煤粉氣力輸送系統防爆設計

吳寒薇

摘 要：在使用氣力輸送進行煤粉運輸的企業中，煤粉氣力輸送系統的防爆設計是有效規避煤粉在實際輸送過程中發生自燃與爆炸等一系列安全事故的重要舉措，能夠大幅提升煤粉氣力輸送的安全性。基于此，本文根據典型磨煤干燥系統中煤粉氣力輸送系統的防爆設計展開了分析與探究。

關鍵詞：煤粉;氣力輸送系統;防爆設計

如今，煤粉在企業的實際生產活動中能夠得到廣泛使用，主要原因是煤粉的生產成本較其他燃料有明顯的優勢。目前，煤粉主要采用正壓流態化氣力輸送進行運輸，但這一輸送過程極易發生自燃與爆炸等事故，因此就需要在現有基礎上進一步優化煤粉氣力輸送系統的防爆設計，來確保煤粉氣力輸送的安全性、穩定性與高效性。

1影響煤粉爆炸的主要因素

根據煤粉的物理化學性質及氣力輸送的特性，影響煤粉自燃或爆炸的主要因素有以下幾點：第一，煤粉濃度與氣流載體含氧量，這是導致煤粉爆炸的主要因素之一。當煤粉與空氣（主要是空氣中的氧）混合且達到一定的濃度時，一旦遭遇明火，煤粉沉積物就會發生自燃，甚至引起爆炸。第二，煤粉的揮發分也會對煤粉爆炸產生影響。特別是在煤粉揮發分較高，其活性與發熱量也相對較高的情況下，發生爆炸的可能性也就較大。第三，煤粉的經濟細度是誘發煤粉爆炸的另一個主要因素[1]。簡單來講，煤粉越細，其發生自燃與爆炸的可能性就越大，同時制粉系統的電耗與金屬磨耗也會相應增加;反之煤粉越粗，其發生爆炸的可能性就越小，但也會導致煤粉在爐膛內無法充分的燃燒，進而增加其不完全燃燒熱損失。為此，要想有效降低煤粉爆炸發生的概率，就要嚴格控制煤粉濃度、輸送介質含氧量、揮發分及經濟細度。

2煤粉氣力輸送系統防爆設計分析

下圖為典型磨煤干燥系統流程圖。其中，氣力輸送段為：煤粉隨惰性氣體從磨煤機出口送至袋式除塵器進行固氣分離，分離后的煤粉經旋轉給料器輸送至煤粉儲罐儲存。系統防爆設計需從全流程考慮，具體可以從以下幾個方面設計。

2.1氣流載體的惰化設計

作為可燃物燃燒的必要條件之一，氧氣在煤粉爆炸中也起到了一定的催化作用。當煤粉與氣流載體的混合物中缺乏氧氣，或氧氣濃度較低時，即便是有可燃物與點火能，由于其氧氣濃度沒有達到爆炸的濃度范圍，也不會輕易發生爆炸。因此，氣力輸送系統輸送煤粉時，只要其氣流載體的含氧濃度小于12%～14%[2]，基本上就不會發生爆炸。而對于自身副產壓縮污氮氣的工廠來說，應該選擇壓縮污氮氣（氮氣含氧氣量≤8%）作為煤粉的輸送載體。若壓縮氮氣源缺乏，則可以摻入一定量的惰性氣體，將氣流載體中的含氧量調整到12%以下。

2.2溫度和CO含量監測與控制

在煤粉氣力輸送過程中，嚴格控制煤粉溫度是至關重要的。這就要求工作人員熟知煤粉儲罐的結構與特點，合理設置溫度測點。目前，測溫點的選擇主要有以下幾種：煤粉儲罐筒體溫度、袋式除塵器溫度、錐體溫度以及進出口溫度。其中，當袋式除塵器或煤粉儲罐的溫度>70℃時，就會自動報警;當溫度達到75℃時，就會自動充惰性氣體。除了需要對溫度進行實時監測外，CO的含量也需要受控。因為煤粉長時間堆積在密閉空間內，隨著密閉空間溫度不斷上升，煤粉與空氣接觸過程中發生反應隨即產生CO。在這種情況下，一旦CO濃度大于500×10-6就會自動報警[3];當其濃度達到600×l0-6時，就會自動充惰性氣體;當濃度達到700×10-6時，就會自動停止輸送。因此，有必要在煤粉儲罐與袋式除塵器上合理安裝CO分析儀對CO含量進行實時監測。綜上，在煤粉氣力輸送系統中應科學設置測溫儀和CO分析儀并定期對相關儀表進行檢查與校驗。

