李东培

摘 要：焦炉地下室回炉煤气管道末端设置有放散水封。这种装置虽然属于被动应对，但因简单有效而被广泛采用。不过，原设计的末端放散水封在生产运行中也暴露出一个严重的问题，即当遇到煤气压力及流量有较大波动时，水封室的水封水会因泄放背压大而被倒压排放，此时，泄露煤气的风险剧增。笔者多次到生产现场观测末端放散水封，并指导一线员工采取了一系列的尝试，最终找到了解决的办法：设置单向逆止阀，排除煤气泄漏这一重大安全隐患。特将此成果展示，方便兄弟企业借鉴，彻底杜绝因煤气放散水封而造成的安全事故。

关键词：煤气放散水封;泄放背压;单向逆止阀

1.引言

焦炉生产过程中需要使用回炉煤气加热炭化室。为使炭化室加热均衡，需要每30分钟交换换向一次。基于流体的“水锤效应”，每一次的煤气换向操作，都会造成焦炉地下室回炉煤气压力波动剧烈。

焦炉煤气管道末端放散水封是焦炉生产中常用的一种泄放水封（罗筱薇，祝建国，2017）[1]。其主要作用是在煤气压力剧增时通过放散系统高效地泄放减压。焦炉换向操作造成的煤气压力频繁波动及周期性持续冲击，易造成煤气管线泄漏，特别是煤气末端放散水封缺水或是泄放背压较高时，末端放散水封直接溢出煤气的风险剧增。笔者工作的山西阳光焦化集团股份有限公司140万焦炉地下室，就因水封泄漏煤气而发生过着火事件。

2.为根除放散水封泄漏煤气隐患的尝试

2.1.方案一：封闭煤气泄漏通道

为防止煤气从满流管处泄漏，将满流管封闭。

2.2.方案二：使用补水箱解决水封室缺水问题

2.2.1.设置补水水箱思路及后续隐患

原设计加水口设置在水封顶部，无法完成自动补水操作，因此设置补水箱。补水箱与水封室箱体采用“连通器”设计。补水箱和水封室箱体相同，底部连通，根据生产需要设定水位高度。交换时，水封室的水封水被泄放背压倒压回补水箱时，此消彼长，两者之间的水位高差可消减抵挡煤气泄放背压。交换结束，水封水从补水箱回流到水封室。

笔者在现场观测发现以下问题：

设定水封水高度为500mm时，补水箱顶部容纳空间360mm，当泄放背压达到7.2千帕时，水封室水位下降360mm，补水箱水位上浮360mm已经到顶，若泄放背压若再高时，水封室的水封水进一步下降，补水箱将满溢，若泄放背压超过12.2千帕（补水箱净高度1220mm）时，水封室的水封水会全部被压至补水箱，进而煤气会突破补水箱液面从补水箱溢出，此时遇到火源就会引燃煤气。水封水因满溢、挥发或被放散的煤气带走消耗时，若不补充新水，水封水位会不断降低，水封水位越低，煤气突破补水箱液面所需要的泄放背压就越低。例如水封水位距离底板减低至500mm时，交换时泄放背压超过10千帕，水封室就将被排空，煤气就会从补水箱再次大量溢出。

2.2.2.提高补水水箱承载力

为解决水封泄漏煤气问题，140万焦化将5#地下室煤气水封的补水箱上沿加高，意图减少水封水上浮满溢时流失的现象，提高补水箱承载能力。

笔者对加高后的补水水箱进行观测，实地测量后发现：水位上沿最低处为1330mm，仍以500mm水封水柱高度计算，即水封水位距离底板860mm情况下考量，当泄放背压超过9.4千帕时（1330-860= 470mm）补水箱仍将满溢，泄放背压超过13.3千帕时煤气仍会从补水箱溢出。未能从本质上解决补水箱泄漏煤气这一关键难题。

2.3.使用浮球阀自动补水解决封水箱缺水问题

为解决水封缺水问题，曾设置浮球阀自动补水设施，但因为交换换向动作频繁，浮球上下波动幅度较大，浮球阀故障率高。员工为防止水封缺水，常将补水箱保持满水位操作，此种情况下，以5#地下室为例，水封水高度为1330-360=970mm，理论上煤气压力超过9.7千帕时才泄压，对煤气管线冲击严重，且补水箱总是保持满水位，水封室没有煤气溢出后脱水的空间，煤气泄放时放散管中带水较多，影响炉顶操作环境，且每次交换时补水箱都要大量溢流，浪费严重。即使是满水位操作，当水封室泄放背压突破13.3千帕时仍会泄漏，仍未能解决煤气泄漏的痼疾。

