儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的安全設(shè)計(jì)

原進(jìn)凱，楊建國(guó)，杜 陽

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

設(shè)計(jì)技術(shù)

儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的安全設(shè)計(jì)

原進(jìn)凱，楊建國(guó)，杜 陽

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

儲(chǔ)煤筒倉(cāng)具有占地利用率高、儲(chǔ)量大、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但由于設(shè)計(jì)或維護(hù)不當(dāng)，極易發(fā)生堵煤、自燃和爆炸等事故，影響用煤和全廠的安全。本文從安全設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行防堵、防自燃和防爆設(shè)計(jì)并監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)，有效提高了筒倉(cāng)的安全性和可靠性。

筒倉(cāng)；安全；防堵；防自燃；防爆

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.003

儲(chǔ)煤筒倉(cāng)具有儲(chǔ)量大、占地利用率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但儲(chǔ)煤筒倉(cāng)由于設(shè)計(jì)或維護(hù)不當(dāng)，極易發(fā)生堵煤、自燃甚至爆炸等重大事故，影響用煤和全廠的安全。

儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的安全設(shè)計(jì)分為防堵設(shè)計(jì)、防自燃設(shè)計(jì)、防爆設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)、施工安全和運(yùn)行維護(hù)等方面。本文主要研究了儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的防堵設(shè)計(jì)、防自燃設(shè)計(jì)和防爆設(shè)計(jì)等。

筒倉(cāng)內(nèi)因物料的粒度和含水率等不同，易發(fā)生堵煤，直接影響輸煤系統(tǒng)的安全性和可靠性；由于筒倉(cāng)內(nèi)煤的緩慢氧化，會(huì)使煤的溫度逐漸升高[1]，煤導(dǎo)熱系數(shù)低，煤內(nèi)部熱量向四周導(dǎo)熱較慢，導(dǎo)致煤堆內(nèi)溫度逐漸升高[2]，同時(shí)釋放煙霧和有害有毒氣體，極易導(dǎo)致煤的自燃。當(dāng)可燃?xì)怏w和煙霧達(dá)到一定濃度后，易發(fā)生筒倉(cāng)自燃甚至爆炸等重大安全事故。因此，做好防堵、防自燃和防爆設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，能使筒倉(cāng)的異常情況從設(shè)計(jì)源頭上避免。同時(shí)，為防止筒倉(cāng)儲(chǔ)煤出現(xiàn)空倉(cāng)或滿倉(cāng)狀態(tài)，筒倉(cāng)中還應(yīng)配置料位監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1 防堵、防積料等設(shè)計(jì)

防堵、防積料等的設(shè)計(jì)，要綜合考慮煤的特性和項(xiàng)目特點(diǎn)，充分考慮后期運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的問題或隱患以及后續(xù)復(fù)雜繁瑣的改造等，從設(shè)計(jì)源頭上避免。主要從下面幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

(1)煤的濕度。筒倉(cāng)儲(chǔ)煤時(shí)間不宜超過7 d，煤水分含量高時(shí)，在儲(chǔ)存時(shí)間一定的情況下，更易在筒倉(cāng)內(nèi)結(jié)拱堵料，且空氣炮等破拱措施不明顯，一般當(dāng)煤水分含量>10%時(shí)，不宜采用筒倉(cāng)儲(chǔ)煤。

(2)筒倉(cāng)內(nèi)輔助設(shè)施。如需檢修筒倉(cāng)內(nèi)的設(shè)備，若采用鐵爬梯等易銹蝕斷落，堵住卸料口，宜采用倉(cāng)頂預(yù)埋吊鉤、設(shè)檢修人孔或其他合適的軟梯[3]；倉(cāng)內(nèi)壁需內(nèi)襯耐磨、摩擦系數(shù)小和耐沖擊等性能的襯板，可有效避免煤的掛料、結(jié)拱等現(xiàn)象發(fā)生，建議采用壓延微晶襯板或鑄石板等高性能材質(zhì)做襯板[4]。特別說明，若筒倉(cāng)采用超高分子聚乙烯或類似板材等做內(nèi)襯材料，大多不能滿足實(shí)際運(yùn)行要求。

(3)卸料口型式。卸料斗呈軸對(duì)稱布置，采用“W”形錐殼組成的卸料斗斜段所占高度比例較小，使筒倉(cāng)整體高度降低的同時(shí)還能提高筒倉(cāng)的有效容量[4]；儲(chǔ)煤下料錐面傾角需根據(jù)物料摩擦角等特性不同而異，應(yīng)盡量取較大數(shù)值，采用雙曲線斗形；卸料口型式也已從過去的單倉(cāng)重力式向環(huán)縫式和縫隙式方向發(fā)展，若采用重力式，斗口需盡量大，以避免大塊物料或雜物堵煤。

