智能煤气排水器在鞍钢的利用

胡少敏，吴丹，杨殿勇，赵双鹏，吕强，杨金海

（鞍钢股份有限公司能源管控中心，辽宁鞍山 114003）

前言

冶金企业副产煤气主要采用湿法净化工艺。煤气在管道输送过程中会随着温度降低，饱和蒸汽冷凝成水，同时由于湿法工艺会产生机械水。除此之外，焦炉煤气中还含有酚、萘、硫化氢等其他杂质，如这些杂质和冷凝水无法及时排出，会造成煤气管网压力波动，甚至会造成煤气管网塌落。煤气排水器用来将这些污物顺畅排出，确保煤气管网安全运行。目前鞍钢的煤气管道长度达到230 km，排水器有900多台，分布比较分散。虽然有专业人员组成专业检查组，但由于对煤气排水器安全技术管理知识不全面，以及巡检内容不规范，存在重大安全隐患。再加上排水器数量多，分布广，工作环境差，劳动强度大，用人工很难对每个排水器的隐患检查出来。随着物联网技术的不断发展，结合APP应用实现排水器智能化操作势在必行。

1 事故案例

2005年10月26日首钢煤气排水器击穿发生煤气泄漏，造成9人煤气中毒死亡。2006年6月10日首钢发生煤气排水器泄漏煤气，造成7人煤气中毒，其中2人死亡。2009年12月19日天津荣程集团唐山特钢煤气排水器发生煤气压力突然升高击穿排水器大量泄漏煤气，造成3人煤气中毒死亡。某钢铁企业2014、2018年先后发生煤气排水器水位不够造成的煤气泄漏造成2人中毒。

避免煤气排水器安全运行保障人身及生产设备安全，构建智能煤气排水器监控系统尤为重要。

2 智能化排水器

2.1 排水器介绍

排水器的工作原理是利用排水器中水封高度克服煤气压力，从而封住煤气，排出冷凝水。

排水器的基本结构如图1。

2.2 智能化排水器基本结构

智能化煤气排水器的主要功能是通过各处排水器监测信号通过云传输方式将数据传到计算机上，压力数据来判断排水器排水是否正常，温度数据来判断排水器的电热带工作是否正常，水位计数据判断排水器水封高度是否正常，液位计数据判断污水池水位高度。智能排水器主要设备安装见如图2。

图1 智能排水器的基本结构

图2 煤气排水器集中状态监控装置示意图

2.2.1 主要监测设备与用途

（1）数据采集控制箱：现场仪表的供电、采集信号的处理和发送、接收信号的执行等。

（2）温度测量仪：防止排水器温度过高或过低。过高会造成水分蒸发，过低会造成水结冰，引起排水器煤气泄漏。控制电伴热启停。远程检测报警。

（3）水位计：低水位或无水会造成煤气泄漏。远程检测报警。

（4）煤气压力表：当排水器煤气压力低于正常值时，有可能是进口管道堵塞，或是排水器煤气泄漏。远程检测报警。

（5）CO检测仪：当CO传感器检测到超过标准时,排水器煤气有可能泄漏。远程检测报警。

（6）电磁阀：当温度、水位、煤气压力、煤气泄漏有一个或多个条件异常报警时，远程控制（手动/自动）关闭进口管道电磁阀，并将开关状态远传到控制室。

（7）现场声光报警器：当温度、水位、煤气压力、煤气泄漏时（有一个或多个条件），控制室将信号远传给排水器，现场声光报警。

（8）现场声光提示器：当有外来人员进入时提醒：煤气区域，当心中毒，请尽快离开。

2.2.2 智能化排水器操作应用

（1）排水器的排尘管设有压力信号，对排尘管中的煤气压力进行数字实时传输。在主控计算机上，对压力设有二级报警信号。一级信号为该管网压力±2 000 Pa，如管网压力下降或者上升达到此范围时，计算机显示数值会变黄，同时发出预报警信号；二级信号为该管网压力±3 000 Pa，如管网压力下降或者上升达到此范围时，计算机显示数值会变红，计算机发出警报，提示压力异常，同时通过云端触发排尘管上面的电磁阀切断煤气，以防煤气窜出，发生煤气中毒事故。

