儲煤筒倉港口應(yīng)用及褐煤存儲安全管理標準研究

王野　田長河　李昕龍　吳夢

摘要：以中電投錦州港口公司為例，簡述露天堆場和筒倉的運行方式與原理，通過對比露天堆場與筒倉的自身特點和在港口中實際應(yīng)用，分析兩種儲煤方式的優(yōu)缺點，闡述現(xiàn)階段港口儲煤的最優(yōu)方式。同時綜合褐煤煤質(zhì)特性和筒倉結(jié)構(gòu)、特點，剖析密閉環(huán)境儲煤時的安全隱患和風險隱患根源。針對筒倉作業(yè)、存儲和清倉過程，分別制定安全管理標準，并建立完善的監(jiān)測預(yù)警機制，最大程度降低筒倉儲存安全隱患，旨在提高筒倉儲存時間和生產(chǎn)安全，具有同行業(yè)推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：港口 ?筒倉 ?安全運行技術(shù) ?儲煤系統(tǒng)

中圖分類號：TU753??? 中圖分類號：A

Research on the Application of Coal Storage Silos in Ports and the Storage Safety Management Standards of Lignite

WANG Ye TIAN Changhe LI Xinlong WU Meng

（1.CPIC Jinzhou Port Co.， Ltd.，Jinzhou， Liaoning Province，121000 China; 2.SPIC Nei Mongol Energy Co.， Ltd.， Tongliao， Inner?Mongolia?Autonomous?Region，028000 China）

Abstract： Taking the CPIC Jinzhou Port Co.， Ltd. as an example， this article briefly expounds the operation modes and principles of open-air storage yards and silos， analyzes the advantages and disadvantages of the two coal storage methods by comparing their own characteristics and practical applications in ports， and expounds the optimal methods for coal storage in ports at this stage. At the same time， based on the coal quality characteristics of lignite and the structure and characteristics of silos， this paper analyzes the safety hazards and the root causes of risk hazards when storing coal in the closed environment. It formulates safety management standards respectively for the operation， storage and clearance processes of silos and establishes a perfect monitoring and early-warning mechanism to minimize potential safety hazards in silo storage， aiming to improve the time of silo storage and production safety， which has the value of promotion and application in the same industry.

Key Words： Port; Silo; Safe operation technology; Coal storage system

中電投錦州港口有限責任公司儲煤方式主要為筒倉和露天堆場綜合方式存儲，公司自2016年投產(chǎn)以來平均每年完成350萬t集港作業(yè)量，由于進港鐵路為集團產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部鐵路公司，來港煤種較為單一，據(jù)統(tǒng)計，平均每年褐煤占比總量的96.7%。褐煤由于具有成煤時間短，是煤化程度最低的煤種，化學反應(yīng)性強，含有較多的纖維分，以及高水分、高灰分、高揮發(fā)分和熱穩(wěn)定性差的特點，風干時易爆裂成碎煤，在煤場存儲過程中易因氧化而發(fā)熱^[1]，出現(xiàn)煤體自燃等安全問題，并導致煤質(zhì)下降，嚴重威脅港口生產(chǎn)作業(yè)和煤炭存儲安全，因此本文對于港口儲煤筒倉的應(yīng)用和褐煤存儲安全管理標準的研究具有重大意義。

1露天堆場與筒倉儲煤特點分析

目前，港口煤炭存儲方式主要為筒倉和露天堆場兩種。對于不同的方式存儲煤炭具備各自特點。

1.1露天堆場的特點

露天堆場就是堆場上方不設(shè)任何棚蓋等遮蔽物的堆場。依照堆積機型的不同，可形成條形和圓形兩種料堆形式。國內(nèi)專業(yè)化煤碼頭上的露天堆場基本為條形堆場（如圖1所示）。堆取設(shè)備沿直線軌道行走，常用堆料機、取料機或堆取料機。

