秦丹丹 張鐵鑄

【摘要】本文通過(guò)列舉近年來(lái)發(fā)生在各火電廠煤倉(cāng)爆炸惡性事故案例，分析其爆炸原因，論述了煤倉(cāng)防爆控爆的必要性，并提出相關(guān)實(shí)施措施。

【關(guān)鍵詞】?jī)?chǔ)煤倉(cāng);防爆;控爆;惰化

1.前言

隨著國(guó)家對(duì)各行業(yè)環(huán)保的重視及政策的落實(shí)，好多大型電廠考慮到散煤的堆放不僅占地面積大、污染環(huán)境，而且長(zhǎng)期的風(fēng)化還降低煤質(zhì)，因此采取了筒倉(cāng)存儲(chǔ)方式。實(shí)踐證明原煤筒倉(cāng)儲(chǔ)煤具有占地小、無(wú)粉塵污染、適用于各種氣候條件等優(yōu)勢(shì)。

但由于筒倉(cāng)容積達(dá)數(shù)萬(wàn)立方米，屬于相對(duì)封閉的容器，也帶來(lái)了安全防爆的新問(wèn)題，如由于煤自身特性，即氧化放熱自燃傾向性，再加上筒倉(cāng)的“風(fēng)筒效應(yīng)”，在有限的相對(duì)密封的空間內(nèi)，不利于散熱，極易在局部具備自燃條件的某一點(diǎn)首先發(fā)生自燃，最終引發(fā)大面積自燃和爆燃。大量事實(shí)證明，筒倉(cāng)著火后滅火是很困難的，只能考慮預(yù)防控制，即非消防滅火問(wèn)題。這類問(wèn)題對(duì)于遇到設(shè)備檢修，需要長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)原煤時(shí)，尤其是自燃傾向高、爆炸等級(jí)屬于I類的煤種就更為迫切。

2.案例列舉

1）2009年7月29日14時(shí)16分，山東?；簶I(yè)化工有限公司的煤倉(cāng)由于煤倉(cāng)中煤炭長(zhǎng)期存儲(chǔ)而引發(fā)煤炭自燃，導(dǎo)致頂部皮帶走廊和筒倉(cāng)發(fā)生大火，雖然未造成人員傷亡，但直接、間接造成的經(jīng)濟(jì)損失卻不小。

2）2009年，神華包頭煤烯烴項(xiàng)目，3座φ30m×62m的筒倉(cāng)，在裝有惰化系統(tǒng)情況下，因供氮系統(tǒng)發(fā)生故障，又沒(méi)有設(shè)立儲(chǔ)氣裝置，其中1座筒倉(cāng)發(fā)生煤自燃惡性事故，導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。同樣事故在寧夏寧煤烯烴項(xiàng)目也發(fā)生過(guò)。

3）2010年5月23日14點(diǎn)30分神東救護(hù)消防大隊(duì)東勝救護(hù)中隊(duì)接到昌漢溝煤礦的事故召請(qǐng)電話，稱昌漢溝煤礦2號(hào)原煤倉(cāng)內(nèi)煤炭自燃且近一周未完全熄滅，嚴(yán)重影響了煤礦的安全生產(chǎn)。

4）2012.5，石家莊熱電廠一座1萬(wàn)噸筒倉(cāng)發(fā)生煤自燃系統(tǒng)停機(jī)事故，造成人力物力大量消耗，影響惡劣。

5）2012.6，山西長(zhǎng)治五羊煤礦儲(chǔ)煤倉(cāng)因倉(cāng)頂聚集瓦斯氣體沒(méi)能及時(shí)稀釋，工人在倉(cāng)上作業(yè)時(shí)發(fā)生爆炸，倉(cāng)蓋揭掉，皮帶走廊斷裂，2人喪生。

3.煤倉(cāng)事故原因綜合分析

綜上案例可歸納煤倉(cāng)著火事故分為兩大類型：一是煤氧化引起的可燃?xì)怏w聚集進(jìn)而引爆，二是煤層氧化產(chǎn)生自燃陰燃進(jìn)而大面積著火。因此，可以說(shuō)煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃爆炸的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質(zhì)（即瓦斯氣體），當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火即可引發(fā)爆炸，如上述案例中講到的煤倉(cāng)誤操作引起的爆炸都是此原因。煤的氧化屬放熱反應(yīng)，如果熱量不能及時(shí)散發(fā)掉，將使煤的堆積溫度升高，反過(guò)來(lái)又加速煤的氧化，放出更多的可燃質(zhì)和熱量。當(dāng)熱量聚集，溫度上升到一定值時(shí)，即會(huì)引起可燃物質(zhì)燃燒即自燃。

4.煤倉(cāng)事故防治措施

大量實(shí)踐證明，一旦事故發(fā)生，臨時(shí)向筒倉(cāng)中充入CO2、N2等惰性氣體實(shí)施惰化保護(hù)的措施，對(duì)于小于2000立方的小型筒倉(cāng)還可以適用，對(duì)于幾萬(wàn)立方的大型煤倉(cāng)則根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，美國(guó)NFPA68/69防爆標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，大型煤倉(cāng)著火后的滅火是很困難的，應(yīng)該考慮控制預(yù)防，而不是消防滅火。

要想做到有效的控制預(yù)防，首先應(yīng)清楚影響煤氧化自燃的如下因素：

（1）存煤本身具有自燃傾向性。煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性，反映了煤的變質(zhì)程度，水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導(dǎo)熱性，是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決于揮發(fā)分的含量，揮發(fā)分含量越高，自燃傾向性越強(qiáng)，而且自燃時(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮短。

