圓形料場典型布置分析

李宇，陳明玉

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100044)

0 引言

圓形料場，即用于儲存原材料或產(chǎn)品的半球體儲料場，早在20世紀中葉，美國就已經(jīng)開始在工程中使用封閉式圓形料場儲存散裝物料。

目前，封閉式圓形料場以技術(shù)先進和完善、程控水平高、環(huán)保性能突出等特點，被廣泛應(yīng)用于電力、建材、化工、礦山、碼頭、煤炭、糧食等行業(yè)的物料存儲和輸送系統(tǒng)中，其安全性和可靠性已被眾多工程應(yīng)用所證明。

近幾年來，通過不斷引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，散裝物料的儲存和運輸在國內(nèi)創(chuàng)造了一些工程業(yè)績。儲運物料已經(jīng)從單純的煤炭擴展到硫黃、石油焦、礦石、鐵精粉等。圓形料場的結(jié)構(gòu)種類很多:料場擋墻的形式有扶壁柱和無扶壁柱;料場內(nèi)有隔墻和無隔墻;取料系統(tǒng)形式有門架式和懸臂式;取料機形式有單刮板和雙刮板等。

1 圓形料場的結(jié)構(gòu)和特點

1.1 圓形料場的結(jié)構(gòu)

圓形料場主要由圓形料場土建結(jié)構(gòu)、堆/取料機、輸送系統(tǒng)及其他相關(guān)供電系統(tǒng)、控制和給排水系統(tǒng)及消防系統(tǒng)等輔助設(shè)施構(gòu)成。

1.1.1 圓形料場主體結(jié)構(gòu)

圓形料場主體結(jié)構(gòu)由混凝土結(jié)構(gòu)擋墻、混凝土結(jié)構(gòu)地下廊道和雙層空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)組成。地基處理包括擋墻、扶壁柱樁基和庫心場地地基的處理;穹頂網(wǎng)殼有半球面、球臺、二點圓、三點圓等雙層空間結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu)基準期為50年，建筑設(shè)計使用年限為50年。

1.1.2 堆取料機主要構(gòu)成

(1)中心立柱。中心立柱通過3個或4個支腿固定于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，上部支撐堆料機懸臂帶式輸送機和上部固定平臺，下部支撐一個上圓下方的卸料漏斗，中心漏斗口上設(shè)刮板取料機。

(2)堆料系統(tǒng)。360°回轉(zhuǎn)式懸臂堆料機有水平回轉(zhuǎn)和帶俯仰回轉(zhuǎn)機構(gòu)，目前國內(nèi)最大的進場堆料能力為4000 t/h。卸料點設(shè)灑水抑塵裝置。

(3)取料系統(tǒng)。取料系統(tǒng)分門架式和懸臂式2種，門架式受力合理，可360°回轉(zhuǎn)。刮板取料機根據(jù)取料要求能力分為單刮板和雙刮板2種，雙刮板取料能力為3 000 t/h，單刮板取料能力為1 500～2000 t/h，取料機+自流漏斗出場輸送機最大能力可達5400 t/h。

(4)電控系統(tǒng)。通過堆取料機上設(shè)置的電氣操作室實現(xiàn)料場設(shè)備動作和照明。堆取料機采用可編程邏輯控制器(PLC)控制系統(tǒng)，可以滿足堆、取料作業(yè)的工藝要求。PLC對各種信號的處理準確可靠，各種邏輯關(guān)系明確。操作運行模式分為:全自動為主人工操作為輔、半自動為主人工操作為輔以及就地檢修操作3種模式。

1.1.3 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)包括進、出場帶式輸送機系統(tǒng)。目前，國內(nèi)進場輸送機最大輸送能力為4 000 t/h，出場輸送機最大輸送能力為5400 t/h。

1.1.4 給排水、消防系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)給排水、消防系統(tǒng)。在料場的圓形擋料墻及堆取料機中心柱上均設(shè)有消防水炮等消防設(shè)施;對于長時間儲存易自熱、自燃物料的圓場還設(shè)有火災(zāi)檢測和報警系統(tǒng);在堆料臂、中心立柱等部位設(shè)有多個逃生通道。

