CN102303758A - 储煤筒仓安全保护工艺及保护系统 - Google Patents

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宋志军
邓建军
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本发明公开了储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，包括筒仓安全监测监控装置，筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，筒仓防爆门系统组成。对储煤筒仓内的温度、可燃气体、一氧化碳、氧气、烟雾、料位参数进行监测，同时设置筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，进行多级安全保护；当储煤筒仓内部可燃性气体和粉尘压力超过安全报警压力值时，重力翻板式防爆门自动打开待其数值低于安全报警压力值时自动关闭；它的有益效果是：防止储煤筒仓发生自燃，起到抑制自燃效果，同时当筒仓内的粉尘、气体压力达到一定数值，开启筒仓防爆门，全方位、立体式的保护储煤筒仓的整体安全。

Description

储煤筒仓安全保护工艺及保护系统
技术领域
本发明专利涉及储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，适用于在火电厂、冶金钢铁、煤化工厂、煤炭转运站、港口仓储、配煤中心等行业场所。对储煤筒仓内的温度、可燃气体、一氧化碳、氧气、烟雾料位进行监测，在超出设置的报警值范围启动筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，稀释由可燃气体浓度、CO浓度、氧气浓度、烟雾等可燃性气体释放的易燃有毒气体，产生氮气，抑制储煤筒仓的各个地方易燃介质的生成，保护储煤筒仓内不同煤种防止其发生自燃，起到抑制自燃效果，同时当筒仓内的粉尘、气体压力达到一定数值，开启筒仓防爆门，全方位、立体式的保护储煤筒仓的整体安全。
背景技术
在上述行业中，输煤系统储煤筒仓的安全性能关系着工厂的安全运行。影响筒仓安全的因素是多方面的，如工艺结构是否科学、运行方式是否合理以及综合管理是否到位等均是不可忽视的方面。因此，防止储煤的自燃，是保证筒仓安全运行的重要环节。
筒仓储煤自燃的机理：筒仓储煤被空气中的氧气氧化是其自燃的根本原因。不同煤种(烟煤、褐煤、原煤、混合煤等)中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应，生成可燃物CO，CH4及其他烷烃物质。煤的氧化又是放热反应，如果热量不能及时散发掉，将使煤的堆积温度升高，反过来又加速煤的氧化，放出更多的可燃物质和热量。当热量聚集，温度上升到一定值时，即会引起可燃物质燃烧而自燃。
煤的自燃情况并非是在筒仓中全部同时发生，而是在局部具备自燃条件的某一点首先发生，(时间和地点很不确定)最终才引发为大面积的自燃和爆燃。由于筒仓的容积太大，当煤发生局部自燃时由于范围小、热量低、受环境干扰大，不能同时引起筒仓内可燃气体浓度、氧气量、温度等监控指标的全面超标，不能及时监控到筒仓内煤层阴燃、自燃的真实状况。
发明内容
火电厂、冶金钢铁、煤化工厂、煤炭转运站、港口仓储、配煤中心等行业场所的储煤筒仓中。通过对储煤筒仓中的温度、可燃气体、一氧化碳、氧气、烟雾、料位等参数进行监测，设定报警，一旦发生报警，迅速启动筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，通过制氮设备、PLC控制系统、释放管路、释放喷头等工艺，将氮气注入筒仓内，从而抑制储煤筒仓内不同煤种的自燃，有效的保护筒仓及储存的煤炭。
