一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于管道布置及应力分析技术领域，特别涉及一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置及控制方法。
背景技术
在煤化工领域中，煤气化装置气化炉产生的水煤气，经分离器重力分离、洗气塔洗涤降温除尘后，作为原料气用于制造各种煤化工产品。然而，未经重力分离的水煤气，含水量大，为气、液、固三相，具有很强的磨蚀性及腐蚀性，气化炉与水煤气分离器连接管道如采用自然补偿方式，存在问题有：（1）受管径大、温度和压力高等特点影响，管道布置空间受限，很难实施；（2）受介质特性影响，柔性弯头局部磨蚀严重，存在安全隐患。因此，两设备间采用同标高管道直连，在水煤气分离器设备本体上设置弹性支撑来释放因两管口处不协调变形位移，是解决上述问题的优选方案。
然而，由于水煤气分离器在操作过程中内部物料重量变化幅度较大，不能稳定的对水煤气分离器进行弹性支撑，并不能使直连管道的管口荷载在安全合理的范围内，成为了该煤气化装置安全运行需解决的技术问题。
因此，发明一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置及控制方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置，包括气化炉和水煤气分离器，所述气化炉与所述水煤气分离器之间设置有直连管道，所述气化炉与所述水煤气分离器通过所述直连管道连通；
所述水煤气分离器一侧设置有液位指示报警器，所述液位指示报警器的输出端设置有液位调节阀，所述液位调节阀的旁路设置有遥控调节阀；
所述水煤气分离器周向均布设有弹性支架，所述弹性支架通过与所述水煤气分离器固定连接的支耳底部支撑；
所述水煤气分离器底端设置有液位开关阀，所述液位开关阀与所述液位指示报警器联锁；
所述支耳顶部设置有黑水溢流开关阀，所述液位指示报警器、液位调节阀、遥控调节阀、液位开关阀和黑水溢流开关阀均与所述水煤气分离器连通；
所述弹性支架内部设置有四组定位装置，每组所述定位装置包括第一限位螺母、第二限位螺母、第三限位螺母、第四限位螺母、限位螺柱和垂直位移行程指示板；
所述第一限位螺母、第二限位螺母、第三限位螺母、第四限位螺母均与所述限位螺柱螺纹连接，所述垂直位移行程指示板处于第三限位螺母和第四限位螺母之间。
进一步的，所述弹性支架包括弹簧装置外壳，所述弹簧装置外壳内部设置有四个荷重柱，四个所述荷重柱均与所述垂直位移行程指示板螺纹连接；
所述荷重柱顶端贯穿所述弹簧装置外壳内壁顶部，所述垂直位移行程指示板底部设置有四个圆柱螺旋弹簧，所述圆柱螺旋弹簧顶部与所述垂直位移行程指示板底部连接，所述圆柱螺旋弹簧与所述荷重柱一一对应。
进一步的，所述弹性支架还包括弹性装置底板，所述弹簧装置外壳内部还设置有四个弹簧导向柱，所述圆柱螺旋弹簧套接在所述弹簧导向柱表面，所述弹簧导向柱顶端与所述第二限位螺母顶面平行，所述弹簧导向柱底端与所述弹性装置底板固定连接。
进一步的，所述荷重柱顶端设置有荷重板，四个所述荷重柱顶端均与所述荷重板底部活套连接且能转动；
所述荷重柱表面设置有荷重柱调节孔，所述荷重柱调节孔用于调节所述弹性支架安装高度。
进一步的，所述第一限位螺母处于所述弹簧装置外壳顶部，所述第二限位螺母处于所述弹簧装置外壳内部，且所述限位螺柱贯穿所述弹簧装置外壳顶部。
进一步的，所述弹性支架通过所述荷重板与所述支耳底部连接，所述荷重板与所述支耳滑动连接。
