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摘 要：在使用气力输送进行煤粉运输的企业中，煤粉气力输送系统的防爆设计是有效规避煤粉在实际输送过程中发生自燃与爆炸等一系列安全事故的重要举措，能够大幅提升煤粉气力输送的安全性。基于此，本文根据典型磨煤干燥系统中煤粉气力输送系统的防爆设计展开了分析与探究。
关键词：煤粉;气力输送系统;防爆设计
如今，煤粉在企业的实际生产活动中能够得到广泛使用，主要原因是煤粉的生产成本较其他燃料有明显的优势。目前，煤粉主要采用正压流态化气力输送进行运输，但这一输送过程极易发生自燃与爆炸等事故，因此就需要在现有基础上进一步优化煤粉气力输送系统的防爆设计，来确保煤粉气力输送的安全性、稳定性与高效性。
1影响煤粉爆炸的主要因素
根据煤粉的物理化学性质及气力输送的特性，影响煤粉自燃或爆炸的主要因素有以下几点：第一，煤粉浓度与气流载体含氧量，这是导致煤粉爆炸的主要因素之一。当煤粉与空气（主要是空气中的氧）混合且达到一定的浓度时，一旦遭遇明火，煤粉沉积物就会发生自燃，甚至引起爆炸。第二，煤粉的挥发分也会对煤粉爆炸产生影响。特别是在煤粉挥发分较高，其活性与发热量也相对较高的情况下，发生爆炸的可能性也就较大。第三，煤粉的经济细度是诱发煤粉爆炸的另一个主要因素[1]。简单来讲，煤粉越细，其发生自燃与爆炸的可能性就越大，同时制粉系统的电耗与金属磨耗也会相应增加;反之煤粉越粗，其发生爆炸的可能性就越小，但也会导致煤粉在炉膛内无法充分的燃烧，进而增加其不完全燃烧热损失。为此，要想有效降低煤粉爆炸发生的概率，就要严格控制煤粉浓度、输送介质含氧量、挥发分及经济细度。
2煤粉气力输送系统防爆设计分析
下图为典型磨煤干燥系统流程图。其中，气力输送段为：煤粉随惰性气体从磨煤机出口送至袋式除尘器进行固气分离，分离后的煤粉经旋转给料器输送至煤粉储罐储存。系统防爆设计需从全流程考虑，具体可以从以下几个方面设计。
2.1气流载体的惰化设计
作为可燃物燃烧的必要条件之一，氧气在煤粉爆炸中也起到了一定的催化作用。当煤粉与气流载体的混合物中缺乏氧气，或氧气浓度较低时，即便是有可燃物与点火能，由于其氧气浓度没有达到爆炸的浓度范围，也不会轻易发生爆炸。因此，气力输送系统输送煤粉时，只要其气流载体的含氧浓度小于12%～14%[2]，基本上就不会发生爆炸。而对于自身副产压缩污氮气的工厂来说，应该选择压缩污氮气（氮气含氧气量≤8%）作为煤粉的输送载体。若压缩氮气源缺乏，则可以掺入一定量的惰性气体，将气流载体中的含氧量调整到12%以下。
2.2温度和CO含量监测与控制
在煤粉气力输送过程中，严格控制煤粉温度是至关重要的。这就要求工作人员熟知煤粉储罐的结构与特点，合理设置温度测点。目前，测温点的选择主要有以下几种：煤粉储罐筒体温度、袋式除尘器温度、锥体温度以及进出口温度。其中，当袋式除尘器或煤粉储罐的温度>70℃时，就会自动报警;当温度达到75℃时，就会自动充惰性气体。除了需要对温度进行实时监测外，CO的含量也需要受控。因为煤粉长时间堆积在密闭空间内，随着密闭空间温度不断上升，煤粉与空气接触过程中发生反应随即产生CO。在这种情况下，一旦CO浓度大于500×10-6就会自动报警[3];当其浓度达到600×l0-6时，就会自动充惰性气体;当浓度达到700×10-6时，就会自动停止输送。因此，有必要在煤粉储罐与袋式除尘器上合理安装CO分析仪对CO含量进行实时监测。综上，在煤粉气力输送系统中应科学设置测温仪和CO分析仪并定期对相关仪表进行检查与校验。
