大型儲煤筒倉群管理策略研究與應(yīng)用

文/寧環(huán)波

1 前言

港口是交通運輸大動脈的樞紐，是水上運輸和陸上運輸?shù)倪B接點。在港口，散裝物料運輸?shù)奶攸c是大進大出，因此安全性和高效率是重中之重。提高生產(chǎn)效率和自動化水平可有效降低經(jīng)營成本、提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

煤炭裝卸碼頭主要是通過翻車機—皮帶機及機房—堆料機—堆場，堆場—取料機—皮帶機及機房—裝船機組合形式[1]。堆料機和取料機主要是通過工人手動操作，隨著人力成本的不斷上升，增加了企業(yè)的運行成本。其中取料機作業(yè)能力除了跟取料機的設(shè)計能力相關(guān)，還與操作工人的技術(shù)水平有關(guān)。一般的取料機通過人工操作進行取料作業(yè)，其平均取料能力基本上為取料機設(shè)計額定能力的70%，取料效率比較低，工人勞動強度非常大。

根據(jù)研究表明，堆場堆存煤炭產(chǎn)生的揚塵污染是煤炭港口主要污染源。雖然有防風網(wǎng)、堆場噴槍等環(huán)保手段，但是堆場揚塵污染仍然對碼頭周邊城市環(huán)境造成了一定的影響。儲煤筒倉是全封閉式的，杜絕了儲存過程中和堆取過程中的揚塵污染問題。堆料和取料都是無人操作的方式，自動化程度較高[2]。雖然筒倉儲煤有很多優(yōu)勢，但是并未在煤炭港口得到大面積推廣應(yīng)用，其安全性和實用性仍有待考驗。黃驊港作為亞洲最大儲煤筒倉群，積累了豐富的經(jīng)驗和技術(shù)。本文將從筒倉生產(chǎn)管理、設(shè)備實施、筒倉安全管理三個方面進行總結(jié)，為后續(xù)筒倉建設(shè)項目提供經(jīng)驗。

2 黃驊港儲煤筒倉現(xiàn)狀

黃驊港共有儲煤筒倉48 個，分為8 列，每列共6 個筒倉，單倉直徑40m、高度43m、容量3 萬t，理論最大儲煤量144 萬t，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土澆筑。每列筒倉上部設(shè)置1 臺卸料小車，額定能力每小時8000t，通過卸料小車將煤炭卸到筒倉內(nèi)。筒倉上部鋪有軌道，卸料小車沿著軌道行走，通過編碼器、格雷母線等技術(shù)進行定位。筒倉底部安裝有活化給料機，利用亞共振原理實現(xiàn)均勻給料[3]。相對于出煤堆場及配套的堆料機、取料機等設(shè)備，筒倉技術(shù)主要有以下幾個優(yōu)點。

2.1 給料量設(shè)定靈活，可以在0 至最大流量之間調(diào)整。

2.2 裝船過程中，給料量精準，在設(shè)定量的±5%范圍內(nèi)波動，流量穩(wěn)定可靠，可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的能力。

2.3 杜絕露天煤場帶來的揚塵污染問題。

2.4 實現(xiàn)全自動無人堆取料，自動化水平大幅提升。

筒倉雖然有很多優(yōu)勢，但是其生產(chǎn)和安全管理相對于傳統(tǒng)儲煤堆場也有更高的標準，特別是筒倉儲煤在一個密閉空間內(nèi)，對防火、防爆方面具有更高的要求。

3 筒倉生產(chǎn)管理

3.1 進倉煤炭控制

根據(jù)筒倉工藝特點和港口煤炭調(diào)進及下水情況，選定市場交易量大、周轉(zhuǎn)快的主力煤種為筒倉的作業(yè)煤種，否則容易在筒倉內(nèi)儲存時間過長，帶來高溫、自燃等安全問題。筒倉增加新的煤種，需要及時組織翻卸和堆存可行性測試。提前獲取到港重車煤炭溫度信息，避免高溫煤進入筒倉。在翻車機下部，BF 線上設(shè)置紅外式熱成像儀，對翻卸煤炭進行溫度檢測。煤炭溫度超過40℃時，BF 自動停止運行，安排現(xiàn)場采樣核實，確認為煤溫超標的，更改卸車計劃，采取卸至露天堆場或其他處置方式。

3.2 卸料作業(yè)

