输煤系统储煤筒仓的优化设计_方啸

测设备，防止空仓或满仓。
2 筒仓安全监测系统的优化设计
2． 1 安全监测系统构成 筒仓安全监测系统由各类传感器，就地转接端
子箱，网络通讯系统和数据采集处理系统组成。所 有传感器的分支电缆汇集到就地接线箱，通过总电 缆将采集到的信号传输到系统控制柜，从而对储煤 筒仓的各种参数（ 温度、可燃气体浓度、氧气浓度、 烟雾、料位等） 进行监测，和实时报警。 2． 2 安全监测系统传感器布置优化
3 筒仓惰化保护系统的优化设计
3． 1 惰化保护系统构成 1. 筒仓惰化保护系统气源 筒仓惰化保护系统需要高纯度氮气，为保证氮
气供给的稳定性，满足筒仓需要的气量，在筒仓附近 布置氮气储罐，条件苛刻的情况下可以设置氮气空 分装置。氮气惰化保护系统在安全监测系统监测到 筒仓中凝集的可燃与有毒气体浓度达到报警值时， 能够及时启动，保证筒仓的安全。
对于不同结构形式的筒仓而言，其料位计的布 置应是不同的。以筒仓下设活化给煤机的结构形式 为例，料位计的布置依据为将其监测投影布置在各 个出料口中心处为最佳（ 见图 4） 。通过合适的布置 料位计，操作人员将更清楚的了解筒仓内物料的充 盈状态，从而使筒仓的运行更为可靠。
4． 2 筒仓料位开关的布置 在布置筒仓料位计的同时还应布置料位开关，
1. 温度监测 筒仓内存煤的温度是筒仓监测的最重要参数， 也是最难测量的参数。筒仓温度监测常规在筒仓壁 设置一体化温度变送器，其能够通过合适的布置和 合理的测量手段，反映筒仓内的煤体温度和可能的 自燃、易燃点。 在布置温度监测的设计过程中，应充分考虑筒 仓内易自燃的区域。现有的温度计如热电阻、热电 偶温度计都是接触型，只能检测到探测头接触到的 物体的温度。红外测温仪虽然可以间隔一定距离测 量，但只能测量煤堆表面温度，煤堆内部温度很难测 量。煤的自燃主要是靠筒仓内部的煤氧化发热造 成，而煤的热传导性差，不利于热量的扩散，因此内 部温度高而表面靠筒壁部位由于散热较快，温度比 内部低。当热阻测量筒仓内壁附近温度达到一定温
分别布置一圈。管路（ 1、2、3、4、5） 沿着筒仓壁，分 别按照去往的支管高度交替爬升，配管设计考虑其 并行不悖。
图 2 惰化保护系统的管路布置实例
2. 氮气喷嘴优化 另外，在筒仓每个出料口处还布置有惰化保护 系统的锁气层往筒仓内部注入氮气（ 见图 3） ，由于 其布置的单独性，在此就不做详细阐述。
惰化保护系统应能够根据筒仓内所储煤高度的 不同而自动调节，不同的煤位选择不同的注气层和 注气压力，使氮气最合理地均匀充入煤层中。 3． 2 惰化保护系统管路布置的优化
1. 管路布置优化 筒仓惰化保护系统低压氮气管路的布置应与筒 仓空气炮的压缩空气管路、筒仓安全监测系统的温 度监测仪表及其控制电缆桥架综合考虑。配管设计 过程中将筒仓惰化保护系统的低压氮气管路与筒仓 空气炮的压缩空气管路的母管与控制电缆桥架布置 在筒仓壁的同一侧。并将上述管路的支管（ 充气层 与换气层等） 与温度监测仪表、料位开关布置在同 一层（ 见图 1） 。即使筒仓惰化保护系统的管路布置 层序分明、集中整齐，也方便其操作与检修。
图 3 氮气喷嘴布置示意
图 1 惰化保护系统的管路布置示意
以图 2 示意的筒仓惰化保护系统管路布置为 例，筒仓壁上管路（ 1、2、3、4、5） 依次为压缩空气与 低压氮气管路母管。其中管路（ 2） 为惰化保护系统 的充气层母管，其支管在筒仓锥段上部区域沿筒仓 壁布置一圈。管路（ 3、4、5） 为惰化保护系统的换气 层母管，其三路支管分别在筒仓中段区域沿筒仓壁
筒仓空气炮的压缩空气管路可与惰化保护系统 的换气层管路的其中一层集中布置。在惰化保护系 统充气层与换气层的合适高度位置上，间隔布置筒 仓温度监测仪表。考虑到上述各气环层的检测仪表 与气环配件的检修与更换，在其合适位置均设检修 平台。在建筑设计过程中，在每一层检修平台处布 置楼梯通往，必要时考虑电梯的停靠，楼梯间、电梯 间以及吊装孔集中布置在筒仓旁侧。
综上所述，筒仓温度监测除充分考虑筒仓内易 自燃的区域这一因素之外，投资维护费用，检修难易 程度均为制约温度监测的因素，兼顾周全，才能使其 性价比达到最大化。