2.3设置自动灭火装置
煤粉储罐与袋式除尘器作为气力输送系统的重要组成设备，应该合理设置并配备自动灭火装置。现阶段我国工厂常备的灭火介质主要有三种，分别为二氧化碳、蒸汽与氮气。针对煤粉气力输送系统，蒸汽灭火是最不建议采用的，因为蒸汽会导致煤粉吸潮板结，造成严重的浪费，同时也会增加仓壁内黏结的清除难度。因此，建议工厂选用二氧化碳或氮气进行灭火。但由于这两种气体均会对人体造成较严重的伤害，因此灭火装置要同时考虑在安装区域设置相应的气体浓度检测装置，以避免气体泄露，引发意外。
2.4选择合适面积的防爆门
煤粉储罐上优先选择安装自动启闭式防爆门，这基于其自动关闭的系统响应时效性及精准性等优点。目前，多数防爆门的工作压力均为1～10kPa。当防爆门后喷出高温气体与火焰时，就要采用引出管将其排放到室外，以免形成更为严重的爆炸事故，进一步扩大爆炸范围。同时，要根据设备的容积比值来准确计算防爆门的有效泄压面积[4]。在一般情况下取0.04m2/m3，且不得小于90cm2。另外，防爆薄膜应该选用刻有十字形刻痕的薄铁皮;其厚度不可大于0.5mm，以此来保证防爆门的防爆面积与强度，并对其进行校核。
2.5合理设计选型关键设备
煤粉储罐要选择密闭容器以接收气力输送的煤粉，并根据相关生产要求，结合实际输送能力计算储罐总容积。在正常情况下，无烟煤粉的储存时间不可大于12h;烟煤粉的储存时间一般在4～8h。煤粉储罐的内表面一定要保持光滑与平整，不可以有任何的凹坑或凸起，避免煤粉的沉积与滞留。在设计煤粉储罐时，一定要充分考虑其结构与几何形状，以确保煤粉可以顺畅自流，防止煤粉在死角中沉积，进而因长时间堆积放热产生自燃现象。此外，要在锥体上设置流态化松动管路，以此避免煤粉发生结块与起拱现象。袋式除尘器则要优先选用具有抗静电效果的涤纶针刺毡滤袋，并选择具有脱油除水作用的氮气或其他惰性气体作为清灰气源[5]。除此之外，为了避免煤粉受潮、受热，一定要做好袋式除尘器与煤粉储罐的外壁保温措施，以避免煤粉因外界温度和湿度的变化，反复进行吸热与放热而受潮，在壁面上出现结皮或压实等现象。因此，在气候较寒冷的地区，需要在袋式除尘器外壳增设电加热或蒸汽伴热，以此减少外界气候变化对煤粉的影响。
2.6电气和仪表防爆
根据防爆设计的相关要求，电气设备元件一定要满足相应的防爆设计条件。具体情况如下：现场仪表与电动机均要选择防爆型设备，设置独立供电电源及设备检修用安全电源;同时，用电设备要设置在现场操作箱内，并且要在DCS系统中合理设置用电设备运行、故障检修等信号输送及安全连锁装置[6]。一旦发生火灾或爆炸，能够自动切断电机电源，实现保护性停车。另外，煤粉输送系统中的各项电气与仪表防爆设备均要符合二类防雷保护标准，而对于现场可能会积聚静电的容器、金属设备以及管道等，均要进行防静电设置与安全接地。其中，接地电阻不可超过100Ω。
结束语
综上所述，煤粉气力输送系统的防爆设计至关重要，会直接影响企业的安全生产。因此，设计人员就要严格依据相关规范与规程，结合现有安全技术，对煤粉气力输送系统实施优化设计、提高系统防爆水平、有效降低煤粉在气力输送过程中发生自燃与爆炸的可能性，進一步提升煤粉气力输送系统的可靠性、安全性与稳定性。
参考文献：
[1]郑虎.煤粉制备系统防爆措施的改进和完善[J].新世纪水泥导报，2018，24（2）：64-66.