卸車作業(yè)前，要對車次、煤種、倉號及所對翻車機進行詳細核實，并提前把對應(yīng)卸料小車開至指定筒倉位置，確認無誤后方可組織接卸。卸車作業(yè)前，須核實筒倉安全在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常報警時，及時上報并組織核實處理，處理完成后方可繼續(xù)卸車流程。接卸各列不同煤種嚴格按照卸車作業(yè)計劃執(zhí)行移倉。卸料時卸料小車按既定點位行走均勻堆料，按照要求控制堆料高度和倉容。

3.3 裝船作業(yè)

作業(yè)前要嚴格執(zhí)行調(diào)度指令和生產(chǎn)作業(yè)計劃，核對泊位、船名、裝船筒倉等信息，制作、下發(fā)作業(yè)指令前須核實無誤后方可實施。必須核實筒倉安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，確認具備裝船條件方可組織裝船作業(yè)。

作業(yè)過程中，應(yīng)根據(jù)裝船要求設(shè)定筒倉給料量，穩(wěn)定流量不能超過額定流量，并根據(jù)筒倉實際出料量調(diào)整設(shè)定值。配煤作業(yè)時，應(yīng)按照管控系統(tǒng)中的配煤方案，滿足配煤比例要求。

3.4 清倉作業(yè)

3.4.1 清倉作業(yè)條件

主要是以下三種情況必須清倉：第一，筒倉更換接卸煤種時，須清倉作業(yè)；第二，筒倉場存量出現(xiàn)較大偏差時，宜清倉后進行校零，確保場存數(shù)據(jù)準確；第三，筒倉倉內(nèi)出現(xiàn)高溫情況，須清倉，確保安全，防止發(fā)生火災(zāi)。

3.4.2 清倉作業(yè)要求

清倉作業(yè)時，必須徹底放空后，確認清倉后才可將庫存歸零，標記為清倉狀態(tài)。清倉作業(yè)由于作業(yè)流量過低，為提高作業(yè)效率，宜采用配煤作業(yè)方案執(zhí)行清倉。

3.5 庫場管理

筒倉堆存時間超十天的，優(yōu)先安排裝船。

筒倉場存出現(xiàn)較大偏差時，應(yīng)檢查管控一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集是否正常。若發(fā)現(xiàn)錯誤，提交修改申請，相關(guān)人員審核后據(jù)實修改。筒倉單倉理論噸數(shù)超過理論限值或出現(xiàn)負數(shù)噸時，需安排清倉校零。

3.6 倒倉作業(yè)

每月上旬、中旬、下旬分別組織至少三次倒倉流程空載運行測試，確保倒倉作業(yè)流程安全可靠、運行順暢。因生產(chǎn)需要進行倒倉作業(yè)時，應(yīng)在接到調(diào)度指令后，按要求進行倒倉作業(yè)。根據(jù)筒倉監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場判斷有明顯著火跡象，不具備裝船條件時，組織實施倒倉作業(yè)，將倉內(nèi)煤炭轉(zhuǎn)運至露天堆場。

4 筒倉設(shè)備設(shè)施

4.1 安全監(jiān)測設(shè)施

筒倉安全檢測設(shè)備主要分為防爆防火安全檢測裝置和料位檢測裝置。防爆防火安全檢測裝置主要有可燃氣體檢測儀、一氧化碳檢測儀、測溫鋼纜。料位檢測裝置主要有水銀高料位開關(guān)和雷達料位計。

每個筒倉頂部兩側(cè)分別安裝一個可燃氣體檢測儀、一個一氧化碳檢測儀以及六套測溫光纜?？扇細怏w檢測儀和一氧化碳檢測儀可分別檢測倉內(nèi)可燃氣體和一氧化碳的濃度，當氣體濃度達到設(shè)定值時，觸發(fā)報警信號，信號傳至中控室，在操作界面上顯示，并與倉頂部的通風系統(tǒng)連鎖，自動開啟進行通風?？扇細怏w低報警值設(shè)為10%LEL，高報警值設(shè)為15%LEL。一氧化碳氣體低報警值設(shè)為24ppm，高報警值設(shè)為70ppm。測溫鋼纜用于檢測筒倉內(nèi)部溫度。測溫鋼纜倉頂上部固定、下部懸空，每條纜長30m。測溫鋼纜外部為鋼護套，內(nèi)部為感溫線。感溫線內(nèi)分布5 個測溫點，實時監(jiān)測倉內(nèi)五個垂直位置的料內(nèi)溫度，信號傳至中控，在操作界面實時顯示各測溫點的溫度。當某一點溫度超過50℃時，中控報警界面出現(xiàn)報警信息。

