摘要：石油焦在轉(zhuǎn)運(yùn)站輸送過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，對現(xiàn)場工作人員的健康造成巨大隱患，傳統(tǒng)的除塵方法是采用布袋除塵器對其周圍環(huán)境進(jìn)行抑塵降塵處理，其耗能大、安全系數(shù)低。針對這一問題，將無動(dòng)力除塵技術(shù)應(yīng)用于石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站抑塵降塵，對原有的輸焦導(dǎo)料槽進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種二級(jí)循環(huán)無動(dòng)力導(dǎo)料槽裝置。首先對裝置的設(shè)計(jì)原理和整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對主要零部件的功能進(jìn)行詳細(xì)闡述；然后分析了設(shè)備的安全性能和密封性能，并在某石化公司實(shí)施，實(shí)測了無動(dòng)力除塵技術(shù)應(yīng)用前后各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽的粉塵濃度，驗(yàn)證了設(shè)備的可靠性和實(shí)用性。該二級(jí)循環(huán)無動(dòng)力導(dǎo)料槽裝置具有安全性高、零能耗、抑塵降塵效果明顯和降低接塵工作人員職業(yè)病發(fā)病率的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：石油焦；轉(zhuǎn)運(yùn)站；抑塵降塵；無動(dòng)力導(dǎo)料槽

中圖分類號(hào)：TD714? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）12-0077-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.022

0? ? 引言

石油焦輸送系統(tǒng)的安全運(yùn)行是化工廠正常穩(wěn)定運(yùn)行的保障，作為為石化工廠輸送“血液”的生命線，石油焦輸送系統(tǒng)是石化工廠不可或缺的一部分[1]。但石油焦輸送過程中，很容易在輸送的上游產(chǎn)生誘導(dǎo)風(fēng)，進(jìn)而產(chǎn)生大量粉塵[2]，這些粉塵會(huì)對環(huán)境造成巨大影響，并嚴(yán)重威脅現(xiàn)場工作人員身體健康，因此對粉塵進(jìn)行治理顯得尤為必要和迫切。

為使得粉塵得到抑制或使其濃度降低，相關(guān)學(xué)者在粉塵處理上作了大量研究。其中傳統(tǒng)的除塵方法采用的是負(fù)壓除塵器，但是其降塵效率較低，而且能耗較大，需要在廠房內(nèi)設(shè)置特定的位置進(jìn)行除塵，尤為不便[3]；文獻(xiàn)[4-5]分別對港口皮帶機(jī)和煤場輸煤皮帶機(jī)的導(dǎo)料槽進(jìn)行設(shè)計(jì)和改裝，利用空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)出一種無動(dòng)力除塵導(dǎo)料槽，大大降低了導(dǎo)料槽周圍的粉塵濃度。

本文針對某化工廠石油焦系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站的實(shí)際工作情況，對石油焦輸送帶進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)了一種二級(jí)循環(huán)無動(dòng)力導(dǎo)料槽裝置，在實(shí)現(xiàn)石油焦輸送的前提下，大大抑制了粉塵的產(chǎn)生。該設(shè)備已成功應(yīng)用于某化工廠的12處位置，實(shí)用性和可靠性得到驗(yàn)證，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1? ? 無動(dòng)力除塵裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1? ? 設(shè)計(jì)原理

無動(dòng)力除塵裝置主要通過改進(jìn)石油焦系統(tǒng)中的導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，包括曲線落料管和之后的多級(jí)循環(huán)泄壓降塵裝置。

1.1.1? ? 曲線落料管

在設(shè)計(jì)石油焦的曲線落料管前，需對物料的下落軌跡進(jìn)行計(jì)算（下落軌跡示意圖如圖1所示），具體如下：

石油焦拋出角α與帶速和滾筒直徑有關(guān)：

式中：v為傳送帶的速度；D為傳送帶滾筒的直徑；g為重力加速度。

當(dāng)2v2/（Dg）≤1時(shí)，取α=arccos[2v2/（Dg）]，則物料下落的軌跡對應(yīng)的拋物線方程為：

而當(dāng)2v2/（Dg）＞1時(shí)，取α=β，則物料下落的軌跡對應(yīng)的拋物線方程為：

式中：β為膠帶夾角。

在對石油焦的拋物軌跡計(jì)算結(jié)束后，根據(jù)其拋物軌跡對石油焦的落料管進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證物料能夠按最佳入射角度與擋板接觸，使物料匯集輸送，控制物料運(yùn)行方向，緩解物料對設(shè)備的沖擊磨損，物料在導(dǎo)流作用下順利進(jìn)入下級(jí)落料管。

