基于取樣法粉塵濃度的翻車機(jī)底層通風(fēng)工藝設(shè)計

于 娜

秦皇島港股份有限公司第六港務(wù)分公司

1 引言

翻車機(jī)底層屬密閉空間，在作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的煤炭粉塵。為避免翻車機(jī)底層積塵，同時保障底層維修、作業(yè)人員的呼吸順暢[1]，秦皇島港煤三期翻車機(jī)房兩側(cè)分別配備了2臺功率為22 kW的通風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)排塵、通風(fēng)和夏季降溫。通風(fēng)機(jī)的啟停通過手動和自動2種模式實(shí)現(xiàn)。自動模式下通風(fēng)機(jī)每天啟動12 h，停12 h；開啟手動模式則自動模式自動取消，通風(fēng)機(jī)持續(xù)啟動直至切換回自動模式。由于通風(fēng)機(jī)功耗較大，年耗電30余萬kWh，電費(fèi)20余萬元，因此有必要依據(jù)粉塵濃度并綜合考慮現(xiàn)場維修、作業(yè)和節(jié)能等要求，重新制訂煤三期翻車機(jī)底層的通風(fēng)工藝，真正實(shí)現(xiàn)翻車機(jī)底層通風(fēng)的自動化，保障職業(yè)衛(wèi)生健康，消除安全隱患，節(jié)能降耗。

2 總體思路

首先對秦皇島港煤三期翻車機(jī)作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，利用防爆型粉塵儀實(shí)地檢測多種工況下翻車機(jī)底層典型部位的粉塵濃度；然后通過數(shù)據(jù)分析(粉塵濃度值、通風(fēng)機(jī)手動模式下啟停歷史記錄、峰平谷分時電價表)制訂通風(fēng)機(jī)自動模式下的啟停工藝，并依據(jù)制訂的通風(fēng)工藝編寫翻車機(jī)底層通風(fēng)PLC控制程序；最后現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)并對通風(fēng)工藝進(jìn)行不斷完善。

3 技術(shù)方案

3.1 粉塵濃度檢測

為滿足粉塵濃度檢測的代表性和準(zhǔn)確性，選擇有代表性的時間、工況以及合適的測量方法、測量儀器進(jìn)行翻車機(jī)底層煤塵濃度檢測。

3.1.1 粉塵濃度測試方法

粉塵濃度的表示方法主要包括質(zhì)量濃度(mg/cm3)和計數(shù)濃度(顆/cm3)2種。研究表明，質(zhì)量濃度測塵儀測定的結(jié)果對比性好，且由煤塵所引起的硅肺和粉塵質(zhì)量濃度關(guān)系更為密切，即質(zhì)量濃度在衛(wèi)生安全角度上更能凸顯其測量的意義，因此測量翻車機(jī)底層煤塵濃度的方法采用質(zhì)量濃度測量法[2]。質(zhì)量濃度測塵方法主要分為2類9種，主要用于測定全塵濃度或者呼吸性粉塵濃度[3]。

取樣法,即從待測區(qū)域中抽出部分具有代表性的含塵氣樣，送入分析測量系統(tǒng)來測量粉塵的濃度與粒徑的方法。其基本工作原理為：從含塵區(qū)域采集一定體積的含塵試樣，過濾或分離其中所含塵粒，根據(jù)集塵質(zhì)量和體積等計算出氣體的含塵濃度。同時將過濾下來的塵樣利用各類粒度測量及其他分析測試一起進(jìn)行測量分析，進(jìn)一步獲得塵粒的平均粒徑、粒徑分布及其物理特性、化學(xué)組成等。

取樣法的原理簡單，能夠滿足本項(xiàng)目的要求，因此采用取樣法對翻車機(jī)底層煤塵濃度進(jìn)行檢測。

3.1.2 采樣和檢測所用儀器

選用IFC-2防爆型粉塵采樣儀和MS-105十萬分之一電子分析天平對翻車機(jī)底層粉塵濃度進(jìn)行取樣和檢測。

IFC-2防爆型粉塵采樣儀由氣泵、流量計、定時控制電路、欠壓指示電路及電源等組成，配有全塵采樣頭和呼吸性粉塵采樣頭，能對危害人體的呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵進(jìn)行分離，分離曲線符合BMRC曲線標(biāo)準(zhǔn)。該儀器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、操作簡便、性能穩(wěn)定，在目前同類產(chǎn)品中技術(shù)水平居前，可廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域，并且適用于國家規(guī)定的Ⅱ類爆炸性氣體的環(huán)境場所。

MS-105十萬分之一電子分析天平最大量程120 g，最小精度為0.01 mg，滿足檢測要求。

3.1.3 檢測結(jié)果

考慮到翻車機(jī)底層維修工作主要集中在上、下層斗給料器電機(jī)處，清煤人員主要作業(yè)位置在底層廊道，故采樣地點(diǎn)集中于上述位置。從職業(yè)衛(wèi)生的角度，定點(diǎn)檢測計算加權(quán)評價濃度的公式為：