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
附图说明
附图1是本发明专利电气原理框图。
附图2筒仓安全监测监控装置各传感器安装示意图
附图3筒仓抑制自燃保护工艺系统示意图
附图4筒仓防爆门系统安装示意图
本发明专利是以如下技术方案实现的：
筒仓安全监测监控装置：每个筒仓中部外锥面圆周上均布3-6支温度传感器(包括安装附件)；每个筒仓底部的活化给煤机上面(内锥面)的落煤锥段各安装2支温度传感器；另外2支安装在储煤筒仓顶部的升降式综合监测机构中配置温度传感器，(配置位置为筒仓仓体具体安装位置见附图)；筒仓下部的煤更新周期较长，温度较筒仓其他部分较高，故在筒仓下部均匀安装温度传感器可以较准确监测温度的变化，能够起到及时预防效果。每支传感器的具体安装位置视现场筒仓情况而定。温度传感器采用铂电阻PT100为检测元件自带保护管，插深1000mm以内，具体插深根据客户的要求进行。温度传感器部位均设置平台、护栏和上下工作通道；温度传感器的外壳由不锈钢制成。
每个筒仓配置一台智能温度巡检报警仪。实现温度监测数据显示、报警。接至安装在仪表柜中就地显示。由通信接口传输至计算机控制系统.。
每个筒仓共配置5套可插拔式煤层测温装置(可增减)，每套可插拔式煤层测温装置含8支数字式温度传感器，相临两支温度传感器间距为2.5米。煤层测温装置测温范围-55～125度。煤层测温装置采用智能采集模块采集数据，输出信号接至就地数据采集显示箱，报警温度上限为70℃，温度上限报警可调。
可燃气体监测系统，每个筒仓顶部安装3支可燃气体防爆传感器，并配置安装附件伸入筒仓1000mm以内。其中2支安装在储煤筒仓顶板上(具体安装位置见附图)，主要监测筒仓内部储煤挥发可燃气体的浓度；另1支装入筒仓顶部一套升降式监测机构中。根据可燃气体传感器的数量配置显示仪表，实现监测数值的显示、报警、传输。采用(4mA-20mA)输出到就地转接端子箱，进入输煤程控系统)测量范围：0-100％LEL，报警上限为25％和40％LEL二级报警，报警上限设置值可调使用标准气体标定。
一氧化碳监测系统，每个筒仓2套一氧化碳、瓦斯检测装置(包括安装附件)，安装在筒仓顶板上，另1支装入筒仓顶部一套升降式监测机构中(具体安装位置见附图)，输出信号为4mA～20mA。接至安装在仪表柜中一氧化碳，瓦斯显示报警仪，输出到就地转接端子箱，进入输煤程控系统。
可燃气体监测和一氧化碳监测系统，要使用标准气体标定检测CH4传感器及CO传感器。甲烷标准气体一套，包括2升瓶1个、减压阀、流量计、导管、气罩等；一氧化碳标准气体一套，包括2升瓶1个、减压阀、流量计、导管、气罩等；
氧气监测系统，在每个筒仓运行和巡检人员到达的空间，设置空气中氧气浓度监测系统，防止在筒仓内工作的人员因氧气含量低，导致缺氧中毒。每个筒仓配置2支氧气传感器，安装在储煤筒仓顶部皮带走廊及底部活化给煤机上(具体安装位置见附图)，主要监测走廊内氧气含量，防止工作人员区域缺氧，出现意外事故，测量范围：0-25％vol，报警上限为18％.报警设置值可调。
烟雾(气)监测系统，每个筒仓分别配置4套烟雾传感器(包括安装附件)，安装在筒仓顶板上，另2支装入筒仓顶部一套升降式监测机构中(具体安装位置见附图)。接至安装在仪表柜中的烟雾报警器，就地显示。每个筒仓分别配置4套烟雾自动报警器，安装在数据采集箱上，数值达到设置上限会自动报警。
