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（中煤科工集團北京華宇工程有限公司平頂山分公司，河南 平頂山 467002）

選煤工藝中儲煤倉容易積蓄易燃易爆等危險氣體的場所往往是事故高發(fā)區(qū)域。這些區(qū)域發(fā)生突發(fā)性事故的概率大，事故造成財產(chǎn)損失及人員傷亡嚴(yán)重。

儲煤倉自燃事故由于性質(zhì)嚴(yán)重、影響面廣一直是選煤廠安全運行十分棘手的問題。2014年山西省煤炭工業(yè)廳下發(fā)了《煤炭企業(yè)附屬洗（選）煤廠瓦斯管理規(guī)定的通知》，要求強化煤倉易燃易爆氣體的監(jiān)測。目前，打造本安型選煤廠已經(jīng)被行業(yè)提上了議程。

1 阻燃阻爆原理

可燃混合物的燃燒爆炸條件可根據(jù)國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分為管式探測法和球式探測法，依據(jù)是可燃氣體、氧氣、惰性氣體的三角坐標(biāo)圖。如圖1所示。

可燃區(qū)為GACBFG,交點分別為可燃氣體的爆炸下限B點和上限A點，C點為極限低氧氣濃度點。阻燃阻爆氣體惰化的原理為強制增加惰性氣體N2的含量使煤倉內(nèi)混合氣體的比例位于不可燃區(qū)，杜絕燃燒發(fā)生條件的產(chǎn)生。

圖1 可燃氣體-氧氣-惰化氣體的爆炸區(qū)圖

2 惰化系統(tǒng)工作過程

惰化系統(tǒng)利用傳感器對儲煤倉內(nèi)氣體進行相關(guān)檢測，當(dāng)檢測到易燃、易爆氣體濃度達到危險值時采取相應(yīng)措施置換倉內(nèi)易燃、易爆氣體為惰性氣體（氮氣），從根本上消除燃燒（爆炸）發(fā)生條件?；玖鞒虨椋旱谝徊剑簷z測（傳感器）；第二步：分析（DCS系統(tǒng)PLC）；第三步：執(zhí)行（相關(guān)閥門及電動執(zhí)行器）。整個儲煤倉阻燃、阻爆系統(tǒng)過程要圍繞具體過程就是鎖、充、換三等級來實現(xiàn)。

（1）鎖氣即鎖住出料口。當(dāng)系統(tǒng)檢測到儲煤倉產(chǎn)生初級信號時，充氮系統(tǒng)自動開始向產(chǎn)生報警的儲煤倉內(nèi)充高純度的氮氣，鎖住出煤口來阻止空氣從出煤口向上儲煤層滲透，避免儲煤倉的“風(fēng)筒效應(yīng)”。

（2）充氣即向煤層中充氣。當(dāng)系統(tǒng)檢測到儲煤倉產(chǎn)生高級報警信號時，充氮系統(tǒng)自動開始向產(chǎn)生報警的儲煤倉內(nèi)充高純度的氮氣，向煤層里面滲透高純度的氮氣，達到使可燃性氣體濃度及燃源降低的目的，使其儲料始終在安全狀態(tài)。

（3）換氣即置換掉儲煤倉內(nèi)物料以上可燃性氣體濃度及燃源。當(dāng)系統(tǒng)檢測到儲煤倉產(chǎn)生高級報警信號時，系統(tǒng)自動向產(chǎn)生報警信號的儲煤倉內(nèi)的煤層表面上方換氣，這時儲煤倉內(nèi)氣體由低向高逐漸增多，儲煤倉內(nèi)原來的危險氣體從儲煤倉頂部排出，達到用惰性氣體換掉儲煤倉內(nèi)危險氣體的目的。

3 邏輯關(guān)系及惰化計算

整個惰化系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖如下：

圖2 惰化控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系圖

惰化多采用常壓通流置換惰化法，惰化通流時間為：

式中：

t-惰化時間，h；

V-煤倉內(nèi)氣體空間體積，m3；

Q-惰化氣體氮氣流量，m3/h；

F-通流安全系數(shù)（一般取5）；

Cf-通流惰化后氧氣比例，%；

Co-初始氧氣體積分?jǐn)?shù)，%；

Ci-惰性氣體內(nèi)氧氣比例，%。

4 實例應(yīng)用

以河南駿化發(fā)展股份有限公司合成氨原料路線改造工程中原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的儲煤筒倉阻燃阻爆系統(tǒng)為例進行論述。

本系統(tǒng)組成分為2個子系統(tǒng)：惰性氣體供給和管道系統(tǒng)，氣體監(jiān)測和PLC處理執(zhí)行系統(tǒng)。具體布置圖及監(jiān)測分析設(shè)備布置見圖3、圖4。

惰性氣體供給和管道系統(tǒng)示意圖：

圖3 惰化系統(tǒng)氣源及管路布置

實際生產(chǎn)調(diào)試中對系統(tǒng)氧氣濃度閾值進行確定，根據(jù)相關(guān)文獻研究表明，極限氧濃度LOC和溫度的關(guān)系為：

式中：

LOCTO-常溫下褐煤極限氧含量，本工程取12%；

T-實際筒倉內(nèi)溫度，℃；

T0-參考溫度，一般取20℃。

假設(shè)煤炭內(nèi)部溫度檢測為130℃，則計算130℃時褐煤極限含氧量為10.57%，當(dāng)被保護系統(tǒng)氧含量為間斷監(jiān)測時，考慮安全裕量(原則為被保護系統(tǒng)氧濃度若為間斷監(jiān)測,系統(tǒng)停機氧濃度TP按以下整定：系統(tǒng)最大允許氧濃度MAOC不低于5%時,系統(tǒng)停機氧濃度TP不應(yīng)超過MAOC的60%,否則系統(tǒng)停機氧濃度TP不應(yīng)超過MAOC的40%。)，設(shè)定最大允許極限氧含量不大于6.34%。

氣體監(jiān)測和PLC處理執(zhí)行系統(tǒng)示意圖：

圖4 氣體監(jiān)測和PLC處理執(zhí)行系統(tǒng)

5 結(jié)論

氣體惰化系統(tǒng)是打造本安型選煤廠的重要手段，但目前我國氣體惰化系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚處于制定階段，沒有具體的規(guī)范參考依據(jù)，實際使用中設(shè)計人員也要和生產(chǎn)廠家結(jié)合現(xiàn)場使用環(huán)境條件確定三級報警的閾值。另外封閉煤倉煤層內(nèi)部溫度的監(jiān)測一直也是一個難題，對選煤工藝來說采用纜式測溫傳感器和倉壁插入式溫度監(jiān)測裝置相結(jié)合的監(jiān)測裝置較多，亟待引出新的監(jiān)測手段。