孟 萌

（中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071）

近年來，圓形煤場發(fā)展成為火力發(fā)電、煤化工等行業(yè)中1種新型的儲配煤形式。全封閉式圓形煤場因其自身結(jié)構(gòu)上的獨特優(yōu)勢，避免了火力發(fā)電廠、煤化工企業(yè)在配煤過程中，煤粉顆粒對周圍環(huán)境造成的粉塵污染，同時解決了惡劣天氣對儲煤造成的不利影響，圓形煤場內(nèi)部工作面見圖1。

圖1 圓形煤場立面圖

全封閉式圓形煤場雖然因其形式上的優(yōu)越性受到推廣，但在運營管理過程中也存在著很多安全生產(chǎn)問題。文中從溫度檢測系統(tǒng)、危險氣體及粉塵濃度檢測系統(tǒng)、盤煤儀檢測系統(tǒng)3個方面闡述自動化檢測系統(tǒng)在圓形煤場運行生產(chǎn)中的應用。

1 溫度檢測系統(tǒng)

圓形煤場最突出的安全隱患是煤炭自燃。煤與空氣接觸時會發(fā)生氧化反應并放出熱量。煤堆表面較松散，與空氣充分接觸時，雖發(fā)生氧化反應，但因散熱條件良好，所以煤堆溫度不易持續(xù)升高。在煤堆中層，空氣會通過煤塊間隙滲透進去，給煤堆內(nèi)部氧化創(chuàng)造條件［1］。煤炭發(fā)生氧化反應后使煤堆的溫度升高，如散熱不良便會加速煤的氧化速度。依此惡性循環(huán)，煤堆的溫度會越來越高，當溫度超過煤的自燃點時就引起自燃。

根據(jù)煤的自燃原理可知，預防煤塊或煤粉顆粒自燃最直接的手段是溫度檢測。基于圓形煤場的工作模式及結(jié)構(gòu)特點，溫度檢測可分為2個部分。（1）對煤堆采用紅外熱像儀進行監(jiān)測；（2）對擋煤墻內(nèi)壁采用溫度傳感器進行測溫。

1.1 煤場紅外測溫系統(tǒng)

紅外測溫系統(tǒng)包括紅外掃描熱像儀和云臺。搭載云臺的若干臺熱像儀均布在煤場穹頂周圍構(gòu)架上，具體設置的數(shù)量根據(jù)煤場大小而定，各熱像儀掃描面積應能覆蓋整個圓形煤場。煤場內(nèi)所有熱像儀接入交換機后，與控制室上位機組成局域網(wǎng)，即可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的遠程查看及操作。紅外熱像儀利用熱分析成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)、云臺控制技術(shù)、嵌入式控制以及計算機網(wǎng)絡等綜合技術(shù)，實現(xiàn)圓形煤場全覆蓋測溫，系統(tǒng)具有自燃準確定位、實時高效預報警、遠程預報警發(fā)布、災后數(shù)據(jù)分析等功能，其組織架構(gòu)見圖2。

圖2 紅外測溫系統(tǒng)組織架構(gòu)

紅外測溫系統(tǒng)采用非接觸方式，自動連續(xù)獲取監(jiān)控對象所有點的溫度數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的智能算法搜索并識別疑似火情，包括火情隱患階段，實現(xiàn)早期預、報警。紅外測溫系統(tǒng)方便控制中心進行火警遠程快速確認，避免現(xiàn)場巡檢確認延誤消防時機?；饒鰧崨r實時上傳，也為快速滅火提供更多解決方案依據(jù)。

1.2 擋煤墻測溫系統(tǒng)

煤場利用堆取料機進行儲配煤操作，堆料機圍繞中心立柱360°旋轉(zhuǎn)在其周圍形成多個圓錐形煤堆，煤堆外圈緊貼擋煤墻內(nèi)壁。由于取料機的機臂遠端與擋煤墻之間有一定距離，靠近擋煤墻的煤不易取出，且煤粉顆粒易在墻壁上結(jié)塊，導致?lián)趺簤Ω浇邢虏康拿憾逊e易產(chǎn)生自燃現(xiàn)象。

擋煤墻溫度測量一般按圓形煤場中心放射每10°或以上分2層或多層設置溫度傳感器，具體可根據(jù)煤場實際情況對傳感器布置方案進行優(yōu)化。文中介紹的擋煤墻溫度傳感器采用的是熱電阻形式的測量元件，主要測點在煤堆積易產(chǎn)生自然的擋煤墻中下部。測溫方式可選用單點熱電阻，在各層各角度測溫點由擋煤墻外部插入。當擋煤墻溫度測點需求較多時，也可選用多點熱電阻沿擋煤墻內(nèi)壁垂直敷設，則可測量同一角度多層溫度測點。溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)可通過配備數(shù)據(jù)采集模塊的就地數(shù)據(jù)采集箱，實現(xiàn)溫度監(jiān)測數(shù)值采集及傳輸；也可直接上傳熱電阻信號至控制室，在控制室進行溫度信號的變送及采集。煤的著火點雖然在300～350℃，但氧化放熱達到70～80℃時，煤溫升高速度會驟然增加，故擋煤墻溫度在控制系統(tǒng)的報警值可設定在70℃。