料位监测系统，采用雷达连续料位计、振棒式或音叉式或阻旋式或射频导纳式高料位仪、升降式综合监测机构等进行。雷达连续料位计，有效测量范围不小于50米。每个筒仓配置2台，安装在筒仓顶板上(具体安装位置见附图)，筒仓内壁到安装短管外壁应大于筒仓直径的1/6，离筒仓壁最小距离为300mm，并配置安装附件。因为若不能保持雷达料位计与筒仓壁的距离，筒仓壁上的介质会黏附造成假回波。雷达连续料位计能连续测量煤位，设置两级高煤位预报，并发出相应的声光报警。
每个筒仓应配置数量合适的振棒式或音叉式或阻旋式高料位仪，探测高度一般为3.0m(可调)。安装在筒仓顶板上(具体安装位置见附图)，并配置安装附件。当筒仓煤位达到一定高度时，发出报警。每个筒仓安装2套高料位仪，通过数据采集至计算机工控系统显示报警。
每个筒仓配置2套ZKA-SJ-01升降式综合监测机构，安装在储煤筒仓顶板上。通过安装在内部的可燃气体传感器、CO传感器、烟雾传感器、温度传感器，倾斜开关实时监测煤层表面气体浓度、温度、料位，体现了产品的先进性；安装在升降式综合监测机构内的各种传感器可随着升降式综合监测机构提升到筒仓顶部，通过预留孔拿出进行更换或维修，不需要其他辅助设备，增强了设备的易维护性。
一套升降式综合监测机构含：
可燃气体检测器1支，输出信号4～20mA
温度传感器1支，输出信号Pt100
烟雾传感器1支，输出信号开关量
LVG料位计1支，输出信号4～20mA
另一套升降式综合监测机构含：
CO气体检测器1支，输出信号4～20mA
温度传感器1支，输出信号Pt100
烟雾传感器1支，输出信号开关量
LVG料位计1支，输出信号开关量
一氧化碳传感器、氧气气体传感器、可燃气体传感器、雷达料位传感器和温度传感器将各自采集到的模拟量信号传送至A/D转换模块，A/D转换模块将所有的模拟量信号转换成数字量信号后通过CAN总线传送至上位机，通过上位机就可以自动监测这些信号，当超过预警值时及时发出报警。料位传感器、烟雾传感器将各自采集到的开关量信号传送至开关量转换模块，开关量信号转换成数字量信号后通过CAN总线传输到上位机，由上位机对要监测的数据进行监测，超出预警值时及时发出报警；煤层测温装置与温度采集仪表连接，温度采集仪表将煤层测温装置的单总线协议转换成MODBUS协议，温度采集仪表通过CAN总线与上位机连接，由上位机监测储煤各层面温度数据，当超出预警值时及时发出报警。
筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，在筒仓温度(或CO、CH4等可燃气体浓度)达到设定的报警值时，氮气抑制自燃系统控制柜启动系统组件工作，通过安装在筒仓壁上部、环绕筒仓壁墙中部、筒仓底部的释放管路，以300m3/h---3600m3/h(具体按照现场要求配置)的设计流量将惰性气体注入筒仓中，根据筒仓各支报警测量点测得的不同报警值，控制相应的释放装置，使注入筒仓的氮气稀释煤层表面、煤层中部的可燃性气体和空气，封住落煤口底部流入的空气，从而有效预防和抑制筒仓内煤的自燃和爆炸。当筒仓温度或可燃气体浓度下降到正常值时自动停机。同时，随着抑制自燃保护工艺系统气量的下降，制氮机启动工作，在15~20分钟按设定的标准制氮量产出氮气，保证系统氮气惰化抑制要求。
分三个部分组成：制氮系统、控制系统、喷放系统。1、制氮系统：采用变压吸附制氮装置(PSA)技术，保证氮气纯度及氮气出力，实现安全节能、维护简便、全程全自动无人操作；制氮系统分制氮设备和氮气贮存。制氮设备的构成由：空压机、冷干机、三级精密过滤器组、离心式油水过滤器、主管路过滤器、超高效除油过滤器、活性炭吸附器、空气储气罐、PSA制氮机。氮气贮存：氮气储罐(配带压力表、安全阀)，容积规格：15m3--100m3不等.按照不同筒仓的容积及客户的需求而定.
