關(guān)鍵詞：筒倉安全；溫度監(jiān)測；有毒有害氣體監(jiān)測；筒倉料位監(jiān)測
由于煤炭自身具有自燃、易揮發(fā)有害氣體的特征，故采用大型筒倉方式儲煤首先要解決煤炭在整個儲存周轉(zhuǎn)周期內(nèi)的安全性等問題。在針對筒倉的安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初， 通過對工藝的分析將監(jiān)控方向分為筒倉內(nèi)料位、溫度、氣體監(jiān)測等3個主要方面開展可行性研究及應(yīng)用方式。
1、筒倉內(nèi)煤炭料位高度監(jiān)測系統(tǒng)
采用筒倉儲煤方式后，對筒倉內(nèi)煤炭的料位高度監(jiān)測提出了新的要求，煤炭通過卸料小車卸入到筒倉內(nèi)，保證卸料小車可以在筒倉內(nèi)均勻完成卸料操作，同時還要考慮煤炭超高堆放及冒倉的風(fēng)險，需要提供筒倉內(nèi)煤炭的堆高、堆形以及高位報警裝置。因此，設(shè)計(jì)時考慮兩種料位高度檢測方式，即非接觸式和接觸式。
在采用非接觸方式測量煤堆高度的方案中，可以采用超聲波或雷達(dá)式料位檢測設(shè)備，通過物體回波反射的原理來計(jì)算出堆積煤炭的實(shí)際高度。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于超聲波是一種機(jī)械波，在空間傳輸中極易受到環(huán)境中的粉塵或障礙物的影響，使測量精度受到影響；而雷達(dá)波則是一種電磁波，在傳遞中對粉塵及較小的障礙物都有一定的穿透效果；故在選擇料位檢測設(shè)備時首先考慮了采用雷達(dá)方式料位檢測設(shè)備，其好處是精確度高，受環(huán)境影響小，具有現(xiàn)場編程調(diào)試等功能。
在接觸式煤堆高度檢測中，采用機(jī)械式傾角開關(guān)，當(dāng)倉內(nèi)堆積煤炭達(dá)到設(shè)定高位時碰觸該開關(guān)開關(guān)發(fā)出報警信號通知控制系統(tǒng)并停止卸料作業(yè)，此方式為筒倉料位保護(hù)的壓箱底的一道措施。根據(jù)以上要求進(jìn)行相關(guān)的設(shè)備選型，可以確定為每個筒倉配置6套雷達(dá)料位計(jì)，分別對應(yīng)安裝在6個出料口的上方，可實(shí)時檢測出料口煤堆的高度，筒倉內(nèi)的料位雷達(dá)檢測極限范圍為76m，工程實(shí)際應(yīng)用范圍為37m，設(shè)備測量精度在±10cm范圍內(nèi)，該雷達(dá)可在高粉塵、一定振動的環(huán)境下具有較強(qiáng)的穿透能力。地面控制系統(tǒng)可通過每個筒倉配置的料位雷達(dá)反饋的物料高度信息，并經(jīng)過數(shù)學(xué)模型估算出筒倉內(nèi)儲煤容量同時該雷達(dá)料位計(jì)的數(shù)據(jù)也為倉頂卸料小車自動堆料操作提供了參考依據(jù)，用于執(zhí)行自動作業(yè)指令此外為每個筒倉設(shè)置8個傾斜式水銀高料位開關(guān)，沿每個筒倉卸料口均布，該監(jiān)測開關(guān)的作用是用來監(jiān)測當(dāng)筒倉內(nèi)堆料到一定高度時，料堆碰觸到水銀開關(guān)并發(fā)出報警信號。該報警信號采用無源常閉觸點(diǎn)型信號，控制系統(tǒng)接收到報警信息后，立即進(jìn)行堆料流程設(shè)備停機(jī)，本信號檢測設(shè)備為預(yù)防筒倉冒倉的壓箱底的保護(hù)措施。
2、筒倉有毒有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)
煤炭在長期儲存中，自身會發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生甲烷、一氧化碳等氣體，這些氣體屬于，操作不當(dāng)極易產(chǎn)生爆燃等重大安全事故。而采用筒倉儲煤后，煤炭被儲存在相對的密閉空間內(nèi)，這些氣體更容易聚集，所以對筒倉內(nèi)有毒有害氣體的監(jiān)測是整個安全監(jiān)測系統(tǒng)的重點(diǎn)。
目前可采用的監(jiān)測手段主要有，采用紅外光譜分析、電化學(xué)、催化燃燒式等方法，工作原理各有不同但檢測的對象和數(shù)據(jù)判定是一致的。筒倉有毒有害氣體的監(jiān)測器件在檢測到空氣中有害氣體超標(biāo)后，將自動發(fā)出報警信息，并通過連鎖方式啟動屋頂防爆排風(fēng)機(jī)，對筒倉內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)，降低有害氣體濃度，減小安全事故的發(fā)生風(fēng)險。本工程為每個筒倉分別配置 2對有毒、有害氣體監(jiān)測設(shè)備，分別用于監(jiān)測筒倉內(nèi)部的一氧化碳?xì)怏w、可燃?xì)怏w的實(shí)時監(jiān)測，該設(shè)備可以在線監(jiān)測出筒倉內(nèi)部危害氣體的濃度，為預(yù)防危害氣體爆燃提供了可靠的監(jiān)控信息。