這種堆存方式靈活，可根據(jù)生產(chǎn)需要，將煤炭堆至堆場范圍內(nèi)的任意空閑位置，也可從堆場任意位置取料，便于煤炭按貨主、煤種不同分區(qū)堆放。如果有煤炭作業(yè)要求，可通過控制不同取料機的取料量，采取帶上混配的方式進行。條形堆場沒有地下設(shè)施，運行環(huán)境好，煤炭自燃時便于處理。

1.2 簡倉的特點

該種方式的儲煤倉也被叫作圓形筒倉，是20世紀50年代不斷發(fā)展演變而來的一種新型的儲煤方式，當采用單一存儲煤質(zhì)或者不需要較大儲存量時，多利用獨立或單列方式，當儲存量比較大的時候可以采用群倉的方式^[1-2]，具體情況如圖2所示。

圓形方式的筒倉結(jié)構(gòu)可以形成更大的容積，能有效地提高土地資料利用率。在進行裝料操作時，帶式輸送機可以把煤炭散料傾斜到筒倉頂?shù)穆淞峡诓课?，從而有效地進入筒倉中，在進行卸料操作時，散料可以經(jīng)過底部位置倒錐形卸料漏斗內(nèi)，從而把煤炭裝卸到帶式輸送機中實現(xiàn)轉(zhuǎn)運。煤炭筒倉因為可精確控制其出料流量，適宜配煤精度要求較高的場所。

筒倉由于專業(yè)化程度和自身結(jié)構(gòu)特點，較露天堆場具有以下優(yōu)勢。

（1）筒倉儲煤自動化程度較高。筒倉存儲及裝卸流程簡潔，便于中控操作，需要的操作人員較少；堆場堆取料流程復雜，自動化程度有限，需要操作人員較多。

（2）筒倉存儲實現(xiàn)環(huán)保達標。因筒倉為封閉結(jié)構(gòu)，在存取過程中，有較少粉塵，對外部環(huán)境和大氣排放無污染；堆場由防風抑塵網(wǎng)構(gòu)架結(jié)構(gòu)建成，風力大于5級時，來流空氣在棱形物料堆的上部繞流，使其表面的空氣流動結(jié)構(gòu)逐點不同，而料堆表面的空氣動力學結(jié)構(gòu)又決定著堆場的散塵機理及散塵量，以至于在作業(yè)和物料靜置期間，在抑塵網(wǎng)最佳孔隙下，仍有部分顆粒流失和排放至空氣中，造成周邊環(huán)境污染^[3-4]。

（3）節(jié)省土地使用面積。錦州港口公司一期設(shè)計8座筒倉和1座應(yīng)急堆場，設(shè)計儲煤能力均為24萬t，8座筒倉內(nèi)徑儲煤區(qū)域直徑40 m，占地面積約10 048㎡，應(yīng)急堆場長442 m，寬37 m，占地面積約32 708㎡。相同儲煤量，筒倉節(jié)約占地面積22 660㎡，筒倉空間利用率優(yōu)于堆場。

（4）作業(yè)模式及效率更優(yōu)。由于筒倉結(jié)構(gòu)特點，煤炭堆取方式為先入先出，能夠?qū)崿F(xiàn)出舊存新，避免存煤自燃；堆場存取煤與筒倉相反，易發(fā)生存煤自燃；筒倉同時能夠?qū)崿F(xiàn)精準配煤和高效率裝船；堆取料機取料過程中由于受到垛型和操作人員熟練程度影響，取料量呈現(xiàn)無規(guī)律曲線變化，取料量峰值波動變化迅速，極易超出設(shè)備最大能力，且波動變化造成帶式輸送機受到不均勻沖擊載荷，影響設(shè)備使用壽命。而筒倉活化給料機定額控制，可實現(xiàn)給料量均勻緩慢變化，對轉(zhuǎn)運設(shè)備沖擊溫和，配煤精度更高，更精準地控制裝船作業(yè)量。

（5）筒倉存儲，能有效降低人力資源。由于堆取料機需要專用操作員和巡視人員配合操作，增加管理成本，筒倉物料運輸設(shè)備主要為卸料小車和活化給料機，相較于堆取料機等大型設(shè)備的維護保養(yǎng)工作量較小，節(jié)約維修成本和維修人員^[5]。

