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潘 丽，刘国伟
（首钢长治钢铁有限公司，山西 长治 046031）
高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气作为钢铁企业重要的二次能源，是钢铁冶炼的重要热能燃料。因煤气产生过程温度较高，煤气中含有大量水分，随着温度的降低，在管道输送过程中会产生大量的冷凝水，煤气冷凝水如不及时排出，将导致煤气输送管道的损坏，煤气管道内水位较高时，在管道内易形成水气混合，造成煤气管道压力波动，影响煤气正常输送，导致煤气燃烧设备工作不正常，甚至危及人身安全[1]。煤气排水器在煤气管网中的作用是连续不断地排出管道内的机械水和冷凝水，排水器在水封高度正常的情况下是不能排出煤气的，因此，排水器是保证管道畅通的一种必要安全附属设施。
长钢厂区煤气主管道长度约50 km，沿途布设煤气排水器128台。使用传统煤气排水器，存在巡检工作量大、运行风险高的问题，为提高管网运行安全性、稳定性，逐步将其更换为智能煤气排水器。智能排水器的应用，有效提升了智能化管理水平和管网的运行能力。
煤气排水器根据煤气压力需求，分为多个水封室，水封室相互连通，水封室注满水时产生的压力大于煤气管道运行压力，随着煤气管道中冷凝水的不断产生，冷凝水经由落水管道流入煤气排水器，由溢流口将冷凝水排出。煤气排水器可在保证煤气不泄露的情况下，连续不断地排出管道内的机械水和冷凝水，是保证工业煤气系统安全运行的重要设备。
1.1 水封被击穿
煤气排水器主要是依靠水封高度密封煤气，一旦水封被击穿，将会发生煤气泄漏事故，影响生产正常用气，危及周围职工生命安全。近年来，由于水封被击穿造成人员煤气中毒的事故不胜枚举。煤气水封被击穿主要由煤气压力波动和排水器缺水造成。一是煤气管道瞬时运行压力大于排水器水封压力时，排水器里的水会受煤气压力推动而排出，排水器的水封高度不能封闭煤气，导致大量煤气泄漏。二是由于煤气管道冷凝水量少，不能补充排水器内的蒸发水量，导致排水器水封高度下降，且煤气压力大于水封压力，造成煤气泄漏，如不能及时关闭排水器或补充水，都将造成事故。
1.2 排水器堵塞
煤气中含有粉尘、焦油等杂质，长期运行过程中随煤气冷凝水排入煤气排水器，可能造成排水器不能正常工作，冷凝水大量聚集在管道里，造成煤气管道压力波动，影响正常用气。排水器是否堵塞主要靠人工开启落水管道上的观测阀门来观察是否有水排出，以此判断堵塞情况，以及是否存在煤气泄漏的风险及安全隐患。
1.3 冬季保温易造成能源浪费
北方地区冬季气温较低，为保证煤气排水器里的水不冻，需在排水器外用蒸汽保温。蒸汽汽量小时，蒸汽管道里的蒸汽会凝结成水，不能保证保温效果。甚至排水器内冷凝水结冰膨胀，煤气排水器破裂，造成煤气泄漏。蒸汽伴热时不能准确控制伴热温度，蒸汽管道无法直接接入水封室，存在蒸汽与煤气窜漏的风险。为保证保温效果，一般需敞口排放蒸汽，造成了蒸汽浪费。
1.4 巡检工作量大
为保证排水器正常运行，动力厂每8 h安排巡检一次，且需人工做好记录。因检查落水管是否通畅时，需打开落水管上的试验管旋塞，这就可能存在水汽同时喷出的现象，风向不对时，可能造成煤气中毒，因此巡检过程存在安全风险。
此外，长钢动力厂区煤气主管道长度约50 km，沿途排水器有128台。巡检时需检查排水器溢流口是否有溢流水，看试验管是否有积水，检查排水器筒体、闸阀、法兰接口、落水管、排污管、试验管等是否有漏水、漏气现象，检查排水器溢流水至积水坑的溢流管是否畅通，积水坑水是否外溢，检查排水器底部基础是否下沉，排水器有无被碰撞现象，检查排水器责任牌、警示牌、封闭护栏门是否完好。巡检过程消耗大量人力，容易造成巡检不到位，偏远区域排水器漏检等问题，存在安全隐患。