1.1.2? ? 多級(jí)循環(huán)泄壓降塵裝置

多級(jí)循環(huán)泄壓降塵裝置是基于空氣動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，相關(guān)控制方程如下：

連續(xù)方程：

式中：p為壓強(qiáng)；ρ為密度；t為時(shí)間；ui、uj為速度張量；xi、xj為坐標(biāo)張量；fi為單位質(zhì)量力；k、ε為湍動(dòng)能和耗散率；μ、μt為動(dòng)力粘度、湍流渦粘系數(shù)；σk為湍動(dòng)能k的湍流普朗特?cái)?shù)，取1.0；Gk、Gb為平均速度梯度和浮力影響引起的湍流動(dòng)能；YM為波動(dòng)值；C1ε、C2ε、C3ε分別取1.44、1.92和0.09。

根據(jù)控制方程，對導(dǎo)料槽進(jìn)行改造，在其上添加多級(jí)循環(huán)泄壓降塵裝置，并通過密封裝置提升導(dǎo)料槽的密封等級(jí)。由于泄壓裝置與輸送帶運(yùn)行方向的夾角為銳角，輸送帶產(chǎn)生的氣流會(huì)進(jìn)入循環(huán)泄壓裝置，然后氣流在裝置出口處與起塵點(diǎn)正壓力的氣流實(shí)現(xiàn)風(fēng)向?qū)_、擾流，使風(fēng)速降低，形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓區(qū)的粉塵又被擠壓進(jìn)原路徑持續(xù)發(fā)生循環(huán)。在循環(huán)過程中，粉塵之間相互碰撞，導(dǎo)致粉塵的濃度不斷增加，并在通道中的導(dǎo)流板上粘附，最終形成塊狀的粉塵。當(dāng)其達(dá)到一定的重量時(shí)，就會(huì)自行脫落，和石油焦一起被運(yùn)走。文獻(xiàn)[6]發(fā)現(xiàn)該循環(huán)過程的降塵率要大于95%，殘余的粉塵會(huì)隨著輸送帶的氣流繼續(xù)前進(jìn)，由之后的抑塵單元完成對粉塵的回收。

1.2? ? 總體設(shè)計(jì)

無動(dòng)力除塵裝置主要包括壓力平衡系統(tǒng)、除塵導(dǎo)料槽本體、阻尼降塵系統(tǒng)、導(dǎo)料槽尾部除塵密封裝置，對各種物料均有良好的除塵效果。無動(dòng)力除塵導(dǎo)料槽總長滿足落料、除塵及導(dǎo)料槽出口風(fēng)速的要求。首先，導(dǎo)料槽本體采用雙層密封結(jié)構(gòu)，并在導(dǎo)料槽上設(shè)計(jì)了二級(jí)循環(huán)泄壓箱，可以降低導(dǎo)料槽中的誘導(dǎo)風(fēng)速，降低導(dǎo)料槽中的氣壓；其次，在導(dǎo)料槽內(nèi)加裝無動(dòng)力慣性抑塵單元，在保證降低誘導(dǎo)風(fēng)速的同時(shí)吸附粉塵；最后，在導(dǎo)料槽的尾部配備密封箱，防止粉塵在導(dǎo)料槽的尾部發(fā)生噴射和泄漏。二級(jí)循環(huán)無動(dòng)力導(dǎo)料槽裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2? ? 設(shè)備結(jié)構(gòu)性能分析

2.1? ? 結(jié)構(gòu)安全性分析

為保證無動(dòng)力除塵設(shè)備運(yùn)行的安全性，本文改進(jìn)的無動(dòng)力導(dǎo)料槽采用厚度為6 mm的Q235鋼板熱浸鋅處理制作，并在導(dǎo)料槽內(nèi)側(cè)加裝厚度為14 mm的高分子聚氨酯襯板，可以大大增強(qiáng)導(dǎo)料槽側(cè)板的耐磨性。導(dǎo)料槽托板采用低摩擦系數(shù)的聚乙烯材料，雙面矩形托板，耐磨面單邊厚度為15 mm，有效延長了托板的使用壽命。導(dǎo)料槽尾部的密封箱采用厚度為6 mm的Q235鋼板熱浸鋅處理制作加密封阻簾組成，阻簾材料為橡膠成分，與膠帶有良好的接觸，又有高耐磨性能。導(dǎo)料槽還焊接有側(cè)板，以保證無動(dòng)力除塵裝置的密封性，鋼板厚度≥6 mm。此外，導(dǎo)料槽支架采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)角鋼，與密封側(cè)板焊接，保證設(shè)備運(yùn)行的安全性。