(4)卸料口給料設(shè)備。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目中物料的特性、運(yùn)煤量等的不同，卸料口給料設(shè)備通常采用活化給煤機(jī)、葉輪給煤機(jī)、環(huán)式給煤機(jī)和振動(dòng)給煤機(jī)等。

(5)防積料。為防止倉(cāng)內(nèi)局部積料的產(chǎn)生，與物料接觸而容易產(chǎn)生死角的地方須采用倒圓角過渡，筒倉(cāng)直通段與斜面的交界面處須采用倒圓角過渡；為避免筒倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)煤時(shí)間太長(zhǎng)，在筒倉(cāng)進(jìn)、出煤控制上要均衡各個(gè)筒倉(cāng)內(nèi)的儲(chǔ)煤量，遵循“先進(jìn)先出”的原則。

(6)破拱及其他。為防止煤在筒倉(cāng)內(nèi)壁結(jié)拱掛料，宜在筒倉(cāng)直段處、直筒段和斜面交界處、下料口斜面采用空氣炮等破拱助流；為方便卸料口設(shè)備的檢修，需在卸料口與卸料設(shè)備之間安裝插板閥。

2 防自燃、防爆等監(jiān)測(cè)信號(hào)的配置

為確保筒倉(cāng)運(yùn)行的安全，須對(duì)其各種運(yùn)行特性進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：可燃與有毒氣體監(jiān)測(cè)裝置、料位監(jiān)測(cè)裝置、煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置、溫度監(jiān)測(cè)裝置、氧濃度監(jiān)測(cè)裝置、惰化保護(hù)系統(tǒng)、防爆安全系統(tǒng)、通風(fēng)除塵等。此外，還要做好與上游、下游設(shè)備的聯(lián)鎖控制功能等。

(1)可燃與有毒氣體監(jiān)測(cè)裝置?？扇寂c有毒氣體監(jiān)測(cè)裝置采用紅外監(jiān)測(cè)和采樣監(jiān)測(cè)等方式，對(duì)CO、CH4、C2H4等可燃與有毒氣體的動(dòng)態(tài)濃度進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)[5]。對(duì)可燃與有毒氣體濃度定義安全上限，預(yù)設(shè)報(bào)警值。當(dāng)筒倉(cāng)內(nèi)可燃與有毒氣體濃度低于該報(bào)警值時(shí)，筒倉(cāng)惰化保護(hù)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)可燃與有毒氣體濃度等于或高于報(bào)警值時(shí)立即啟動(dòng)惰化保護(hù)系統(tǒng)。此外，還應(yīng)根據(jù)規(guī)范設(shè)置瓦斯排放孔。在設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)充分考慮不同氣體介質(zhì)的特性，如CO、CH4等的比重比空氣小，故在倉(cāng)頂?shù)暮线m位置布置CO、CH4監(jiān)測(cè)裝置，若倉(cāng)頂設(shè)有除塵等設(shè)備，應(yīng)在除塵風(fēng)管的合適位置布置監(jiān)測(cè)裝置。