2. 可燃与有毒气体监测 筒仓顶部应设置 CH4 与 CO 检测传感器（ 含变 送器） ，当上述气体介质达到一定浓度值时设上限 值时报警，报警上限设置值可调。筒仓无报警时，筒 仓惰化保护系统处于待机状态，当出现报警时启动 惰化保护系统。 在布置设计过程当中，应充分考虑可燃气体与 有毒气体的集中位置，由于 CH4 与 CO 的物理性质 （ 其密度比空气小） ，故可以考虑在筒仓顶部煤仓间 的合适位置布置一处 CH4 与 CO 检测传感器，在此 之外，由于筒仓仓顶处布置有布袋除尘器抽取筒仓 内部空气防止抑尘，故在抽尘风管处合适位置再布 置一处 CH4 与 CO 检测传感器。通过上述两处位置 的监测，能够更有效的判断筒仓内部环境是否存在 风险。 个别工程实例中，也有在筒仓内部利用重锤式 料位计并在其上设置升降式采气头的方式，该方式 即可作为可燃与有毒气体取样的升降装置，也可用 作煤位的测量。 3. 烟雾检测 筒仓顶部应设置一处烟雾检测器，烟雾探测器 应不受强磁干扰，不怕潮湿，在低温状态（ － 40 ℃ ） 下能正常工作； 在被探测空间出现一过性烟或其他 类似干扰，自身识别，避免误报，内置警铃。筒仓无 报警时，筒仓惰化保护系统处于待机状态，当出现报 警时启动惰化保护系统。同样，在筒仓顶部布袋除 尘器抽 尘 风 管 合 适 位 置 再 布 置 一 处 烟 雾 检 测 器
为了防止事故的发生，必须在筒仓上设置安全 监测系统，对筒仓中的储煤温度、可燃气体浓度、CO 及烟雾浓度等参数进行监测。同时在筒仓上设置惰 化保护系统，针对出现的异常情况采取正确及时的 应对措施，对相关的参数进行自动控制。结合筒仓 安全监测系统与惰化保护系统的相互作用，以保证 筒仓安全运行。因此，优化设计安全监测系统的每 一处特征监测点，才能使其采集到的筒仓状态信号 更加准确； 优化设计惰化保护系统的每一处细节，才 能使筒仓的异常情况正确及时的避免。同时，为保 证筒仓中的储煤合理调配，筒仓中还应配置煤位监
关键词： 筒仓； 安全监测； 惰化保护； 优化设计 中图分类号： TB498 文献标识码： B 文章编号： 1009 － 1904（ 2014） 01 － 0015 － 05
1 概述
使用筒仓储煤（ 包括配煤） 会产生一定的危险 因素，储煤长期存放将会使煤的温度升高。由于煤 的导热系数较小，热量向四周扩散较慢，热量聚焦在 煤堆内使煤堆内部温度升高。当温度达到煤的燃点 时，即发生自燃，煤的氧化速度随着温度的升高而加 速。与此同时，生成热也迅速增加，当温度、可燃气 体浓度达到一定的数值后，极易发生自燃，甚至爆炸 等重大事故。一旦发生筒仓火灾，很难简单扑灭，爆 炸更是极易造成人身伤亡和财产损失。因此，储煤 筒仓的安全监测系统、惰化保护系统及料位监测的 优化设计，对防止储煤筒仓事故、实现煤气化装置及 热 电 联 产 装 置 的 安 全、稳 定 运 行 有 一 定 的 参 考 意义［1］。
2014 年第 1 期
硫磷设计与粉体工程
S P ＆ BMH ＲELATED ENGINEEＲING
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输煤系统储煤筒仓的优化设计
方啸
（ 中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103）
摘 要： 储煤筒仓一旦发生火灾和爆炸，极易造成人身伤亡和财产损失。主要阐述和探讨了储煤筒 仓的安全监测系统、惰化保护系统及料位监测的优化设计，这对防止储煤筒仓事故、实现煤气化装置及 热电联产装置的安全、稳定、高效、连续运行具有一定的参考意义。
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硫磷设计与粉体工程
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2014 年第 1 期
度时，其内部温度已很高，而且由于情况复杂很难推 算出内部的温度。
若想测得的温度能更好的反映筒仓内部的情 况，设计过 程 中 建 议 在 筒 仓 内 安 装 多 点 测 温 钢 缆。 多点测温钢缆采用增强型不锈钢铠装热电偶，内添 加氧化镁绝缘物，外采用不锈钢钢带缠绕，可弯折。 但是由于多点测温钢缆设置于筒仓内部，在筒仓入 料过程中容易对其造成磨损等损害，同时也使其的 检修维护带来了一定的难度。
