[摘要]水封罐主要運(yùn)用水封產(chǎn)生的壓力使火炬管網(wǎng)中保持一定的微正壓，以防空氣竄入火炬管網(wǎng)，其主要作用是將火炬系統(tǒng)與水封罐的上游管道及生產(chǎn)裝置有效隔離開。文章闡述了水封罐的設(shè)計(jì)原則及水封高度的控制要求，結(jié)合煤化工生產(chǎn)實(shí)際中上游裝置排放氣時(shí)會(huì)帶入大量的煤粉，導(dǎo)致火炬水封罐及其附件堵塞的問題，提出了火炬水封罐液位計(jì)、補(bǔ)水線、泄水線等附件的部分改造建議，為煤化工火炬水封罐設(shè)置提供參考。
??????? [關(guān)鍵字]煤化工；火炬水封罐；液位計(jì)；補(bǔ)水線；泄水線
??????? Running Problems of Water-sealed Drum in Coal Chemical Flare System and The? Solution
??????? DU huan-zong, GAN xue-chao,GUO xue-mei,LI zhi-peng
??????? (China shenghua Xin jiang Co.,Ltd,The utility center,Xinjiang 830019)
??????? Abstract：The water-sealed drum is mainly utilized to keep a constent pressure in flare pipes, avoiding ingress of air.? The major use is to effectly isolate the upstream pipes from the flare system.? The article illustrates the design principles and control requirements of the water-seal height. As in chemical production of Shenhua Baotou coal chemical Ltd., the discharging gas from upstream devices will carry lots of coal particles, which will plug the drum and other accessories in flare system, some partial advices have been given towards the setting of the level gauge, water supplement line, sluice valve, providing the reference for the setting of the water-sealed drum.
??????? Key words：The water-sealed drum；Coal Chemica liquid level meter ；refill line ；Discharge lineDischarge line
??????? 水封罐主要運(yùn)用水封產(chǎn)生的壓力使火炬管網(wǎng)中保持一定的微正壓，防止空氣竄入火炬管網(wǎng)，它是防回火安全設(shè)備，其主要作用是將火炬系統(tǒng)與水封罐的上游管道及生產(chǎn)裝置有效隔離開。由于煤化工采用煤為原料，進(jìn)而火炬氣中往往含有煤粉，隨著時(shí)間的積聚，對(duì)火炬水封罐的安全操作、設(shè)備運(yùn)行帶來了很大的隱患。如何合理的解決這些問題，是水封罐安全運(yùn)行的重要保證。
??????? 1. 水封罐設(shè)計(jì)原則
??????? 水封罐分為立式和臥式兩種。煤化工火炬系統(tǒng)主要采用臥式帶擋液板的水封罐。擋液板開孔，防止液位波動(dòng)過大，根據(jù)液位計(jì)能正確觀察液位變化。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1-2]的要求水封罐設(shè)計(jì)應(yīng)能分離氣體中直徑300um-600um的液滴；帶擋液板的臥式水封罐的直徑不宜小于3m；帶擋液板的臥式水封罐的分液端不考慮存液，擋液板頂端應(yīng)高出最高水位200mm。它的附件主要設(shè)置有人孔、進(jìn)出氣管、進(jìn)水管、液面控制排液管、排水管等。