(2)料位監(jiān)測(cè)裝置。為避免筒倉(cāng)儲(chǔ)煤出現(xiàn)空倉(cāng)或滿倉(cāng)狀態(tài)，需嚴(yán)格檢測(cè)筒倉(cāng)內(nèi)的煤位變化。生產(chǎn)運(yùn)行中需根據(jù)料位合理調(diào)配倉(cāng)內(nèi)出料，避免某一出口長(zhǎng)期積料導(dǎo)致自燃，若有自燃隱患，此時(shí)打開卸料口易形成“煙囪效應(yīng)”[6]。儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，其料位計(jì)布置的形式也不盡相同。以某儲(chǔ)煤筒倉(cāng)底部設(shè)置2條出料帶式輸送機(jī)，每條出料帶式輸送機(jī)對(duì)應(yīng)3個(gè)卸料口，共計(jì)6個(gè)卸料口為例。儲(chǔ)煤筒倉(cāng)設(shè)置6套雷達(dá)式料位計(jì)，連續(xù)料位測(cè)量時(shí)，料位計(jì)會(huì)根據(jù)出料點(diǎn)的變化動(dòng)態(tài)測(cè)量，動(dòng)態(tài)顯示結(jié)果；儲(chǔ)煤筒倉(cāng)設(shè)置2套高料位監(jiān)測(cè)開關(guān)，與進(jìn)料帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖，高料位監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)置時(shí)，根據(jù)來煤聯(lián)鎖停車后延時(shí)排空的量來確定；儲(chǔ)煤筒倉(cāng)設(shè)置6套低料位監(jiān)測(cè)開關(guān)，與卸料口給料設(shè)備和出料帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖，低料位監(jiān)測(cè)開關(guān)的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)煤筒倉(cāng)底部煤層的高度來確定；料位監(jiān)測(cè)開關(guān)和料位計(jì)通過現(xiàn)場(chǎng)的I/O和PLC傳達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)[7]。儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的2條出料帶式輸送機(jī)應(yīng)輪換工作。為防止各卸料口卸料量不同造成筒倉(cāng)料位不均，盡量縮短煤在倉(cāng)內(nèi)的存儲(chǔ)時(shí)間，需遵循“先進(jìn)先出”的原則；筒倉(cāng)內(nèi)的儲(chǔ)煤，除非發(fā)生自燃或全廠長(zhǎng)時(shí)間停車等，正常情況下不可排空，需“封底煤”，以免注入煤時(shí)煤塊砸壞倉(cāng)底結(jié)構(gòu)和卸料口給料設(shè)備；出料帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)帶式輸送機(jī)上的皮帶秤預(yù)設(shè)定值，根據(jù)該定值可使2條帶式輸送機(jī)自動(dòng)輪換工作；當(dāng)料位監(jiān)測(cè)開關(guān)出現(xiàn)預(yù)設(shè)的不平衡定值時(shí)，2條帶式輸送機(jī)間可自動(dòng)切換；料位監(jiān)測(cè)的電氣聯(lián)鎖高于皮帶秤預(yù)設(shè)定值的電氣聯(lián)鎖。倉(cāng)底出料帶式輸送機(jī)上游的3個(gè)卸料口給料設(shè)備需輪換工作。當(dāng)出料帶式輸送機(jī)上游少于3個(gè)卸料口給料設(shè)備，且同時(shí)工作時(shí)，3個(gè)卸料口給料設(shè)備的運(yùn)行應(yīng)定時(shí)輪換。

(3)煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置。煙霧濃度監(jiān)測(cè)是筒倉(cāng)火災(zāi)發(fā)生前重要的監(jiān)測(cè)手段，應(yīng)在筒倉(cāng)倉(cāng)頂設(shè)置煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置，煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)具備不受強(qiáng)磁干擾，且在干燥、潮濕、低溫或高溫等惡劣工況下也能正常工作的功能；在探測(cè)空間被干擾時(shí)，能自動(dòng)快速識(shí)別；筒倉(cāng)的煙霧濃度低于安全報(bào)警值時(shí)，筒倉(cāng)惰化保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)處于待機(jī)狀態(tài)，避免誤報(bào)；筒倉(cāng)煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)筒倉(cāng)惰化保護(hù)系統(tǒng)；若倉(cāng)頂有除塵設(shè)備，應(yīng)在除塵風(fēng)管處的合適位置布置煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置。為避免布置時(shí)裝置間交叉，煙霧濃度監(jiān)測(cè)裝置和可燃與有毒氣體監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)錯(cuò)開布置。

(4)溫度監(jiān)測(cè)裝置。筒倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)煤溫度監(jiān)測(cè)是筒倉(cāng)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通常采用在筒倉(cāng)內(nèi)壁安裝一體化溫度變送器，并通過合理的布置，最大限度反映筒倉(cāng)內(nèi)不同區(qū)域的真實(shí)溫度分布。在布置筒倉(cāng)溫度監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控筒倉(cāng)內(nèi)易自燃的區(qū)域，合理布置。宜在倉(cāng)內(nèi)安裝多點(diǎn)式測(cè)溫鋼纜，采用增強(qiáng)型的不銹鋼鎧裝熱電偶，若來煤粒度較大，沖擊性強(qiáng)，為避免鋼纜承受物料沖擊導(dǎo)致變形，鋼纜內(nèi)添加氧化鎂絕緣物，外采用可彎折不銹鋼鋼帶纏繞。PLC和計(jì)算機(jī)從溫度監(jiān)測(cè)裝置的每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)巡檢并讀出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示筒倉(cāng)內(nèi)各區(qū)域溫度，傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)定溫度超限報(bào)警值。

(5)氧濃度監(jiān)測(cè)裝置。為有效保證操作及檢修人員在工作區(qū)域內(nèi)的安全，需在工作區(qū)域內(nèi)設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的氧濃度監(jiān)測(cè)器。氧濃度檢測(cè)器應(yīng)具備不受強(qiáng)磁干擾，且在干燥、潮濕、低溫或高溫等惡劣工況下也能正常工作的特性，具有現(xiàn)場(chǎng)和控制室同時(shí)報(bào)警的功能。