2、控制系统：采用PLC工控控制系统，对系统制氮设备的工作状态、累计运行时间、工作压力、工作流量、释放阀门状态(开或关)以及氮气的各项指标参数进行不间断监控，实现了全自动化智能化操作。
报警条件及启动条件：筒仓在正常储存和出煤时，筒仓抑制自燃安全保护工艺系统应处于待机状态。当筒仓安全监测监控装置发现：1)筒仓内温度传感器报警温度为60℃时发生的异常，开始不间断注入氮气，封住出煤口；2)筒仓可燃气、CO浓度氧气浓度为LEL25％时发生的报警异常，开始不间断注入氮气，同时封住出煤口，当筒仓内氧气含量低于9％时停止注氮；3)烟雾浓度探测器一般情况下LED灯不闪亮，当出现报警时恒亮所发生的异常，氮气启动安全保护工艺系统，开始向筒仓内煤层不间断注入氮气，封住出煤口，稀释煤层表面悬浮的可燃性气体，以抑制和延缓自燃的发生提高储煤筒仓的安全性。
3、喷放系统：分主支管路(无缝不锈钢管)、氮气释放减压控制阀、压力开关、氮气释放管网、封注释气体组件、现场紧急启停按钮、声光报警灯、气体释放指示灯等。在筒仓壁上部安装注气设备，将惰性气体注入筒仓中，稀释出筒仓内的可燃气体和空气；环绕筒仓壁预埋注气管网，向煤层中注入惰性气体，排除煤层中的可燃气体和空气；在筒仓底部设置封气设备，向落煤口处注入惰性气体，封住落煤口。根据筒仓结构，封气支管路，安装在筒仓底部锥面活化给煤机和中心螺旋取料机下方落煤口处。用无缝钢管(管道口径标配)完成从制氮设备储气罐，到各支封气支管道的连接组成封气管，保证当监测监控装置中的各参数产生初级信号时，筒仓抑制自燃安全保护工艺系统自动开始向产生初级报警的筒仓内充高纯度的惰化气体，封住落煤口，阻止空气从落煤口向内部煤层渗透。注气支管路，安装至少三级注气管网(筒仓上、中、下，筒仓管道均按筒仓直径预制成型。例如主管管径DN50mm，支管管径DN32mm)，每层管网至少设置15-20支喷嘴，并根据筒仓储煤特点，对三层喷放管网释放装置进行喷放时间控制，确保筒仓抑制自燃安全保护工艺系统的要求。具体方式为：一级注气设备支管道，安装在筒仓底部活化给煤机和取料机入口处，及多套预埋支管路在筒仓底部，位于取料机的内侧和外侧，其作用是向筒仓底部内外锥面位置散发高纯度惰化气体。二级注气支管道，安装在筒仓内外壁墙体与筒仓壁相交处。在筒仓外壁圆周均匀安装布置的二级注气支管道，注气方式为无缝钢管沿筒仓圆周墙壁开有一定间隔15-20支喷嘴。在筒仓内壁，注气支管路可以安装在筒仓土建预留的方槽中，也可以设置注气组合罩安装附件将注气支管路固定在筒仓内壁，惰化气体通过注气支管路上的15-20支有一定间隔的圆形喷嘴向筒仓注入高纯度的惰化气体。三级注气支管路，均匀安装在靠近筒仓顶部的筒仓外壁圆周墙面上。
释气设备，安装在筒仓上部外壁上，用无缝钢管(管道口径标配)完成从制氮设备储气罐，到各支释气支管道的连接组成释气管，配置多支稀释气阀，其实现方式是电动阀。安装在每支稀释气管路上，按标高均匀分散的布置，经筒仓上部稀释气支管道，由上向下根据各报警信号自动的对稀释气设备的多支稀释气阀产生动作。对报警危险层部位注入的高纯度的惰化气体，气体由低向高逐渐增多，稀释出煤层表面悬浮的可燃气体。
本系统中的氮气释放减压控制阀，其作用是把从制氮储气罐出来的氮气进行减压，压力值达到管道流量值要求；本工艺系统三级注气管网中的每层之间配置氮气释放控制阀，实现方式可以是电动式、也可以是手动式。根据客户的具体要求可采用球阀、闸阀、蝶阀等多种方式。控制阀两端通过螺栓与各级注气管道的立管固定，根据控制阀上配置的压力表显示的数值不同而进行动作，向储煤筒仓不同注气层位置的煤层间注高纯度的惰化气体表面形成保护层。
筒仓防爆门系统采用重力翻板式防爆门，安装在筒仓顶部(见附图4)，具体安装位置视现场筒仓情况而定。重力翻板式防爆门露天布置，当仓内发生爆炸时内部压力达到150kg/m2，泄压门自动开启；当仓内压力降低至常压时，泄压门自动复位。