2 危險氣體及粉塵濃度檢測系統(tǒng)

煤在采集運輸過程中容易產(chǎn)生粉塵并懸浮在空中，其中還有煤塵在碳化過程中產(chǎn)生的甲烷等可燃性氣體，還會混雜有害氣體CO。當煤塵積聚濃度達到一定量級，即可能發(fā)生著火或爆炸。而當煤塵中含有可燃性氣體時，其爆炸下限濃度顯著下降，同時爆炸的危險性也陡然增加［2］。

根據(jù)以上分析可知，為保證安全生產(chǎn)，封閉式圓形煤場需要布置可燃氣體檢測器、CO檢測器、O2檢測器及粉塵濃度檢測器。

由于甲烷等可燃性氣體比空氣輕，易于在封閉空間上方進行積聚，所以可燃氣體檢測器一般布置在排氣流集中的煤場上部。粉塵濃度檢測器主要布置在容易揚塵、積塵的位置，如在帶式輸送機棧橋、圓形煤場擋煤墻頂部等。

圓形煤場內(nèi)各類氣體粉塵檢測器可盡量靠近擋煤墻頂部馬道安裝，便于電纜走線規(guī)劃以及儀表維護及檢修。此外，堆取料機司機室也要安裝可燃氣體檢測器、CO檢測器、O2檢測器及粉塵濃度檢測器，以確保堆取料機司機安全［3］。在司機室外及圓形煤場主要進出口設置現(xiàn)場聲光報警器，幫助現(xiàn)場巡檢及操作人員提前感知檢測器報警，提示其遠離危險區(qū)域。

同樣，各氣體濃度信號、粉塵濃度信號可分別直接上傳至控制室內(nèi)的可燃及有毒氣體檢測報警系統(tǒng)（GDS）、分散控制系統(tǒng)（DCS），也可采用在現(xiàn)場設置數(shù)據(jù)采集箱的方式［4］。操作人員可通過控制室內(nèi)的系統(tǒng)人機界面及時了解各檢測器的濃度數(shù)據(jù)及報警情況，以保證現(xiàn)場生產(chǎn)及人員的安全。

3 盤煤儀檢測系統(tǒng)

圓形煤場內(nèi)存煤的分布及存量管理直接影響著煤的采購計劃和后續(xù)使用情況。盤煤儀利用高精度激光對煤場表面進行掃描采集，通過計算機處理煤堆輪廓數(shù)據(jù)，重建出煤場的三維圖形，進而計算出煤堆的體積等信息。盤煤儀全自動激光測量盤庫系統(tǒng)分布式的建設，將煤場內(nèi)存煤情況進行完整的展現(xiàn)，操作人員可以直觀掌握儲煤狀態(tài)，為生產(chǎn)作業(yè)提供決策支持。

搭載云臺的盤煤儀也是均布在圓形煤場上部，具體設置的數(shù)量根據(jù)煤場大小而定。為取得更好的檢測視角，盤煤儀的安裝高度應明顯高于紅外熱像設備的安裝高度，如安裝在穹頂網(wǎng)架的中上部。盤煤系統(tǒng)的組織架構(gòu)及接線形式與紅外測溫系統(tǒng)相似，也是基于網(wǎng)絡傳輸方式進行上位機系統(tǒng)與各現(xiàn)場設備之間的互聯(lián)及控制［5］。

盤煤儀應滿足在高濃度粉塵、設備振動大、通風條件較差、高潮濕等環(huán)境要求。系統(tǒng)要求采用精細算法，當1個煤場有幾種不同種類的堆料時，能夠單獨計算出每堆的體積。系統(tǒng)具有分割功能，能夠1次測完全場的所有堆料后，根據(jù)分割線的位置將圖形上的料堆進行分割計算，計算出不同堆料各自的體積，并在三維圖形上用顏色區(qū)分開來，見圖3。

圖3 盤煤儀三維圖形監(jiān)視畫面

4 結(jié)束語

文中以全封閉式圓形煤場的結(jié)構(gòu)特點及工作模式為出發(fā)點，分析了煤場生產(chǎn)運營過程中存在的安全隱患，解釋了存煤自燃及煤塵爆炸的原因。闡明溫度檢測系統(tǒng)、危險氣體及粉塵濃度檢測系統(tǒng)、盤煤儀檢測系統(tǒng)等自動化檢測系統(tǒng)的設置對于圓形煤場的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，保護人員生命及財產(chǎn)安全等具有重要意義。