綜上所述，筒倉具有自動化程度高、環(huán)保性優(yōu)、運營維護成本低、空間利用率高，以及能夠?qū)崿F(xiàn)精準配煤和先進先出的作業(yè)模式等優(yōu)點，是目前錦州港口公司煤炭存儲方式的第一選擇。

2筒倉存儲安全性分析

進入筒倉的煤落差大，離析現(xiàn)象較嚴重，落料點中心區(qū)域煤炭顆粒度小，產(chǎn)生熱量易于聚集，當存儲煤放熱速率大于周圍環(huán)境散熱速率時，引起煤體升溫，達到著火點溫度時引起煤體自燃^[6]。由于筒倉屬于封閉環(huán)境，當內(nèi)部煤體溫度達到著火點溫度時極易發(fā)生自燃或爆燃現(xiàn)象，因密閉性高，只能借助溫度、有害氣體檢測裝置分析存煤環(huán)境，無法直接進行觀測，導致判斷誤差較大，且煤體發(fā)生自燃后處理具有一定的難度。

為了提高筒倉煤炭存儲安全，最大限度提升存儲時間和生產(chǎn)安全，編制筒倉存儲安全管理標準有助于煤炭港口最大程度降低筒倉儲存煤炭的安全隱患，降低運營成本。

3筒倉存儲安全管理標準

3.1 筒倉作業(yè)要求

3.1.1 入倉作業(yè)

（1）作業(yè)要求 。當筒倉進行入倉作業(yè)時，啟動作業(yè)倉和相鄰倉的倉頂房軸流風機（如當A5倉入倉作業(yè)時，啟動A4、A5、A6倉倉頂房墻壁軸流風機），同時啟動干式除塵系統(tǒng)；作業(yè)停止15min后關(guān)閉倉頂房軸流風機，退出除塵系統(tǒng)。

（2）粉塵濃度監(jiān)測要求 。作業(yè)前對卸料小車落料口和倉頂防爆軸流風機3 m直徑工作空間內(nèi)進行粉塵濃度檢測。作業(yè)中與作業(yè)前粉塵濃度檢測相同位置進行粉塵濃度測量。作業(yè)停止5 min后，與作業(yè)前粉塵濃度檢測相同位置進行粉塵濃度測量。

3.1.2 出倉作業(yè)

（1）作業(yè)要求 。當筒倉出倉作業(yè)時，作業(yè)開始做好倉底通風，保證空氣流暢，降低揚塵和爆燃風險，作業(yè)結(jié)束后根據(jù)現(xiàn)場粉塵濃度關(guān)閉通風。而且每次出倉作業(yè)結(jié)束時倉底要存有8 m厚度煤炭，以防止入倉作業(yè)時由于塊煤煤沖擊倉體造成損傷。

（2）粉塵濃度監(jiān)測要求。作業(yè)前對筒倉6臺活化給料機出料口進行粉塵濃度檢測，檢測位置在檢測點出料方面直徑3 m范圍內(nèi)。作業(yè)中，與作業(yè)前檢測點同一位置進行粉塵濃度測量，活化給料機連續(xù)出料15 min后測量。作業(yè)后流程停止后5 min內(nèi)，與作業(yè)中檢測點同一位置進行粉塵濃度測量。

3.1.3 超濃度處置措施

當粉塵濃度超過30 g/m?，入倉作業(yè)時立即開啟倉頂軸流風機，出倉作業(yè)時立即開啟倉底軸流風機，并將入倉作業(yè)流量降低至原作業(yè)量1/2，每隔3 min檢測一次，當連續(xù)兩次檢測粉塵濃度均低于15 g/m?后，中控將流量分兩次間隔10 min將作業(yè)流量緩慢恢復至原作業(yè)流量。

