基于取樣法粉塵濃度的翻車機底層通風工藝設計

于 娜

秦皇島港股份有限公司第六港務分公司

1 引言

翻車機底層屬密閉空間，在作業過程中會產生大量的煤炭粉塵。為避免翻車機底層積塵，同時保障底層維修、作業人員的呼吸順暢[1]，秦皇島港煤三期翻車機房兩側分別配備了2臺功率為22 kW的通風機來實現排塵、通風和夏季降溫。通風機的啟停通過手動和自動2種模式實現。自動模式下通風機每天啟動12 h，停12 h；開啟手動模式則自動模式自動取消，通風機持續啟動直至切換回自動模式。由于通風機功耗較大，年耗電30余萬kWh，電費20余萬元，因此有必要依據粉塵濃度并綜合考慮現場維修、作業和節能等要求，重新制訂煤三期翻車機底層的通風工藝，真正實現翻車機底層通風的自動化，保障職業衛生健康，消除安全隱患，節能降耗。

2 總體思路

首先對秦皇島港煤三期翻車機作業現場進行調研，利用防爆型粉塵儀實地檢測多種工況下翻車機底層典型部位的粉塵濃度；然后通過數據分析(粉塵濃度值、通風機手動模式下啟停歷史記錄、峰平谷分時電價表)制訂通風機自動模式下的啟停工藝，并依據制訂的通風工藝編寫翻車機底層通風PLC控制程序；最后現場實驗并對通風工藝進行不斷完善。

3 技術方案

3.1 粉塵濃度檢測

為滿足粉塵濃度檢測的代表性和準確性，選擇有代表性的時間、工況以及合適的測量方法、測量儀器進行翻車機底層煤塵濃度檢測。

3.1.1 粉塵濃度測試方法

粉塵濃度的表示方法主要包括質量濃度(mg/cm3)和計數濃度(顆/cm3)2種。研究表明，質量濃度測塵儀測定的結果對比性好，且由煤塵所引起的硅肺和粉塵質量濃度關系更為密切，即質量濃度在衛生安全角度上更能凸顯其測量的意義，因此測量翻車機底層煤塵濃度的方法采用質量濃度測量法[2]。質量濃度測塵方法主要分為2類9種，主要用于測定全塵濃度或者呼吸性粉塵濃度[3]。

取樣法,即從待測區域中抽出部分具有代表性的含塵氣樣，送入分析測量系統來測量粉塵的濃度與粒徑的方法。其基本工作原理為：從含塵區域采集一定體積的含塵試樣，過濾或分離其中所含塵粒，根據集塵質量和體積等計算出氣體的含塵濃度。同時將過濾下來的塵樣利用各類粒度測量及其他分析測試一起進行測量分析，進一步獲得塵粒的平均粒徑、粒徑分布及其物理特性、化學組成等。

取樣法的原理簡單，能夠滿足本項目的要求，因此采用取樣法對翻車機底層煤塵濃度進行檢測。

3.1.2 采樣和檢測所用儀器

選用IFC-2防爆型粉塵采樣儀和MS-105十萬分之一電子分析天平對翻車機底層粉塵濃度進行取樣和檢測。

IFC-2防爆型粉塵采樣儀由氣泵、流量計、定時控制電路、欠壓指示電路及電源等組成，配有全塵采樣頭和呼吸性粉塵采樣頭，能對危害人體的呼吸性粉塵和非呼吸性粉塵進行分離，分離曲線符合BMRC曲線標準。該儀器結構緊湊、體積小、重量輕、操作簡便、性能穩定，在目前同類產品中技術水平居前，可廣泛應用于多領域，并且適用于國家規定的Ⅱ類爆炸性氣體的環境場所。

