全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)簡介

白正勇 申忠輝 孟慶陽 姜傳飛 杜普之

(山東華建倉儲裝備科技有限公司，山東 聊城 252400)

摘要：儲煤筒倉是一種將傳統(tǒng)露天存儲的煤炭在筒倉內(nèi)全封閉存儲的煤炭存儲方式，具備環(huán)保、節(jié)能、節(jié)地、流程簡單、減少存儲過程損耗等優(yōu)點，但同時也增加了安全掌控難度。本文介紹了一套全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)，包含監(jiān)測部分、制氮部分、空氣壓縮部分、吹掃擾動部分、通風(fēng)部分、控制部分、消防部分。共同組成了一套全方位立體的儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：鋼板倉，煤炭存儲，安全

中圖分類號：TB496    文獻標(biāo)志碼：B

1  前言

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高及工人對作業(yè)環(huán)境要求的提升，傳統(tǒng)露天儲存原煤或者堆棚儲存原煤的儲存方式已日顯落后，取而代之的是采用儲煤筒倉這樣一種全封閉的儲存方式。全封閉儲煤筒倉的大量使用帶動筒倉儲存周邊設(shè)備、設(shè)施的理論研究與實踐，其中就包括全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的發(fā)展與完善。大型煤筒倉具有占地面積小、運行方式簡單、系統(tǒng)調(diào)度靈活、環(huán)境污染小和有利于減低儲煤損耗等優(yōu)點^[1]。目前煤化工企業(yè)、焦炭企業(yè)、鋼鐵冶煉企業(yè)、煤礦企業(yè)已經(jīng)開始進行堆棚改儲煤筒倉的項目，并且已有一些成熟運行的案例，改造之后全生產(chǎn)過程原煤不落地，極大的改善了生產(chǎn)環(huán)境與工作環(huán)境，并且節(jié)約了占地，減少鏟車上煤環(huán)節(jié)、縮短了生產(chǎn)工藝流程，由此可預(yù)測，熟料生產(chǎn)線也會逐步推進采用儲煤筒倉。

儲煤筒倉封閉存儲原煤，致?lián)]發(fā)分聚集在一個封閉空間。煤的揮發(fā)分主要是由各種碳氫化合物（CH4為主）、氫氣、一氧化碳等化合物組成（物理吸附水和礦物質(zhì)生成的二氧化碳不屬于揮發(fā)分的范圍）^[2]，這些揮發(fā)分易燃易爆，再加上煤本身也是易燃物，所以儲煤筒倉對安全系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)格。儲煤筒倉容積從幾千噸到數(shù)萬噸不等，目前市面上最大的筒倉能儲存十萬噸物料，動輒數(shù)萬噸煤存儲在一個封閉的環(huán)境體系中，中間還要保證上下游車間的連續(xù)運轉(zhuǎn)，儲存中的煤處于一個動態(tài)的過程中，這個過程中需要密切監(jiān)測各種參數(shù)，稍有不慎，就會出現(xiàn)安全事故。另外，由于原煤品質(zhì)較多，易燃程度不一，儲存時化學(xué)性質(zhì)變化不一，本文只針對已成熟應(yīng)用的安全系統(tǒng)做簡單介紹，具體其它項目應(yīng)用還應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)、環(huán)境因素、儲存條件具體分析。

2  儲煤筒倉簡介及組成部分

由于施工周期短、成本低、可回收等優(yōu)點，近年來新建粉狀物料儲存庫已多為焊接式鋼板筒倉^[3]。焊接式鋼板筒倉是指采用焊接方式拼接而成的、平面為圓形，用于儲存水泥或粉煤灰等粉狀物料的落地直筒式鋼板筒倉。我國大型鋼板倉的應(yīng)用是從2007年開始，最初應(yīng)用于水泥行業(yè)，從2008年逐步應(yīng)用到粉煤灰存儲領(lǐng)域^[4]。從2016年起，在環(huán)保形勢的日益嚴(yán)峻下，各個領(lǐng)域遵循環(huán)境友好設(shè)計原則，焊接式鋼板筒倉大量應(yīng)用在煤炭存儲領(lǐng)域、骨料存儲領(lǐng)域及各種大量需要存儲的粉狀、顆粒狀原料、成品領(lǐng)域。

使用在煤炭領(lǐng)域的焊接式鋼板筒倉，主要由鋼結(jié)構(gòu)庫體、混凝土基礎(chǔ)、入料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等組成。由于煤這種物料的特殊性質(zhì)，一個儲煤筒倉就是一個重大危險源，安全保護系統(tǒng)事關(guān)所有系統(tǒng)能否正常運行，務(wù)必需完善、冗余、全方位。

3  儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)各部分工作原理

一套成熟的安全保護系統(tǒng)至少應(yīng)該包括監(jiān)測系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、吹掃擾動系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，可選配消防系統(tǒng)，用于最不利情況下滅火。