一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制方法，包括如下步骤：
气化炉内部的水煤气通过直连管道通入水煤气分离器内部，所述水煤气分离器对通入的所述水煤气进行重力分离；
通过液位调节阀控制所述水煤气分离器内部的液面，并通过设置在所述液位调节阀旁路的遥控调节阀辅助控制所述液面高度，控制所述水煤气分离器的重量；
若所述水煤气分离器底部管线堵塞，且水煤气分离器内部液面高度高于一定数值时，通过联锁控制，液位开关阀和黑水溢流开关阀打开，用于控制所述液面高度；
通过弹性支架对所述水煤气分离器进行支撑，当所述水煤气分离器的重量小于弹性支架的载荷时，通过定位装置限定所述水煤气分离器上升。
进一步的，所述水煤气分离器对通入的所述水煤气进行重力分离后，所述水煤气分为气相水煤气、液相水煤气和固相水煤气。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过设置直连管道，使得整个装置结构简单，通过直连管道将气化炉和水煤气分离器连通，易于实施，空间布置简化，有效回避了自然补偿方式中弯头的磨蚀问题，经济安全；
2、本发明通过设置水煤气分离器，将液位控制方法与直连管道应力分析充分结合，通过液位指示报警器与液位开关阀以及黑水溢流开关阀联锁，有效控制液位高度，进而控制水煤气分离器操作重量变化的范围，使水煤气分离器可以实现弹性支撑，装置能够安全稳定运行；
3、本发明通过设置弹性支架，当整个装置停止运行期间且水煤气分离器空重时，以限制过多的弹性支架载荷持续地施加到设备管口；
4、本发明通过设置弹性支架的荷载，将水煤气分离器净重与允许的最大物料重的2/3之和作为操作载荷，在使弹性支架更有利于满足长周期的操作工况前提下，气化炉管口所受力及力矩峰值尽量小，避免因管口承载的过度设计，而带来的不经济性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例的水煤气分离器的弹性支撑荷载控制过程的流程示意图；
图2示出了本发明实施例的图1中的A部结构放大图；
图3示出了本发明实施例的图1中的B部结构放大图；
图4示出了本发明实施例的弹性支架剖面结构示意图；
图5示出了本发明实施例的弹性支架俯视结构示意图。
图中：1、气化炉；2、水煤气分离器；3、直连管道；4、液位指示报警器；5、液位调节阀；6、遥控调节阀；7、弹性支架；8、支耳；9、液位开关阀；10、黑水溢流开关阀；11、定位装置；111、第一限位螺母；112、第二限位螺母；113、第三限位螺母；114、第四限位螺母；115、限位螺柱；116、垂直位移行程指示板；12、弹簧装置外壳；13、荷重柱；14、圆柱螺旋弹簧；15、弹性装置底板；16、弹簧导向柱；17、荷重柱；18、荷重柱调节孔；19、地脚螺栓孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制装置，包括气化炉1和水煤气分离器2，所述气化炉1与所述水煤气分离器2之间设置有直连管道3，所述气化炉1与所述水煤气分离器2通过所述直连管道3连通。
直连管道3水平设置，直连管道3一端与气化炉1的水煤气出口连通，气化炉1的水煤气出口位于激冷室下部，气化炉1的支耳在上部燃烧室附近，水煤气出口处，管口热位移向下，因气化炉1的出口与水煤气分离器2的直连管道3焊接连接，当整个装置投入使用时，水煤气分离器2需采用弹性支撑，通过气化炉1与水煤气分离器2间管径大、管壁厚且短等刚性条件好的直连管道3，协同气化炉1一起向下位移。
