煤炭裝卸機械及皮帶輸送系統的防火對策

■ 上海港公安局消防處

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煤炭裝卸機械及皮帶輸送系統的防火對策

■ 上海港公安局消防處

0　引 言

我國是一個多煤少油的國家，煤炭可采量位居世界第二，產量位居世界首位。煤炭在我國一次性能源結構中處于絕對主要地位，煤炭工業在國民經濟中的基礎地位，將是長期的和穩固的，具有不可替代性。煤炭運輸是煤炭從開采到利用的一個重要環節，而水路運輸與碼頭裝卸又是一個不可或缺的環節。本文將重點研究港口碼頭輸煤專用裝卸工藝設備的火災成因和規律，通過分析研究，尋找出防范事故的技術手段、管理措施等，從而保障港口碼頭的安全作業，促進企業的發展。

1　港口輸煤皮帶運輸設備及火災規律

1.1港口輸煤皮帶運輸設備

港口輸煤皮帶運輸設備是指以皮帶機械為主體的港口輸煤專用裝卸工藝設備，包括裝船機、卸船機、堆料機、轉接機、輸送皮帶等（以下簡稱“皮帶機”）。

1.2火災的規律

從近幾年上港集團煤炭裝卸公司“皮帶機”火災事故中可基本總結出以下規律。

1）起火部位基本位于兩個地方：①煤炭輸出堆積且不易清掃的落料口處；②在主動滾筒、從動滾筒、托輥處。

2）“皮帶機”持續停止作業幾個小時以上，且火災發生時也處于停止狀態。

3）在“皮帶機”上堆積的煤炭熱值較大，一般在5 000～7 000 K，在運輸及堆積中容易積熱自燃。

4）“皮帶機”所使用的皮帶為常規的鋼絲芯和尼龍芯膠帶，燃點一般在250 ℃～340 ℃之間。

5）事故部位在距地面較高的落料口處，易產生“煙囪效應”，風助火勢，蔓延迅速，施救困難。

2　“皮帶機”火災成因分析

“皮帶機”火災原因主要有兩個方面：1）機械自身故障造成；2）外來火種所致。

2.1機械自身故障

2.1.1主、從動滾筒打滑引起皮帶機著火

1）主動滾筒表面的防滑膠嚴重磨損，表面摩擦系數下降而導致皮帶打滑；

2）主動滾筒表面潮濕引起皮帶打滑；

3）從動滾筒打滑的主要原因是從動滾筒軸承嚴重損壞卡死，導致從動滾筒不轉或轉速下降，皮帶相對滾筒打滑。

不管是主動或從動滾筒，一旦打滑就會使滾筒表面溫度升高。根據有關資料，皮帶打滑40 min后，滾筒表面溫度可達320 ℃，皮帶就會被引燃。因此，主動和從動滾筒打滑是極其危險的，長時間打滑就可導致皮帶著火。

2.1.2托輥不轉及皮帶在托輥表面滑動引起“皮帶機”著火

1）托輥不轉引發著火。一般在“皮帶機”停機后，托輥軸承內部進入煤粉和灰塵，導致托輥軸承壽命較短，軸承卡死后，皮帶在托輥表面摩擦，托輥溫升很高。根據相關資料，托輥摩擦引起皮帶著火主要發生在停機之后。停機前，皮帶以2～3 m/s的速度運行，皮帶上固定點與托輥表面接觸的時間較短，皮帶溫升很小，且由于皮帶運行過程中產生較大的氣流可以降低托輥表面的溫度，因此，正常運行時皮帶不會著火。

2）下托輥不轉易引起著火。①托輥卡死且必須是下托輥卡死；②托輥位置有許多煤粉和橡膠粉末（這些煤粉和橡膠粉末部分是由皮帶上落下的煤，也有一部分是不轉的托輥磨下的粘在皮帶表面的煤粉和橡膠顆粒）；③往往是靠近機尾部位的下托輥。因為機尾部位皮帶容易灑煤，造成下托輥表面堆煤。

