摘要:針對儲煤筒倉的安全問題，以萬噸筒倉為例，介紹了幾種主要監(jiān)測元件的設置原則。闡述了溫度監(jiān)測元件設置的合理位置、數(shù)量，報警溫度值及其元件設置時的防護，可燃氣體監(jiān)測元件設置的合理位置、數(shù)量，以及co作為可燃和有毒氣體監(jiān)測時的區(qū)別。關鍵詞:筒倉;安全監(jiān)測元件;溫度;可燃氣體;有毒氣體中圖分類號:tq086.3文獻標識碼:b文章編號:1009－1904(2013)04－0018－031·概述為保證煤氣化裝置或燃煤鍋爐裝置生產(chǎn)的正常運行，往往需要儲存大量的原/燃料煤。原/燃料煤的儲存方式大致可分為條形煤場、圓形煤場、筒倉等幾大儲存方式。較之條形煤場、圓形煤場，儲煤筒倉具有占地面積小，環(huán)保效果好，煤質(zhì)變化小，且一次性投資相對較小的幾點優(yōu)勢。隨著我國城市規(guī)模的不斷擴展，很多原先位于遠郊的化工裝置等已經(jīng)處于近郊或市區(qū)，因此對儲煤系統(tǒng)的占地面積和環(huán)境品質(zhì)的要求也越來越苛刻。這就使得近年來業(yè)內(nèi)慢慢傾向于采用筒倉作為儲煤設施。但使用筒倉儲煤較之條形煤場、圓形煤場儲煤又會產(chǎn)生新的危險因素。煤是一種非常復雜的非均勻、具有有機和無機雙重特性的特殊巖體，即使在低溫下暴露在空氣中，煤體中各種活性結(jié)構(gòu)與空氣和周圍環(huán)境產(chǎn)生許多痕量和微量的復雜作用，這些作用激活表面分子的這些結(jié)構(gòu)，促進其和氧進一步氧化發(fā)熱(即煤自燃)［1，2］。在相對密閉空間內(nèi)儲煤，氧化放熱現(xiàn)象嚴重，散熱空間有限，很容易產(chǎn)生可燃氣體，發(fā)生起火、爆炸的惡性事故。一旦發(fā)生筒倉火災，很難簡單撲滅，爆炸更是極易造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此控制周圍環(huán)境對煤的影響是防治煤自燃首要選擇，而預防主要的措施就是針對可能造成上述后果的參數(shù)進行實時監(jiān)測。
2·筒倉安全監(jiān)測元件筒倉的安全防護系統(tǒng)由安全監(jiān)測、惰化保護和防爆門等系統(tǒng)組成。由于采用注氮惰化保護的系統(tǒng)和防爆門系統(tǒng)均屬于較為成熟成型的技術(shù)，因此本文不予贅述，只對安全監(jiān)測元件設置原則和方法大致闡述。hg/t20518《化工粉體工程設計通用規(guī)范》和dl/t5187．1《火力發(fā)電廠運煤設計技術(shù)規(guī)程》“第1部分:運煤系統(tǒng)”里面對筒倉安全監(jiān)測元件的設置做了這樣定性的描述:筒倉設計應根據(jù)煤特性，結(jié)合結(jié)構(gòu)形式，設置溫度、可燃氣體(ch4和co)、煙氣、粉塵濃度監(jiān)測報警裝置;筒倉應設置可靠的連續(xù)料位計和高料位開關。然而由于國內(nèi)暫時還沒有針對筒倉安全監(jiān)測元件定量的設計規(guī)范出臺，因此如何在實際工程設計中合理量化該系統(tǒng)顯得尤為關鍵。筆者以一個直徑約22m，高約40m，儲煤量約10kt的筒倉為基準，針對筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)中能反應筒倉內(nèi)部自燃情況的幾種關鍵監(jiān)測元件的具體設置進行介紹。