2.1 安防系统
该系统由监控系统、预警系统和防护系统三部分组成，通过物联网监控平台实现实时监控、故障告警和在线处理等功能。设置有制造商平台，公司级平台、厂级平台、作业区四级监控平台，同时对该区域内排水器进行监控，在源头上避免事故的发生。排水器发生故障时，根据不同的处理职责设置报警权限[2]。在作业区对所有排水器进行监控，当排水器发生故障报警后，作业区需在30 min内对故障进行处理，处理完毕后监控页面恢复正常。如该作业区在30 min内未对故障进行处理，厂级监控有权通知作业区进行处理。如厂级及作业区在60 min内未对故障进行处理，公司级监控有权通知厂级进行处理。
2.2 网格化页面
网格化页面能够根据区域图显示出全部排水器，并根据公司排水器分布情况，绘制网格化布置图，直观形象地查看排水器所处的位置，便于巡检及定位，出现问题时能第一时间到达现场进行处理，同时有利于在人员更换时，最短时间内掌握排水器的布置情况。煤气柜区排水器布置图，如图1所示。
图1 煤气柜区排水器布置图
2.3 报警系统
利用物联网平台对排水器内的水位、压力、温度进行物联网实时监控，并在设备配置里进行报警规则设置和告警规则设置。水封水位分三级设置报警值，可有效预防由于缺水造成的水封被击穿问题。
智能排水器安装有防泄漏装置，内置磁感器，当排水器超压或亏水时，防泄漏装置进行保护性封闭，磁感器动作，在排水器现场发出声光电报警，同时将信号通过云平台传输到监控电脑，超压封闭报警有效防止因水封击穿、缺水、堵塞等原因造成的煤气泄漏，提升煤气安全运行水平。CO报警装置可在煤气泄漏时第一时间切断管道，防止造成煤气中毒等安全事故。
冬季将保温装置改为电伴热，当温度低于某一数值时，伴热带加热，当温度高于某一数值时，伴热带停止加热。开启伴热带的数值可自行设置。采用电伴热，有效节约了蒸汽用量，同时减少了因蒸汽泄漏对环境造成影响的可能性。温度联锁控制系统可设置电伴热启动温度，进一步节约了能源消耗，保证了排水器的安全稳定运行。
排水器设有气体排空装置，在排水器加水时可以彻底排空排水器内部的空气，防止其内部产生气阻现象。排水器设有排污口，当排水器工作在比较脏的环境下时，该系统可以根据使用情况对排水器进行排污处理，保证排水器工作的可靠性。
对排水器的压力、水位、温度等数据进行采集，利用物联网云数据平台进行转化、分析、传输，排水器的压力、水位、温度、CO监控传感器通过物联网平台传输到使用终端，对排水器进行实时监控，各项数据一目了然，增强了排水器运行的可靠性。排水器安装有煤气快切阀，发生故障时，可通过物联网进行远程关闭和开启操作，增强排水器安全可靠性。
2.4 巡检系统
系统设置巡检按钮，巡检人员必须按规定到现场确定巡检按钮，避免因巡检不到位造成漏检，同时可根据巡检情况及时消除现场问题。
2.5 追溯期记录
防煤气泄漏、超压保护、泄漏保护、超压报警，泄漏报警、远程物联网监控（含压力、水位、温度、报警、CO、巡检）的巡检记录功能追溯期在一年以上，可对设备运行情况进行分析，为优化设备管理提供有力的数据支持。
自智能排水器投用以来，有效减少了能源消耗，预计可减少蒸汽用量4 t/h。由于煤气排水器逐步实现了网络化、数据化、远程管理，对设备的维护更加有据可依、有的放矢，巡检工作更加规范，有记录可查，提升了设备管理的先进性。对煤气系统的安全运行起着巨大作用，全方位的数据指标监控可减少职工巡检时发生风险的可能性，降低了事故发生的几率。同时可通过专属软件，随时了解排水器使用情况，不分时间地点，不管休假还是上班，设备的安全使用尽在掌握中。
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