對焦爐煤氣末端放散水封的改進創新實踐

李東培

摘 要：焦爐地下室回爐煤氣管道末端設置有放散水封。這種裝置雖然屬于被動應對，但因簡單有效而被廣泛采用。不過，原設計的末端放散水封在生產運行中也暴露出一個嚴重的問題，即當遇到煤氣壓力及流量有較大波動時，水封室的水封水會因泄放背壓大而被倒壓排放，此時，泄露煤氣的風險劇增。筆者多次到生產現場觀測末端放散水封，并指導一線員工采取了一系列的嘗試，最終找到了解決的辦法：設置單向逆止閥，排除煤氣泄漏這一重大安全隱患。特將此成果展示，方便兄弟企業借鑒，徹底杜絕因煤氣放散水封而造成的安全事故。

關鍵詞：煤氣放散水封;泄放背壓;單向逆止閥

1.引言

焦爐生產過程中需要使用回爐煤氣加熱炭化室。為使炭化室加熱均衡，需要每30分鐘交換換向一次。基于流體的“水錘效應”，每一次的煤氣換向操作，都會造成焦爐地下室回爐煤氣壓力波動劇烈。

焦爐煤氣管道末端放散水封是焦爐生產中常用的一種泄放水封（羅筱薇，祝建國，2017）[1]。其主要作用是在煤氣壓力劇增時通過放散系統高效地泄放減壓。焦爐換向操作造成的煤氣壓力頻繁波動及周期性持續沖擊，易造成煤氣管線泄漏，特別是煤氣末端放散水封缺水或是泄放背壓較高時，末端放散水封直接溢出煤氣的風險劇增。筆者工作的山西陽光焦化集團股份有限公司140萬焦爐地下室，就因水封泄漏煤氣而發生過著火事件。

2.為根除放散水封泄漏煤氣隱患的嘗試

2.1.方案一：封閉煤氣泄漏通道

為防止煤氣從滿流管處泄漏，將滿流管封閉。

2.2.方案二：使用補水箱解決水封室缺水問題

2.2.1.設置補水水箱思路及后續隱患

原設計加水口設置在水封頂部，無法完成自動補水操作，因此設置補水箱。補水箱與水封室箱體采用“連通器”設計。補水箱和水封室箱體相同，底部連通，根據生產需要設定水位高度。交換時，水封室的水封水被泄放背壓倒壓回補水箱時，此消彼長，兩者之間的水位高差可消減抵擋煤氣泄放背壓。交換結束，水封水從補水箱回流到水封室。

筆者在現場觀測發現以下問題：

設定水封水高度為500mm時，補水箱頂部容納空間360mm，當泄放背壓達到7.2千帕時，水封室水位下降360mm，補水箱水位上浮360mm已經到頂，若泄放背壓若再高時，水封室的水封水進一步下降，補水箱將滿溢，若泄放背壓超過12.2千帕（補水箱凈高度1220mm）時，水封室的水封水會全部被壓至補水箱，進而煤氣會突破補水箱液面從補水箱溢出，此時遇到火源就會引燃煤氣。水封水因滿溢、揮發或被放散的煤氣帶走消耗時，若不補充新水，水封水位會不斷降低，水封水位越低，煤氣突破補水箱液面所需要的泄放背壓就越低。例如水封水位距離底板減低至500mm時，交換時泄放背壓超過10千帕，水封室就將被排空，煤氣就會從補水箱再次大量溢出。

2.2.2.提高補水水箱承載力

為解決水封泄漏煤氣問題，140萬焦化將5#地下室煤氣水封的補水箱上沿加高，意圖減少水封水上浮滿溢時流失的現象，提高補水箱承載能力。

筆者對加高后的補水水箱進行觀測，實地測量后發現：水位上沿最低處為1330mm，仍以500mm水封水柱高度計算，即水封水位距離底板860mm情況下考量，當泄放背壓超過9.4千帕時（1330-860= 470mm）補水箱仍將滿溢，泄放背壓超過13.3千帕時煤氣仍會從補水箱溢出。未能從本質上解決補水箱泄漏煤氣這一關鍵難題。

