企业总经理第一作者发表《水泥》杂志论文《全方位储煤筒仓安全保护系统简介》

2019-05-01 14:09:37 121

全方位储煤筒仓安全保护系统简介

白正勇 申忠辉 孟庆阳 姜传飞 杜普之

(山东华建仓储装备科技有限公司,山东 聊城 252400)

摘要:储煤筒仓是一种将传统露天存储的煤炭在筒仓内全封闭存储的煤炭存储方式,具备环保、节能、节地、流程简单、减少存储过程损耗等优点,但同时也增加了安全掌控难度。本文介绍了一套全方位储煤筒仓安全保护系统,包含监测部分、制氮部分、空气压缩部分、吹扫扰动部分、通风部分、控制部分、消防部分。共同组成了一套全方位立体的储煤筒仓安全保护系统。

关键词:钢板仓,煤炭存储,安全

中图分类号:TB496    文献标志码:B

1  前言

随着环保标准的逐步提高及工人对作业环境要求的提升,传统露天储存原煤或者堆棚储存原煤的储存方式已日显落后,取而代之的是采用储煤筒仓这样一种全封闭的储存方式。全封闭储煤筒仓的大量使用带动筒仓储存周边设备、设施的理论研究与实践,其中就包括全方位储煤筒仓安全保护系统的发展与完善。大型煤筒仓具有占地面积小、运行方式简单、系统调度灵活、环境污染小和有利于减低储煤损耗等优点[1]。目前煤化工企业、焦炭企业、钢铁冶炼企业、煤矿企业已经开始进行堆棚改储煤筒仓的项目,并且已有一些成熟运行的案例,改造之后全生产过程原煤不落地,极大的改善了生产环境与工作环境,并且节约了占地,减少铲车上煤环节、缩短了生产工艺流程,由此可预测,熟料生产线也会逐步推进采用储煤筒仓。

储煤筒仓封闭存储原煤,致挥发分聚集在一个封闭空间。煤的挥发分主要是由各种碳氢化合物(CH4为主)、氢气、一氧化碳等化合物组成(物理吸附水和矿物质生成的二氧化碳不属于挥发分的范围)[2],这些挥发分易燃易爆,再加上煤本身也是易燃物,所以储煤筒仓对安全系统的要求更加严格。储煤筒仓容积从几千吨到数万吨不等,目前市面上最大的筒仓能储存十万吨物料,动辄数万吨煤存储在一个封闭的环境体系中,中间还要保证上下游车间的连续运转,储存中的煤处于一个动态的过程中,这个过程中需要密切监测各种参数,稍有不慎,就会出现安全事故。另外,由于原煤品质较多,易燃程度不一,储存时化学性质变化不一,本文只针对已成熟应用的安全系统做简单介绍,具体其它项目应用还应结合煤质、环境因素、储存条件具体分析。

2  储煤筒仓简介及组成部分

由于施工周期短、成本低、可回收等优点,近年来新建粉状物料储存库已多为焊接式钢板筒仓[3]。焊接式钢板筒仓是指采用焊接方式拼接而成的、平面为圆形,用于储存水泥或粉煤灰等粉状物料的落地直筒式钢板筒仓。我国大型钢板仓的应用是从2007年开始,最初应用于水泥行业,从2008年逐步应用到粉煤灰存储领域[4]。从2016年起,在环保形势的日益严峻下,各个领域遵循环境友好设计原则,焊接式钢板筒仓大量应用在煤炭存储领域、骨料存储领域及各种大量需要存储的粉状、颗粒状原料、成品领域。

使用在煤炭领域的焊接式钢板筒仓,主要由钢结构库体、混凝土基础、入料系统、卸料系统、安全保护系统等组成。由于煤这种物料的特殊性质,一个储煤筒仓就是一个重大危险源,安全保护系统事关所有系统能否正常运行,务必需完善、冗余、全方位。