為了安全起見，水封罐應(yīng)該設(shè)有足夠大空間，保證發(fā)生回火爆炸事故時(shí)不被破壞。此外壓力波動(dòng)會(huì)引起水封罐振動(dòng)，造成連接部位破壞與泄露，因此水封罐應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。由于北方冬季溫度低的特點(diǎn)，水封罐應(yīng)設(shè)置內(nèi)部蒸汽伴熱，蒸發(fā)水封內(nèi)易揮發(fā)組分（輕烴類），外部罐體及管線采用外盤管伴熱。綜合考慮以上因素，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，合理的設(shè)計(jì)水封罐的結(jié)構(gòu)、尺寸、附件等，可保證設(shè)計(jì)的完整性。
??????? 2. 水封罐水封高度的控制
??????? 水封罐的水封需保持一定的高度要求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的要求“水封罐內(nèi)有效水封水量滿足水封罐入口管道3m水量”。在實(shí)際操作中水封高度還與氣體的種類、火炬筒體的高度、環(huán)境溫度有關(guān)[3]。一般富氫火炬水封高度高于重?zé)N火炬水封高度；火炬筒體越高，要求水封高度也相應(yīng)增加，以保證火炬氣沖破水封進(jìn)入火炬燃燒；冬季溫度低，要求水封高度高，夏季可適當(dāng)減少水封高度。水封高度過高易導(dǎo)致裝置憋壓，最大排放量時(shí)背壓值最小裝置不能順利排放。水封高度過低容易引起火炬的回火爆炸事故以及燜燒現(xiàn)象。由于裝置火炬氣的排放的間斷性、不穩(wěn)定性，造成火炬氣管網(wǎng)壓力的波動(dòng)。針對(duì)壓力的波動(dòng)，及時(shí)調(diào)節(jié)水封罐的液位以保證火炬氣安全排放和火炬氣的火焰穩(wěn)定。
??????? 3. 水封罐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及其附件的改造建議
??????? 3.1 液位計(jì)堵塞
??????? 神華包頭煤化工火炬裝置高壓富氫和低壓富氫水封罐液位計(jì)采用雙表指示。遠(yuǎn)傳液位指示采用壓差液位計(jì)，現(xiàn)場液位指示采用磁翻板液位計(jì)。由于上游氣化裝置開停車頻繁，氣化爐開車周期在1-3個(gè)月，在開停車期間會(huì)向下游裝置及火炬排放大量氣體，導(dǎo)致火炬管線內(nèi)壓力不穩(wěn)定，很可能導(dǎo)致回火事故的發(fā)生。水封罐安全運(yùn)行的核心在于水封罐內(nèi)的水位，因此水封罐液位指示的準(zhǔn)確性是水封罐的重要工藝參數(shù)。
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??????? 圖3.1磁翻板煤粉堵塞
??????? 氣化裝置在開停工期間會(huì)向火炬裝置排放大量的放空氣，大量的煤粉伴隨放空氣進(jìn)入水封罐內(nèi)，在水封罐內(nèi)沉淀，堵塞就地指示液位計(jì)的入口，導(dǎo)致液位計(jì)失靈。神華包頭煤化工火炬裝置高壓富氫和低壓富氫水封罐就地指示液位計(jì)采用磁翻板液位計(jì)，當(dāng)煤粉在水封罐內(nèi)沉淀時(shí)，也進(jìn)入到磁翻板液位計(jì)，煤粉在入口處大量堆積，最終使磁翻板液位計(jì)堵塞無法使用。壓差液位計(jì)對(duì)煤粉的敏感度相對(duì)較小，目前能正常運(yùn)行，由于水封罐內(nèi)有大量煤粉，隨時(shí)有壓差液位計(jì)測(cè)壓處煤粉堵塞，壓差液位計(jì)出現(xiàn)故障的情況。當(dāng)現(xiàn)場液位計(jì)已無法使用時(shí)，高壓富氫和低壓富氫水封罐液位計(jì)只能單表指示，液位無法對(duì)比參考。操作人員無法判斷壓差液位計(jì)是否指示真實(shí)。特別是水封罐液位低于工藝指標(biāo)時(shí)，壓差液位計(jì)故障，指示高液位，操作人員未及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水，導(dǎo)致水封罐沒有水封作用。同時(shí)火炬系統(tǒng)排放頻繁時(shí)，會(huì)形成負(fù)壓，由于水封罐未及時(shí)補(bǔ)水，水封罐失效，未能起到有效的隔離作用，使火炬系統(tǒng)發(fā)生回火爆炸事故。