当筒仓内部易燃易爆气体(和粉尘)压力超过安全报警压力值时，重力翻板式防爆门自动打开(有可能启动筒仓内部通风装置)待其数值低于安全报警压力值时自动关闭。重力翻板式防爆门具有防止二次爆燃功能，防爆装置在系统爆炸后，为了防止空气倒灌，能够自动复位，以避免系统二次爆燃和连续爆炸。使筒仓安全运行，提供实时数据、报警输出和互锁条件。
每支自动复位式防爆门装有状态传感器，信号通过模块进入计算机，在屏幕上显示出防爆门开启或关闭的状态。
本发明专利的有益效果是：在正常运行的储煤筒仓工艺系统中，不同煤种(烟煤、褐煤、原煤、混合煤等)中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应，生成可燃物CO，CH4及其他烷烃物质。温度上升到一定值时，即会引起自燃。对储煤筒仓内的可燃气体、一氧化碳、氧气、烟雾料位进行监测，在超出设置的报警值范围启动筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，稀释由可燃气体浓度、CO浓度、氧气浓度、烟雾等可燃性气体释放的易燃有毒气体，产生氮气，抑制储煤筒仓的各支地方易燃介质的生成，保护储煤筒仓内不同煤种防止其发生自燃，起到抑制自燃效果，同时当筒仓内的粉尘、气体压力达到一定数值，开启筒仓防爆门，全方位、立体式的保护储煤筒仓的整体安全。

Claims (10)

1.储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，包括筒仓安全监测监控装置，筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，筒仓防爆门系统，其特征在于：对储煤筒仓内的温度、可燃气体、一氧化碳、氧气、料位参数进行监测，同时设置筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，进行多级安全保护。采用大量的惰化气体----氮气，可有效达到防爆、控爆效果，确保储煤筒仓在储存任何煤种情况下安全运行。当储煤筒仓内部气体(和粉尘)压力超过安全报警压力值时，重力翻板式防爆门自动打开(有可能启动筒仓内部通风装置)待其数值低于安全报警压力值时自动关闭。
2.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置，由温度监测系统、可燃气体监测系统、一氧化碳监测系统、氧气监测系统、烟雾(气)监测系统、料位监测系统组成。
3.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置：温度监测系统采用煤层测温装置和温度传感器。报警温度设定70℃。
储煤筒仓煤层内部的温度采用可插拔式煤层测温装置，安装在筒仓内部，每套煤层测温装置含8支DS18B20数字式温度传感器，相临两支温度传感器间距2.5米。
在筒仓中部外锥面圆周上均布3-6支温度传感器(包括安装附件)；每个筒仓底部的活化给煤机上面(内锥面)的落煤锥段各安装2支温度传感器(包括安装附件)；另外2支安装在储煤筒仓顶部的升降式综合监测机构中。
4.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置：可燃气体监测系统，每个筒仓顶部安装3支可燃气体防爆传感器，并配置安装附件伸入筒仓100-1000mm范围不等。其中2支安装在储煤筒仓顶板上，主要监测筒仓内部煤挥发的可燃气体浓度；另1支装入筒仓顶部一套升降式监测机构中。一氧化碳监测系统，每个筒仓2套一氧化碳、瓦斯检测装置(包括安装附件)，安装在筒仓顶板上。另1支装入筒仓顶部一套升降式监测机构中。
可燃气体监测和一氧化碳监测系统，要使用标准气体标定检测CH4传感器及CO传感器。 
甲烷标准气体一套，包括2升瓶1支、减压阀、流量计、导管、气罩等；