CTWA=(C1T1+C2T2+……+CnTn)/8

(1)

式中，CTWA為8 h工作日接觸化學(xué)有害因素的時間加權(quán)平均濃度，mg/m3;8為1個工作日的工作時間，h，工作時間不足8 h者，仍以8 h計；C1、C2……Cn表示T1、T2……Tn時間段接觸的相應(yīng)濃度；T1、T2……Tn表示C1、C2……Cn濃度下相應(yīng)的持續(xù)接觸時間。

為對翻車機(jī)底層通風(fēng)工藝進(jìn)行優(yōu)化，先初步設(shè)置通風(fēng)機(jī)自動模式下的運(yùn)行時間為4 h/d，通過取樣、檢測查看粉塵濃度超標(biāo)與否，進(jìn)而判斷自動模式下運(yùn)行時長是否可行。相比較翻車司機(jī)和維修人員，清煤人員與底層粉塵接觸的時間更長，因此以清煤人員為對象，選擇在CD1和CD2翻車機(jī)都正常作業(yè)，通風(fēng)機(jī)每天4 h自動運(yùn)行的工況下，對翻車機(jī)底層和清煤人員侯工室進(jìn)行采樣，所得煤塵檢測結(jié)果見表1。

由表1可知，翻車機(jī)底層的粉塵濃度檢測值和加權(quán)平均值均小于極限值，通風(fēng)機(jī)4 h/d的自動運(yùn)行時長被驗(yàn)證為可行。

3.2 制訂自動通風(fēng)時間表

通過粉塵濃度驗(yàn)證，通風(fēng)機(jī)4 h/d的運(yùn)行時長是可行的，下面將通過通風(fēng)機(jī)啟停記錄和峰平谷分時電價表，制訂通風(fēng)機(jī)自動模式下運(yùn)行時間表。

通風(fēng)機(jī)手動啟動通常發(fā)生在翻車機(jī)底層進(jìn)行維修工作時，若通風(fēng)機(jī)自動模式下啟動時間段與手動模式有所重疊，能更好發(fā)揮通風(fēng)機(jī)排塵、通風(fēng)和降溫的作用，降低通風(fēng)機(jī)啟動時長和能耗。

對2015全年手動模式下啟動通風(fēng)機(jī)的時間段進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計，調(diào)查表和手動模式啟動時長累計頻率圖見表2、圖1。

表1 煤塵檢測結(jié)果

表2 手動模式下啟動通風(fēng)機(jī)的調(diào)查表

圖1 通風(fēng)機(jī)手動啟動時長累計頻率圖

通過對表2和圖1進(jìn)行分析，設(shè)定翻車機(jī)底層每天自動通風(fēng)總時長為4 h，電費(fèi)“峰”值運(yùn)行0.5 h，“平”值運(yùn)行2.5 h，“谷”值運(yùn)行1 h，避開電費(fèi)1.01元/kWh的時間段。制訂的底層自動通風(fēng)時間表見表3。

表3 翻車機(jī)底層自動通風(fēng)時間表

3.3 自動通風(fēng)PLC程序設(shè)計

基于西門子S7-400 PLC進(jìn)行相關(guān)程序設(shè)計，利用系統(tǒng)功能塊SFC1實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)時間的讀取，并設(shè)置自動模式下啟動、停止時間。

利用S5定時器實(shí)現(xiàn)自動模式下通風(fēng)機(jī)每次啟動30 min即停止，手動模式下通風(fēng)機(jī)每次啟動30 min即自動切換到自動模式。

4 應(yīng)用效果

改造完成之后秦皇島港煤三期翻車機(jī)底層的粉塵濃度得到了有效地抑制，同時通風(fēng)機(jī)的能耗和電費(fèi)也有較大程度的降低。改造前后每天翻車機(jī)底層自動通風(fēng)情況對比見表4。

表4 項(xiàng)目實(shí)施前后底層自動通風(fēng)情況對比

新的通風(fēng)方案充分利用了峰平谷分時電價表，在不考慮7～9月特殊時間段(18:00～21:00，1.010元/kWh)情況下，理論上4臺通風(fēng)機(jī)每天自動模式下消耗電能由897.6 kWh降到299.2 kWh，降幅達(dá)66.7%；電費(fèi)由每天580.4元降到184.3元，降幅達(dá)68.2%。

2015年通風(fēng)機(jī)耗電34.89萬kWh，電費(fèi)22.7萬元。而2016年通風(fēng)機(jī)年耗電量為10.85萬kWh，降幅達(dá)52.2%；電費(fèi)為6.68萬元，降幅達(dá)70.6%。

5 結(jié)語

改造完成后秦皇島港煤三期翻車機(jī)底層的粉塵濃度得到了有效的抑制，同時通風(fēng)機(jī)的能耗和電費(fèi)也有較大程度的降低，解決了以往通風(fēng)機(jī)完全靠手動隨機(jī)啟停的問題，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)啟停的自動化。對峰平谷分時電價表的科學(xué)利用為電氣系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了有益的參考。