在筒倉頂部布置8 個水銀高料位開關(guān)和6個雷達料位計。當水銀高料位開關(guān)受力傾斜時，內(nèi)部的水銀觸點動作，常閉觸點打開；當外力撤銷后，傾斜開關(guān)恢復(fù)垂直狀態(tài)，水銀觸點復(fù)閉合。實際使用過程中，當其與物料接觸后發(fā)出報警信號，并與流程連鎖，停止流程，起到保護作用。雷達物料計利用雷達反射波，監(jiān)測物料距離探頭的高度，信號傳至中控室，在顯示屏上實時顯示物料高度。卸料過程中當雷達高料位高度超過限值時，流程停止給料，當雷達高料位高度超過最大限值時，流程緊急停機。

安全監(jiān)測設(shè)備至少每月檢查一次，并按照國家要求進行校核、檢驗，確保設(shè)備設(shè)施正常使用。

4.2 環(huán)保設(shè)施

4.2.1 倉頂抑塵系統(tǒng)

倉頂抑塵系統(tǒng)由補水、洗帶和清帶裝置組成。利用噴霧降低由頭部漏斗擴散到周圍空氣中的粉塵，同時在筒倉頂部增加定點補水裝置，對卸料小車水箱進行補水，并通過清掃器去除輸送帶表面附著的粘煤。倉頂抑塵系統(tǒng)采用自動運行模式，在中控操作界面內(nèi)設(shè)置單獨控制界面，當系統(tǒng)運行異常時中控報警界面自動報警[4]。每日對噴頭及清掃器進行檢查，出現(xiàn)堵塞或故障報警后，應(yīng)立刻組織人員進行修復(fù)。

4.2.2 干式除塵器

每個筒倉對稱布置2 臺干式除塵器，與生產(chǎn)作業(yè)連鎖運行。定期手動開啟除塵器，檢查運行情況，并靜態(tài)檢查除塵器機械部件及布袋積煤情況。

4.3 應(yīng)急設(shè)施

應(yīng)急設(shè)施主要有防爆風機、倉頂排風扇、消防炮、雨幕噴淋。

防爆風機用于倉內(nèi)通風換氣，在每個筒倉上部兩側(cè)各安裝一套，對稱布置。防爆風機與有毒有害及可燃氣體濃度報警連鎖，當檢測達到低報警值時自動啟動，將倉內(nèi)氣體向外界排放，降低濃度。排風扇主要用于倉頂廊道排風換氣，每個筒倉兩側(cè)分別布置1 臺。消防炮主要作用為筒倉倉頂廊道滅火，設(shè)備沿筒倉倉頂廊道兩側(cè)交錯布置，每條廊道10 臺。消防炮控制方式分為現(xiàn)場人員遙控控制與中控操作人員遠程控制兩種。雨幕噴淋的主要作用為阻斷火勢在筒倉倉頂廊道與筒倉轉(zhuǎn)接機房之間蔓延，設(shè)備安裝在皮帶入倉口上部，每條皮帶機安裝1 套。雨幕噴淋設(shè)備可由操作人員遠程操作和現(xiàn)場人員手動操作。應(yīng)急設(shè)備需要定期安排測試，檢查設(shè)備運行情況，確保萬無一失。

5 筒倉安全管理

5.1 筒倉安全管理要求

堅持把筒倉安全運行作為安全管控的重點，按照嚴密監(jiān)控、積極預(yù)防、科學(xué)管理相結(jié)合的原則，切實保障筒倉的安全穩(wěn)定運行。

筒倉區(qū)域有嚴格的防火要求，嚴禁吸煙和帶火種進入現(xiàn)場。發(fā)現(xiàn)事故或遇到緊急情況時，及時撥打消防和報警電話，并按照倉內(nèi)應(yīng)急指示牌指示方向使用樓梯有序撤離。按照先進先出、高溫先出的原則安排裝船流程，防止存煤超期造成筒倉內(nèi)部過熱引起自燃。日常巡檢和專業(yè)檢查相結(jié)合，形成全方位的隱患排查和風險管控。嚴格落實高風險作業(yè)全過程管控。

