一種預防硫磺粉塵爆炸的自控實現(xiàn)方案

宋 蓓

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

硫磺成型機廠房、硫磺倉庫的火災危險類別為乙類，硫磺造粒包裝過程中，存在粉塵環(huán)境，一旦硫磺粉塵達到爆炸極限，遇到明火，就會發(fā)生爆炸，造成安全事故甚至人員傷亡[1]。

目前，國內大多數(shù)的硫磺成型廠房和倉庫的硫磺粉塵防爆主要通過三方面來實現(xiàn)。一是建筑結構本身控制，比如廠房倉庫的建筑構件要滿足耐火極限的要求，與其他建筑之間保證合理的防火間距等；二是工藝過程控制，比如設置有效的通風和除塵措施，廠房內的電氣設備選擇相應的粉塵防爆型等；三是設置必要的滅火防爆設施，比如配置水噴淋、水槍等滅火設施等[2]。

本文結合某項目提出一種硫磺粉塵防爆的自控解決方案，在硫磺倉庫及造粒成型機廠房中可能產(chǎn)生硫磺粉塵積聚的位置設置粉塵濃度探測器，對粉塵濃度進行實時在線檢測，并將檢測結果輸出至粉塵報警控制器中，當硫磺粉塵濃度達到設定的報警值時，輸出相應的報警信號和控制信號，提示操作人員及時采取安全處理措施，同時可啟動外接設備，如排風扇、電磁閥等[3]。此方案可對硫磺成型機廠房內的硫磺粉塵濃度進行實時檢測，并根據(jù)濃度采取相應的措施，防止粉塵濃度過高發(fā)生事故，從而保證人員和設備安全[3]。

圖1 硫磺成型機廠房平面布置圖及防爆區(qū)域劃分圖Fig.1 Layout plan and explosion-proof area division of sulfur molding machine building

1 項目背景和目的

1.1 背景

某項目天然氣處理廠有硫磺回收裝置一套，裝置內配套硫磺成型機廠房一座（兩層）。液體硫磺從鋼帶造粒機滴落、冷卻變?yōu)轭w粒硫磺，顆粒硫磺聚集后經(jīng)過皮帶輸送到料倉，進行包裝稱重后裝車外運。廠房內設置轉筒硫磺造粒機、斗式提升機和全自動包裝碼垛機。

本項目硫磺成型機廠房布置圖及防爆區(qū)域劃分圖如圖1所示。

成型機廠房采取的硫磺粉塵防爆措施有：采用粉塵防爆等級的設備（粉塵防爆等級EXTDA21T157℃& ExdIIBT4 Gb）、設置有毒氣體檢測報警器，設置完善的消防系統(tǒng)（比如風機等），定期對硫磺粉塵易積聚的位置進行除塵等。

1.2 目的

成型機廠房采取的措施存在一定的漏洞，比如在硫磺粉塵濃度沒有達到爆炸極限的時候采取了降塵措施，而當達到爆炸極限應該降塵的時候反而沒有采取相應的措施，很難根據(jù)實時的硫磺粉塵濃度采取及時有效的措施。

規(guī)范SH/T 3175-2013《固體工業(yè)硫磺儲存輸送設計規(guī)范》第4.8.7條“包裝廠房自動秤落料處和上袋機上袋處、轉運站低塵落料管底部帶式輸送機導料槽受料處、圓形料場堆料機落料處機架上、中心立柱現(xiàn)場控制柜平臺上及地下廊道內帶式輸送機導料槽受料處應設置粉塵濃度檢測器?！?/p>

根據(jù)SH/T 3175-2013增設硫磺粉塵濃度探測器，可以實時檢測硫磺粉塵的濃度，當達到設定好的報警值時，采取相應的措施，比如開窗通風、除塵、聯(lián)鎖開啟排風機等。

2 粉塵濃度探測器

2.1 粉塵濃度探測器概述

粉塵濃度探測器有便攜式粉塵濃度檢測儀和固定式粉塵濃度探測器。便攜式粉塵濃度檢測儀多采用紅外光吸收法，結構緊湊、操作簡單、便于攜帶，電池續(xù)航時間一般為幾小時，每次使用后需更換濾膜，否則將影響再次檢測的準確性；便攜式粉塵濃度檢測儀更適合操作人員進入粉塵環(huán)境時隨身攜帶，用以準確及時地反映接塵人員吸入的呼吸性粉塵質量和不同粉塵作業(yè)場所中的粉塵污染狀況，為準確評價作業(yè)場所的衛(wèi)生狀況提供可靠數(shù)據(jù)，而不適用于對粉塵濃度進行實時的檢測。

因此，本項目采用固定式粉塵濃度探測器。

2.2 粉塵濃度探測器的原理

國內常見的粉塵濃度測量方法有：濾膜稱重測塵法、光散射原理測塵法、β射線原理測塵法及光吸收原理測塵法[4,5]。本項目粉塵濃度探測器采用光散射原理測量硫磺粉塵，由微處理器對檢測數(shù)據(jù)進行運算直接顯示粉塵質量濃度并轉換成數(shù)據(jù)信號輸出，供粉塵測控系統(tǒng)使用。