2.2外來火種

2.2.1“皮帶機”上堆積殘留的煤炭（粉）自燃，引燃皮帶釀成災害

關于煤炭的自燃一般都認為煤中黃鐵礦的存在是自燃的原因。由于黃鐵礦氧化成為Fe2O3及SO3時能放出熱量，在有水分參加的情況下，可以形成硫酸，它是很強的氧化劑，更加速煤的氧化，促進煤的自燃。

需要指出，有的含有黃鐵礦的煤雖然經過長期放置，并不一定發生自燃，而不含或少含黃鐵礦的煤也有自燃現象。因此，煤的自燃并非完全因含有黃鐵礦而引起的。其主要原因是由于吸收了空氣中的氧氣，使煤的組成物質氧化產生熱量，再被水濕潤，就放出更多的濕潤熱，也會加速煤的自燃。此外，煤的自燃還與煤本身的性質有關。如煤的品級、煤的顯微組分、水分、礦物質、節理和裂縫，煤層的埋藏深度和煤層厚度；開采方法和通風方式等。煤的自燃從本質上來說是煤的氧化過程。

煤炭按照形成階段和碳化程度的不同，可分為泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤等4種。其中除無煙煤外，其它都易發生自燃。尤其是當煤堆內部溫度超過60 ℃時，就有發生自燃的危險。

當堆積在皮帶上的煤炭自燃后，其溫度可以引燃皮帶，導致火災。

2.2.2焊接、切割中造成火災

焊接、切割作業過程中（電焊、點焊歸在一類）產生大量熔融的金屬火星（熔渣），到處飛濺，其溫度相當高。一般焊接火花的噴濺顆粒溫度約為1 100 ℃～1 200 ℃，當離開焊接源時，10～20 s內，顆粒仍保持800 ℃，大大高于皮帶、煤炭的自燃點，一種情況直接引燃煤粉或皮帶，另一種情況隱蔽在煤粉內，開始陰燃。陰燃是指物質無可見光的緩慢燃燒，通常產生煙和溫度升高的現象，不易被發現，慢慢釀成災害。

2.2.3煙頭導致火災的危險

一般來講，燃著的香煙中心溫度為700 ℃～800 ℃，表面為200 ℃～300 ℃，高于一般可燃物的燃點。當隨手亂扔的煙頭及用腳踩踏或手掐方式未徹底熄滅的煙頭接觸皮帶上的煤粉時，會慢慢陰燃釀成火災。

3　解決“皮帶機”火災的幾點對策

針對發熱煤炭作業及主動滾筒、從動滾筒、托輥故障產生高熱等情況，在火災防范上，須采取人防技防兩方面的有效措施，及時發現隱患，防止火災事故的發生。

3.1人防措施

1）加強對主動滾筒、從動滾筒、托輥的技術檢測。

定期對主動滾筒、從動滾筒、托輥進行相應技術指標的檢測，及時發現滾筒防滑膠磨損、滾筒托輥軸承損壞卡死等情況，調換滾筒托輥，檢修機械。

2）加強機械檢修動火的監管。

對現場機械檢修需動用氣割、電焊的場所加強管理和監督。在作業前，應把落料口和滾筒托輥上的積煤清理干凈，防止高溫火花濺落引燃積煤；作業后，除清理殘火外，還應加強監護，定時進行測溫。

3）發熱煤炭作業注意事項：

①對發熱煤炭出貨作業，計劃調度作出布置：作業中在所經過的皮帶機輸送帶料口部位，利用安裝的噴水裝置，持續打水，起到降溫作用，并有人值守。

②對作業流程結束后，皮帶輸送機空轉一定時間，將殘留在皮帶機上的煤炭清空，各作業點電工清除（滾筒、大皮下）積煤。

③安排作業人員在作業結束后，定時對整個作業流程實施巡查，安監人員予以監督檢查。

④檢查時配置紅外線測溫儀，對滾筒（含作業時）予以測溫，當溫度達到70 ℃時，檢查人員應立即報告中控室及安監部門，采取相應措施，排除隱患。

3.2技術防范

要火災自動報警系統是實現火災早期探測、發出火災預警/報警信號、并向各類消防設備發出控制信號，完成各項消防功能的系統?；馂淖詣訄缶到y現已廣泛應用于各類民用建筑、工業廠房、倉庫堆場等，為及時有效地探測并預報火災火情提供了行之有效的解決方案。因此，設置一套符合現場實際情況、并能取得預期探測報警效果的火災自動報警系統顯得相當有必要，也十分重要。