??????? 因此，在煤化工火炬系統(tǒng)高壓富氫和低壓富氫水封罐液位計(jì)不能選用磁翻板液位計(jì)。為保證水封罐的安全運(yùn)行，需對(duì)磁翻板液位計(jì)進(jìn)行更換，以保證雙表準(zhǔn)確指示，進(jìn)行比較，幫助操作人員及時(shí)準(zhǔn)確判斷水封罐液位，發(fā)現(xiàn)水封罐液位超出工藝指標(biāo)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行操作調(diào)整，確保水封罐的安全運(yùn)行。為了使水封罐內(nèi)煤粉對(duì)液位計(jì)不能形成干擾，指示準(zhǔn)確，可選擇非接觸式雷達(dá)液位計(jì)以代替磁翻板液位計(jì)。
??????? 3.1.1 雷達(dá)液位計(jì)基本原理
??????? 雷達(dá)液位計(jì)天線發(fā)射極窄的微波脈沖，這個(gè)脈沖以光速在空間傳播，碰到被測(cè)界面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收器接收，發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。
??????? 3.1.2 雷達(dá)液位計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
??????? 雷達(dá)液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：雷達(dá)液位計(jì)在惡劣條件工作適用范圍廣，幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。包括有毒的，腐蝕性介質(zhì)，固體、液體，粉塵性、漿狀介質(zhì)，都可以進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量連續(xù)準(zhǔn)確,無須維修，可行性強(qiáng),維護(hù)方便，操作簡單。非接觸測(cè)量，不受溫度、壓力、氣體等的影響。
??????? 雷達(dá)液位計(jì)缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴。如果天線本身不慎沾上介質(zhì)會(huì)報(bào)錯(cuò)。如有結(jié)晶結(jié)冰現(xiàn)象會(huì)報(bào)錯(cuò)，需加熱保溫處理，并清理天線。
??????? 3.1.3 安裝注意事項(xiàng)
??????? (1)?安裝時(shí)應(yīng)盡可能避開罐內(nèi)設(shè)施，如人梯、支架等。
??????? (2)?最高液位不得進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)，儀表距管壁必須保持一定的距離，儀表的安裝盡可能使天線發(fā)射方向與被測(cè)介質(zhì)表面垂直。
??????? (3)?安裝時(shí)儀表與側(cè)壁的距離不低于500mm。如果不能保持距離，管壁上黏附的介質(zhì)會(huì)造成虛假回波，造成測(cè)量誤差。
??????? 3.1.4 雷達(dá)液位計(jì)安裝位置
??????? 為了防止介質(zhì)對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的干擾，雷達(dá)液位計(jì)安裝在水封罐頂部中間位置，在安裝雷達(dá)液位計(jì)時(shí)，為了方便雷達(dá)液位計(jì)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行維修和更換，在水封罐連接處加裝閥門。
??????? 3.2 補(bǔ)水線管口堵塞
??????? 煤粉大量沉積于水封罐底部容易造成補(bǔ)水線管口堵塞，當(dāng)水封罐液位低于工藝指標(biāo)時(shí)無法對(duì)水封罐補(bǔ)水，則當(dāng)不正常工況下火炬氣大量排放時(shí)，易造成回火爆炸或者火炬頭燜燒現(xiàn)象。