3.在实践中开拓思路创新方案

3.1.观测总结末端放散水封运行规律

3.1.1.补水箱满水位情况

上午9时，补水箱处于满水位状态（5#地下室末端放散水封处），即补水箱水位为1330mm。9：15交换开始，水封水从补水箱大量满溢，放散煤气的管道中也有大量水气喷出。交换结束后水位仅剩730mm，有600mm落差。现场采用便携式煤气检测仪检测，未发出煤气泄漏报警。

总结：此次交换，水封室背压达12千帕，报警仪显示煤气没有泄漏，经计算，交换时水封室仍有存水130mm（730-600=130mm），可以封闭水封室，，也印证此次交换时煤气不可能溢出;此次交换，水封水消耗总计0.6*1.2*0.5=0.36t。

3.1.2.补水箱不补水情况

未补充新水，继续观测，随后的几次交换，补水箱水位在300--400mm之间起伏波动。说明这几次交换，水封室泄放背压仅有6-8千帕左右，水封室水封水没有被排空。

下午13：30观测，从上午到此时未补充新水，交换前补水箱水位为640mm，相比上午9：时的水封水位值，水封水经过近5小时9次交换的消耗后，水封水位回落下降90mm（单纯考虑煤气放散时带走的水量的消耗）。13：45交换时测量，水位仍有300mm的上浮。说明此次交换时，水封室泄放背压仅有6千帕左右，水封室仍有存水，不会泄漏煤气。

与煤气管道进口压力监测曲线图对比：13：45交换时煤气压力峰值为8.18千帕，水封室泄放背壓为6千帕，比煤气管道压力检测点的压力低2千帕左右。

总结：水封室泄放背压比煤气管道压力检测点的压力低2千帕左右，说明末端放散水封泄放超高煤气压力的作用很明显;水封水位越低，水封室顶部缓冲空间越大，越有利于煤气泄放，且放散煤气带水量越小。

3.2.确定采用单向逆止阀

通过观测分析，只要水封室留存有水封水，就可以防止煤气泄漏。交换时泄放背压会对水封室水封水产生较大反作用力，只要连通的管道不受控制，就一定会倒压外排，满流管、加水口已经封闭，与补水箱的连通管路不可能截断。研究前人在此领域的探索，我发现‘兰化公司化肥厂’曾在1983年使用挡板式设计解决水流问题，这给我们带来思路上的启发（竺焕华，1983）[2]。既要保证补水时管路畅通，又要防止水封水回流，在水封室与补水箱的连通管路上设置安装一个单向逆止阀即可解决问题。

根据生产需要设定水封水位高度后，仍然采用浮球阀控制水位，末端放散水封泄放煤气时会带走消耗部分水封水，水封室液位下降时，即补水箱液位高于水封室有液位压差时，单向阀开启，向水封室补水，直到两者之间水位平衡。煤气压力超过水封设定值时泄放外排减压，但不论泄放背压有多高，水封水再也不会被倒压至补水箱外排，更不会影响浮球阀。终于解决末端放散水封因缺水而泄漏煤气的难题。

结论：如此改进后，焦炉地下室煤气管道末端放散水封已经没有煤气泄漏的风险。

4.结束语

改进前，每次交换时满流的水封水为0.36t，日消耗达17.28t。改进后，减少了浪费，水封泄漏煤气风险也完全消除。通过对此项问题改进过程的事后分析，我们认为，安全生产必须注重实践，在作业现场作业运行过程中认真辨识风险，找准问题、开拓思路、积极实践，在实践中将技术手段和管理手段相结合，才能最大程度地提高安全生产的标准和效率。

参考文献：

[1]罗筱薇， 祝建国. 一种水封型煤气放散装置[J]. 冶金动力， 2017（5）：3.

[2]竺焕华. 煤气止逆安全水封的改造[J]. 化肥工业， 1983（02）