煤粉氣力輸送系統(tǒng)防爆設計

吳寒薇

摘 要：在使用氣力輸送進行煤粉運輸?shù)钠髽I(yè)中，煤粉氣力輸送系統(tǒng)的防爆設計是有效規(guī)避煤粉在實際輸送過程中發(fā)生自燃與爆炸等一系列安全事故的重要舉措，能夠大幅提升煤粉氣力輸送的安全性?；诖?，本文根據(jù)典型磨煤干燥系統(tǒng)中煤粉氣力輸送系統(tǒng)的防爆設計展開了分析與探究。

關鍵詞：煤粉;氣力輸送系統(tǒng);防爆設計

如今，煤粉在企業(yè)的實際生產活動中能夠得到廣泛使用，主要原因是煤粉的生產成本較其他燃料有明顯的優(yōu)勢。目前，煤粉主要采用正壓流態(tài)化氣力輸送進行運輸，但這一輸送過程極易發(fā)生自燃與爆炸等事故，因此就需要在現(xiàn)有基礎上進一步優(yōu)化煤粉氣力輸送系統(tǒng)的防爆設計，來確保煤粉氣力輸送的安全性、穩(wěn)定性與高效性。

1影響煤粉爆炸的主要因素

根據(jù)煤粉的物理化學性質及氣力輸送的特性，影響煤粉自燃或爆炸的主要因素有以下幾點：第一，煤粉濃度與氣流載體含氧量，這是導致煤粉爆炸的主要因素之一。當煤粉與空氣（主要是空氣中的氧）混合且達到一定的濃度時，一旦遭遇明火，煤粉沉積物就會發(fā)生自燃，甚至引起爆炸。第二，煤粉的揮發(fā)分也會對煤粉爆炸產生影響。特別是在煤粉揮發(fā)分較高，其活性與發(fā)熱量也相對較高的情況下，發(fā)生爆炸的可能性也就較大。第三，煤粉的經濟細度是誘發(fā)煤粉爆炸的另一個主要因素[1]。簡單來講，煤粉越細，其發(fā)生自燃與爆炸的可能性就越大，同時制粉系統(tǒng)的電耗與金屬磨耗也會相應增加;反之煤粉越粗，其發(fā)生爆炸的可能性就越小，但也會導致煤粉在爐膛內無法充分的燃燒，進而增加其不完全燃燒熱損失。為此，要想有效降低煤粉爆炸發(fā)生的概率，就要嚴格控制煤粉濃度、輸送介質含氧量、揮發(fā)分及經濟細度。

2煤粉氣力輸送系統(tǒng)防爆設計分析

下圖為典型磨煤干燥系統(tǒng)流程圖。其中，氣力輸送段為：煤粉隨惰性氣體從磨煤機出口送至袋式除塵器進行固氣分離，分離后的煤粉經旋轉給料器輸送至煤粉儲罐儲存。系統(tǒng)防爆設計需從全流程考慮，具體可以從以下幾個方面設計。

2.1氣流載體的惰化設計

作為可燃物燃燒的必要條件之一，氧氣在煤粉爆炸中也起到了一定的催化作用。當煤粉與氣流載體的混合物中缺乏氧氣，或氧氣濃度較低時，即便是有可燃物與點火能，由于其氧氣濃度沒有達到爆炸的濃度范圍，也不會輕易發(fā)生爆炸。因此，氣力輸送系統(tǒng)輸送煤粉時，只要其氣流載體的含氧濃度小于12%～14%[2]，基本上就不會發(fā)生爆炸。而對于自身副產壓縮污氮氣的工廠來說，應該選擇壓縮污氮氣（氮氣含氧氣量≤8%）作為煤粉的輸送載體。若壓縮氮氣源缺乏，則可以摻入一定量的惰性氣體，將氣流載體中的含氧量調整到12%以下。

2.2溫度和CO含量監(jiān)測與控制

在煤粉氣力輸送過程中，嚴格控制煤粉溫度是至關重要的。這就要求工作人員熟知煤粉儲罐的結構與特點，合理設置溫度測點。目前，測溫點的選擇主要有以下幾種：煤粉儲罐筒體溫度、袋式除塵器溫度、錐體溫度以及進出口溫度。其中，當袋式除塵器或煤粉儲罐的溫度>70℃時，就會自動報警;當溫度達到75℃時，就會自動充惰性氣體。除了需要對溫度進行實時監(jiān)測外，CO的含量也需要受控。因為煤粉長時間堆積在密閉空間內，隨著密閉空間溫度不斷上升，煤粉與空氣接觸過程中發(fā)生反應隨即產生CO。在這種情況下，一旦CO濃度大于500×10-6就會自動報警[3];當其濃度達到600×l0-6時，就會自動充惰性氣體;當濃度達到700×10-6時，就會自動停止輸送。因此，有必要在煤粉儲罐與袋式除塵器上合理安裝CO分析儀對CO含量進行實時監(jiān)測。綜上，在煤粉氣力輸送系統(tǒng)中應科學設置測溫儀和CO分析儀并定期對相關儀表進行檢查與校驗。

