粉塵檢測(cè)技術(shù)在裝船機(jī)的研究與應(yīng)用

趙海龍 秦皇島港股份有限公司

一、項(xiàng)目背景

隨著工業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)排放的廢氣、廢物越來(lái)越多，對(duì)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重。空氣中的粉塵是眾多污染物中的一種，隨著其對(duì)環(huán)境的危害日益嚴(yán)重，粉塵污染逐漸引起越來(lái)越多的人的重視。自2018年以來(lái)，我省秋冬季大氣環(huán)境質(zhì)量形勢(shì)嚴(yán)峻，完成全年和秋冬季環(huán)境保護(hù)工作目標(biāo)面臨巨大壓力。

為此，秦港股份第九港務(wù)分公司欲進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)工業(yè)粉塵的管控，對(duì)作業(yè)全過(guò)程的起塵情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，視不同的起塵情況靈活投用抑塵措施，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。為了達(dá)到上述目標(biāo)還需要做很多工作，其中最重要的環(huán)節(jié)就是需要判斷當(dāng)前作業(yè)流程是否起塵，此前判斷流程起塵的依據(jù)來(lái)源于相關(guān)作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)判斷結(jié)果，但來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)人員的判斷結(jié)果主觀性強(qiáng)、實(shí)效性差，已逐漸無(wú)法滿足我公司對(duì)環(huán)境治理的需求，因此考慮在各作業(yè)流程的皮帶沿線或單機(jī)的合理位置安裝粉塵濃度檢測(cè)儀，對(duì)整個(gè)作業(yè)過(guò)程中的起塵情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，再通過(guò)電氣控制系統(tǒng)將起塵數(shù)據(jù)上傳至操作界面，供相關(guān)人員參考，最終將粉塵濃度數(shù)據(jù)應(yīng)用于灑水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灑水。

二、整體設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上的粉塵濃度檢測(cè)儀產(chǎn)品主要采用光散射法、光吸收法和摩擦靜電法進(jìn)行粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目選擇使用了光散射原理的粉塵檢測(cè)儀，主要檢測(cè)空氣中顆粒型粉塵濃度，粉塵測(cè)量范圍0.001～40.0mg/m3，誤差≤3%，4-20mA電流輸出。

在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的粉塵濃度在線檢測(cè)儀放置在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移，造成測(cè)量不靈敏，精度開始下降等問(wèn)題。因此，測(cè)量過(guò)程中需要工作人員頻繁進(jìn)行校正。校正次數(shù)相應(yīng)增加，毫無(wú)疑問(wèn)的在測(cè)量過(guò)程中增加了測(cè)量者的工作量，同時(shí)也影響檢測(cè)結(jié)果的精確性。同時(shí)，在裝船作業(yè)時(shí)，皮帶機(jī)會(huì)使裝船機(jī)尾車斗內(nèi)形成較大氣流。受到氣流的影響，原粉塵濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)無(wú)法將樣本空氣吸入到檢測(cè)傳感器內(nèi)，因此需要對(duì)粉塵濃度檢測(cè)儀進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)境。

設(shè)計(jì)1：將粉塵濃度檢測(cè)儀模塊化，把儀表內(nèi)部的粉塵濃度檢測(cè)傳感器移出到外置模塊。這種改進(jìn)極大的縮短了樣本氣體的泵吸路徑，解決了大氣流造成的氣體無(wú)法進(jìn)入傳感器的問(wèn)題；同時(shí)對(duì)出氣口氣道進(jìn)行優(yōu)化，氣道采用連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免粉塵局部堆積。

設(shè)計(jì)2：裝船機(jī)位于碼頭前端，水汽、霧氣較大。針對(duì)這種情況，在傳感器內(nèi)部加入了加熱裝置，防止傳感器內(nèi)部結(jié)露冷凝。

設(shè)計(jì)3：在傳感器底部加裝集塵槽，延長(zhǎng)傳感器的保養(yǎng)周期，降低維保頻次。

自主設(shè)計(jì)的粉塵濃度在線檢測(cè)儀，采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，將傳感器外置于采樣模塊中，這樣不僅解決了大氣流對(duì)泵吸裝置的影響，模塊化設(shè)計(jì)易于查錯(cuò)和更改，有利于擴(kuò)充系統(tǒng)功能。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，有效降低了維護(hù)量，提高了檢測(cè)結(jié)果的精確度，同時(shí)提高了惡劣環(huán)境下傳感器的使用壽命。發(fā)生故障時(shí)，可隨時(shí)更換模塊，有效避免了設(shè)備故障和老化造成的影響。

設(shè)備調(diào)試：

該儀表內(nèi)部配有4-20mA的輸出信號(hào)，通過(guò)一根信號(hào)纜接入裝船機(jī)模擬量輸入模塊中。

通過(guò)編程軟件讀取模擬量信號(hào)數(shù)值，該模擬量模塊的分度值為1/32768，結(jié)合儀表量程，那么粉塵濃度計(jì)算公式為：

數(shù)據(jù)分析（見圖1）：

圖1 較干煤種裝卸過(guò)程的粉塵濃度趨勢(shì)圖

圖1為 裝 船 機(jī) 在 某 日20：00至 次 日20：00的粉塵濃度趨勢(shì)圖，裝卸煤種特性較干，屬于易起塵煤種。其中曲線部分代表粉塵濃度，方波代表皮帶機(jī)啟動(dòng)信號(hào)（高電平代表皮帶機(jī)啟動(dòng)，低電平代表皮帶機(jī)停止）。從該趨勢(shì)圖中可以看出，粉塵濃度曲線隨BM皮帶機(jī)啟停信號(hào)變化明顯，當(dāng)皮帶機(jī)停止后，粉塵濃度基本處于較低水平；當(dāng)皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)，粉塵濃度隨之升高，且在啟動(dòng)初期有較為明顯的波動(dòng)，平均粉塵濃度為3.97mg/m3。再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)選擇濕粘煤種作業(yè)的歷史數(shù)據(jù)，平均粉塵濃度為1.34 mg/m3。說(shuō)明易起塵和濕粘煤種作業(yè)時(shí)粉塵濃度數(shù)據(jù)存在一定的差異，符合煤種特性和預(yù)期效果。

三、實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀察發(fā)現(xiàn)裝船機(jī)粉塵濃度數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)情況吻合度較高，且運(yùn)行穩(wěn)定。目前我公司四臺(tái)裝船機(jī)的粉塵濃度均已參與流程的灑水作業(yè)控制。該項(xiàng)目的研究為港口裝卸設(shè)備的作業(yè)起塵情況提供了客觀依據(jù)，將其應(yīng)用于灑水系統(tǒng)后，大大降低濕粘煤種依然投用濕式除塵的概率，進(jìn)一步提升了貨運(yùn)服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)不再需要相關(guān)人員去頻繁查看作業(yè)起塵情況，降低了人工勞動(dòng)成本。