本发明实施例中，整个装置结构简单，通过直连管道3将气化炉1和水煤气分离器2连通，易于实施，空间布置简化，有效回避了自然补偿方式中弯头的磨蚀问题，经济安全。
如图2和图3所示，所述水煤气分离器2一侧设置有液位指示报警器4，所述液位指示报警器4的输出端设置有液位调节阀5，所述液位调节阀5的旁路设置有遥控调节阀6。通过液位指示报警器4检测水煤气分离器2内部的液面高度，当水煤气分离器2内部的液面高度超过液位指示报警器4的预设高度时，通过液位调节阀5控制水煤气分离器2内部的液面高度，并通过遥控调节阀6辅助液位调节阀5控制水煤气分离器2内部的液面高度。
所述水煤气分离器2底端设置有液位开关阀9，所述液位开关阀9与所述液位指示报警器4联锁，所述支耳8顶部设置有黑水溢流开关阀10，所述液位指示报警器4、液位调节阀5、遥控调节阀6、液位开关阀9和黑水溢流开关阀10均与所述水煤气分离器2连通。若水煤气分离器2底部管线因堵塞而流动不畅，当水煤气分离器2内部的液面高度高于一定数值后，通过联锁控制，液位开关阀9、黑水溢流开关阀10迅速打开，将液面高度降到合理范围内。在满足工艺操作要求的前提下，控制水煤气分离器2内物料操作重量的变化范围，从经济性和安全性上，使气化炉1和水煤气分离器2管口及其直连管道3的承载大小合理。
如图4所示，所述水煤气分离器2周向均布设有弹性支架7，所述弹性支架7通过与所述水煤气分离器2固定连接的支耳8底部支撑。所述弹性支架7通过与所述水煤气分离器2固定连接的支耳8底部支撑，水煤气分离器2内部物料的重量影响弹性支架7的荷载大小。
进一步的，所述弹性支架7包括弹簧装置外壳12，所述弹簧装置外壳12内部设置有四个荷重柱13，四个所述荷重柱13均与垂直位移行程指示板116螺纹连接，荷重柱13顶端设置有荷重板17，四个所述荷重柱13顶端均与所述荷重板17底部活套连接且能转动，四个荷重柱13全部竖直设置，弹性支架7通过四个荷重柱13顶部的荷重板17承受水煤气分离器2的全部重量，不会出现重量分散的情况。
所述荷重柱13表面设置有荷重柱调节孔18，所述荷重柱调节孔18用于调节所述弹性支架7安装高度。弹性支架7安装在支耳8底部，在土建安装过程中，弹性支架7与水煤气分离器2之间存在一定的安装误差，通过荷重柱调节孔18来调节弹性支架7的安装高度，使得弹性支架7适用于水煤气分离器2，减小水煤气分离器2弹性支撑的误差。
所述荷重柱13顶端贯穿所述弹簧装置外壳12内壁顶部，所述垂直位移行程指示板116底部设置有四个圆柱螺旋弹簧14，所述圆柱螺旋弹簧14顶部与所述垂直位移行程指示板116底部连接，所述圆柱螺旋弹簧14与所述荷重柱13一一对应。当荷重板17下移时，通过与其活套连接的荷重柱13传动垂直位移行程指示板116对四个圆柱螺旋弹簧14进行挤压，四个圆柱螺旋弹簧14收缩并吸收荷重柱13传递到垂直位移行程指示板116的压力即是水煤气分离器2的重量。
其中，荷重柱13的高度通过荷重柱调节孔18进行调节，根据水煤气分离器2的高度对荷重柱13的高度进行微量调节，减小荷重柱13的安装误差。荷重柱13顶部与荷重板17活套连接且能转动，方便通过荷重柱13对荷重板17的高度进行调节。