3  储煤筒仓安全保护系统各部分工作原理

一套成熟的安全保护系统至少应该包括监测系统、制氮系统、空气压缩系统、吹扫扰动系统、通风系统、控制系统,可选配消防系统,用于最不利情况下灭火。

监测系统包括压力监测、CO监测、CH4监测、O2监测、温度监测、烟雾监测,是全方位储煤筒仓安全保护系统的眼睛。压力监测点若干个设置于筒仓顶部、周围库壁,选用单平法兰远传压力变送器,防爆等级为EXdBT5,垂直安装与库顶。CO监测选择GTH500B)矿用型传感器,防爆等级为ExibⅠ矿用本安型,感应模块安装在仓内,可实时监测仓内CO质量浓度。CH4监测传感器选用矿用红外甲烷传感器,防爆等级为ExibⅠ矿用本安型,安装于库顶。该仪器采用红外吸收原理、扩散式采集、数字式温度补偿、一体化尘水分离器等技术精确监测仓内CH4质量浓度。O2监测采用ES10B20-O2在线式氧气检测仪,安装与库顶及库壁,实时监测筒仓内部各个部位氧气含量。温度监测共设置若干个WZPK-240防爆型温度变送器PT100,分布于筒仓不同部位,实时监测温度值[5]压力监测、CO监测、CH4监测、O2监测、温度监测、烟雾监测均包含现场二次仪表显示、声光报警、模拟信号远传至控制系统。

制氮系统是指以空气为原料,利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气,氮气是全方位储煤筒仓安全保护系统发挥作用的介质。氮气可将煤炭与氧气隔绝、将煤炭挥发分稀释至可燃浓度以下而达到防范防爆的效果。最理想的状态是将整个生产过程全部氮气保护,这样可以最大限度降低安全事故的发生概率,但是这样的成本也是比较高昂的。龙城集团下属煤化工企业有一个储存煤粉的钢板仓,就采用了将整个生产过程全方位氮气保护的方案,整个厂区每分钟消耗氮气20m3以上,能源成本较高。比较经济实用的系统是将制氮系统与全方位储煤筒仓安全保护系统其它系统尤其是控制系统共同作用,控制可燃气体浓度使其始终处于不燃比例之内,这样制氮系统与其它组成一个有机整体,经项目实测减少氮气使用量99%以上,节能降耗,防护效果不变。

空气压缩系统主要功能是将制氮系统分离出来的氮气压缩成0.8MPa的压缩氮气,是全方位储煤筒仓安全保护系统的动力,在经过多级除水、除油、除尘过程后,将洁净的压缩氮气储存于储气罐中,供吹扫扰动系统使用。

供吹扫扰动系统由主供气管道、环绕储煤筒仓周围的若干圈支供气管道、喷吹头、管路电磁阀等分项组成,是全方位储煤筒仓安全保护系统的机械手,其主要功能就是定向给库内易燃气体浓度超标系统喷吹氮气。

通风系统主要由安装在储煤筒仓仓顶的除尘器、呼吸阀、防爆阀等组成,是全方位储煤筒仓安全保护系统的有机组成系统。一方面,除尘器起到防止粉尘污染的环保效果,使储煤筒仓整体运行处于一个负压运行状态,不会由于落料产生扬尘;第二方面,除尘器起到通风作用,防止煤炭挥发出来的可燃气体聚集;第三方面,呼吸阀和防爆阀用来释放可能出现的爆炸产生的瞬间高压,起到冗余的安全效果,确保万无一失。

控制系统为全方位储煤筒仓安全保护系统的神经中枢,对储煤筒仓进行全方位、多方面的监控。其主要工作原理为:

一、汇总处理储煤筒仓监测装置反馈回来的信号或数据;

二、控制制氮系统、空气压缩系统有足够的高压氮气储备;

三、依据汇总的数据控制吹扫扰动系统、通风系统工作;

四、全过程自动化的,智能识别数据正常值与异常值;

五、随时可以人工参与其过程控制;

六、如有需要,控制消防系统工作;

根据煤种特性,一般控制系统设定整个吹扫扰动系统按两个级别启停:第一级别初级报警,锁气,库中的煤3-5天没有进出等条件设为初级报警;通过监测系统监测储煤筒仓产生初级报警信号时,开启锁气电磁阀,用氮气锁住出煤口,从而阻止空气从煤口向储煤层渗透,使储煤筒仓持续和外界封闭、隔绝,保证进入的储煤筒仓的气体是惰性气体。第二级别高级报警,充气,甲烷的含量大于等于25%LELCO的含量大于等于50PPM、收到烟雾报警等条件设为高级报警。通过储煤筒仓监测装置监测到产生高级报警信号时,锁气、充气电动阀同时开启。“充气”为是全方位储煤筒仓安全保护系统的吹扫扰动系统执行,管路为环状点式结构,在储煤筒仓壁环状多层层布置,范围广、压力大、密度要、分布均匀。使氮气均匀的分布在该高层煤的夹缝中。充气过程中,自动跟踪换气组件启动,对库内上部无煤空间充入氮气,将煤层上部空间的危险气体从储煤筒仓顶部换气口置换排出,达到惰性气体置换危险气体的目的。