相比于傳統(tǒng)的布袋除塵裝置，無動(dòng)力除塵設(shè)備可以有效避免粉塵自燃和爆燃的危險(xiǎn)事故發(fā)生，而且可以有效減少粉塵堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低檢修風(fēng)險(xiǎn)和工人的檢修頻率。

2.2? ? 結(jié)構(gòu)密封性分析

導(dǎo)料槽采用雙層密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)料槽內(nèi)側(cè)加裝厚度為14 mm的高分子聚氨酯襯板，以減少導(dǎo)料槽側(cè)板磨損，起一級(jí)密封的作用。導(dǎo)料槽兩側(cè)板外側(cè)均安裝人字型防溢裙板，人字型防溢裙板是雙層彈性密封，由主裙板和副裙板組成，主副裙板由橡膠和高分子聚氨酯組合而成，磨損區(qū)域?yàn)楦叻肿泳郯滨ゲ牧?，可確保導(dǎo)料槽兩側(cè)的完全密封，起二級(jí)密封作用。

3? ? 設(shè)備應(yīng)用及成效

3.1? ? 應(yīng)用情況及結(jié)果分析

對某石化公司石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行改造，運(yùn)行現(xiàn)場如圖3所示，石油焦輸送皮帶周圍的粉塵環(huán)境得到大幅度改善，揚(yáng)塵得到大幅度抑制。

為進(jìn)一步得到無動(dòng)力除塵裝置應(yīng)用后各個(gè)石油焦輸送點(diǎn)的粉塵濃度（CTWA），委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對該石化公司各個(gè)石油焦輸送皮帶處的呼塵和總塵濃度進(jìn)行檢測。在檢測過程中，為避免單次檢測結(jié)果所帶來的偶然性，對無動(dòng)力除塵裝置應(yīng)用前后每個(gè)導(dǎo)料槽出口粉塵濃度的檢測次數(shù)為10次，并剔除數(shù)據(jù)中的最大和最小值，取剩余8次濃度數(shù)據(jù)的平均值。檢測結(jié)果平均值分別如表1和表2所示。

如表1所示，對無動(dòng)力除塵裝置應(yīng)用前后呼塵檢測結(jié)果進(jìn)行對比，在無動(dòng)力除塵裝置使用后，出口側(cè)呼塵得到大幅度抑制，相較于裝置安裝前，各個(gè)導(dǎo)料槽出口的呼塵濃度改變率都在50%以上，證明了無動(dòng)力除塵裝置對抑塵降塵效果的有效性。

如表2所示，對無動(dòng)力除塵裝置應(yīng)用前后總塵檢測結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)粉塵最為嚴(yán)重的5B皮帶導(dǎo)料槽出口、11#轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽出口和2#受焦站導(dǎo)料槽出口的粉塵濃度都降到3.75 mg/m3以下，各個(gè)導(dǎo)料槽出口的總塵濃度改變率都在40%以上，再次證明了無動(dòng)力除塵裝置的可靠性。

3.2? ? 應(yīng)用成效

3.2.1? ? 壓降接塵崗位人員職業(yè)健康體檢異常率

某石化公司在利用傳統(tǒng)導(dǎo)料槽輸送石油焦時(shí)，由于現(xiàn)場粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)，現(xiàn)場工作人員的健康受到嚴(yán)重影響，2015—2018年體檢中均有人員出現(xiàn)異常現(xiàn)象，如表3所示。在對導(dǎo)料槽進(jìn)行改裝后，工作環(huán)境的粉塵濃度得到明顯抑制，可以有效壓降接塵崗位人員職業(yè)健康體檢異常率。

3.2.2? ? 降低成本

查閱相關(guān)資料[7]發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的布袋除塵器能耗較大，能耗及電費(fèi)如表4所示。相比傳統(tǒng)的布袋除塵器，無動(dòng)力除塵裝置利用空氣動(dòng)力學(xué)達(dá)到除塵的目的，因此在運(yùn)行過程中無須消耗電能和水能就可以達(dá)到較好的除塵效果，運(yùn)行耗能成本為零。此外，無動(dòng)力除塵裝置是在原有導(dǎo)料槽的基礎(chǔ)上增加了二級(jí)循環(huán)泄壓裝置和阻尼降塵系統(tǒng)，除塵方式為機(jī)械式除塵，因此在運(yùn)行過程中導(dǎo)料槽上方的除塵裝置無須更換配件，維護(hù)成本為零。

