有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)代化選煤廠中的應(yīng)用

邵博

【摘 要】瓦斯氣體、超標(biāo)的粉塵、有害氣體CO等是威脅煤炭行業(yè)安全生產(chǎn)的殺手，尤其瓦斯爆炸事故是煤炭安全生產(chǎn)的最大威脅，可能對(duì)生產(chǎn)人員的生命、生產(chǎn)廠房及設(shè)備等造成極大的傷害，形成不可估量的生命及財(cái)產(chǎn)損失。論文結(jié)合有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在山西潞安集團(tuán)東盛煤礦選煤廠的工程實(shí)際應(yīng)用案例，淺析了有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、通訊傳輸方式及系統(tǒng)特點(diǎn)等，并闡述了此系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代化選煤廠的重大意義。

【關(guān)鍵詞】瓦斯氣體；輸煤地道；儲(chǔ)煤倉；有害氣體探測器；RS485總線傳輸

0 引言

瓦斯氣體是指以甲烷為主的各種有害氣體的總稱，其具有燃燒和爆炸性。當(dāng)空氣中的瓦斯氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到火源，就可能燃燒或爆炸。瓦斯爆炸事故是煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅，直接可能對(duì)生產(chǎn)人員的生命、生產(chǎn)廠房及設(shè)備等造成極大的傷害，形成不可估量的生命及財(cái)產(chǎn)損失。另外超標(biāo)的粉塵、有害氣體CO等也時(shí)時(shí)刻刻危害著生產(chǎn)工作人員健康和生命。

在過去的選煤廠輸煤地道及儲(chǔ)煤煤倉設(shè)計(jì)時(shí)，基本上都不考慮瓦斯治理，認(rèn)為這些有害氣體的治理是礦井建設(shè)應(yīng)該考慮的問題。然而事實(shí)上，很多選煤廠輸煤地道及煤倉的瓦斯?jié)舛冗h(yuǎn)超過《煤礦平安規(guī)程》劃定的平安尺度，存在嚴(yán)重的安全隱患，甚至有的選煤廠還產(chǎn)生過瓦斯爆炸，嚴(yán)重地威脅著從業(yè)職員的生命安全和選煤廠的安全生產(chǎn)。很多選煤廠均發(fā)生過儲(chǔ)煤倉由于瓦斯積聚過多而發(fā)生燃燒及爆炸的事故，如神華集團(tuán)包頭能源有限責(zé)任公司萬利一礦選煤廠的原煤倉就因?yàn)橥咚箽怏w堆積過多造成煤倉被燒毀的事故，直接造成經(jīng)濟(jì)損失一千多萬。因此，對(duì)選煤廠內(nèi)的輸煤地道及儲(chǔ)煤倉等容易出現(xiàn)瓦斯積聚的場所應(yīng)進(jìn)行不間斷的有害氣體監(jiān)測對(duì)于安全生產(chǎn)意義重大。

1 有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)選煤廠的生產(chǎn)環(huán)境，并綜合考慮安全監(jiān)控系統(tǒng)工程的實(shí)際應(yīng)用需求，監(jiān)控遵循以下設(shè)計(jì)原則：

1.1 先進(jìn)性

使用先進(jìn)、成熟、實(shí)用和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)，使系統(tǒng)具有較長的生命周期，不盲目追求高檔次，既能滿足當(dāng)前的需求，又能適應(yīng)未來的發(fā)展。

1.2 可靠性

高效穩(wěn)定的系統(tǒng)，能提供全年365天，一天24小時(shí)的不停頓運(yùn)作。對(duì)于核心設(shè)備包括主控機(jī)、服務(wù)器、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制設(shè)備與布線系統(tǒng)，必須能適應(yīng)嚴(yán)格的工作環(huán)境，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。實(shí)時(shí)監(jiān)控的不可間斷性決定了在設(shè)計(jì)中必須考慮提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此，在硬件選型、線路、支撐環(huán)境及結(jié)構(gòu)上都必須高質(zhì)量。

1.3 安全性

選煤廠安全監(jiān)控系統(tǒng)本身的安全性不可忽視，系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行是選煤廠安全生產(chǎn)提供準(zhǔn)確無誤監(jiān)測數(shù)據(jù)的前提，因此系統(tǒng)的軟硬件均要達(dá)到這一要求。選煤廠車間內(nèi)各種設(shè)備種類繁多，電磁環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)所有設(shè)備必須具備很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)系統(tǒng)采取單獨(dú)接地從而最大程度提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。軟件方面，堅(jiān)持使用正版操作系統(tǒng)和防病毒軟件，為系統(tǒng)運(yùn)行提供優(yōu)良的運(yùn)行平臺(tái)。

1.4 擴(kuò)展性

隨著選煤廠對(duì)環(huán)境因素越來越嚴(yán)格的要求，所要求監(jiān)測的環(huán)境因素越來越多，用戶所需的監(jiān)測點(diǎn)隨之增加，因此系統(tǒng)必須具備良好的擴(kuò)展性，方便用戶隨時(shí)添加監(jiān)測分站及各類傳感器。

1.5 開放性

系統(tǒng)所有設(shè)備符合通用標(biāo)準(zhǔn)，分站、傳感器均符合200-1000Hz、1-5mA或4-20mA信號(hào)制式，具有良好的開放性；另外有些帶RS485總線型傳感器，可直接接入系統(tǒng)主傳輸，安裝更靈活。軟件方面，監(jiān)控主程序具備多種接口模塊，使系統(tǒng)具有良好的兼容性和通用性。