監(jiān)測系統(tǒng)包括壓力監(jiān)測、CO監(jiān)測、CH₄監(jiān)測、O₂監(jiān)測、溫度監(jiān)測、煙霧監(jiān)測，是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的眼睛。壓力監(jiān)測點若干個設(shè)置于筒倉頂部、周圍庫壁，選用單平法蘭遠傳壓力變送器，防爆等級為EXdⅡBT5，垂直安裝與庫頂。CO監(jiān)測選擇GTH500（B）礦用型傳感器，防爆等級為ExibⅠ礦用本安型，感應(yīng)模塊安裝在倉內(nèi)，可實時監(jiān)測倉內(nèi)CO質(zhì)量濃度。CH₄監(jiān)測傳感器選用礦用紅外甲烷傳感器，防爆等級為ExibⅠ礦用本安型，安裝于庫頂。該儀器采用紅外吸收原理、擴散式采集、數(shù)字式溫度補償、一體化塵水分離器等技術(shù)精確監(jiān)測倉內(nèi)CH₄質(zhì)量濃度。O₂監(jiān)測采用ES10B20-O2在線式氧氣檢測儀，安裝與庫頂及庫壁，實時監(jiān)測筒倉內(nèi)部各個部位氧氣含量。溫度監(jiān)測共設(shè)置若干個WZPK-240防爆型溫度變送器PT100，分布于筒倉不同部位，實時監(jiān)測溫度值^[5]。壓力監(jiān)測、CO監(jiān)測、CH₄監(jiān)測、O₂監(jiān)測、溫度監(jiān)測、煙霧監(jiān)測均包含現(xiàn)場二次儀表顯示、聲光報警、模擬信號遠傳至控制系統(tǒng)。

制氮系統(tǒng)是指以空氣為原料，利用物理方法將其中的氧和氮分離而獲得氮氣，氮氣是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)發(fā)揮作用的介質(zhì)。氮氣可將煤炭與氧氣隔絕、將煤炭揮發(fā)分稀釋至可燃濃度以下而達到防范防爆的效果。最理想的狀態(tài)是將整個生產(chǎn)過程全部氮氣保護，這樣可以最大限度降低安全事故的發(fā)生概率，但是這樣的成本也是比較高昂的。龍城集團下屬煤化工企業(yè)有一個儲存煤粉的鋼板倉，就采用了將整個生產(chǎn)過程全方位氮氣保護的方案，整個廠區(qū)每分鐘消耗氮氣20m³以上，能源成本較高。比較經(jīng)濟實用的系統(tǒng)是將制氮系統(tǒng)與全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)其它系統(tǒng)尤其是控制系統(tǒng)共同作用，控制可燃氣體濃度使其始終處于不燃比例之內(nèi)，這樣制氮系統(tǒng)與其它組成一個有機整體，經(jīng)項目實測減少氮氣使用量99%以上，節(jié)能降耗，防護效果不變。

空氣壓縮系統(tǒng)主要功能是將制氮系統(tǒng)分離出來的氮氣壓縮成0.8MPa的壓縮氮氣，是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的動力，在經(jīng)過多級除水、除油、除塵過程后，將潔凈的壓縮氮氣儲存于儲氣罐中，供吹掃擾動系統(tǒng)使用。

供吹掃擾動系統(tǒng)由主供氣管道、環(huán)繞儲煤筒倉周圍的若干圈支供氣管道、噴吹頭、管路電磁閥等分項組成，是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的機械手，其主要功能就是定向給庫內(nèi)易燃氣體濃度超標(biāo)系統(tǒng)噴吹氮氣。

通風(fēng)系統(tǒng)主要由安裝在儲煤筒倉倉頂?shù)某龎m器、呼吸閥、防爆閥等組成，是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的有機組成系統(tǒng)。一方面，除塵器起到防止粉塵污染的環(huán)保效果，使儲煤筒倉整體運行處于一個負(fù)壓運行狀態(tài)，不會由于落料產(chǎn)生揚塵；第二方面，除塵器起到通風(fēng)作用，防止煤炭揮發(fā)出來的可燃氣體聚集；第三方面，呼吸閥和防爆閥用來釋放可能出現(xiàn)的爆炸產(chǎn)生的瞬間高壓，起到冗余的安全效果，確保萬無一失。

控制系統(tǒng)為全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，對儲煤筒倉進行全方位、多方面的監(jiān)控。其主要工作原理為：

一、匯總處理儲煤筒倉監(jiān)測裝置反饋回來的信號或數(shù)據(jù)；

二、控制制氮系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)有足夠的高壓氮氣儲備；

三、依據(jù)匯總的數(shù)據(jù)控制吹掃擾動系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)工作；

