(shù)據(jù)判斷排水器水封高度是否正常，液位計數(shù)據(jù)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(tài)監(jiān)控裝置示意圖

2.2.1 主要監(jiān)測設備與用途

（1）數(shù)據(jù)采集控制箱：現(xiàn)場儀表的供電、采集信號的處理和發(fā)送、接收信號的執(zhí)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(fā)，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(tài)遠傳到控制室。

（7）現(xiàn)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(xiàn)場聲光報警。

（8）現(xiàn)場聲光提示器：當有外來人員進入時提醒：煤氣區(qū)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(shù)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(shù)值會變黃，同時發(fā)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(shù)值會變紅，計算機發(fā)出警報，提示壓力異常，同時通過云端觸發(fā)排塵管上面的電磁閥切斷煤氣，以防煤氣竄出，發(fā)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(jiān)測。以往水封高度不夠，擊穿煤氣排水器，觸發(fā)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?shù)蛪簜人坏陀谝缌骺谔?00 mm時，發(fā)出黃色數(shù)據(jù)提示；二級信號當?shù)蛪簜人坏陀谝缌骺?00 mm時，發(fā)出紅色警報，并觸發(fā)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?shù)接嬎銠C，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(fā)電熱帶自動啟停開關，進入到保溫狀態(tài)，電熱帶停止工作，節(jié)省冬季電量的損耗；二級信號，當溫度低于10℃，觸發(fā)電熱帶啟停開關，電熱帶進入運行狀態(tài)；三級信號，當溫度低于5℃時，計算機會發(fā)出紅色報警，并提示溫度異常，需聯(lián)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(fā)出黃色預警；當CO濃度達到24×10－6時，會連續(xù)發(fā)出紅色預警，同時觸發(fā)電磁閥快速切斷煤氣，現(xiàn)場CO聲光報器發(fā)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(fā)出黃色預警，當污水池中的污水，達到離滿流還有200 mm時，發(fā)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(fā)出刺耳的報警，并觸發(fā)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(tǒng)方案

因鞍鋼煤氣排水器比較分散，個別區(qū)域偏遠，不適用光纖網絡方案，根據(jù)不同區(qū)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(xiàn)各區(qū)域煤氣排水器的數(shù)據(jù)上傳。

3.1 有線（光纖）網絡系統(tǒng)

網絡結構采用星型結構，具備聯(lián)網功能的就地煤氣排水器狀態(tài)監(jiān)控裝置就近接入大集控系統(tǒng)的區(qū)域交換機，將數(shù)據(jù)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(qū)域相似）各區(qū)域就近匯聚原則，對排水器分片、分區(qū)進行聯(lián)網匯聚，最終形成區(qū)域匯聚，上傳至能源網。

3.2 5G網絡系統(tǒng)

煤氣排水器就地智能狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)5G網絡或數(shù)據(jù)電臺，將實時數(shù)據(jù)直接發(fā)送至能源集控中心數(shù)據(jù)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(qū)域相似）針對位置偏遠的煤氣排水器進行5G網絡或數(shù)據(jù)電臺形式傳輸實時狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。

通過設備的聯(lián)網組態(tài)，與HMI之間的通信，監(jiān)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(tài)進行檢測、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。手機界面如圖5。

4 智能排水器優(yōu)點

目前鞍鋼運行的智能煤氣排水器監(jiān)控系統(tǒng)有如下優(yōu)點。

（1）能協(xié)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(fā)生。

（2）可以根據(jù)定期上傳的排水器的各項參數(shù)打印報表，使工藝人員了解排水器狀態(tài)并能提早發(fā)現(xiàn)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(fā)煤氣著火、爆炸、中毒等惡性安全事故的發(fā)生。應用智能排水器提高了系統(tǒng)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。