1.1.5 輔助設(shè)施

常規(guī)系統(tǒng)設(shè)一個裝有振動給料機的應(yīng)急漏斗，在堆取料機檢修或發(fā)生故障時可通過流動機械將物料推入應(yīng)急漏斗。

圓形料場擋墻靠地面處設(shè)有一個電動門或推拉門，以方便設(shè)備檢修和流動機械進出;圓形擋料墻上部設(shè)有人行通道和欄桿;圓形料場一般采用自然通風(fēng)方式，排風(fēng)口設(shè)在網(wǎng)架屋蓋的頂部中央，進風(fēng)口為網(wǎng)架屋蓋跟部與環(huán)形擋物料墻之間的環(huán)形口。

1.2 圓形料場的特點

1.2.1 環(huán)保性能好

封閉式圓形料場及其系統(tǒng)裝卸設(shè)備，是目前解決散裝物料對周圍環(huán)境污染問題的最有效方法，對保護環(huán)境有重要作用。

1.2.2 自動化程控水平高

整個料場均采用PLC程控系統(tǒng)，大大提高了物料裝卸過程的監(jiān)視能力和自動化操作水平，提高了輸煤系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和可靠性。

1.2.3 提高運行安全性

圓形料場的物料裝卸和輸送過程均在封閉空間內(nèi)完成，不受氣候條件影響，提高了系統(tǒng)運行的安全性。

1.2.4 避免物料流失

在刮風(fēng)或下雨等惡劣天氣條件下，封閉式圓形料場對物料有很好的保護作用，避免物料受天氣影響而流失。據(jù)統(tǒng)計，沿海地區(qū)臺風(fēng)和暴雨造成的物料損失達3.0%左右，其中臺風(fēng)造成的物料損失約1.5%，暴雨造成的物料損失約1.5%。

1.2.5 占地面積小、儲存能力大、場地利用率高

理論計算及已有工程實例證明，圓形料場系統(tǒng)的建筑系數(shù)大于50%、場地露天系數(shù)小于30%、場地利用系數(shù)達80%以上。

1.2.6 工程投資適中

通過與同樣儲存量的露天堆場、露天堆場+防風(fēng)網(wǎng)、干煤棚和混凝土筒場等工程的技術(shù)經(jīng)濟比較可知，圓形料場投資費用適中，投資性價比相對較高。

1.2.7 網(wǎng)殼施工安裝方便，不需要大型起重設(shè)備

圓形料場穹頂網(wǎng)殼施工安裝從擋墻頂面開始，將一根根桿件和一個個螺栓球逐個聯(lián)接安裝，直到整體安裝完成，不需要動用大型起重設(shè)備，安裝便利(如圖1所示)。

1.2.8 景觀效果好

圓形料場為工程中大型建構(gòu)筑物，外裝彩板可以配以鮮明顏色，與系統(tǒng)建筑渾然一體，增加了工程景觀效果(如圖2所示)。

圖2 圓形料場效果圖

2 圓形料場裝卸工藝

2.1 進料工藝

將物料運進圓形料場內(nèi)的工藝流程稱為進料工藝，為了保證系統(tǒng)的自動化，可采用膠帶機輸送系統(tǒng)來實現(xiàn)該工藝流程。根據(jù)進場膠帶機布置位置的不同可分為高位進料和低位進料2種形式。

(1)高位進料。高位進料是指將進場膠帶機棧橋布置在堆取料機上方，這種高位進料布置的方式不影響堆取料機的360°作業(yè)，從而使得煤場理論儲煤量最大化。但是，進料棧橋跨度大，鋼結(jié)構(gòu)的投資較大。圓形料場高位進料工藝布置圖如圖3所示。

(2)低位進料。低位進料是將物料進料帶式輸送機棧橋傾斜布置。低位進料堆取料機不能360°運行，堆料機約在220°區(qū)域回轉(zhuǎn)堆料，取料機約在345°區(qū)域回轉(zhuǎn)取料。但因為進料棧橋區(qū)域為堆取料機的非作業(yè)區(qū)，所以采用低位棧橋進料對實際儲煤量影響不是很大，采用此種進料方式可避免出現(xiàn)大跨度拱形棧橋。圓形料場低位進料工藝布置圖如圖4所示。