(6)惰化保護(hù)系統(tǒng)。筒倉(cāng)惰化保護(hù)系統(tǒng)需要高純度和穩(wěn)定的氮?dú)猓嗽谕矀}(cāng)周圍布置氮?dú)饩彌_罐或氮?dú)饪辗盅b置。筒倉(cāng)惰化保護(hù)系統(tǒng)由鎖氣環(huán)、充氣環(huán)和換氣環(huán)等三部分組成：鎖氣環(huán)管道布置在筒倉(cāng)卸料口處周圍一圈，以便鎖住環(huán)狀卸料口，達(dá)到阻止空氣向煤層滲透，使筒倉(cāng)持續(xù)達(dá)到和外界封閉、隔絕狀態(tài)的目的；充氣環(huán)布置在筒倉(cāng)錐段上部區(qū)域，沿筒倉(cāng)周圍安裝一圈充氣管道，使氮?dú)夥植荚诿旱目p隙中，達(dá)到使可燃性氣體濃度低于報(bào)警值的目的；換氣環(huán)布置在筒倉(cāng)中部或上部區(qū)域，如筒倉(cāng)較高可設(shè)置多層，沿筒倉(cāng)周圍安裝一圈或多圈充氣管道，多點(diǎn)式充氣，使筒倉(cāng)倉(cāng)頂?shù)目扇細(xì)怏w被置換出去。此外，氮?dú)鈬娮炀S護(hù)困難，為保護(hù)氮?dú)鈬娮欤诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在每個(gè)氮?dú)鈬娮焐喜康耐矀}(cāng)內(nèi)壁處預(yù)埋保護(hù)鋼板，減少來煤的沖擊。

(7)防爆安全系統(tǒng)。防爆安全系統(tǒng)主要由幾組防爆安全門組成，是一種泄壓裝置，也是安全防護(hù)設(shè)施中的補(bǔ)救措施。防爆安全門分為標(biāo)準(zhǔn)式防爆門和重力式防爆門，對(duì)大型筒倉(cāng)而言，首選重力式防爆門。防爆門的規(guī)格和數(shù)量需根據(jù)泄爆量和供貨廠家的設(shè)備而定。

(8)通風(fēng)除塵及其他。由于給筒倉(cāng)上煤時(shí)容易產(chǎn)生粉塵，且聚集在倉(cāng)頂?shù)目扇細(xì)怏w達(dá)到一定濃度時(shí)非常危險(xiǎn)，倉(cāng)頂應(yīng)設(shè)計(jì)除塵器等排風(fēng)設(shè)施。需要注意的是，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度接近臨界值時(shí)，排風(fēng)一定程度上促進(jìn)了可燃?xì)怏w與氧氣的混合，此時(shí)十分危險(xiǎn)。因此經(jīng)常啟動(dòng)除塵設(shè)施十分必要。

當(dāng)筒倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)煤溫過高且不能控制或已發(fā)生自燃時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)消防水向倉(cāng)內(nèi)注水以消滅自燃。

3 結(jié)語

筆者認(rèn)為，在選取儲(chǔ)煤筒倉(cāng)方案前，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、占地面積、環(huán)境影響、物料特性等方面的因素，綜合比較儲(chǔ)煤筒倉(cāng)、圓形煤庫(kù)、橋式抓斗倉(cāng)庫(kù)等方案；同時(shí)，在儲(chǔ)煤筒倉(cāng)安全設(shè)計(jì)時(shí)，需全面考慮防堵設(shè)計(jì)、防自燃、防爆設(shè)計(jì)等，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，后患無窮，且改造施工比較困難；針對(duì)不同特性的煤種，監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)也有差異，褐煤相對(duì)煙煤易自燃，故褐煤溫度報(bào)警值的設(shè)定較煙煤略低等；當(dāng)筒倉(cāng)的防自燃、防爆監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集中采購(gòu)時(shí)，需與供貨商充分溝通，充分考慮設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)中的各個(gè)細(xì)節(jié)，遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，重視相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確保安全不留死角。

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修改稿日期：2016-10-08

Safety Design of Coal Storage Silo

YUAN Jin-kai，YANG Jian-guo，DU Yang

(WuhuanEngineeringCo.,Ltd.,WuhanHubei430223China)

The coal storage silo has an advantage of high efficiency, large reserves, less pollution.However, accidents such as coal clogging, spontaneous combustion and explosion easily occur due to the improper design or maintenance of silo, affecting the utilization of coal and the safety of plant.With the principle of safety design, this paper discusses the silo design in terms of anti-clogging, anti-self-ignition, and explosion-proof, as well as the monitoring and controlling indicators.They effectively improve the safety and reliability of the silo.

silo; safety; anti-clogging; anti-self-ignition; explosion-proof

原進(jìn)凱(1981年-)，河南安陽人，2008年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事粉體設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.003

TD 223

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1004-8901(2016)06-0013-03