进一步的，所述弹性支架7还包括弹性装置底板15，弹簧装置外壳12与弹性装置底板15固定连接。所述弹簧装置外壳12内部还设置有四个弹簧导向柱16，所述圆柱螺旋弹簧14套接在所述弹簧导向柱16表面外部，所述弹簧导向柱16顶端与所述第二限位螺母112顶面平行，所述弹簧导向柱16底端与所述弹性装置底板15固定连接。弹簧导向柱16用于对荷重柱13和圆柱螺旋弹簧14进行限制，当支耳8与荷重板17在水平方向产生相对滑动时，弹簧导向柱16避免荷重柱13和圆柱螺旋弹簧14倾斜，同时也有效地限制圆柱螺旋弹簧14在压缩过程中，发生失稳、偏转和平移”，从而避免荷重柱13和圆柱螺旋弹簧14无法为水煤气分离器2产生竖直方向的有效支撑，使得荷重柱13和圆柱螺旋弹簧14对水煤气分离器2进行完全支撑，避免水煤气分离器2的重量分散。
所述弹性支架7内部设置有四组定位装置11，每组所述定位装置11包括第一限位螺母111、第二限位螺母112、第三限位螺母113、第四限位螺母114、限位螺柱115和垂直位移行程指示板116，所述第一限位螺母111、第二限位螺母112、第三限位螺母113、第四限位螺母114均与所述限位螺柱115螺纹连接，所述垂直位移行程指示板116处于第三限位螺母113和第四限位螺母114之间。
弹簧装置外壳12对垂直位移行程指示板116起到导向作用，进而使处于与垂直位移行程指示板116螺纹连接的荷重柱13内部的弹簧导向柱16一直保持竖直状态，有效防止荷重柱13和圆柱螺旋弹簧14倾斜。所述第一限位螺母111处于所述弹簧装置外壳12顶部，所述第二限位螺母112处于所述弹簧装置外壳12内部，且所述限位螺柱115贯穿所述弹簧装置外壳12顶部，第一限位螺母111、第二限位螺母112、第三限位螺母113、垂直位移行程指示板116和第四限位螺母114按照从上到下的顺序依次与限位螺柱115连接。
第二限位螺母112、第三限位螺母113和第四限位螺母114保持连接在限位螺柱115上，且不松动；垂直位移行程指示板116通过限位螺柱115锁紧并固定在第三限位螺母113和第四限位螺母114之间，在整个装置在投入使用前，将第一限位螺母111取下，装置在运行时，气化炉1通过直连管道3带动水煤气分离器2向下位移，同时水煤气分离器2还会有直连管道3中心线水平方向上的位移。
荷重板17带动荷重柱13对垂直位移行程指示板116进行挤压时，垂直位移行程指示板116带动限位螺柱115向下移动，此时弹簧装置外壳12顶部的限位螺柱115长度大于气化炉1水煤气管口向下位移量，气化炉1水煤气管口向下位移量也是垂直位移行程指示板116压缩圆柱螺旋弹簧14的收缩量，弹簧导向柱16避免圆柱螺旋弹簧14倾斜，通过圆柱螺旋弹簧14完全对水煤气分离器2进行弹性支撑。在整个装置停止运作期间且水煤气分离器2空重时，定位装置11限制弹簧支架7的载荷向上对气化炉1管口施加过多的持续荷载。
如图5所示，弹性装置底板15的四周拐角处均设置有地脚螺栓孔19，弹性支架7顶部的荷重板17与支耳8对应放置后，通过弹性装置底板15的螺栓孔19以螺栓与支撑结构进行固定，防止弹性支架7对水煤气分离器2进行支撑的过程中产生晃动。
本发明还提供一种水煤气分离器的弹性支撑荷载控制方法，包括如下步骤：
气化炉1内部的水煤气通过直连管道3通入水煤气分离器2内部，所述水煤气分离器2对通入的所述水煤气进行重力分离，所述水煤气分离器2对通入的所述水煤气进行重力分离后，所述水煤气分为气相水煤气、液相水煤气和固相水煤气。
通过液位调节阀5控制所述水煤气分离器2内部的液面，并通过设置在所述液位调节阀5旁路的遥控调节阀6辅助控制所述液面高度，控制所述水煤气分离器2的重量。通过液位调节阀5和遥控调节阀6控制水煤气分离器2内部的液面高度。当水煤气分离器2内部的液面高度超过液位指示报警器4的预设高度时，将水煤气分离器2内部的液相水煤气排出，从而控制水煤气分离器2内部的液面高度。