3·溫度監(jiān)測3．1監(jiān)測點的布置位置和數(shù)量從煤的自燃原理不難看出，煤的自燃需要有氧氣的存在。而在整個相對密封的筒倉里除了煤自然堆積的上表面接觸氧氣較多之外，靠近筒倉壁的煤由于間隙相對較大(自然堆積過程中粒度相對較大的煤會往四周滑落)，與氧氣接觸的可能性也大大提高，屬易燃區(qū)域。另外，在煤靠近筒倉錐部出料口的地方，由于煤與錐壁、煤互相之間的碰撞摩擦較多且也處于富氧環(huán)境，因此在筒倉錐部也屬易燃區(qū)域。針對上述分析，溫度監(jiān)測的設置歸納出以下幾條原則。1.在筒倉錐部進料口處應設置1個監(jiān)測點。進料點發(fā)生自燃的傾向相對較小，監(jiān)測點可設置在筒倉頂部樓板處。2.在筒倉圓柱體大致在儲煤段中部處設置一圈溫度監(jiān)測點。根據(jù)煤的品質(zhì)和粒度決定監(jiān)測點數(shù)，揮發(fā)分含量越高、粒度越小的煤，可適當選取大值，反之取小值。3.在圓柱體靠近錐部的地方設置一圈4～8個溫度監(jiān)測點，此處屬于煤摩擦擠壓較多易形成熱量堆積的區(qū)域。理論上設置在錐部靠近圓柱體更能反應煤的實時情況，但為了便于工程中測溫元件的選型、安裝和檢修方便，將測量點適當上移并將測溫元件報警值作適當調(diào)整，使之更具有可操作性。4.出料口溫度監(jiān)測數(shù)量可根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式確定。筒倉底部若為4個方形出料口結(jié)構(gòu)，則可在4個出料口錐部靠近外側(cè)方便檢修的地方各設置1個監(jiān)測點;若為縫式出料口，則可在出料口的長邊的兩側(cè)各設置1個監(jiān)測點。根據(jù)上述溫度監(jiān)測的設置原則，直徑22m、高約40m的筒倉溫度監(jiān)測元件設置如圖1所示。3．2筒倉煤堆中心測溫關于筒倉煤堆中心測溫，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)采用纜式多點測溫傳感器來測量。該傳感器垂直吊裝在筒倉頂部，伸入筒倉煤層內(nèi)部，但由于纜式傳感器置于煤堆內(nèi)部，受到煤的壓力較大，特別是在卸料的過程中壓力會產(chǎn)生巨大的拉力，對筒倉頂板結(jié)構(gòu)和纜式傳感器的材料提出了很高的要求。因此在傳統(tǒng)的測溫電纜材料未改進之前，就有很多電纜被物料拉斷的實例。對于直徑大于36m的超大型筒倉而言，可考慮將筒倉中心結(jié)構(gòu)立柱設計為空心筒型，以便在筒壁上安裝溫度傳感器，滿足測量筒倉煤堆中心溫度的要求［3，4］。由于普通的筒倉結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了煤堆中心測溫存在一定困難，而煤堆中心不屬于理論富氧區(qū)，且目前尚未有相關行業(yè)標準規(guī)范來硬性約束，因此直徑約22m的筒倉是否考慮設置中心測溫元件就見仁見智了。3．3報警溫度值煤堆在20～60℃下與空氣接觸后，會吸附氧生成不穩(wěn)定的氧化物，此時煤的氧化過程平穩(wěn)而緩慢，氧化放熱量很少，有微量的co釋放出。如果煤溫繼續(xù)上升，從60℃上升至80℃，煤的氧化速度加快，煤中不穩(wěn)定的氧化物開始分解成水，且釋放出co、co2等氣體。