料位开关能够更有效的判断煤位是否到达需要监测 的区域。设计过程中将料位开关的信号送至输煤系 统 PLC 控制室，并将其与筒仓进出料带式输送机形 成控制联锁，实现控制室高低料位报警的同时也能 直接控制筒仓进出料带式输送机的启停，进一步防 止了筒仓满仓或者空仓情况的发生。
筒仓储煤需遵循“先进先出”的原则，尽量使煤 炭在仓内的存储时间短，已避免煤炭由于堆存时间 过长产生自燃现象。
2. 氮气惰化保护系统气环 筒仓的惰化保护系统可考虑设置 3 个换气环、1 个充气环及 1 个锁气环，换气环、充气环和锁气环均 为环形多点均匀充气。 （ 1） 锁气层 管道分布在筒仓出料口处一圈，每圈 8 个锁气 点。锁气层通过筒仓安全监测系统监测到筒仓异常 情况产生初级报警信号时，开启筒仓惰化保护系统 用氮气锁住环状出煤口，从而阻止空气出煤口向储 煤层渗透，使筒仓持续和外界封闭、隔绝，保证进入 的筒仓的气体是惰性气体（ 氮气） 。 （ 2） 充气层 管道分布在筒仓锥段上部区域，沿筒仓一周安 装一圈充气管道，多点式充气（ 充气点若干） 。充气 层通过筒仓安全监测系统监测到筒仓异常情况产生 高级报警信号时，充气启动，系统的充气由电动阀控 制，流量由 减 压 阀 控 制。 “充 气 ”为 多 点 式 充 气 环， 管路为环状点式结构，在筒仓锥部上处环状布置，范 围广、压力大，其使氮气均匀的分布在煤的夹缝中， 达到使可燃性气浓度降低，并降低煤层温度的目的。 （ 3） 换气层 共在筒仓中段区域设置 3 层换气层，沿筒仓一
图 5 筒仓料位开关布置示意
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图 4 下设活化给煤机结构形式的筒仓料位计布置示意
为了保护筒仓设施，规定仓内储煤在非自燃情 况下不可排 空，即 要 留“封 底 煤 ”，以 免 重 新 注 入 煤 时高速落下的煤块砸坏仓底的结构，由此，低煤位要 考虑垫底煤层。而高煤位应限制在入料口以下 1 m 左右为宜，该位置既可避免入仓煤掩埋监测传感器 又不影响卸料设备的正常运行。因而在每个筒仓顶 部布置 2 个高煤位开关，在每个筒仓底部布置 2 个 低煤位开 关，上 下 限 料 位 开 关 的 形 式 采 用 射 频 导 纳式［2］。
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由于筒仓内碎煤在下料过程中可能造成惰化保 护系统氮气喷嘴的砸损，在结构设计过程中，可以在 每一个氮气喷嘴的筒仓内壁处预埋保护钢板，以使 氮气喷嘴的使用寿命大大提高。
4 筒仓料位监测的优化设计
由于筒仓全封闭的结构形式，筒仓内的煤位变 化需要通过监测设备来获知，以此保证筒仓中的储 煤合理调配，防止空仓或满仓。 4． 1 筒仓料位计的布置
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方 啸 . 输煤系统储煤筒仓的优化设计
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周安装 3 圈换气管道，每圈 8 个换气点。换气层通 过筒仓安全监测系统监测到筒仓异常情况产生高高 级报警信号时，筒仓惰化保护系统自动开始运行，自 动跟踪换气层启动，通过对不同的煤层上表面覆盖 氮气。随着氮气逐渐增多，筒仓内煤层上部空间的 危险气体从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。
为佳。 4. 氧浓度检测器 氧浓度检测器是为保证操作及检修人员工作区
域的安全性而布置的，故在筒仓顶部通廊和底部通 廊各应设置若干氧浓度检测器（ 具体个数依据通廊 长度决定） ，氧浓度检测器应不受强磁干扰，不怕潮 湿，在低温状态（ － 37 ℃ ） 下能正常工作，内置警铃， 具有现场和控制室同时报警功能。
5 结束语
筒仓下设叶轮给煤机、环式给煤机的结构形式， 也应根据筒仓进料口与出料口的设计情况布置料位 计的位置。
储煤筒仓将煤炭集中封闭堆存，占地面积小，具 有防雨雪、防风沙功能，保证煤炭成分，湿度稳定，环 保功能强，可将堆取料作业过程中产生的扬尘封闭