四、全過程自動化的，智能識別數(shù)據(jù)正常值與異常值；

五、隨時可以人工參與其過程控制；

六、如有需要，控制消防系統(tǒng)工作；

根據(jù)煤種特性，一般控制系統(tǒng)設(shè)定整個吹掃擾動系統(tǒng)按兩個級別啟停：第一級別初級報警，鎖氣，庫中的煤3-5天沒有進出等條件設(shè)為初級報警；通過監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測儲煤筒倉產(chǎn)生初級報警信號時，開啟鎖氣電磁閥，用氮氣鎖住出煤口，從而阻止空氣從煤口向儲煤層滲透，使儲煤筒倉持續(xù)和外界封閉、隔絕，保證進入的儲煤筒倉的氣體是惰性氣體。第二級別高級報警，充氣，甲烷的含量大于等于25%LEL、CO的含量大于等于50PPM、收到煙霧報警等條件設(shè)為高級報警。通過儲煤筒倉監(jiān)測裝置監(jiān)測到產(chǎn)生高級報警信號時，鎖氣、充氣電動閥同時開啟。“充氣”為是全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的吹掃擾動系統(tǒng)執(zhí)行，管路為環(huán)狀點式結(jié)構(gòu)，在儲煤筒倉壁環(huán)狀多層層布置，范圍廣、壓力大、密度要、分布均勻。使氮氣均勻的分布在該高層煤的夾縫中。充氣過程中，自動跟蹤換氣組件啟動，對庫內(nèi)上部無煤空間充入氮氣，將煤層上部空間的危險氣體從儲煤筒倉頂部換氣口置換排出，達到惰性氣體置換危險氣體的目的。

以上過程中控制系統(tǒng)對壓力的控制為：系統(tǒng)會自動判斷和控制整個過程的壓力，擬設(shè)壓力小于等于0.4MPa時自動啟動制氮設(shè)備，壓力大于等于0.8MPa時自動停止制氮設(shè)備。

以上過程中控制系統(tǒng)對溫度的控制為：當(dāng)監(jiān)測裝置反饋溫度信號大于50℃時，自動開啟通風(fēng)系統(tǒng)強制通風(fēng)；當(dāng)監(jiān)測裝置反饋溫度信號大于60℃時，自動噴水降溫。

全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)工況需求，在長期無啟動條件中，一個月自啟動熱備一次。也可以根據(jù)用戶具體使用場景，連鎖上下游設(shè)備。

消防系統(tǒng)包括消防水滅火以及CO₂滅火系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。儲煤筒倉系統(tǒng)設(shè)置獨立的消防水供水管道，在筒倉周圍及筒倉倉頂設(shè)置有消防栓與自動噴水管道；CO₂滅火系統(tǒng)設(shè)置CO₂儲存站及噴射管道。消防水滅火以及CO₂滅火系統(tǒng)可作為全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)的選配系統(tǒng)，在最不利情況下萬一失火第一時間撲滅。

4  全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)簡介在水泥行業(yè)煤粉倉應(yīng)用淺析

水泥行業(yè)目前煤磨出磨之后，采用儲煤筒倉儲存成品煤粉，由于種種歷史原因，普遍缺乏安全保護系統(tǒng)，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。若改造新增本套監(jiān)測系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、吹掃擾動系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，將會大大增加安全系數(shù)。應(yīng)用于水泥廠煤粉倉的安全保護系統(tǒng)可根據(jù)自身水泥企業(yè)實際情況分級采用本系統(tǒng)。第一級別，窯系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定、煤磨系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定，安全風(fēng)險較小處于可控范圍內(nèi)時，可只啟動監(jiān)測系統(tǒng)，全方位監(jiān)測易燃氣體濃度、氧氣濃度、溫度等參數(shù)，只要各參數(shù)處于安全區(qū)間就可以運行制氮系統(tǒng)，節(jié)約運行成本。第二，窯況不穩(wěn)定、煤磨系統(tǒng)不穩(wěn)定、或者夏天溫度極高，等安全危險系數(shù)比較大的情況下，監(jiān)測系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)均運行，將所有出袋收塵之后的煤粉存儲流程，隔絕氧氣，避免煤粉成品的存儲過程與氧氣的接觸，同時通過監(jiān)測系統(tǒng)全方位檢測煤粉倉個各項參數(shù)，第一時間將各可燃氣體濃度以及氧氣濃度、溫度傳送至控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)自動響應(yīng)、減少安全防護過程人的因素影響，如若筒倉氮氣保護之后可燃氣體濃度仍然處于危險范圍內(nèi)，則增大氮氣保護的范圍，上游輸送機械甚至袋收塵錐斗處都要全方位通氮氣，最大限度保證安全。若整套系統(tǒng)整體采用，必將最大限度提高安全系數(shù)。

5  結(jié)論

煤炭不落地、全封閉儲煤筒倉存儲煤炭，在環(huán)保方面比傳統(tǒng)露天存儲煤炭的絕對優(yōu)勢，正逐步在全國被接受、被實施。儲煤過程中全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)是煤炭不落地的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)系統(tǒng)聯(lián)動，可以實現(xiàn)消除儲煤過程的危險因素，確保過程安全；同時儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)也進行冗余設(shè)計，一旦發(fā)生火災(zāi)危險也具備最短時間撲滅的能力，為煤炭封閉存儲保駕護航，為祖國碧水藍天添磚加瓦。

參考文獻

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全方位儲煤筒倉安全保護系統(tǒng)介紹2019.3.30.pdf

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