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西 西安 710075）
关键词：煤粉;气力输送系统;防爆设计
如今，煤粉在企业的实际生产活动中能够得到广泛使用，主要原因是煤粉的生产成本较其他燃料有明显的优势。目前，煤粉主要采用正压流态化气力输送进行运输，但这一输送过程极易发生自燃与爆炸等事故，因此就需要在现有基础上进一步优化煤粉气力输送系统的防爆设计，来确保煤粉气力输送的安全性、稳定性与高效性。
1影响煤粉爆炸的主要因素
根据煤粉的物理化学性质及气力输送的特性，影响煤粉自燃或爆炸的主要因素有以下几点：第一，煤粉浓度与气流载体含氧量，这是导致煤粉爆炸的主要因素之一。当煤粉与空气（主要是空气中的氧）混合且达到一定的浓度时，一旦遭遇明火，煤粉沉积物就会发生自燃，甚至引起爆炸。第二，煤粉的挥发分也会对煤粉爆炸产生影响。特别是在煤粉挥发分较高，其活性与发热量也相对较高的情况下，发生爆炸的可能性也就较大。第三，煤粉的经济细度是诱发煤粉爆炸的另一个主要因素[1]。简单来讲，煤粉越细，其发生自燃与爆炸的可能性就越大，同时制粉系统的电耗与金属磨耗也会相应增加;反之煤粉越粗，其发生爆炸的可能性就越小，但也会导致煤粉在炉膛内无法充分的燃烧，进而增加其不完全燃烧热损失。为此，要想有效降低煤粉爆炸发生的概率，就要严格控制煤粉浓度、输送介质含氧量、挥发分及经济细度。
2煤粉气力输送系统防爆设计分析
下图为典型磨煤干燥系统流程图。其中，气力输送段为：煤粉随惰性气体从磨煤机出口送至袋式除尘器进行固气分离，分离后的煤粉经旋转给料器输送至煤粉储罐储存。系统防爆设计需从全流程考虑，具体可以从以下几个方面设计。
2.1气流载体的惰化设计
作为可燃物燃烧的必要条件之一，氧气在煤粉爆炸中也起到了一定的催化作用。当煤粉与气流载体的混合物中缺乏氧气，或氧气浓度较低时，即便是有可燃物与点火能，由于其氧气浓度没有达到爆炸的浓度范围，也不会轻易发生爆炸。因此，气力输送系统输送煤粉时，只要其气流载体的含氧浓度小于12%～14%[2]，基本上就不会发生爆炸。而对于自身副产压缩污氮气的工厂来说，应该选择压缩污氮气（氮气含氧气量≤8%）作为煤粉的输送载体。若压缩氮气源缺乏，则可以掺入一定量的惰性气体，将气流载体中的含氧量调整到12%以下。
2.2温度和CO含量监测与控制
在煤粉气力输送过程中，严格控制煤粉温度是至关重要的。这就要求工作人员熟知煤粉储罐的结构与特点，合理设置温度测点。目前，测温点的选择主要有以下几种：煤粉储罐筒体温度、袋式除尘器温度、锥体温度以及进出口温度。其中，当袋式除尘器或煤粉储罐的温度>70℃时，就会自动报警;当温度达到75℃时，就会自动充惰性气体。除了需要对温度进行实时监测外，CO的含量也需要受控。因为煤粉长时间堆积在密闭空间内，随着密闭空间温度不断上升，煤粉与空气接触过程中发生反应随即产生CO。在这种情况下，一旦CO浓度大于500×10-6就会自动报警[3];当其浓度达到600×l0-6时，就会自动充惰性气体;当浓度达到700×10-6时，就会自动停止输送。因此，有必要在煤粉储罐与袋式除尘器上合理安装CO分析仪对CO含量进行实时监测。综上，在煤粉气力输送系统中应科学设置测温仪和CO分析仪并定期对相关仪表进行检查与校验。
