李 偉，尹海燕

(1. 中機(jī)國能電力工程有限公司，河北 邯鄲 056002；2. 華電重工股份有限公司，北京 100070)

0 引言

自2016年版《中華人民共和國大氣污染防治法》實(shí)施以來，國內(nèi)新建燃煤電廠多數(shù)采用封閉煤場，現(xiàn)有的露天煤場和半露天煤場迫于環(huán)保壓力也紛紛實(shí)施封閉改造。相對(duì)于露天煤場和半露天煤場而言，特別是儲(chǔ)存易自燃煤時(shí)，封閉煤場對(duì)安全防護(hù)的要求更高。如何防止封閉煤場發(fā)生火災(zāi)和煤粉爆炸事故是設(shè)計(jì)從業(yè)者必須要考慮的問題。針對(duì)國內(nèi)封閉煤場設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)規(guī)程規(guī)范和以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了儲(chǔ)存易自燃煤封閉煤場在總體布置和具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題，并給出了相關(guān)建議。

1 總體布置時(shí)應(yīng)注意的問題

1.1 儲(chǔ)煤時(shí)間

儲(chǔ)煤時(shí)間不宜過長。儲(chǔ)煤時(shí)間過長是燃煤發(fā)生自燃的主要原因之一，而且儲(chǔ)存時(shí)間越長，煤的氧化程度越高，煤的利用價(jià)值也會(huì)隨之降低。

DL/T 1668—2016[1]給出了不同煤種的存煤期和定期測溫周期,見表1。

表1 不同煤種的存煤期和測溫周期

GB 50660—2011[2]規(guī)定，在無有效措施防止自燃措施的情況下，褐煤的最大儲(chǔ)量不應(yīng)超過15 d。但是對(duì)于水路來煤和水路鐵路聯(lián)運(yùn)的電廠來說，15 d的儲(chǔ)存時(shí)間顯然無法保證電廠的燃煤供應(yīng)安全，建議結(jié)合表1和水運(yùn)條件綜合考慮儲(chǔ)煤時(shí)間。

1.2 總圖布置

儲(chǔ)煤場宜布置在全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，煤堆長度方向應(yīng)與全年主導(dǎo)風(fēng)向平行。

GB 50016—2014[3]規(guī)定，占地面積大于30 000 m2的可燃材料堆場，應(yīng)設(shè)置與環(huán)形消防車道相通的中間消防車道，消防車道的間距不宜大于 150 m。

筆者在印尼某項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，因煤場寬度較大導(dǎo)致煤場兩側(cè)消防車道間距大于150 m，于是在斗輪機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)側(cè)面增加了消防車道。消防車道凈寬不應(yīng)小于4 m，凈高不宜小于5 m，在困難地段不應(yīng)小于4.5 m。坡度不宜大于8%。

確定封閉煤場與四周消防車道之間的距離時(shí)，應(yīng)考慮推煤機(jī)、裝載機(jī)和消防車的轉(zhuǎn)彎半徑，普通消防車轉(zhuǎn)彎半徑一般為9 m。如運(yùn)煤汽車需進(jìn)入煤場卸煤，還應(yīng)考慮運(yùn)煤汽車的轉(zhuǎn)彎半徑。

1.3 封閉煤場占地面積

GB 50229—2019[4]規(guī)定，每座室內(nèi)貯煤場最大允許占地面積不應(yīng)大于50 000 m2。每個(gè)防火分區(qū)面積不宜大于12 000 m2，當(dāng)防火分區(qū)面積大于12 000 m2時(shí)，防火分區(qū)之間應(yīng)采用寬度不小于10 m的通道或高度大于煤堆表面高度3 m的防火墻進(jìn)行分隔。

新標(biāo)準(zhǔn)的頒布解決了困擾電力行業(yè)多年的面積大于12 000 m2的條形封閉煤場消防驗(yàn)收難以通過的問題。圓形煤場的特點(diǎn)決定其防火分區(qū)之間不可能設(shè)置寬度不小于10 m的通道且難于設(shè)置高度大于煤堆表面3 m的防火墻，建議選擇直徑不大于120 m的圓形煤場。