光散射原理是基于粉塵物理性質在一定的條件下，暗室里的浮游粉塵在光照射下產(chǎn)生散射光，其散射光的強度正比于粉塵的質量濃度。將散射光強度轉換成脈沖計數(shù)可測出粉塵的相對質量濃度CPM（每分鐘脈沖數(shù)），通過預置質量濃度轉換系數(shù)K值，經(jīng)微電腦處理便可直接顯示粉塵質量濃度[6]。

2.3 粉塵濃度探測器的技術參數(shù)

本項目粉塵濃度探測器的選型主要考慮以下因素：測量粉塵的粒徑、濃度、工作溫度、信號輸出、供電電壓、防爆等級、防護等級等。

SH/T 3175-2013《固體工業(yè)硫磺儲存輸送設計規(guī)范》第4.5.9條“送入房間的空氣中有害氣體及粉塵”主要是指H2S、SO2氣體與硫磺粉塵。根據(jù)GBZ2中的規(guī)定，房間內H2S氣體最高容許濃度為10mg/m3。SO2氣體與硫磺粉塵的最高容許濃度未給出，可參考時間加權平均容許濃度，分別按5mg/m3和8mg/m3計算。

根據(jù)SH/T 3175-2013，本項目硫磺粉塵濃度報警設定值取8mg/m3。

另根據(jù)項目所在地的環(huán)境溫度、壓力、被測粉塵的粒徑、成型機廠房的防爆區(qū)域劃分等，本項目粉塵濃度探測器的參數(shù)選擇如圖2所示。

2.4 粉塵濃度探測器的布置

本項目在硫磺成型機廠房內共設置2臺粉塵濃度探測器，其中一樓裝袋處和二樓成型末端刮刀處各設置一臺，粉塵濃度探測器布置圖如圖3所示。

圖2 粉塵濃度探測器選型參數(shù)Fig.2 Dust concentration detector selection parameters

3 粉塵報警控制器

3.1 概述

粉塵報警控制器適用于生產(chǎn)、運輸、貯存等易產(chǎn)生粉塵的場所，采集粉塵濃度探測器（4mA～20mA信號）所檢測空氣中粉塵的濃度。

當硫磺粉塵濃度達到設定的報警值時，粉塵報警控制器發(fā)出報警和控制信號，提示及時采取安全處理措施，從而保證倉庫及廠房的安全。

本項目屬于改造項目，若直接采用電纜接入硫磺裝置現(xiàn)場控制室的方案，則需要涉及土方開挖、控制系統(tǒng)擴容適應性改造等，故本項目采用粉塵報警控制器實現(xiàn)對粉塵濃度實時監(jiān)控的方案，同時粉塵報警控制器可輸出繼電器信號用于聯(lián)鎖開啟排風機。

3.2 粉塵報警控制器的技術參數(shù)

粉塵報警控制器采用高速核心處理器，帶彩色LCD顯示屏，控制器內采用多級信號濾波處理，使信號數(shù)據(jù)穩(wěn)定，同時具有報警狀態(tài)保持、查詢報警記錄等功能。

某品牌粉塵報警控制器可接收1～32路RS485信號的粉塵濃度探測器信號或1～8路4mA～20mA信號的粉塵濃度探測器的信號，每個粉塵報警控制器最多可輸出8路繼電器信號，同時還可輸出一組RS485信號，用以實現(xiàn)與用戶DCS系統(tǒng)的通訊等功能。

粉塵報警控制器的外形尺寸約為105mm×300mm×430mm（長×寬×高），壁掛式箱體設計，安裝簡單，操作方便，適用于本項目現(xiàn)場機柜間位置非常緊張的工況。

圖3 粉塵濃度探測器布置圖Fig.3 Layout of the dust concentration detector

3.3 粉塵報警控制器的安裝位置

粉塵報警控制器應放置于非防爆要求的控制、值班室、樓道內等場所。

本項目粉塵報警控制器就近放置于硫磺成型機廠房一層的現(xiàn)場機柜間（此機柜間是為硫磺造粒包裝設備成套PLC用），圖1中標示為CABINET CHAMBER，粉塵濃度控制器220V電源采用為硫磺造粒設備成套PLC供電電源的備用回路。

4 結束語

除了硫磺成型機廠房外，硫磺倉庫中也應設置相應的粉塵濃度探測器，粉塵濃度探測器宜與倉庫中的消防設施實現(xiàn)聯(lián)動。粉塵濃度探測器和粉塵報警控制器在硫磺倉庫及硫磺成型機廠房中的應用，將大大提高硫磺造粒、成型、倉儲方面的安全性，做到提前預防，將粉塵濃度控制在爆炸下限內，避免安全事故的發(fā)生。