2.2 堆、取料工藝

圖1 圓形料場網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

(1)堆料作業(yè)。堆料機定點給料至料場地面，形成一個圓錐形料堆。當料堆達到一定高度，其頂面觸及堆料機端部的探頭時，堆料機停止此處堆料并回轉(zhuǎn)一定角度，緊靠原料堆進行斜坡堆料，堆積另一個料堆。按此方式，堆料機逐漸堆積數(shù)個緊靠的料堆，直至料場充滿(回轉(zhuǎn)360°)或堆料機已回轉(zhuǎn)到與取料機的安全極限距離。

(2)取料作業(yè)。預(yù)先設(shè)定取料回轉(zhuǎn)范圍，取料機在設(shè)定的范圍內(nèi)開始回轉(zhuǎn)取料。取料范圍可設(shè)置成分層取料或分區(qū)域取料。

(3)堆、取料同時作業(yè)。堆料作業(yè)和取料作業(yè)可在各自的設(shè)定范圍內(nèi)同時進行。當輸入物料量大于輸出物料量時，料場將逐漸充滿(堆料機運行靠近取料機時，取料機應(yīng)轉(zhuǎn)移到新的工作區(qū)域)。當輸出物料量大于輸入物料量時，料場將逐漸被取空(取料機運行靠近堆料機時，堆料機應(yīng)轉(zhuǎn)移到新的工作區(qū)域)。

3 典型工程介紹

2008年，中電投蒙東能源集團有限責(zé)任公司煤炭事業(yè)部扎哈淖爾露天煤礦建設(shè)了1座20萬m3的圓形儲煤場，工程情況簡要介紹如下。

3.1 平面布置

工程建設(shè)1座直徑為120 m的圓形料場，總儲方量約20萬m3，包括2座變配電所、2座皮帶機驅(qū)動房、1座轉(zhuǎn)運站、2座吊裝房、1座水泵房和1個總儲水量約為800 m3的蓄水池等建構(gòu)筑物建設(shè)，總占地面積約3.8萬m2。

3.2 裝卸工藝

該工程系統(tǒng)可以完成以下3個工藝流程:

(1)接收－儲存流程。受料進場采用帶式輸送機輸送系統(tǒng)，堆料時采用堆料機，將煤炭堆存在圓形料場指定位置，堆料作業(yè)中采取灑水抑塵措施。

圓形料場直徑為120 m，總儲量約為20萬m3。受煤系統(tǒng)帶式輸送機和堆料機額定輸送能力為2500 t/h。

(2)取料+漏斗自流－裝車流程。出場裝車輸送機額定輸送能力為5000 t/h，從料場地下部分受料，然后運至火車裝車樓。圓形料場取料機額定取料能力為2 000 t/h，為滿足裝車系統(tǒng)5000 t/h的輸送能力，設(shè)計時考慮在料堆的地下帶式輸送機上方設(shè)置自流給料漏斗，以補充取料機能力外余下3000t/h出料輸送能力的不足。

(3)漏斗自流－裝車流程。當取料機出現(xiàn)故障時，為臨時維持生產(chǎn)，也可直接啟動幾組自流給料漏斗，來滿足給料5000 t/h裝車能力的要求。自流漏斗均設(shè)有除塵器，以抑制粉塵外溢，改善工作環(huán)境，使排放空氣達到環(huán)保要求。

3.3 建設(shè)工期

該工程從2008年8月開始設(shè)計、施工，2010年初投入運行，系統(tǒng)存儲周轉(zhuǎn)能力和系統(tǒng)保障性、靈活性均較以前有大幅提高。

4 結(jié)束語

工程實踐證明，圓形料場有著它不替代的優(yōu)勢，尤其是大能力儲運系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟可靠，逐漸被用戶接受并認可，有著十分廣闊的發(fā)展前景。

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