煤气水封的原理、应用形式及安装方式
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作者: 王湛
[摘 要]煤气水封被广泛应用在产生及使用煤气的工业企业中，本文对煤气水封的原理、应用形式、安装方式作了详细说明。
[关键词]煤气水封；原理；应用形式；安装方式
[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.15.173
1 煤气水封的原理
煤气水封的原理是利用水的静压力阻止煤气流动的装置，煤气水封的作用有三种：①用于煤气管道排出管道中积存的冷凝水；②用于煤气管道切断；③用于煤气逆止。
2 煤气水封的应用形式
煤气水封的应用形式包括如下三大类。
2.1 煤气管道冷凝水排水器
焦化厂产出的焦炉煤气、钢铁厂产出的高炉煤气、转炉煤气及煤制气装置产生的煤气中均含有较多的水，管道中的积水会增加管道支架荷重并减小管道的流通面积，影响煤气输送，因此需要及时排出管道中的积水，为使管道能随时排出积水且不泄漏煤气就需要使用煤气管道排水器。煤气管道送气前先将排水器中注满水，当看到排水器溢流水口有水连续排出时就证明排水器中已注满水，排水器可投入使用。煤气管道中的积水通过管道底部的垂直排水管道流入排水器，煤气也同时进入排水器，由于煤气压力低于排水器中水的静压力，煤气将被排水器中的水柱挡住，不能再向前流动，这就是所说的“水封”。煤气管道中的积水流入排水器后将通过溢流管道排出。根据《工业企业煤气安全规程》GB 6222―2005的规定排水器的水封高度需要至少大于煤气压力500mm H2O。
煤气排水器在使用时应注意两点：①排水器通入煤气前必须注满水，②为防止排水器缺水，需要给排水器连续补水。
为适应各种压力的煤气管道，排水器也分为低压及高压排水器，低压排水器为单级，高压排水器为多级，级是水柱的含义，多级就是多个水柱。只要多个水柱的累计高度大于煤气压力就能阻止煤气泄漏。煤气管道排水器广泛应用在冶金、焦化企业内，在选型正确及使用正确的情况下，排水器是很安全的。图1是一种立式高压单管排水器的剖视图。
图1 立式高压单管排水器剖视
2.2 煤气管道切断
煤气管道切断可以使用蝶阀、盲板阀或盲板，公称直径大于600mm的煤气需要使用电动蝶阀及电动盲板阀。由于钢铁企业内的煤气管道管径往往很大，很多超过2000mm，大直径煤气管道上的电动蝶阀和电动盲板阀价格很高，单个阀门的价格在十几万甚至几十万元，对企业是一笔很大的投资。而煤气管道的切断除了可以用阀门外还可以用水封。水封设备构造简单，用水作为切断介质，不使用电力，无动力消耗，因此水封切断设备具有安全可靠且投资低的优点。水封切断设备包括U形水封、三通水封阀、水封逆止阀等。以下列出几种典型的切断水封。
2.2.1 U形水封
U形水封广泛应用在钢铁企业内的煤气主管道上，U形水封往往应用在蝶阀的后面，注水后可实现可靠切断煤气。由于煤气管道正常通气时，U形水封的底部会积水，因而需要在底部安装一个排水器，用于排出煤气管道底部的积水。图2是一种U形水封的立面图。
图2 U形水封立面
2.2.2 三通水封阀
三通水封阀有左、中、右三个煤气管道接口，中间接口为进气管口，左右两个为出气管口，水封阀阀体分为左右两个独立的储水室，可分别注水切断左右两根煤气管道。图3是一种三通水封阀的立面图。
图3 三通水封阀立面
2.2.3 水封逆止阀
水封逆止阀目前被广泛应用在钢铁企业内转炉炼钢一次除尘风机房风机后回收煤气管道上，水封逆止阀阀体内注水后，通过月形阀板的旋转来控制煤气的流动。月形阀板靠气缸驱动，当月形阀板水平浸入水中后，为阀门关闭状态，阀前煤气不能过阀，阀后煤气不能返回阀前。当月形阀板垂直浸入水中后，为阀门打开状态，此时煤气可不受阻挡快速通过阀门。水封逆止阀相对电动盲板阀，结构简单，气缸驱动月形阀板开闭迅速，且适合频繁开闭。图4为水封逆止阀的立面图。
图4 水封逆止阀立面
2.2.4 收集冷凝水
由于水封切断设备安装在煤气管道的底部，在煤气流通不需要切断时可以收集煤气管道中的冷凝水，作为排水器使用，在需要切断时再注水用以切断煤气流动。图5为一种典型的水封切断排水器立面图。
图5 水封切断排水器立面
2.3 煤气逆止
煤气逆止的含义是让煤气单向流动，即通过水封阻止煤气反向流动。这种作用是阀门不能实现的。如煤气柜进出口水封。这种水封的煤气进气管的下部少量插入水槽中，而煤气出口管高于水槽液面。由于进气管插入水槽的深度低于煤气压力，这样煤气可以冲过水槽进入出气管，但出气管中的煤气受到水槽液面的阻隔不能进入进气管中，这样煤气只能单向流动，而不能反向流动，从而保证了进入煤气柜的煤气不能返回管道中。更加方便的是当提高水槽液面高度使得进气管插入水槽的深度大于煤气压力时煤气逆止水封又可作为煤气切断水封使用。当然根据《工业企业煤气安全规程》要求，煤气进气管插入水槽的深度要比煤气压力高500mm H2O。图6是一种气柜进出口水封。
图6 气柜进出口水封立面
3 煤气水封的安装方式
煤气水封的安装方式也是多种多样的，有放在地面上的，也有架空式及埋地式的。以下分别说明。
3.1 放在地面上
放在地面上的煤气排水器又分为立式和卧式，立式排水器见图1，图7为一种卧式排水器。
图7 卧式排水器立面
3.2 架空式
图8便是一种架空式的煤气排水器，此架空排水器放在四条腿的支架上，排水箱底高度约为2.5米，排水箱分为左右两部分。左部分是四级水封，右部分是储水箱，煤气管道中排出的水储存在储水箱中，储水箱下部侧壁上设有放水管，管上设切断闸阀，打开闸阀箱中的积水便可自动流入水车中，水车定期过来将积水运走。这种架空的煤气管道排水器特别适合于收集有毒排水，如焦炉煤气及发生炉煤气管道的排水都是有毒的。架空排水箱替代了地下混凝土结构的集水坑，不存在有毒水通过集水坑裂缝渗入地下的问题，因此非常安全环保。
图8 储水箱式煤气管道排水器
3.3 埋地式
图9是一种埋地式切断水封的立面图。煤气流通时，水封箱中不注水，煤气绕过固定在水封箱上部的挡板后去往下游，需要切断煤气时，通过进水管向水封箱中注水，当水没过埋地煤气管道底面时，停止注水，此时上游煤气已被水封切断；当水封箱中的水从抽水管抽出后，上游煤气又可以流向下游。
图9 埋地式切断水封立面
4 结 论
煤气水封具有结构简单、投资低、安全可靠的优点，本文列出了一些正在应用的煤气水封，通过分析说明，希望能够引导从事煤气水封设计、生产的单位及设计人员开发出更多形式的煤气水封，更加灵活地应用煤气水封，为煤气系统的安全生产及降低设备投资做出贡献。
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