2.3.使用浮球閥自動補水解決封水箱缺水問題

為解決水封缺水問題，曾設置浮球閥自動補水設施，但因為交換換向動作頻繁，浮球上下波動幅度較大，浮球閥故障率高。員工為防止水封缺水，常將補水箱保持滿水位操作，此種情況下，以5#地下室為例，水封水高度為1330-360=970mm，理論上煤氣壓力超過9.7千帕時才泄壓，對煤氣管線沖擊嚴重，且補水箱總是保持滿水位，水封室沒有煤氣溢出后脫水的空間，煤氣泄放時放散管中帶水較多，影響爐頂操作環境，且每次交換時補水箱都要大量溢流，浪費嚴重。即使是滿水位操作，當水封室泄放背壓突破13.3千帕時仍會泄漏，仍未能解決煤氣泄漏的痼疾。

3.在實踐中開拓思路創新方案

3.1.觀測總結末端放散水封運行規律

3.1.1.補水箱滿水位情況

上午9時，補水箱處于滿水位狀態（5#地下室末端放散水封處），即補水箱水位為1330mm。9：15交換開始，水封水從補水箱大量滿溢，放散煤氣的管道中也有大量水氣噴出。交換結束后水位僅剩730mm，有600mm落差。現場采用便攜式煤氣檢測儀檢測，未發出煤氣泄漏報警。

總結：此次交換，水封室背壓達12千帕，報警儀顯示煤氣沒有泄漏，經計算，交換時水封室仍有存水130mm（730-600=130mm），可以封閉水封室，，也印證此次交換時煤氣不可能溢出;此次交換，水封水消耗總計0.6*1.2*0.5=0.36t。

3.1.2.補水箱不補水情況

未補充新水，繼續觀測，隨后的幾次交換，補水箱水位在300--400mm之間起伏波動。說明這幾次交換，水封室泄放背壓僅有6-8千帕左右，水封室水封水沒有被排空。

下午13：30觀測，從上午到此時未補充新水，交換前補水箱水位為640mm，相比上午9：時的水封水位值，水封水經過近5小時9次交換的消耗后，水封水位回落下降90mm（單純考慮煤氣放散時帶走的水量的消耗）。13：45交換時測量，水位仍有300mm的上浮。說明此次交換時，水封室泄放背壓僅有6千帕左右，水封室仍有存水，不會泄漏煤氣。

與煤氣管道進口壓力監測曲線圖對比：13：45交換時煤氣壓力峰值為8.18千帕，水封室泄放背壓為6千帕，比煤氣管道壓力檢測點的壓力低2千帕左右。

總結：水封室泄放背壓比煤氣管道壓力檢測點的壓力低2千帕左右，說明末端放散水封泄放超高煤氣壓力的作用很明顯;水封水位越低，水封室頂部緩沖空間越大，越有利于煤氣泄放，且放散煤氣帶水量越小。

3.2.確定采用單向逆止閥

通過觀測分析，只要水封室留存有水封水，就可以防止煤氣泄漏。交換時泄放背壓會對水封室水封水產生較大反作用力，只要連通的管道不受控制，就一定會倒壓外排，滿流管、加水口已經封閉，與補水箱的連通管路不可能截斷。研究前人在此領域的探索，我發現‘蘭化公司化肥廠’曾在1983年使用擋板式設計解決水流問題，這給我們帶來思路上的啟發（竺煥華，1983）[2]。既要保證補水時管路暢通，又要防止水封水回流，在水封室與補水箱的連通管路上設置安裝一個單向逆止閥即可解決問題。

根據生產需要設定水封水位高度后，仍然采用浮球閥控制水位，末端放散水封泄放煤氣時會帶走消耗部分水封水，水封室液位下降時，即補水箱液位高于水封室有液位壓差時，單向閥開啟，向水封室補水，直到兩者之間水位平衡。煤氣壓力超過水封設定值時泄放外排減壓，但不論泄放背壓有多高，水封水再也不會被倒壓至補水箱外排，更不會影響浮球閥。終于解決末端放散水封因缺水而泄漏煤氣的難題。

結論：如此改進后，焦爐地下室煤氣管道末端放散水封已經沒有煤氣泄漏的風險。

4.結束語

改進前，每次交換時滿流的水封水為0.36t，日消耗達17.28t。改進后，減少了浪費，水封泄漏煤氣風險也完全消除。通過對此項問題改進過程的事后分析，我們認為，安全生產必須注重實踐，在作業現場作業運行過程中認真辨識風險，找準問題、開拓思路、積極實踐，在實踐中將技術手段和管理手段相結合，才能最大程度地提高安全生產的標準和效率。

參考文獻：

[1]羅筱薇， 祝建國. 一種水封型煤氣放散裝置[J]. 冶金動力， 2017（5）：3.

[2]竺煥華. 煤氣止逆安全水封的改造[J]. 化肥工業， 1983（02）