不同煤種混堆時(shí)更容易自燃，應(yīng)分類堆放。相鄰煤堆底邊之間應(yīng)留有不小于10 m的距離[4]。貯存褐煤和高揮發(fā)分煙煤的貯煤場，其面積在計(jì)算時(shí)可加大5%～10%[5]。

2 具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

2.1 封閉煤場的結(jié)構(gòu)形式

常見的封閉煤場形式包括：圓形封閉煤場、條形封閉煤場和球型薄殼混凝土煤場等，其中條形煤場根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料不同又分為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式(網(wǎng)架、立體桁架和張弦結(jié)構(gòu))和氣膜結(jié)構(gòu)形式。

據(jù)了解，球型薄殼混凝土煤場在國內(nèi)電力行業(yè)的應(yīng)用僅有大唐清苑電廠。該電廠煤場沒有堆取料設(shè)備，靠燃煤自然堆積儲(chǔ)存并自流至底部的卸煤溝運(yùn)出煤場。據(jù)了解，卸煤溝經(jīng)常堵塞導(dǎo)致排料困難，需借助高壓水槍排料。

近年來，氣膜結(jié)構(gòu)煤場因施工周期短、造型美觀、造價(jià)較低、可輕松實(shí)現(xiàn)大跨度等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)逐步得到應(yīng)用。氣膜材料燃燒性能等級(jí)為B1級(jí)(難燃材料)。據(jù)了解，國內(nèi)最早投入運(yùn)行的巴彥淖爾洗煤廠氣膜煤場曾因大風(fēng)吹落煤場周圍建筑物的壓型鋼板并飄落至煤場上方導(dǎo)致漏氣坍塌。目前氣膜煤場在電力行業(yè)的運(yùn)行業(yè)績較少。據(jù)了解，河北建投已投運(yùn)的幾個(gè)氣膜煤場至今尚未通過消防驗(yàn)收。目前國內(nèi)關(guān)于氣膜建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅有CECS 158∶2015《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，尚無相關(guān)的驗(yàn)收規(guī)范。

綜上所述，建議慎重選用球型薄殼混凝土煤場和氣膜結(jié)構(gòu)條形煤場。

2.2 結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

按儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類，封閉煤場屬于丙類建筑物，耐火等級(jí)為二級(jí)[4]。

封閉煤場采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：①煤堆表面距離鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小于或等于3 m范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)稱重件應(yīng)采取防火保護(hù)措施,且耐火極限不應(yīng)小于2.50 h。②煤堆表面下與煤接觸的混凝土擋墻應(yīng)采取隔熱措施[4]。

建議網(wǎng)格結(jié)構(gòu)煤場內(nèi)部檁條宜采用方鋼，以減少煤塵的附積。

2.3 工藝流程及煤場設(shè)備

對(duì)于易自燃的煤種，如果儲(chǔ)煤時(shí)間已達(dá)到表1規(guī)定的時(shí)間，建議不宜再考慮直通功能。工藝流程要盡可能實(shí)現(xiàn)燃煤的先進(jìn)先出。如條件允許，建議條形煤場的煤場設(shè)備選用回取率高的刮板取料機(jī)和門式斗輪堆取料機(jī)。即使選擇懸臂斗輪堆取料機(jī)，也宜選擇較長的懸臂，以提高回取率。無人值守堆取料機(jī)在國內(nèi)已有運(yùn)行業(yè)績，如條件允許，建議選用。

從儲(chǔ)煤設(shè)施取煤的第一條皮帶機(jī)應(yīng)設(shè)置明火煤檢測設(shè)施。當(dāng)檢測到明火時(shí)，可緊急停機(jī)并采取相應(yīng)的滅火措施。封閉煤場內(nèi)的皮帶機(jī)應(yīng)選用阻燃膠帶。

2.4 推煤機(jī)和裝載機(jī)作業(yè)通道

GB26164.1—2010[6]規(guī)定，儲(chǔ)煤場不得超設(shè)計(jì)能力存儲(chǔ)。儲(chǔ)煤場內(nèi)煤堆底部與靠近煤堆的鐵軌、非承重?fù)躏L(fēng)墻、干煤棚、立柱支架等之間至少應(yīng)有1.5 m的距離，如有裝煤或卸煤的機(jī)械(如坦克抓煤機(jī)、推煤機(jī)等)需要在其間進(jìn)行工作時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)放寬。