2.3設置自動滅火裝置

煤粉儲罐與袋式除塵器作為氣力輸送系統的重要組成設備，應該合理設置并配備自動滅火裝置。現階段我國工廠常備的滅火介質主要有三種，分別為二氧化碳、蒸汽與氮氣。針對煤粉氣力輸送系統，蒸汽滅火是最不建議采用的，因為蒸汽會導致煤粉吸潮板結，造成嚴重的浪費，同時也會增加倉壁內黏結的清除難度。因此，建議工廠選用二氧化碳或氮氣進行滅火。但由于這兩種氣體均會對人體造成較嚴重的傷害，因此滅火裝置要同時考慮在安裝區域設置相應的氣體濃度檢測裝置，以避免氣體泄露，引發意外。

2.4選擇合適面積的防爆門

煤粉儲罐上優先選擇安裝自動啟閉式防爆門，這基于其自動關閉的系統響應時效性及精準性等優點。目前，多數防爆門的工作壓力均為1～10kPa。當防爆門后噴出高溫氣體與火焰時，就要采用引出管將其排放到室外，以免形成更為嚴重的爆炸事故，進一步擴大爆炸范圍。同時，要根據設備的容積比值來準確計算防爆門的有效泄壓面積[4]。在一般情況下取0.04m2/m3，且不得小于90cm2。另外，防爆薄膜應該選用刻有十字形刻痕的薄鐵皮;其厚度不可大于0.5mm，以此來保證防爆門的防爆面積與強度，并對其進行校核。

2.5合理設計選型關鍵設備

煤粉儲罐要選擇密閉容器以接收氣力輸送的煤粉，并根據相關生產要求，結合實際輸送能力計算儲罐總容積。在正常情況下，無煙煤粉的儲存時間不可大于12h;煙煤粉的儲存時間一般在4～8h。煤粉儲罐的內表面一定要保持光滑與平整，不可以有任何的凹坑或凸起，避免煤粉的沉積與滯留。在設計煤粉儲罐時，一定要充分考慮其結構與幾何形狀，以確保煤粉可以順暢自流，防止煤粉在死角中沉積，進而因長時間堆積放熱產生自燃現象。此外，要在錐體上設置流態化松動管路，以此避免煤粉發生結塊與起拱現象。袋式除塵器則要優先選用具有抗靜電效果的滌綸針刺氈濾袋，并選擇具有脫油除水作用的氮氣或其他惰性氣體作為清灰氣源[5]。除此之外，為了避免煤粉受潮、受熱，一定要做好袋式除塵器與煤粉儲罐的外壁保溫措施，以避免煤粉因外界溫度和濕度的變化，反復進行吸熱與放熱而受潮，在壁面上出現結皮或壓實等現象。因此，在氣候較寒冷的地區，需要在袋式除塵器外殼增設電加熱或蒸汽伴熱，以此減少外界氣候變化對煤粉的影響。

2.6電氣和儀表防爆

根據防爆設計的相關要求，電氣設備元件一定要滿足相應的防爆設計條件。具體情況如下：現場儀表與電動機均要選擇防爆型設備，設置獨立供電電源及設備檢修用安全電源;同時，用電設備要設置在現場操作箱內，并且要在DCS系統中合理設置用電設備運行、故障檢修等信號輸送及安全連鎖裝置[6]。一旦發生火災或爆炸，能夠自動切斷電機電源，實現保護性停車。另外，煤粉輸送系統中的各項電氣與儀表防爆設備均要符合二類防雷保護標準，而對于現場可能會積聚靜電的容器、金屬設備以及管道等，均要進行防靜電設置與安全接地。其中，接地電阻不可超過100Ω。

結束語

綜上所述，煤粉氣力輸送系統的防爆設計至關重要，會直接影響企業的安全生產。因此，設計人員就要嚴格依據相關規范與規程，結合現有安全技術，對煤粉氣力輸送系統實施優化設計、提高系統防爆水平、有效降低煤粉在氣力輸送過程中發生自燃與爆炸的可能性，進一步提升煤粉氣力輸送系統的可靠性、安全性與穩定性。

參考文獻：

[1]鄭虎.煤粉制備系統防爆措施的改進和完善[J].新世紀水泥導報，2018，24（2）：64-66.

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