以上过程中控制系统对压力的控制为:系统会自动判断和控制整个过程的压力,拟设压力小于等于0.4MPa时自动启动制氮设备,压力大于等于0.8MPa时自动停止制氮设备。

以上过程中控制系统对温度的控制为:当监测装置反馈温度信号大于50℃时,自动开启通风系统强制通风;当监测装置反馈温度信号大于60℃时,自动喷水降温。

全方位储煤筒仓安全保护系统控制系统可以根据工况需求,在长期无启动条件中,一个月自启动热备一次。也可以根据用户具体使用场景,连锁上下游设备。

消防系统包括消防水灭火以及CO2灭火系统等系统组成。储煤筒仓系统设置独立的消防水供水管道,在筒仓周围及筒仓仓顶设置有消防栓与自动喷水管道;CO2灭火系统设置CO2储存站及喷射管道。消防水灭火以及CO2灭火系统可作为全方位储煤筒仓安全保护系统的选配系统,在最不利情况下万一失火第一时间扑灭。

全方位储煤筒仓安全保护系统简介在水泥行业煤粉仓应用浅析

水泥行业目前煤磨出磨之后,采用储煤筒仓储存成品煤粉,由于种种历史原因,普遍缺乏安全保护系统,导致安全事故频发。若改造新增本套监测系统、制氮系统、空气压缩系统、吹扫扰动系统、通风系统、控制系统,将会大大增加安全系数。应用于水泥厂煤粉仓的安全保护系统可根据自身水泥企业实际情况分级采用本系统。第一级别,窑系统各参数稳定、煤磨系统各参数稳定,安全风险较小处于可控范围内时,可只启动监测系统,全方位监测易燃气体浓度、氧气浓度、温度等参数,只要各参数处于安全区间就可以运行制氮系统,节约运行成本。第二,窑况不稳定、煤磨系统不稳定、或者夏天温度极高,等安全危险系数比较大的情况下,监测系统、制氮系统均运行,将所有出袋收尘之后的煤粉存储流程,隔绝氧气,避免煤粉成品的存储过程与氧气的接触,同时通过监测系统全方位检测煤粉仓个各项参数,第一时间将各可燃气体浓度以及氧气浓度、温度传送至控制系统。控制系统设置参数自动响应、减少安全防护过程人的因素影响,如若筒仓氮气保护之后可燃气体浓度仍然处于危险范围内,则增大氮气保护的范围,上游输送机械甚至袋收尘锥斗处都要全方位通氮气,最大限度保证安全。若整套系统整体采用,必将最大限度提高安全系数。

5  结论

煤炭不落地、全封闭储煤筒仓存储煤炭,在环保方面比传统露天存储煤炭的绝对优势,正逐步在全国被接受、被实施。储煤过程中全方位储煤筒仓安全保护系统是煤炭不落地的关键环节,通过储煤筒仓安全保护系统系统联动,可以实现消除储煤过程的危险因素,确保过程安全;同时储煤筒仓安全保护系统也进行冗余设计,一旦发生火灾危险也具备最短时间扑灭的能力,为煤炭封闭存储保驾护航,为祖国碧水蓝天添砖加瓦。

参考文献

[1] 朱从军.煤化工领域高挥发性煤粉储仓的安全与防护[J].化学工程与装备2010(12)161-162.

[2] 张百炼,宋存义.储煤筒仓系统爆炸危险因素分析[J].工业安全与环保,2010(8)29-30.

[3] 白正勇.大型水泥及粉煤灰钢板库出料系统介绍[J].水泥2017(8)47-49.

[4] 刘栓金.我国大型粉煤灰钢板仓储存工艺与输送技术的应用[J].粉煤灰,2013(2)4-7.

[5] 彭丽园,姜传飞.大型煤炭散装钢板仓的设计与安全防护[J].华电技术,2018(1)57-58.

 


 

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