可燃?xì)怏w監(jiān)測設(shè)備采用紅外光譜分析的方式，對空氣中所含有的可燃性氣體進(jìn)行監(jiān)測， 其測量單位為%lel（lower explosion limited），表示的含義為空氣中可燃?xì)怏w濃度達(dá)到其爆炸的下限值，設(shè)備設(shè)置值為0~100 %lel，對應(yīng)的可燃?xì)怏w的報警范圍是，低報警 10 %lel， 高報警20%lel，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測可燃?xì)怏w濃度達(dá)到低報警值時，向中控操作人員發(fā)出報警信號， 并自動連鎖啟動筒倉頂部防爆排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)將倉內(nèi)氣體向外界排放，起到降低可燃?xì)怏w濃度的作用。
一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測設(shè)備采用電化學(xué)方式，對筒倉內(nèi)部空氣中所含有的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測，其測量單位為ppm，含義為對于某種氣體，100萬體積的空氣中所含一氧化碳的體積數(shù)。 設(shè)備可設(shè)置范圍是0~1999ppm，對應(yīng)的一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測的范圍是低報警值35ppm，高報警值 70ppm，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測一氧化碳?xì)怏w濃度達(dá)到低報警值時，向中控操作人員發(fā)出報警信號，并自動連鎖啟動筒倉頂部防爆排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)將倉內(nèi)氣體向外界排放，起到降低可燃?xì)怏w濃度的作用。
一氧化碳和可燃?xì)怏w的密度比空氣略小，因此產(chǎn)生氣體后，會在筒倉頂部聚集，筒倉頂部防爆風(fēng)機(jī)可以有效的排出一氧化碳和可燃?xì)怏w。同時筒倉頂防爆風(fēng)機(jī)還具備遠(yuǎn)程手動打開的功能。
此外除了為筒倉內(nèi)配置了相關(guān)的有害氣體監(jiān)測儀器外，對相關(guān)區(qū)域的巡視人員還配置了便攜式有毒氣體實(shí)時檢測儀，為相關(guān)區(qū)域的作業(yè)人員提供必要的保護(hù)。
3、筒倉內(nèi)煤炭溫度監(jiān)測系統(tǒng)
由于煤炭自燃的物理特性，對預(yù)防煤炭在儲存中發(fā)生自燃現(xiàn)象需要額外的關(guān)注。由于煤炭的自燃與其含水量、外界溫度都有密切關(guān)系，所以控制其自燃的發(fā)展也是相當(dāng)復(fù)雜的。相關(guān)研究顯示，煤炭在正常情況下含水量與環(huán)境溫升成正比例關(guān)系上升，但當(dāng)煤炭溫度超過 85℃后，每增加1%的煤炭含水量，其溫升將有大幅的增加，故將煤炭溫度控制在80℃以下同時減少含水量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時需要考慮當(dāng)即將出現(xiàn)自燃現(xiàn)象時如何排除筒倉內(nèi)燃煤的危險源也是關(guān)注的重點(diǎn)。
針對儲煤筒倉煤層溫度檢測的需求，有3種測溫方式供選擇；連續(xù)溫度測量，其原理是采用熱電效應(yīng)原理，能夠連續(xù)產(chǎn)生與其長度所對應(yīng)的毫伏信號。它與普通熱電耦不同之處在于它的熱接點(diǎn)不固定，而是始終與線纜上的極限高溫度點(diǎn)對應(yīng)。
目前，熱敏電纜主要有兩種產(chǎn)品類型（ftld和 cttc），它們測溫原理相同，只是技術(shù)參數(shù)不同。材料構(gòu)成外層保護(hù)管：ftld型采用雙層聚四氟乙烯，cttc 型采用鉻鎳鐵合金為有效避免測量環(huán)境中的粉塵、油脂以及水分等介質(zhì)浸入，以及溫度范圍不同而引起的誤報，故采用不同材料。測溫元件：k型熱電偶。外形尺寸目前現(xiàn)有的產(chǎn)品長度約6~15 m，若需長度加大，可以將幾根熱敏電纜連接起來。外徑尺寸ftld為準(zhǔn)3.5mm，cttc為準(zhǔn)9.3~18.7mm，可安裝在傳統(tǒng)探頭無法鋪設(shè)到的惡劣環(huán)境中。工作溫度ftld 為-40~200℃，cttc為-40~899 ℃。熱敏電纜的分度、靈敏度與普通熱電偶相近，由于連續(xù)熱電偶的“臨時”熱接點(diǎn)不是緊密連接，熱接點(diǎn)之外兩電極間也并非絕緣，所以熱敏電纜的輸出熱電勢與同種熱電偶相比稍有降低，換算成溫度大約相差十幾攝氏度，這對于火警預(yù)報來說是可以接受的。響應(yīng)時間取決于單位長度熱敏電纜的熱容量，而熱容量又是由材質(zhì)與質(zhì)量決定的，所以減少連續(xù)熱電偶橫截面的尺寸，能有效地縮短響應(yīng)時間。彎曲半徑除和熱敏電纜組成材料的性能和質(zhì)量有關(guān)外，還與隔離材料的密實(shí)程度有關(guān)。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的10~20倍。