對(duì)于儲(chǔ)存時(shí)間較長的條形煤場，需利用推煤機(jī)將煤堆分層壓實(shí)，煤堆頂部寬度不宜小于6 m。當(dāng)采用懸臂斗輪堆取料機(jī)時(shí)，因其回取率不高，需推煤機(jī)輔助作業(yè)，建議煤堆邊緣與煤場擋墻之間考慮寬度為4～5 m的推煤機(jī)作業(yè)通道。當(dāng)煤場擋墻上部設(shè)置消防炮和射霧炮時(shí)，建議采用懸挑平臺(tái)并保證其下部凈空不小于5 m。

圓形煤場刮板取料機(jī)回取率較高，只是在取料機(jī)或中心料斗下部的給料機(jī)故障時(shí)才需推煤機(jī)入場應(yīng)急作業(yè)。圓形煤場的特點(diǎn)決定其無法滿足煤堆底部與側(cè)墻之間至少有1.5 m距離的要求。在煤場地面(地下通廊上部的旁邊)需考慮從大門去堆取料機(jī)中心柱區(qū)域5 m寬的通道，作為取料機(jī)操作人員進(jìn)出和推煤機(jī)應(yīng)急作業(yè)的通道。

2.5 安全出口和車輛出口

封閉煤場的安全出口不應(yīng)少于2個(gè)，矩形煤場的安全出口的數(shù)量尚與防火分區(qū)相對(duì)應(yīng)[4]。

對(duì)于圓形煤場，若在側(cè)墻設(shè)2個(gè)安全出口，會(huì)大大影響其儲(chǔ)量，是很不經(jīng)濟(jì)的，一般在側(cè)墻只能設(shè)1個(gè)安全出口。因此，建議優(yōu)先選用門架式堆取料機(jī)，門架—側(cè)墻—側(cè)墻外的鋼梯可作為第2個(gè)安全出口。若采用懸臂堆取料機(jī)則無法保證2個(gè)安全出口的要求，消防驗(yàn)收很難通過。

對(duì)于采用懸臂斗輪堆取料機(jī)的條形煤場，因推煤機(jī)輔助作業(yè)工作量大，建議在煤場四周適當(dāng)多留車輛出口。車輛出口可以和安全出口一并考慮。

國際工程應(yīng)按NFPA 101的要求設(shè)置安全出口。

2.6 通風(fēng)除塵

1)通風(fēng)

圓形煤場一般采用自然通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)口在側(cè)墻頂部和網(wǎng)殼之間，排風(fēng)口在網(wǎng)殼頂部。據(jù)了解，大多數(shù)煤場通風(fēng)效果較好，未出現(xiàn)過粉塵濃度過高的情況，個(gè)別項(xiàng)目出現(xiàn)過局部(在進(jìn)煤場棧橋下部)粉塵濃度過高并導(dǎo)致增加排風(fēng)設(shè)備的情況。

條形煤場一般采用自燃通風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)口在擋墻頂部和網(wǎng)架之間，通過屋頂?shù)谋茱L(fēng)天窗或屋頂通風(fēng)器排風(fēng)。據(jù)了解，個(gè)別項(xiàng)目出現(xiàn)過粉塵濃度超標(biāo)的情況。

封閉煤場自然通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口面積和位置的確定，目前尚無有效的常規(guī)計(jì)算方法，可采用數(shù)值模擬方法 (computational fluid dynamics，CFD)對(duì)多種通風(fēng)方案比選后確定最佳通風(fēng)方案。

DL/T 5187.2—2019[7]規(guī)定，條形封閉煤場的通風(fēng)換氣次數(shù)，可按1～1.5次/h設(shè)計(jì)。

2)除塵

GBZ 2.1—2019[8]規(guī)定，當(dāng)煤塵中游離二氧化硅含量小于10%時(shí)，工作場所空氣中總塵濃度不應(yīng)大于 4 mg/m3，呼塵濃度不應(yīng)大于 2.5 mg/m3。

封閉煤場采用噴槍或射霧炮對(duì)煤堆定期噴灑降塵，需覆蓋整個(gè)煤堆表面。每次累計(jì)噴淋時(shí)間過長時(shí)，供水泵最大流量可大于150 m3/h[7]。