在火災發生的早期，火災相關參數會隨著煙、溫、氣、光等的變化而不斷變化，因此探測上述火災相關參數的變化趨勢便能有效地預警火災火情的發生。下面將分別對不同火災參數報警探測設備的適用性進行分析。

1）感煙探測設備：目前火災煙霧探測的設備主要有普通離子式、光電式感煙探測器，管型吸氣式感煙探測器（空氣采樣），紅外光束型感煙探測器，雙波段/多波段圖像型火災探測器等。

根據現場實際情況，煤在陰燃過程中會產生一定量的煙霧，但現場由于存在大量煤炭粉塵，其對普通感煙探測器及管型吸氣式感煙探測器的探測效果影響較大，會導致誤報和探測器故障。而紅外光束型感煙探測器，雙波段/多波段圖像型火災探測器雖能對火災煙霧起到探測效果，但對于早期陰燃煙霧探測并不靈敏，且容易受現場太陽光（紫外線）照射影響，產生誤報現象。

2）感光探測設備：目前火焰光的探測設備主要有各類火焰型探測器，雙波段/多波段圖像型火災探測器等。

根據對火災早期探測的要求，由于火災初期不會產生大量明顯強烈的可見光，因此感光型火災探測器并不適合現場的實際需要，在系統設計選型時不予以考慮。

3）感氣探測設備：目前對于火災時產生的氣體進行探測預警的設備主要為各類可燃氣體探測器。

根據煤自燃的特性，煤體自燃一般要經過潛伏期（即吸附氧化）、自熱期（即氧化聚熱）、發展期（即著火臨界階段）和發生明火等階段（個別煤種并不一定經過這4個階段），由于煤自燃的各個階段溫度不同，所產生具有代表性的氣體也不同，如CO、C2H4、C2H2等。其中CO氣隨著煤的氧化升溫而開始產生，其產生量隨著煤溫的升高而增大，伴隨煤自燃火災的全過程； C2H4氣僅產生于煤的氧化自熱過程中，在一定區間內，隨煤溫的升高而發生量增大，到達極限溫度后，發生量逐漸下降，

根據現場實際情況和實驗數據顯示，積熱煤炭在陰燃期間會存在一個溫度逐漸上升的過程。因此準確有效地探測重點區域重點設備的溫度變化情況，便能夠實現火災早期探測預警的目的。

而從現場安裝要求出發，不適宜選擇點型感溫探測器。線性感溫探測器目前主要分為電纜式和光纖式兩種。兩種探測器分別組成火災報警系統的技術性能比較，見表1。變化關系單一、明顯；C2H2氣僅產生于煤的激烈氧化階段，具有較強的溫度區間特征，變化關系單一、明顯。

4）感溫探測設備：目前對于火災溫度變化的探測設備主要有點型感溫探測器，線性感溫探測器等。

表1　兩種探測器組成的火災報警系統的技術性能比較

由表1可知，分布式光纖感溫探測器與普通電纜式感溫探測器相比，在各方面性能上均具有不少優勢，也更符合現場對探測的及時性、準確性及定位性上的要求。

綜上所述，感光型火災探測器和感煙探測設備并不適合現場的實際需要，因此在系統選型時不作考慮。

氣體探測器雖能對煤炭不同自燃階段施放的氣體進行有效地探測，但根據現場實際情況，大量的粉塵可能會對氣體探測器的探測效果產生一些影響，且重點設備積熱煤堆積區域在自燃過程中所產生的上述氣體濃度受各種現場因素（風，積熱煤堆積的數量等）影響，對氣體探測器的探測效果也將產生影響。因此在系統選型時應作為輔助探測設備考慮。

線性光纖式感溫探測器有著諸多優點，能符合現場火情的探測預警要求，系統選型時應作為主要探測設備予以考慮。