贮煤筒仓安全保护系统的设计与应用

贮煤筒仓安全保护系统的设计与应用

马静

北京石油化工工程有限公司，陕西省西安市， 710015

摘要：煤炭的存储问题一直困扰着各煤炭使用行业，在开放环境下煤炭自燃与环境污染的问题不可避免。近年来，筒仓安全保护系统在贮煤筒仓的成功应用，基本上解决了筒仓的自燃和爆炸危险，可使煤炭的贮存时间延长，从而保证企业的正常生产，为企业提供了可靠的能源保证。

关键词：贮煤筒仓；保护系统

1. 储煤筒仓安全保护系统工作原理

贮煤筒仓安全保护系统主要包括安全监测系统、氮气保护系统、泄爆系统、控制系统这四部分。安全监测系统通过采集筒仓内部CO、CH4、温度、烟雾等信号来确定筒仓内部煤的状态，当有信号超过预先设定的报警值，控制系统会接收信号从而控制氮气保护系统动作，通过向筒仓内充氮气来抑制煤的自然，从而有效防止筒仓爆炸，保护系统安全运行。如果出现紧急异常工况，泄爆系统可自动开启，对筒仓进行泄压保护。

1. 安全监测系统

安全监测系统包括贮煤筒仓内部可燃气体监测（CO、CH₄）、温度监测、料位监测、烟雾监测，及筒仓外部氧含量监测、有毒气体监测（CO）。所有监测信号均包含现场二次仪表显示、声光报警和模拟信号远传至PLC控制系统。安全监测系统是全方位储煤筒仓安全保护系统的眼睛。

1. 可燃气体监测（CO、CH₄）、烟雾监测

可燃气体监测及烟雾监测传感器的数量根据筒仓的直径来确定，对于直径大于或等于15m的筒仓，每个筒仓顶部至少安装两套可燃气体传感器及两套烟雾监测传感器，安装在筒仓顶部，使用安装附件深入筒仓内部至少1m处。

可燃气体监测传感器的测量范围为0~100%LEL，应设置两级报警，一级报警设定值小于等于25%LEL，达到此设定值时报警，二级报警设定值小于等于50%LEL，达到此设定值时报警并连锁氮气保护系统开始充氮。

烟雾传感器输出信号为开关量，当控制系统接收到该信号时，启动氮气保护系统开始充氮。

2. 温度监测

温度监测系统应包括能够监测到筒仓内部温度的煤层多点测温缆式传感器和监测筒仓锥部出口处温度的插入式温度传感器。传感器的数量根据筒仓直径以及传感器能覆盖的范围来确定。

温度监测的设置要合理，在仓体整个容积范围内，能够准确反映仓内原煤的温度分布情况，覆盖可能的自然、易燃点。报警起始温度50℃，高报警温度为70℃，并且上下限均可调。当控制系统接收到温度传感器的高报警信号时，启动氮气保护系统开始充氮。

3. 料位监测

每个筒仓顶部应安装不少于两套煤位测量装置，一套雷达连续料位计，其安装位置距离落料口2m左右；一套射频导纳料位开关。料位信号均可送至PLC控制系统。

4. 氧含量监测及CO有毒气体监测

为了保护人身安全，在筒仓顶部和底部封闭空间设置氧含量检测仪及CO有毒气体检测仪，信号引入现场气体报警控制器及PLC控制系统。

当环境氧含量的体积百分比低于19.5%VOL时进行报警并连锁风机；CO有毒气体的一级报警设定值不超过5%IDLH，当CO含量超过此设定值时报警，二级报警设定值不超过10%IDLH，当CO含量超过此设定值时报警并连锁风机。报警值均可调。

2. 氮气保护系统

氮气保护系统与安全监测系统联动，控制方式为PLC远程控制和就地控制。筒仓在正常存储和出煤时，氮气保护系统处于待机状态。当发生下述情况之一时，氮气保护系统启动，开始向筒仓内煤层充氮气，以抑制和延缓自然的发生：