現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，工作方式采用外部信號采集設(shè)備，將熱點(diǎn)溫度信號采集并轉(zhuǎn)換為485通訊信號，上傳至上位機(jī)，集中處理數(shù)據(jù)信號。該產(chǎn)品的缺點(diǎn)是，不能分層測量煤層內(nèi)溫度，只能感應(yīng)高熱點(diǎn)，信號種類單一，不能對溫度信號變化進(jìn)行分析。熱電阻測量方式，通過不同的導(dǎo)體對溫度變化的導(dǎo)電系數(shù)的不同，進(jìn)行溫度測量。導(dǎo)體熱電阻的分類鉑電阻溫度傳感器、銅電阻溫度傳感器、銦電阻溫度傳感器、銠鐵電阻溫度傳感器、鉑鈷電阻溫度傳感器。溫度信號采用4~20ma模擬信號，測溫范圍均為-200~850℃，溫度測量精度高，不易受影響?？梢詫γ總€測溫點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)測量和數(shù)據(jù)保存。設(shè)備缺點(diǎn)是每個測量點(diǎn)都是一路單獨(dú)信號源，需要獨(dú)立的接收模塊。
智能溫度傳感器，采用ds18b20數(shù)字溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。因體積小、轉(zhuǎn)換快、分辨率高、數(shù)字量傳輸?shù)?，使其在多點(diǎn)測溫、 智能溫度檢測系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。與其他溫度傳感器相比，ds1820具有以下特點(diǎn)：的單線接口方式；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；在使用中不需要任何外圍元件。測溫范圍為-55~+125℃；測量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。該數(shù)字傳感器需要采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此在對ds1820進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。連ds1820的總線電纜是有長度限制的。信號經(jīng)過采集后，采用485通訊協(xié)議傳送至上位機(jī)處理。
以上3種測溫方式，均可按照工程需要生產(chǎn)加工。在目前現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用中采用了第二種方式進(jìn)行筒倉內(nèi)煤層溫度的測量。
在筒倉內(nèi)煤炭溫度監(jiān)測方面提供了3種解決方案，以防止筒倉內(nèi)煤炭發(fā)生自燃造成重大事故。
筒倉煤層溫度監(jiān)測系統(tǒng)。在三期的每個筒倉中設(shè)置2套煤層測溫鋼纜裝置，每倉預(yù)留4 套測溫鋼纜安裝位置，該裝置采用熱電耦測溫方式，由多個鎧裝熱電耦組成，外部纏繞不銹鋼鋼絲繩，以防止煤炭對測溫元件的沖擊磨損。每根測溫鋼纜的長度為30m，實(shí)際測溫點(diǎn)布置范圍為0~25m，共設(shè)置不少于5個測溫點(diǎn)，其布置位置分別為l1=9.5m，l2=14.5m，l3 =19.5m，l4=24.5m，l5=29.5m。溫度感應(yīng)范圍在5m內(nèi)，測溫范圍應(yīng)達(dá)到0～+200℃?？刂葡到y(tǒng)通過通訊總線方式可實(shí)時監(jiān)測，并在控制程序中設(shè)置報警顯示，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到一點(diǎn)的溫度超過50℃時，發(fā)出報警信息，中控操作員根據(jù)報警的信息決定是否需要啟動倒倉流程防止煤炭繼續(xù)升溫造成影響。
筒倉出料口溫度監(jiān)測裝置。除了在筒倉內(nèi)部安裝的煤層測溫裝置外，在每個筒倉的6個出料口附近加裝了pt100插入式測溫電阻，通過在筒倉內(nèi)預(yù)埋的設(shè)備監(jiān)測元件，可實(shí)時的反映出筒倉出料口附近的煤炭溫度。每個測溫元件的測溫范圍在-50~250 ℃，精度在±2℃。
紅外熱成像儀監(jiān)測裝置。采用紅外熱成像儀的方式，來監(jiān)控翻車機(jī)卸下的煤炭是否已出現(xiàn)燃煤，通過熱成像儀的圖像分析，對bf皮帶上的煤炭溫度進(jìn)行監(jiān)控。紅外熱成像儀的測溫范圍在：-50~1000℃（可由用戶自行設(shè)定）。用戶可在熱成像畫面中設(shè)置幾個測溫區(qū)域和溫度范圍，當(dāng)該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)高溫報警后，監(jiān)控系統(tǒng)自動提示操作人員，對所卸列車的煤炭進(jìn)行處理或停止卸車計(jì)劃。以上溫度系統(tǒng)設(shè)備在采集到實(shí)時報警信號后，可通過數(shù)據(jù)庫存儲并上傳至管控系統(tǒng)中，為分析和掌握煤炭溫度的變化規(guī)律提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。