氧化產(chǎn)生的熱量使煤溫繼續(xù)升高，達到自熱的臨界(約80℃)，此階段耗氧量明顯增加，產(chǎn)生的co也隨溫度上升而逐漸增加。當煤溫超過自熱的臨界溫度80℃后，煤的氧化進程加快，隨著煤溫的升高，開始出現(xiàn)煤的干餾，生成碳氫化合物、氫以及co等可燃氣體。當環(huán)境條件能繼續(xù)維持煤氧化自熱的進行，則可能使煤溫上升到煤的著火點而導致自燃。因此，選擇70℃臨界中間點作為報警值，可滿足發(fā)現(xiàn)警報及時處理的時間差，方可有效防止煤的進一步自燃。3．4溫度監(jiān)測元件的防護溫度傳感器需設有足夠強度、剛度和耐磨性能的防護套管，溫度探頭的保護外殼可采用不銹鋼制作，但防護套管和傳感器均無法取出更換。溫度傳感器的安裝應注意2點:①選擇合理的安裝角度和插入深度，一般可將溫度傳感器與筒倉壁應順著煤流方向形成約45°角;②溫度傳感器插入筒倉深約300mm。這樣可大大避免溫度傳感器因過多地與煤流發(fā)生直接沖刷和撞擊導致防護套管變形、傳感器失效。4·氣體監(jiān)測4．1可燃氣體監(jiān)測(ch4和co)筒倉內(nèi)的ch4和co氣體從分子理論研究來看，靜止時應聚于煤層表面以上的靠近筒倉頂板的空間里。但是在筒倉進料的過程中，連續(xù)下落的物料會導致筒倉空間內(nèi)空氣形成環(huán)流，因此除了在筒倉頂板上分別設置兩組ch4和co檢測器外，還可在筒倉頂部的布袋除塵器的排空口處設置一組監(jiān)測點以便更好的監(jiān)測到筒倉內(nèi)部可燃氣體的含量。筒倉頂板上的可燃氣體監(jiān)測元件配置安裝附件后伸入筒倉1000mm即可，安裝位置選擇時應注意不能距離筒倉頂部進料口太近，以免被煤流沖刷損壞元件;還要注意煤流在進入筒倉后的自然堆積狀態(tài)，保證煤流在觸發(fā)高料位開關之前不會與監(jiān)測元件發(fā)生碰觸。4．2有毒氣體co監(jiān)測由于co即屬于可燃氣體也屬于有毒氣體，因此筒倉頂部進料處和底部下料處都屬于理論泄露點。根據(jù)sh3063《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》要求，應該在筒倉頂部和底部靠近釋放源(泄露點)的區(qū)域(室外不宜大于2m，室內(nèi)不宜大于1m)設置co有毒氣體檢測器，以保證進入裝置人員的人身安全。監(jiān)測元件宜設置固定式，若不具備設置固定式的條件時，凡進入釋放源區(qū)域的人員，應該配置便攜式監(jiān)測報警儀。另外，co視為可燃氣體和視為有毒氣體的監(jiān)測報警的濃度和要求不一樣。co視作可燃氣體時候的爆炸下限φ(co)為12．5%，而視作有毒氣體時候的容許濃度為30mg/m3。經(jīng)換算可得知后者遠小于前者，因此不能將兩者混為一談，更不能將監(jiān)測元件簡單的互相替換使用。5·結(jié)束語儲煤筒倉的安全問題是業(yè)內(nèi)多年來都在討論研究和尋求突破的話題。目前，無論是火力發(fā)電廠還是化工裝置的儲煤筒倉都在走向針對筒倉內(nèi)部安全監(jiān)測、注氣(惰性氣體)保護、噴淋系統(tǒng)和針對筒倉外圍人員、設備安全集成連鎖的趨勢。本文只是針對筒倉監(jiān)測系統(tǒng)中主要的兩種作了大致介紹，由于文中具體量化參數(shù)與煤質(zhì)、工況等因素息息相關，因此讀者可根據(jù)具體項目要求優(yōu)化，以便更好的達到監(jiān)測要求。