為減少堆取料機(jī)作業(yè)時(shí)的粉塵污染，需在懸臂皮帶機(jī)卸料處設(shè)水霧或微霧抑塵設(shè)施。微霧抑塵設(shè)施可按照DL/T 1521—2016《火力發(fā)電廠微米級(jí)干霧除塵裝置》的要求設(shè)置。

2.7 安全檢測系統(tǒng)

DL/T 5187.3—2012[9]規(guī)定，筒倉和封閉式煤場應(yīng)設(shè)置安全檢測系統(tǒng)。安全檢測系統(tǒng)應(yīng)具備溫度、可燃?xì)怏w（包括CH4和CO）、煙氣、粉塵濃度檢測報(bào)警等功能。DL 5027—2015[10]也要求考慮測溫設(shè)施。2017年中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)在成都召開封閉式儲(chǔ)煤系統(tǒng)專題研討會(huì)并形成紀(jì)要(部分內(nèi)容)：“封閉式圓形煤場和封閉式條形煤場內(nèi)部空間較大，當(dāng)煤場通風(fēng)條件較好時(shí)，CO和CH4等有害氣體聚集濃度較小，是否需要設(shè)置CO和CH4的安全檢測裝置還有待探討；在此條件下，煤場內(nèi)電氣設(shè)備是否必須按防爆標(biāo)準(zhǔn)配置及有關(guān)防爆設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的合理性也有待探討?！彪娏π袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)《封閉式貯煤設(shè)施安全防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程》已開始征求意見，期望盡快頒布實(shí)施。

1)測溫裝置

燃煤自燃前一般都伴有溫度升高，因此對(duì)溫度的測量和控制是必需的。設(shè)溫度檢測裝置對(duì)煤堆進(jìn)行定期測溫，測溫周期見表1。潛伏期臨界溫度為70℃。檢測報(bào)警溫度通常設(shè)為60℃。當(dāng)溫度達(dá)到60℃警戒溫度時(shí)，應(yīng)立即采取倒堆散熱措施。

目前感溫探測主要有3種：①人工手持移動(dòng)式溫度探測器，有效距離有限；②紅外自動(dòng)跟蹤掃描裝置；③埋在墻內(nèi)探測與墻體接觸的煤的探測裝置。

圓形煤場一般在側(cè)墻下部區(qū)域設(shè)3層光纖測溫電纜。條形煤場因煤堆與擋墻之間設(shè)有推煤機(jī)作業(yè)通道，一般在網(wǎng)架步道附近設(shè)紅外溫度掃描儀。

據(jù)了解，對(duì)于煤場溫度檢測裝置，無論是預(yù)埋的插桿式、線纜式，或是移動(dòng)插桿式，還是非接觸式遠(yuǎn)紅外線測溫方式，均存在測溫覆蓋面不全、使用效果不佳的問題。目前尚無更好的辦法。

2)粉塵濃度和可燃?xì)怏w(CH4和CO)濃度檢測裝置

監(jiān)側(cè)裝置可對(duì)煤場內(nèi)粉塵濃度和可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)濃度超標(biāo)即自動(dòng)啟動(dòng)事故排風(fēng)裝置。

因可燃?xì)怏w比空氣輕，檢測裝置需設(shè)置在煤場上部區(qū)域。圓形煤場一般在馬道附近每隔25 m設(shè)1組可燃?xì)怏w濃度檢測裝置和粉塵濃度檢測裝置。條形煤場一般在馬道附近沿煤場方向每隔50～60 m設(shè)1組煤塵濃度檢測裝置，每隔15～30m設(shè)1組可燃?xì)怏w檢測裝置。

可燃?xì)怏w探測器通過可燃?xì)怏w控制器將報(bào)警信號(hào)送至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。通過設(shè)定可燃?xì)怏w探測器的探測報(bào)警值可提前預(yù)警引起燃燒的可燃?xì)怏w濃度。據(jù)了解，受檢測裝置在煤場安裝位置的限制及傳感器技術(shù)性能的影響，CO和CH4安全檢測裝置的使用效果并不理想。

2.8 防爆設(shè)計(jì)