1. 筒仓内静止出煤超过3天时；

2. 筒仓内筒仓安全监测系统到达报警上限时。

氮气保护系统的管道共设置三层，第一层充气设备，安装在筒仓仓壁上部，启动时将氮气充入筒仓内，置换出筒仓顶部的可燃气体和助燃空气；第二层充气层，环绕筒仓壁预埋充气装置，启动时向煤层中部充入氮气，排除煤层中的可燃气体和空气；第三层锁气层，在筒仓锥部出口处，启动时向卸煤口处充入氮气，锁住卸煤口以免空气进入。

3. 泄爆系统

筒仓泄爆系统采用防爆门，安装在筒仓顶部，其状态信号送入PLC控制系统，有以下三种情况时防爆门自动开启：

1. 当氮气保护系统启动时，防爆门同时开启，以便及时排除危险气体；

2. 当筒仓内压力达到一定值时，防爆门自动开启泄压；

3. 当极端工况爆炸出现时，防爆门开启泄爆。

爆炸发生后，为了防止空气倒灌，防爆门能够自动复位，避免二次燃爆。

4. 控制系统

控制系统包括PLC远程控制和就地控制，安全监测系统、氮气保护系统、泄爆系统共用一套PLC控制系统，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。其功能有以下几点：

（1）实时接收安全监测系统、氮气保护系统及泄爆系统反馈的信号，并进行分析处理，同时能够在操作站上进行显示、报警和操作，实现对筒仓安全的监测。

（2）当安全监测系统的可燃气体、烟雾、温度监测达到报警上限时，PLC控制氮气保护系统工作，向筒仓内充氮。

2、工程应用实例

2.1榆神能源化工有限公司50万吨/年煤基乙醇项目

该项目全厂来煤方式为汽车运输，储煤设施选用了储量约4万吨、直径80米的圆形煤场，混煤设施选用了三座直径10m的筒仓，进出混煤仓的带式输送机均为双路布置，卸煤设施采用电动双侧犁式卸料器，出煤设施采用振动给煤机送至带式输送机。该混煤仓配备了完整的筒仓安全保护系统，采用PLC远程控制和就地控制。

（1）安全监测系统：每座筒仓的安全监测系统包括2套可燃气体检测传感器、2套烟雾传感器、2根煤层多点缆式传感器、4套插入式温度传感器、1台高频雷达连续料位计、2台射频导纳料位开关，以上传感器均配置了现场声光报警设施，当检测值达到报警值时现场声光报警， PLC控制室收到报警信号，当达到报警上线时，PLC控制系统发出指令，连锁氮气保护系统启动，开始向混煤仓充氮气。

另外，3台混煤仓的顶部和底部分别设置2台（共4台）氧含量检测仪及2台（共4台）有毒气体CO检测仪，同时信号引入现场的气体报警控制器，当检测值达到报警值时现场的气体报警控制器和PLC控制系统分别发出声光报警并连锁启动强制通风。

（2）氮气保护系统：3个筒仓共用一套氮气保护装置，一台20m³的氮气储罐，一套管道集配系统（向各座筒仓分配充气管路），并与安全监测装置联动。单台筒仓包含5层氮气管道系统，锁气层位于混煤仓锥部，共1层，4个喷气口；充气层位于混煤仓中部，共2层，每层6个喷气口；换气层位于筒仓上部，共1层，6个喷气口。

（3）泄爆系统：包括6台重力式防爆门，每座筒仓配备2台，泄爆压力大于0.0016kg/ cm³。

（4）控制系统：控制方式包括就地控制和远程控制，PLC远程控制系统布置在输煤程控室，接收安全监测系统、氮气保护系统及泄爆系统的实时监测信号，分析处理后可在操作站上进行显示、报警和操作。操作设定好各项检测值后系统可投入自动化运行。

3、总结

综上，以筒仓为贮煤方式的企业，贮煤筒仓的可靠性关系着企业的正常生产运行。为解决贮煤筒仓内煤炭自燃而导致筒仓爆炸危险的问题，在贮煤筒仓上设置了安全保护系统，将氮气充入筒仓内稀释和置换可燃气体，从而保证了筒仓安全运行。

参考文献：

[1]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.

[2]彭丽园。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.