2.3設置自動滅火裝置

煤粉儲罐與袋式除塵器作為氣力輸送系統(tǒng)的重要組成設備，應該合理設置并配備自動滅火裝置。現(xiàn)階段我國工廠常備的滅火介質主要有三種，分別為二氧化碳、蒸汽與氮氣。針對煤粉氣力輸送系統(tǒng)，蒸汽滅火是最不建議采用的，因為蒸汽會導致煤粉吸潮板結，造成嚴重的浪費，同時也會增加倉壁內黏結的清除難度。因此，建議工廠選用二氧化碳或氮氣進行滅火。但由于這兩種氣體均會對人體造成較嚴重的傷害，因此滅火裝置要同時考慮在安裝區(qū)域設置相應的氣體濃度檢測裝置，以避免氣體泄露，引發(fā)意外。

2.4選擇合適面積的防爆門

煤粉儲罐上優(yōu)先選擇安裝自動啟閉式防爆門，這基于其自動關閉的系統(tǒng)響應時效性及精準性等優(yōu)點。目前，多數(shù)防爆門的工作壓力均為1～10kPa。當防爆門后噴出高溫氣體與火焰時，就要采用引出管將其排放到室外，以免形成更為嚴重的爆炸事故，進一步擴大爆炸范圍。同時，要根據(jù)設備的容積比值來準確計算防爆門的有效泄壓面積[4]。在一般情況下取0.04m2/m3，且不得小于90cm2。另外，防爆薄膜應該選用刻有十字形刻痕的薄鐵皮;其厚度不可大于0.5mm，以此來保證防爆門的防爆面積與強度，并對其進行校核。

2.5合理設計選型關鍵設備

煤粉儲罐要選擇密閉容器以接收氣力輸送的煤粉，并根據(jù)相關生產要求，結合實際輸送能力計算儲罐總容積。在正常情況下，無煙煤粉的儲存時間不可大于12h;煙煤粉的儲存時間一般在4～8h。煤粉儲罐的內表面一定要保持光滑與平整，不可以有任何的凹坑或凸起，避免煤粉的沉積與滯留。在設計煤粉儲罐時，一定要充分考慮其結構與幾何形狀，以確保煤粉可以順暢自流，防止煤粉在死角中沉積，進而因長時間堆積放熱產生自燃現(xiàn)象。此外，要在錐體上設置流態(tài)化松動管路，以此避免煤粉發(fā)生結塊與起拱現(xiàn)象。袋式除塵器則要優(yōu)先選用具有抗靜電效果的滌綸針刺氈濾袋，并選擇具有脫油除水作用的氮氣或其他惰性氣體作為清灰氣源[5]。除此之外，為了避免煤粉受潮、受熱，一定要做好袋式除塵器與煤粉儲罐的外壁保溫措施，以避免煤粉因外界溫度和濕度的變化，反復進行吸熱與放熱而受潮，在壁面上出現(xiàn)結皮或壓實等現(xiàn)象。因此，在氣候較寒冷的地區(qū)，需要在袋式除塵器外殼增設電加熱或蒸汽伴熱，以此減少外界氣候變化對煤粉的影響。

2.6電氣和儀表防爆

根據(jù)防爆設計的相關要求，電氣設備元件一定要滿足相應的防爆設計條件。具體情況如下：現(xiàn)場儀表與電動機均要選擇防爆型設備，設置獨立供電電源及設備檢修用安全電源;同時，用電設備要設置在現(xiàn)場操作箱內，并且要在DCS系統(tǒng)中合理設置用電設備運行、故障檢修等信號輸送及安全連鎖裝置[6]。一旦發(fā)生火災或爆炸，能夠自動切斷電機電源，實現(xiàn)保護性停車。另外，煤粉輸送系統(tǒng)中的各項電氣與儀表防爆設備均要符合二類防雷保護標準，而對于現(xiàn)場可能會積聚靜電的容器、金屬設備以及管道等，均要進行防靜電設置與安全接地。其中，接地電阻不可超過100Ω。

結束語

綜上所述，煤粉氣力輸送系統(tǒng)的防爆設計至關重要，會直接影響企業(yè)的安全生產。因此，設計人員就要嚴格依據(jù)相關規(guī)范與規(guī)程，結合現(xiàn)有安全技術，對煤粉氣力輸送系統(tǒng)實施優(yōu)化設計、提高系統(tǒng)防爆水平、有效降低煤粉在氣力輸送過程中發(fā)生自燃與爆炸的可能性，進一步提升煤粉氣力輸送系統(tǒng)的可靠性、安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]鄭虎.煤粉制備系統(tǒng)防爆措施的改進和完善[J].新世紀水泥導報，2018，24（2）：64-66.

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）