一氧化碳标准气体一套，包括2升瓶1支、减压阀、流量计、导管、气罩等。
5.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置：氧气监测系统，每个筒仓分别配置2套氧气检测装置(包括安装附件)，其中一只安装在筒仓顶部皮带走廊上，另外一只安装在筒仓底部内锥面的活化给煤机上。
6.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置：烟雾(气)监测系统，每个筒仓分别配置2套烟雾传感器(包括安装附件)，安装在筒仓顶板上，接至安装在仪表柜中的烟雾报警器，就地显示。
7.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓安全监测监控装置：料位监测系统，采用雷达连续料位计，射频导纳式高料位仪，升降式综合监测机构等进行。其中雷达连续料位计，有效测量范围不小于50米。每个筒仓配置2台，安装在筒仓顶板上。每个筒仓配置4套射频导纳式高料位仪，探测高度暂定为3.0米，安装在筒仓顶板上，并配置安装附件。当筒仓煤位达到一定高度时，发出报警。
每个筒仓配置2套ZKA-SJ-01升降式综合监测机构，安装在储煤筒仓顶板上。通过安装在内部的可燃气体传感器、CO传感器、烟雾传感器、温度传感器，倾斜开关实时监测煤层表面气体浓度、温度、料位。
一套升降式综合监测机构含：
可燃气体检测器1支，输出信号4～20mA
温度传感器1支，输出信号4～20mA
烟雾传感器1支，输出信号开关量
LVG料位计1支，输出信号4～20mA
另一套升降式综合监测机构含：
CO气体检测器1支，输出信号4～20mA
温度传感器1支，输出信号4～20mA
烟雾传感器1支，输出信号开关量
LVG料位计1支，输出信号开关量。
8.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于： 所述的筒仓安全监测监控装置包括信号采集部分，将信号采集部分采集的AD/IO信号进行转换处理，将信号转换部分用于数据处理、控制、显示和打印的上位机。
9.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓抑制自燃安全保护工艺系统，分三个部分，即：制氮系统、控制系统、喷放系统。
制氮系统采用变压吸附制氮装置(PSA)技术，根据储煤筒仓的体积不同，配置能够满足筒仓所需的氮气量，自制高纯度的氮气，氮气纯度不小于95％以上，对附产品能易于收集。氮气储存装置采用储气罐储存氮气，每台容量为50m3，(按照现场客户的具体情况而定)工作压力不小于1.0MPa，采用立式结构并形成多台组合。制氮系统由压缩空气系统、压缩空气净化系统、变压吸附制氮机系统和氮气储罐组成。
控制系统采用PLC工控控制系统，对系统制氮设备的工作状态、累计运行时间、工作压力、工作流量、释放阀门状态(开或关)以及氮气的各项指标参数进行不间断监控，实现了全自动化智能化操作。
喷放系统：根据筒仓结构，设置至少三层管网(筒仓上、中、下，主管管径DN50mm，支管管径DN32mm(具体管径配置)，每层管网至少设置15-20支喷头，并根据筒仓储煤特点，在筒仓壁上部安装释气设备，将惰性气体注入筒仓中，稀释出筒仓内的可燃气体和空气；环绕筒仓壁安装注气设备，向煤层中注入惰性气体，排除煤层中的可燃气体和空气；在筒仓底部设置封气设备，向落煤口处注入惰性气体，封住落煤口。对三层喷放管网释放装置进行喷放时间控制，确保筒仓抑燃要求。
10.根据权利要求1所述的储煤筒仓安全保护工艺及保护系统，其特征在于：所述的筒仓防爆门系统：安装在筒仓顶部，具体安装位置视现场筒仓情况而定。 
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