2 結(jié)合工程實(shí)例淺析有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，可供選擇的氣體監(jiān)測產(chǎn)品有以美國MSA（梅思安）公司為例生產(chǎn)的有害氣體監(jiān)測產(chǎn)品、以深圳索福達(dá)電子公司為例生產(chǎn)的SFD系列氣體監(jiān)測產(chǎn)品等。本文結(jié)合索福達(dá)公司SFD系列有害氣體監(jiān)測產(chǎn)品在山西潞安東盛煤礦選煤廠應(yīng)用的工程實(shí)例，淺析了有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)代化選煤廠中的應(yīng)用。

2.1 工程實(shí)例（SFD系列產(chǎn)品在山西潞安東盛選煤廠的應(yīng)用）

2.1.1 SFD系列氣體監(jiān)測系統(tǒng)概述

深圳索福達(dá)公司生產(chǎn)的SFD系列有害氣體監(jiān)測產(chǎn)品是固定安裝在防爆場所的一次儀表，用于檢測現(xiàn)場危險(xiǎn)氣體的泄露。整機(jī)為探測、顯示、報(bào)警輸出的一體化結(jié)構(gòu)，采用隔爆式防爆型式。變送器與控制系統(tǒng)之間可根據(jù)現(xiàn)場需要采用開關(guān)量信號(hào)輸出、4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出或RS485通訊總線通信連接等連接方式，可選用三至十芯電纜連接消防控制中心、聲光報(bào)警器、PLC或DCS工業(yè)控制系統(tǒng)等。該系列產(chǎn)品具有測量精度高、顯示直觀、多彩變換、隔爆型防爆超安全調(diào)試、方便靈活、多種信號(hào)輸出、自診斷故障、周期性校準(zhǔn)儀表、防護(hù)及防雷能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該系列產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于石油化工、燃?xì)廨斉?、建筑材料、煤炭開采及加工利用等各種工業(yè)防爆場所。

2.1.2 主要元件功能及工作方式

SFD-600系列有害氣體探測器可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇與PLC、報(bào)警控制器、消防控制中心等連接；可選用催化燃燒式、電化學(xué)式、光電離子、固態(tài)半導(dǎo)體式等多種類型檢測傳感器，可對(duì)甲烷、一氧化碳等有害氣體進(jìn)行監(jiān)測，測量范圍為0-100%LEL 0-1000ppm；0-100%VOL；其輸出方式既可以選擇4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，也可選擇RS485接口Modbus協(xié)議。SFD-86032智能總線氣體報(bào)警控制器顯示直觀，多彩變換，低濃度為綠色、一段報(bào)警時(shí)為粉紅色、二段報(bào)警為大紅色、故障報(bào)警時(shí)為黃色；其通訊方式為RS485接口Modbus協(xié)議，其傳輸距離可達(dá)到2.4KM，每回路可連接32個(gè)SFD系列氣體探測器，該智能控制器與氣體探測器之間采用Modbus總線協(xié)議（四總線）的方式進(jìn)行通訊。

2.1.3 在山西潞安東盛選煤廠的應(yīng)用

在山西潞安集團(tuán)東盛選煤廠的施工圖設(shè)計(jì)中，將原煤地道及棧橋、產(chǎn)品煤棧橋中CH4、CO的監(jiān)測納入到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。CH4、CO傳感器均選用SFD-600系列氣體探測器，在皮帶走廊內(nèi)間隔60m左右各布置一套，并通過RS485接口Modbus協(xié)議總線（四總線）方式傳輸至配電室內(nèi)的智能總線氣體報(bào)警控制器，該控制器對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行分析處理后通過RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)通訊模塊，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)總線通訊協(xié)議后，再通過光纜傳輸至選煤廠中央集控室。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖1如下：

除集控室上位機(jī)及配電室控制器顯示外，氣體探測器自帶分體的現(xiàn)場液晶顯示裝置，瓦斯超標(biāo)時(shí)可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警燈光。可將其安裝在便于觀察的位置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)和隨時(shí)監(jiān)測測量值。

3 結(jié)語

有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在東盛選煤廠主要采集了瓦斯、CO等有害氣體的數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性都達(dá)到了預(yù)期的目的，現(xiàn)場反應(yīng)效果良好。該系統(tǒng)總體性能也很可靠，完善了儲(chǔ)煤倉上下、原煤地道、皮帶走廊等各類有有害氣體隱患存在的場所的安全性，并且具有現(xiàn)場安裝方便靈活、接線簡單、后期維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)上闡述，有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)代化選煤廠應(yīng)用的產(chǎn)品架構(gòu)一般可分為三層，最底層為各現(xiàn)場傳感器，中間層為控制分站或主機(jī)，最上層為集控室上位機(jī)。所不同的是傳感器的輸出信號(hào)可以采用模擬量信號(hào)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊或者總線通訊的方式。有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)在選煤廠應(yīng)用，以預(yù)防的作用為主，可以根據(jù)選煤廠的特點(diǎn)監(jiān)測易發(fā)生事故的儲(chǔ)煤倉上下、原煤地道、皮帶走廊的有害氣體和環(huán)境，及時(shí)采取報(bào)警、停機(jī)、組織人員疏散等措施，避免人員的傷亡和建筑物、設(shè)備的損壞。另外還可與風(fēng)機(jī)、消防水泵等其它設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)輸出，使生產(chǎn)環(huán)境長期處于安全的狀態(tài)。

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