MS-105十萬分之一電子分析天平最大量程120 g，最小精度為0.01 mg，滿足檢測要求。

3.1.3 檢測結果

考慮到翻車機底層維修工作主要集中在上、下層斗給料器電機處，清煤人員主要作業位置在底層廊道，故采樣地點集中于上述位置。從職業衛生的角度，定點檢測計算加權評價濃度的公式為：

CTWA=(C1T1+C2T2+……+CnTn)/8

(1)

式中，CTWA為8 h工作日接觸化學有害因素的時間加權平均濃度，mg/m3;8為1個工作日的工作時間，h，工作時間不足8 h者，仍以8 h計；C1、C2……Cn表示T1、T2……Tn時間段接觸的相應濃度；T1、T2……Tn表示C1、C2……Cn濃度下相應的持續接觸時間。

為對翻車機底層通風工藝進行優化，先初步設置通風機自動模式下的運行時間為4 h/d，通過取樣、檢測查看粉塵濃度超標與否，進而判斷自動模式下運行時長是否可行。相比較翻車司機和維修人員，清煤人員與底層粉塵接觸的時間更長，因此以清煤人員為對象，選擇在CD1和CD2翻車機都正常作業，通風機每天4 h自動運行的工況下，對翻車機底層和清煤人員侯工室進行采樣，所得煤塵檢測結果見表1。

由表1可知，翻車機底層的粉塵濃度檢測值和加權平均值均小于極限值，通風機4 h/d的自動運行時長被驗證為可行。

3.2 制訂自動通風時間表

通過粉塵濃度驗證，通風機4 h/d的運行時長是可行的，下面將通過通風機啟停記錄和峰平谷分時電價表，制訂通風機自動模式下運行時間表。

通風機手動啟動通常發生在翻車機底層進行維修工作時，若通風機自動模式下啟動時間段與手動模式有所重疊，能更好發揮通風機排塵、通風和降溫的作用，降低通風機啟動時長和能耗。

對2015全年手動模式下啟動通風機的時間段進行調查、統計，調查表和手動模式啟動時長累計頻率圖見表2、圖1。

表1 煤塵檢測結果

表2 手動模式下啟動通風機的調查表

圖1 通風機手動啟動時長累計頻率圖

通過對表2和圖1進行分析，設定翻車機底層每天自動通風總時長為4 h，電費“峰”值運行0.5 h，“平”值運行2.5 h，“谷”值運行1 h，避開電費1.01元/kWh的時間段。制訂的底層自動通風時間表見表3。

表3 翻車機底層自動通風時間表

3.3 自動通風PLC程序設計

基于西門子S7-400 PLC進行相關程序設計，利用系統功能塊SFC1實現對系統時間的讀取，并設置自動模式下啟動、停止時間。

利用S5定時器實現自動模式下通風機每次啟動30 min即停止，手動模式下通風機每次啟動30 min即自動切換到自動模式。

4 應用效果

改造完成之后秦皇島港煤三期翻車機底層的粉塵濃度得到了有效地抑制，同時通風機的能耗和電費也有較大程度的降低。改造前后每天翻車機底層自動通風情況對比見表4。

表4 項目實施前后底層自動通風情況對比

新的通風方案充分利用了峰平谷分時電價表，在不考慮7～9月特殊時間段(18:00～21:00，1.010元/kWh)情況下，理論上4臺通風機每天自動模式下消耗電能由897.6 kWh降到299.2 kWh，降幅達66.7%；電費由每天580.4元降到184.3元，降幅達68.2%。

2015年通風機耗電34.89萬kWh，電費22.7萬元。而2016年通風機年耗電量為10.85萬kWh，降幅達52.2%；電費為6.68萬元，降幅達70.6%。

5 結語

改造完成后秦皇島港煤三期翻車機底層的粉塵濃度得到了有效的抑制，同時通風機的能耗和電費也有較大程度的降低，解決了以往通風機完全靠手動隨機啟停的問題，實現了通風機啟停的自動化。對峰平谷分時電價表的科學利用為電氣系統的節能改造提供了有益的參考。