3.2 筒倉存儲要求

3.2.1存儲時間要求

筒倉存儲上限為15天，存儲時間以第一列煤炭入倉后起算，倉內(nèi)煤炭全部排空后重置存儲時間，存儲上限可根據(jù)倉內(nèi)溫度數(shù)據(jù)不斷積累進行相應(yīng)調(diào)整。當筒倉存儲煤炭到第13天時，當天白班值班主任要根據(jù)應(yīng)急堆場煤炭庫存量、堆存位置、垛位高度、煤種、裝卸作業(yè)任務(wù)綜合確定出倉煤炭堆存位置，有條件時，將存儲煤炭均勻拋灑至垛面^[7-9]。

3.2.2氣體檢測要求

（1）筒倉有毒可燃氣體報警與消除報警條件。當筒倉內(nèi)存儲時間、溫度、一氧化碳（CO）、甲烷（CH_4?）達到表1條件時，啟動或撤銷相應(yīng)報警，報警信號條件根據(jù)《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設(shè)計標準》（GB/T50493-2019）設(shè)定^[10]。

（2）倉內(nèi)、外粉塵測量與控制。

①倉內(nèi)粉塵濃度控制。測量方法：進倉作業(yè)時，手動開啟倉頂防爆風機，在出風口1 m范圍內(nèi)用粉塵濃度檢測儀檢測?？刂品椒ǎ寒攤}內(nèi)粉塵濃度達到30 g/m?時，將作業(yè)量降低一半并繼續(xù)檢測，當粉塵濃度降低后分階段緩慢回復給料量。

②倉外粉塵濃度控制。測量方法：出倉作業(yè)時，在出料筒倉活化給料機落料口1 m范圍內(nèi)測量粉塵濃度。進倉作業(yè)時，在卸料小車落料口1 m范圍內(nèi)測量粉塵濃度。控制方法：當測量的粉塵濃度達到30 g/m³時，降低作業(yè)量并持續(xù)檢測，濃度降低后分階段恢復作業(yè)量。

③粉塵濃度控制要求。每月10日、25日各進行一次入倉和出倉作業(yè)粉塵濃度測量，當日無相關(guān)作業(yè)時，順延日期，直至完成測量為止。

（3）通風、充氮設(shè)備啟停要求 。

啟停條件的相關(guān)參數(shù)由運行操作人員在中控手動輸入，并于每月15日對啟停參數(shù)校核。啟停條件見表2。筒倉倉頂防爆軸流風機和倉頂房軸流風機由筒倉巡視就地開啟，充氮系統(tǒng)由中控操作人員遠程手動開啟，調(diào)度員及時記錄清晰倉號、開啟原因、開啟時間、開啟時溫度、甲烷、一氧化碳數(shù)值，以及關(guān)閉時間和關(guān)閉時溫度、甲烷、一氧化碳數(shù)值^[11]。

除正常作業(yè)安排外，當出現(xiàn)以下情況時，必須立即將倉內(nèi)煤炭排至堆場：①一氧化碳高于300X10-6；②倉內(nèi)溫度高于70 ℃；③倉頂或倉底產(chǎn)生大量濃煙；④倉頂或倉底持續(xù)性聞到明顯異味。

3.3 筒倉清倉流程及要求

筒倉清倉流程見圖3，啟動排料流程后，非極特殊情況嚴禁隨意停止流程；排料過程中各皮帶機巡視重點跟蹤出料經(jīng)過段膠帶情況，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報；作業(yè)完成后筒倉巡視要確認清楚活化給料機內(nèi)確實無余煤，方可停止作業(yè)流程。

4建議

筒倉具有自動化、集成化較高、環(huán)保性能好、使用維護成本低、占地面積小、空間利用率高等優(yōu)勢，在各煤炭港口廣泛應(yīng)用，但由于其密閉空間和煤炭自燃特性帶來的內(nèi)部自燃問題和爆燃隱患現(xiàn)階段仍無有效、可靠方式控制或預(yù)防，本文中筒倉存儲安全管理標準的嚴格執(zhí)行可極大程度預(yù)防爆燃風險，具有同行業(yè)推廣應(yīng)用價值。

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