若所述水煤气分离器2底部管线堵塞，且水煤气分离器2内部液面高度高于一定数值时，通过联锁控制，液位开关阀9和黑水溢流开关阀10打开，用于控制所述液面高度。示例性的，一定数值是根据水煤气分离器2的整体大小来设定，一定数值并不限定在一个确定的数值，方便根据水煤气分离器2的大小来限定。
通过弹性支架7对所述水煤气分离器2进行支撑，当所述水煤气分离器2的重量小于弹性支架7的载荷时，通过定位装置11限定所述水煤气分离器2上升。弹性支架7的操作载荷为水煤气分离器2净重与允许的最大物料重的2/3之和，其安装载荷为操作载荷减去弹性支架7弹性系数与热位移之积。
进一步的，当水煤气没有进入水煤气分离器2之前，弹性支架7设定的安装载荷大于水煤气分离器2净重，为此弹性支架7上设置了定位装置11（弹簧装置外壳12顶部外露的限位螺柱15长度大于气化炉1水煤气管口向下位移量），在整个装置停止运行期间且水煤气分离器2空重时，以限制弹性支架7的载荷向上对气化炉1管口施加过多的持续荷载。随着整个装置的持续运行，水煤气分离器2内的液相水煤气和固相水煤气不断增加，水煤气分离器2操作重量区间变化非常大，操作重量的极限为水煤气分离器2净重的1.5倍，从而能够根据操作重量来限定液位高度。
本发明实施例中，气化炉1内部的水煤气通过直连管道3进入水煤气分离器2内部，在水煤气分离器2内部进重力分离，分成气相水煤气、液相水煤气和固相水煤气，气相水煤气通过水煤气分离器顶部出口管道送入洗涤塔，液相水煤气和固相水煤气进入水煤气分离器2底部，从底部出口管道送入洗涤塔。
将第一限位螺母111取下，液相水煤气和固相水煤气在水煤气分离器2内部堆积时，水煤气分离器2的重量增加，通过支耳8底部的荷重板17对荷重柱13进行挤压，垂直位移行程指示板116在荷重柱13的压力作用下对圆柱螺旋弹簧14进行加压的同时，垂直位移行程指示板116也带动限位螺柱115下移。
当水煤气分离器2液相水煤气和固相水煤气排出时，荷重板17顶部的压力逐渐减小，圆柱螺旋弹簧14的弹力回弹，通过垂直位移行程指示板116带动荷重柱13和限位螺柱115上移，限位螺柱115限制垂直位移行程指示板116的上升高度，使气化炉1和水煤气分离器2管口及其直连管道3的承载大小合理。
通过在水煤气分离器2上设置液位指示报警器4，采用液位调节阀5控制水煤气分离器2内的液位，并设置联锁控制的液位开关阀9与黑水溢流开关阀10，以及液位调节阀旁路的遥控调节阀6，在水煤气分离器2底部管线堵塞时更有效控制分离器内的液位高度，使水煤气分离器内物料重量在可控范围内变化，满足水煤气分离器2与气化炉1管口间进行直连管道3连接时，能够选择合适的弹性支撑，同时对支撑的弹性支架7本体中装配定位装置11，实现气化炉1、水煤气分离器2及其管口直连管道3协同向下位移，使装置能够安全稳定运行的方法。
当水煤气分离器2内液位达到预设高度后，通过液位指示报警器4控制与其相联锁的液位开关阀9、黑水溢流开关阀10打开，将多余的物料通过相应的管道排入洗涤塔，进而达到有效控制水煤气分离器2操作重量的目的，使得水煤气分离器2的弹性支撑方式及其荷载的设定能够实现，确保整个装置在运行时，使得气化炉1、水煤气分离器2及直连管道3能协同向下位移，避免因变形不协调管口处产生过大弯矩，而发生破裂事故。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