4? ? 結(jié)論與展望

4.1? ? 結(jié)論

為解決石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站周圍的粉塵環(huán)境問題，并降低除塵設(shè)備的維護(hù)成本，本文在原有石油焦導(dǎo)料槽的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種二級(jí)循環(huán)無動(dòng)力導(dǎo)料槽裝置對石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站周圍進(jìn)行抑塵降塵。主要結(jié)論如下：

1）對設(shè)備不同部位選用合適的材料進(jìn)行密封加固，大大提高了結(jié)構(gòu)的安全性能，同時(shí)有效地避免了粉塵自燃和爆燃的危險(xiǎn)事故發(fā)生，從而降低了檢修風(fēng)險(xiǎn)。

2）相較于傳統(tǒng)的除塵裝置，本文設(shè)計(jì)的無動(dòng)力除塵裝置對能量的消耗為零，降低了能耗成本；同時(shí)導(dǎo)料槽上方的零部件無須更換，檢修頻率降低，從而使得設(shè)備的檢修成本大大降低。

3）在無動(dòng)力除塵技術(shù)應(yīng)用后，各個(gè)石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站后的粉塵濃度較使用前都大幅度降低，其中呼塵濃度降低率在50%以上，總塵濃度降低率在40%以上。

4）無動(dòng)力除塵技術(shù)應(yīng)用后，石油焦輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站附近的粉塵得到大幅度抑制，很大程度上降低了接塵工作人員的職業(yè)病發(fā)病率。

4.2? ? 展望

某石化公司應(yīng)用無動(dòng)力除塵技術(shù)對石油焦輸送皮帶進(jìn)行降塵，取得了較大的成效，但是在運(yùn)行過程中仍有部分問題需要引起運(yùn)行人員關(guān)注：

1）石油焦輸送系統(tǒng)上的檢修和觀察口由于工作需求需要經(jīng)常拆卸，導(dǎo)致其磨損較為嚴(yán)重，密封性降低，為防止發(fā)生粉塵飄逸情況，需及時(shí)檢查同類密封口，并及時(shí)對其密封圈進(jìn)行更換。

2）在日常巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)在使用無動(dòng)力除塵技術(shù)后，4#轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽的前端和后端仍有揚(yáng)塵出現(xiàn)，因此建議在該轉(zhuǎn)運(yùn)站合適的位置布置干霧噴淋系統(tǒng)，來改善現(xiàn)場的工作環(huán)境。

3）在該石化公司運(yùn)用無動(dòng)力除塵技術(shù)后，粉塵得到大幅度抑制，滿足國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[8]，但由于在現(xiàn)場仍然可以檢測到少量粉塵存在，因此工人進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，仍需采取相應(yīng)的防范措施，進(jìn)行個(gè)體的防塵保護(hù)工作，避免粉塵對自身造成危害。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 方力.煅燒石油焦輸料系統(tǒng)管線及漏斗的改造[J].化工管理，2013（8）：50.

[2] 馮琳歡.輸煤系統(tǒng)與磨煤機(jī)的控制與優(yōu)化[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2018.

[3] 楊明博.火力發(fā)電廠輸煤除塵器系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題[J].河南科技，2018（31）：44-45.

[4] 蔣強(qiáng).皮帶機(jī)無動(dòng)力除塵導(dǎo)料槽的設(shè)計(jì)改造[J].中國高新科技，2021（18）：9-10.

[5] 范旭陽，李博.一種新型無動(dòng)力除塵系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].選煤技術(shù)，2021（3）：48-52.

[6] 石浩，王云龍，張皓男，等.帶式輸送機(jī)用無動(dòng)力氣流除塵裝置數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù)，2022，41（6）：164-167.

[7] 劉銳建，沈大偉.基于無動(dòng)力除塵導(dǎo)料槽技術(shù)的電廠除塵裝置改造[J].港口裝卸，2020（4）：34-36.

[8] 工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學(xué)有害因素：GBZ 2.1—2007[S].

收稿日期：2023-05-10

作者簡介：莊細(xì)輝（1968—），男，廣東廣州人，工程師，從事火力發(fā)電廠燃料輸送技術(shù)研究與管理工作。