（2）供氧條件。煤堆暴露于空氣中，表面與空氣充分接觸，而且空氣通過(guò)煤塊之間的間隙滲透到煤堆內(nèi)部，給煤堆內(nèi)部氧化創(chuàng)造了條件。煤的塊度越大，煤塊之間的間隙越大，其供氧條件越好，氧化越快。

（3）氧化時(shí)間。煤從氧化發(fā)展到自燃有一個(gè)過(guò)程，氧化時(shí)間達(dá)到自燃發(fā)火期才能自燃。如長(zhǎng)焰煤的自然發(fā)火期為1～3個(gè)月，氣煤為4～6個(gè)月。

（4）儲(chǔ)熱條件。煤在氧化的過(guò)程中放出熱量，只有當(dāng)放出的熱量大于散發(fā)掉的熱量時(shí)，才能使熱量聚集，溫度上升，達(dá)到煤的著火點(diǎn)就會(huì)自燃。

（5）此外，煤的粒度、水分、灰分、壓實(shí)程度、環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì)影響煤的自燃。

目前電廠主要用的是水蒸氣惰化系統(tǒng)，來(lái)源廣、價(jià)格低，但是噴入水蒸汽后，無(wú)法維持很高的系統(tǒng)溫度，很快會(huì)冷凝成液態(tài)水而失去惰化氣體作用，而且燃燒的煤會(huì)與水蒸汽作用生成易燃易爆的水煤氣，還需大量疏水保持狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)用時(shí)開(kāi)不起來(lái)的現(xiàn)象，既不經(jīng)濟(jì)又不安全。

筆者通過(guò)走訪多處煤倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)，及查閱大量資料，得出煤倉(cāng)安全運(yùn)行防治措施應(yīng)采取多層次全方位抑爆、控爆新技術(shù)——筒倉(cāng)安全保護(hù)系統(tǒng)。

筒倉(cāng)安全保護(hù)系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、惰化保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)泄爆裝置、控制系統(tǒng)。

其中安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：筒倉(cāng)內(nèi)視頻監(jiān)視系統(tǒng)（攝像頭）、雷達(dá)料位計(jì)、高料位計(jì)、溫度傳感器、可燃性氣體（CH4、CO）、煙霧傳感器、便攜式測(cè)氧儀。

考慮到煤倉(cāng)自燃與以上所列五個(gè)因素有關(guān)，而其中可以控制就是供氧條件，因此筒倉(cāng)安全保護(hù)系統(tǒng)中的惰化保護(hù)（主要以氮?dú)鉃橹鳎┫到y(tǒng)可采取多層措施，阻斷供氧條件，即第一層用惰性氣體封鎖出煤口，消除因風(fēng)筒效應(yīng)氧氣從倉(cāng)底出煤口吸入;第二層在煤層間充入惰性氣體，降低氧氣含量，使得煤層周圍處在惰性保護(hù)中，以減緩或者停止煤層氧化;第三層用惰性氣體將煤層上方揮發(fā)的可燃?xì)怏w系統(tǒng)置換出去，如此以來(lái)，使得整個(gè)煤倉(cāng)盡可能處在惰性保護(hù)中。

另外，在加設(shè)惰性保護(hù)系統(tǒng)后，為防止惰化系統(tǒng)異常工況失靈，再加一級(jí)筒倉(cāng)泄爆裝置，以備在筒倉(cāng)內(nèi)部壓力急劇升高時(shí)，及時(shí)泄爆從而保護(hù)筒倉(cāng)安全。

筒倉(cāng)安全保護(hù)系統(tǒng)工作流程：前三部分相互配合，逐步升級(jí)，作為第一級(jí)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行全方位、多方面、深層次的監(jiān)測(cè)后，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警命令，根據(jù)預(yù)警命令，自動(dòng)開(kāi)啟惰化保護(hù)系統(tǒng)第二級(jí)鎖、第三級(jí)充、第四級(jí)換工藝;在初步保護(hù)后，如出現(xiàn)緊急異常工況時(shí)，安全泄爆裝置可自動(dòng)開(kāi)啟，對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行第五級(jí)保護(hù)。第四部分——控制系統(tǒng)也是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)流程無(wú)人值守，自動(dòng)化進(jìn)行。多級(jí)多點(diǎn)及時(shí)的保護(hù)措施確保筒倉(cāng)及周邊設(shè)備的安全運(yùn)行。

5.結(jié)束語(yǔ)

大直徑筒倉(cāng)形式的封閉煤場(chǎng)已是火力發(fā)電廠存煤的發(fā)展方向，它的安全運(yùn)行關(guān)系著整個(gè)電廠正常運(yùn)行乃至一方百姓的秩序生活。本文提出的筒倉(cāng)防爆措施只是冰山一角，在實(shí)際中，要考慮到煤的特殊性質(zhì)，需要做的工作還有很多，如煤倉(cāng)修建選址要盡量避開(kāi)暴曬位置;儲(chǔ)煤時(shí)間要盡可能縮短;筒倉(cāng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要盡量避免有掛煤死角區(qū)域，進(jìn)出煤口要盡可能縮小與空氣接觸面積等;筒倉(cāng)運(yùn)行工藝要有除塵設(shè)施，防止煤塵爆炸;日常運(yùn)行要加強(qiáng)管理，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)筒倉(cāng)內(nèi)部運(yùn)行動(dòng)態(tài)，等等。只有將安全防范工作做到位，才能保證筒倉(cāng)安全運(yùn)行，才能著力推廣采用筒倉(cāng)儲(chǔ)存方式。

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