（2）排水器低压侧安装水位计，对煤气排水器中的水位进行云端实时监测。以往水封高度不够，击穿煤气排水器，触发煤气大量泄漏，造成煤气中毒事故；在计算机上对水位计设有两级预警，一级是当低压侧水位低于溢流口处100 mm时，发出黄色数据提示；二级信号当低压侧水位低于溢流口200 mm时，发出红色警报，并触发电磁阀切断煤气。

（3）排水器安装温度计，将温度信号实时传输到计算机，同时温度设有三级信号。一级信号为排水器桶体温度达到20℃时，会触发电热带自动启停开关，进入到保温状态，电热带停止工作，节省冬季电量的损耗；二级信号，当温度低于10℃，触发电热带启停开关，电热带进入运行状态；三级信号，当温度低于5℃时，计算机会发出红色报警，并提示温度异常，需联系电气及相关人员查明原因。

（4）排尘管与排水器连接处设有CO声光报警仪，同时设有三个信号，CO浓度大于10×10－6会发出黄色预警；当CO浓度达到24×10－6时，会连续发出红色预警，同时触发电磁阀快速切断煤气，现场CO声光报器发出响亮的声音，提示周围人员迅速远离，当心煤气中毒。

（5）安装在污水池上方的液位计，当污水池中的污水达到离污水池满还有300 mm时，发出黄色预警，当污水池中的污水，达到离满流还有200 mm时，发出红色预警，提示需要抽水，当污水池中的污水，达到离满还有100 mm时，会发出刺耳的报警，并触发电磁阀切断煤气，以防污水外溢，带污水池的液位计，液位低于离满流500 mm时，电磁阀打开，排水器正常运行。

3 网络系统方案

因鞍钢煤气排水器比较分散，个别区域偏远，不适用光纤网络方案，根据不同区域的不同状况，分别采用有线（光缆）网络、5G网络两种方式共用，实现各区域煤气排水器的数据上传。

3.1 有线（光纤）网络系统

网络结构采用星型结构，具备联网功能的就地煤气排水器状态监控装置就近接入大集控系统的区域交换机，将数据上传至集控中心服务器。有线（光纤）网络结构如图3。

图3 有线（光纤）网络结构

有线网络拓扑（其他区域相似）各区域就近汇聚原则，对排水器分片、分区进行联网汇聚，最终形成区域汇聚，上传至能源网。

3.2 5G网络系统

煤气排水器就地智能状态监控系统采用数据5G网络或数据电台，将实时数据直接发送至能源集控中心数据服务器。5G网络结构如图4。

图4 5G网络结构

5G网络拓扑（各区域相似）针对位置偏远的煤气排水器进行5G网络或数据电台形式传输实时状态数据信息。

通过设备的联网组态，与HMI之间的通信，监测信息的实时上传和在线配置功能；通过温度，压力，液位变送器对煤气排水器的状态进行检测、数据上传和报警，并远传于特定手机提示报警。通过手机安装APP可以随时查看各项数据。手机界面如图5。

4 智能排水器优点

目前鞍钢运行的智能煤气排水器监控系统有如下优点。

（1）能协助巡检人员找出正在运行的故障报警排水器并停止其运行，避免煤气泄漏等事故发生。

（2）可以根据定期上传的排水器的各项参数打印报表，使工艺人员了解排水器状态并能提早发现问题。

（3）温度自动控制功能可以在冬季对管道保温进行温度控制，避免了电能的浪费。

图5 手机界面

5 结语

煤气管网压力波动较大时，最大压力有时超出煤气排水器自身设计极限值，或是，由于排水器补水不及时、主体内部隔板泄漏、内部工作管锈蚀漏洞(导致水封高度降低)等原因容易导致煤气泄漏。煤气泄漏极易引发煤气着火、爆炸、中毒等恶性安全事故的发生。应用智能排水器提高了系统的安全性，同时智能排水器使用后大大降低了用工成本，以及冬季电保温的成本。