根據(jù)筒倉作業(yè)環(huán)境制定《煤炭筒倉火災(zāi)事故現(xiàn)場處置方案》，發(fā)生火災(zāi)啟動預(yù)案進行應(yīng)急處置。每年由組織開展《煤炭筒倉火災(zāi)事故現(xiàn)場處置方案》應(yīng)急演練不少于2 次，不斷提升應(yīng)急處置水平。

5.2 筒倉安全監(jiān)測監(jiān)控及處置方案

5.2.1 日常動態(tài)監(jiān)控

日常情況下遠程通過筒倉的安全監(jiān)控畫面查看筒倉的運行狀況，發(fā)現(xiàn)報警信號，及時通知現(xiàn)場人員進行核查，確認真假信號，并上報按照筒倉報警處置流程進行處理。視頻系統(tǒng)作為輔助手段對筒倉倉頂房內(nèi)部進行在線監(jiān)控，主要用于現(xiàn)場安全環(huán)境檢查以及應(yīng)急處理，如倉頂發(fā)生火災(zāi)，可借助監(jiān)控攝像頭實現(xiàn)遠程操控消防炮精準滅火。現(xiàn)場人員每班進行動態(tài)巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時上報協(xié)調(diào)處理。

5.2.2 高溫處置方案

采用紅外式熱成像儀在線監(jiān)測入倉煤炭溫度。當煤溫超過40℃時，發(fā)出故障報警，流程自動停止。采用測溫鋼纜監(jiān)測倉內(nèi)煤溫，倉內(nèi)溫度到達40℃時，密切關(guān)注變化趨勢，優(yōu)先安排裝船作業(yè)；溫度超過50℃且出現(xiàn)一氧化碳濃度超標報警時，須及時安排裝船，無適裝船舶的，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測指標變化確定是否進行應(yīng)急倒倉作業(yè)。筒倉底部采用測溫電阻在線監(jiān)測出倉煤炭溫度，出倉煤溫超過50℃時，聯(lián)系現(xiàn)場人員加強巡視。

5.2.3 有毒有害氣體及可燃氣體超標處置方案

低報警時，防爆風機自動開啟，通知現(xiàn)場人員檢查確認防爆風機工作情況，同時優(yōu)先安排裝船。高報警時，應(yīng)立即停止卸車作業(yè)并上報，通知開啟倉頂排風扇、確認防爆風機工作情況，確保正常開啟；可燃氣體濃度和有毒有害氣體同時報警時，須立即上報聯(lián)系優(yōu)先裝船作業(yè)，如有明顯著火跡象，應(yīng)立即組織裝船或倒倉作業(yè)進行清倉。實施裝船或倒倉作業(yè)過程中，聯(lián)系現(xiàn)場人員加強巡視。

6 結(jié)語

筒倉作為一種高效率儲煤設(shè)施，具有高效率、低污染、占地面積小的優(yōu)勢，同時其生產(chǎn)布置、安全管控、清潔生產(chǎn)相對于傳統(tǒng)的堆場具有很大的不同。

6.1 安全生產(chǎn)要求較高，特別是防火要求，從進倉煤炭溫度控、倉內(nèi)安全檢測、出倉煤炭檢測三個方面進行全方位的控制，確保不發(fā)生安全事故。

6.2 筒倉儲煤由于是全封閉狀態(tài)，其環(huán)保設(shè)施相對于堆場儲煤較為簡單，對周邊環(huán)境污染可以忽略不計。

6.3 生產(chǎn)過程基本可以實現(xiàn)全自動化作業(yè)，同時作業(yè)效率相對于傳統(tǒng)儲煤堆場大幅提升，具有自動化程度高、效率提升大的優(yōu)勢，是煤炭港口發(fā)展的趨勢。

6.4 黃驊港儲煤筒倉已安全穩(wěn)定運行了超過七年，為西煤東運和北煤南運做出了巨大的貢獻，實現(xiàn)了運行崗位職工共142 人、年裝船超過1 億噸的目標。裝船效率、單人產(chǎn)值均處于同類港口世界領(lǐng)先水平。充分證明筒倉作為一種高效、安全的儲煤技術(shù)具有很大的應(yīng)用和推廣價值。