燃煤堆取作業(yè)時(shí)，封閉煤場內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量煤塵。當(dāng)煤塵溶度達(dá)到爆炸極限，若再遇明火就會(huì)發(fā)生爆炸造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)了解，目前國內(nèi)多數(shù)電力設(shè)計(jì)院尚未對(duì)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)，這無疑給電廠的安全運(yùn)行帶來隱患。國內(nèi)項(xiàng)目應(yīng)按照GB 50058—2014《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》、DL/T 5203—2005《火火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、GB 15577—2018《粉塵防爆安全規(guī)程》、GB/T 29304—2012《爆炸危險(xiǎn)場所防爆安全導(dǎo)則》的要求進(jìn)行粉塵防爆設(shè)計(jì)，建議不考慮氣體防爆設(shè)計(jì)。筆者在外企工作期間，電氣專業(yè)需根據(jù)IEC 60079—10—2的要求對(duì)輸煤系統(tǒng)劃分防爆分區(qū)，并將分區(qū)圖分發(fā)至相關(guān)專業(yè)，據(jù)此進(jìn)行設(shè)備采購和相關(guān)設(shè)計(jì)工作。筆者作為設(shè)總曾主持了幾個(gè)大型煤化工項(xiàng)目的物料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總體院均要求對(duì)物料輸送系統(tǒng)劃分防爆分區(qū)。

2.9 消防設(shè)計(jì)

封閉煤場應(yīng)選擇感溫型火災(zāi)探測器。探測器的信號(hào)可傳送至輸煤控制室并發(fā)出聲光報(bào)警。在煤場出入口附近設(shè)手動(dòng)報(bào)警按鈕及聲光報(bào)警器，用于快速報(bào)警?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)需滿足GB 50116—2017《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50166—2019《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

應(yīng)保證至少1門消防炮的水柱達(dá)到煤場任一點(diǎn)[4]。一般采用固定消防炮。條形煤場的消防炮一般布置在馬道附近，其高度應(yīng)保證消防炮的射流不受上部網(wǎng)架構(gòu)件影響。消防炮數(shù)量需計(jì)算后確定。圓形煤場在側(cè)墻頂部懸挑平臺(tái)周圈均布6套消防炮，堆取料機(jī)中心柱走道板周圈均布3套消防炮。以環(huán)錐形煤堆的頂部為界，其兩側(cè)分別由相側(cè)墻處或中心柱處的消防炮保護(hù)。

消防炮即可遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，還可就地控制，作為應(yīng)急時(shí)使用。無論系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生，可就地啟動(dòng)消防炮實(shí)施滅火。

建議選用自動(dòng)跟蹤定位消防炮系統(tǒng)。消防炮采用紅外影像探測裝置對(duì)著火點(diǎn)實(shí)施空間定位，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)可自動(dòng)指向火源點(diǎn)定點(diǎn)撲救?？砂凑誈B 25204—2010《自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)》的要求設(shè)計(jì)。

國際工程應(yīng)按照NFPA 850的要求進(jìn)行消防設(shè)計(jì)。

電纜防火設(shè)計(jì)應(yīng)遵守DLGJ 154—2000《電纜防火措施設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50217—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》。

2.10 其他

煤堆下面禁止敷設(shè)電纜、蒸汽管道、可燃?xì)怏w管道和可燃液體管道。

建議在施工圖說明中增加“定期清理建筑內(nèi)壁附塵和架空電纜上部積塵”的運(yùn)行要求。

3 結(jié)語

文章提出了儲(chǔ)存易自燃煤封閉煤場設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題，給出如下建議：1)根據(jù)燃煤特性和運(yùn)輸條件確定儲(chǔ)煤時(shí)間；2)合理進(jìn)行總圖布置；3)合理確定煤場占地面積和防火分區(qū)；4)合理選擇煤場結(jié)構(gòu)形式并進(jìn)行結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)；5)合理擬定工藝工程，盡可能實(shí)現(xiàn)燃煤先進(jìn)先出；6)選擇合適的煤場設(shè)備，考慮移動(dòng)機(jī)械作業(yè)通道；7)合理設(shè)置安全出口和車輛出口；8)優(yōu)化通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)，合理設(shè)置安監(jiān)系統(tǒng)；9)應(yīng)進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)，重視消防設(shè)計(jì)；10)施工圖說明增加相關(guān)運(yùn)行要求。