??????? 為解決補(bǔ)水線管口堵塞的問題，可以通過在一定程度上加大補(bǔ)水管線的直徑，并且在補(bǔ)水線伸入水封罐內(nèi)部一定高度的情況下設(shè)置倒U型的結(jié)構(gòu)，從而防止煤粉堵住補(bǔ)水管線，保證補(bǔ)水管線的正常補(bǔ)水。同時(shí)在補(bǔ)水管線上加裝流量計(jì)，從而可通過流量計(jì)的指示清晰地判斷補(bǔ)水的情況，便于安全操作。
??????? 3.3 泄水線U型彎堵塞
??????? 煤粉大量沉積于水封罐底部容易造成U型彎管線堵塞，另外因水封罐液位上漂浮有浮油，在排放過程中浮油易在U型彎頂部聚集從而堵塞管道。當(dāng)水封罐液位超過工藝指標(biāo)上限時(shí)，不能進(jìn)行大量的排水，甚至完全無法排水，最終對(duì)上游裝置造成憋壓，使生產(chǎn)裝置大面積停工，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。
??????? 為了解決煤粉或者浮油引起的U型彎堵塞的情況，同時(shí)結(jié)合水封罐排水時(shí)不排氣，防止有毒氣體逸出的安全原則，在水封罐底部設(shè)置兩臺(tái)離心泵代替U型彎，泵一開一備，配事故電源，滿足各種工況下排液，液位聯(lián)鎖自動(dòng)控制泵的啟停。為防止煤粉進(jìn)入機(jī)泵，在泵的前端設(shè)置過濾器，定期清理里面的雜物，防止進(jìn)料管線堵塞而引起泵的異常情況。
??????? 3.4 火炬筒體積液
??????? 當(dāng)裝置因火災(zāi)、操作故障、動(dòng)力故障等非正常工況下排氣時(shí)，火炬管網(wǎng)壓力劇增，水封罐液位調(diào)節(jié)閥門不能及時(shí)調(diào)節(jié)液位高度時(shí)，火炬氣短時(shí)間內(nèi)沖破水封，并且大量帶液進(jìn)入火炬筒體，液體堵塞筒體，減少了氣體的通截面，對(duì)火焰的穩(wěn)定性造成影響。嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致火雨現(xiàn)象。
??????? 針對(duì)不正常工況下排氣量瞬時(shí)增大且?guī)б喝胪搀w的問題，在火炬筒體底部設(shè)置排液管與水封罐底部相連，通過控制排液管上閥門開度使火炬筒體底部積液利用重力作用重新排入水封罐，使水封罐水封高度得以重新建立，有效地保證了水封的高度和火炬氣燃燒的穩(wěn)定性，防止火雨現(xiàn)象的發(fā)生。因火炬氣在事故排放結(jié)束時(shí)，水封罐內(nèi)壓力接近于常壓，此時(shí)最容易出現(xiàn)回火爆炸事故，所以也在火炬支管起點(diǎn)、總管起點(diǎn)、分液罐后、火炬筒體底部設(shè)置了吹掃氣（氮?dú)猓谂欧沤咏Y(jié)束時(shí)，補(bǔ)充吹掃氣進(jìn)火炬管路，使整個(gè)火炬系統(tǒng)保持一定的微正壓，保證了系統(tǒng)的安全性。
??????? 3.5 改造前水封罐及其附件示意圖
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??????? 3.6 改造后水封罐及其附件示意圖
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??????? 4. 結(jié)語
??????? 火炬水封罐作為重要的火炬系統(tǒng)防回火設(shè)施，安全運(yùn)行與否關(guān)系到整個(gè)火炬系統(tǒng)，通過對(duì)水封罐的設(shè)計(jì)原則及水封高度的控制要求的介紹，結(jié)合煤化工生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)的問題，提出以下幾點(diǎn)建議：
??????? (1)?針對(duì)磁翻板液位計(jì)的失靈問題，現(xiàn)場更換為雷達(dá)液位計(jì)；
??????? (2)?補(bǔ)水線堵塞問題，現(xiàn)場在補(bǔ)水線閥前加裝流量計(jì)，補(bǔ)水線入罐口增加倒U型彎結(jié)構(gòu)；
??????? (3)?泄水線堵塞問題，現(xiàn)場用離心泵代替泄水U型彎，泵進(jìn)口處加裝過濾器；
??????? (4)?火炬筒體存液問題，在火炬筒體至水封罐之間增加跨線。
??????? 參考文獻(xiàn)
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