2.3设置自动灭火装置
煤粉储罐与袋式除尘器作为气力输送系统的重要组成设备，应该合理设置并配备自动灭火装置。现阶段我国工厂常备的灭火介质主要有三种，分别为二氧化碳、蒸汽与氮气。针对煤粉气力输送系统，蒸汽灭火是最不建议采用的，因为蒸汽会导致煤粉吸潮板结，造成严重的浪费，同时也会增加仓壁内黏结的清除难度。因此，建议工厂选用二氧化碳或氮气进行灭火。但由于这两种气体均会对人体造成较严重的伤害，因此灭火装置要同时考虑在安装区域设置相应的气体浓度检测装置，以避免气体泄露，引发意外。
2.4选择合适面积的防爆门
煤粉储罐上优先选择安装自动启闭式防爆门，这基于其自动关闭的系统响应时效性及精准性等优点。目前，多数防爆门的工作压力均为1～10kPa。当防爆门后喷出高温气体与火焰时，就要采用引出管将其排放到室外，以免形成更为严重的爆炸事故，进一步扩大爆炸范围。同时，要根据设备的容积比值来准确计算防爆门的有效泄压面积[4]。在一般情况下取0.04m2/m3，且不得小于90cm2。另外，防爆薄膜应该选用刻有十字形刻痕的薄铁皮;其厚度不可大于0.5mm，以此来保证防爆门的防爆面积与强度，并对其进行校核。
2.5合理设计选型关键设备
煤粉储罐要选择密闭容器以接收气力输送的煤粉，并根据相关生产要求，结合实际输送能力计算储罐总容积。在正常情况下，无烟煤粉的储存时间不可大于12h;烟煤粉的储存时间一般在4～8h。煤粉储罐的内表面一定要保持光滑与平整，不可以有任何的凹坑或凸起，避免煤粉的沉积与滞留。在设计煤粉储罐时，一定要充分考虑其结构与几何形状，以确保煤粉可以顺畅自流，防止煤粉在死角中沉积，进而因长时间堆积放热产生自燃现象。此外，要在锥体上设置流态化松动管路，以此避免煤粉发生结块与起拱现象。袋式除尘器则要优先选用具有抗静电效果的涤纶针刺毡滤袋，并选择具有脱油除水作用的氮气或其他惰性气体作为清灰气源[5]。除此之外，为了避免煤粉受潮、受热，一定要做好袋式除尘器与煤粉储罐的外壁保温措施，以避免煤粉因外界温度和湿度的变化，反复进行吸热与放热而受潮，在壁面上出现结皮或压实等现象。因此，在气候较寒冷的地区，需要在袋式除尘器外壳增设电加热或蒸汽伴热，以此减少外界气候变化对煤粉的影响。
2.6电气和仪表防爆
根据防爆设计的相关要求，电气设备元件一定要满足相应的防爆设计条件。具体情况如下：现场仪表与电动机均要选择防爆型设备，设置独立供电电源及设备检修用安全电源;同时，用电设备要设置在现场操作箱内，并且要在DCS系统中合理设置用电设备运行、故障检修等信号输送及安全连锁装置[6]。一旦发生火灾或爆炸，能够自动切断电机电源，实现保护性停车。另外，煤粉输送系统中的各项电气与仪表防爆设备均要符合二类防雷保护标准，而对于现场可能会积聚静电的容器、金属设备以及管道等，均要进行防静电设置与安全接地。其中，接地电阻不可超过100Ω。
结束语
综上所述，煤粉气力输送系统的防爆设计至关重要，会直接影响企业的安全生产。因此，设计人员就要严格依据相关规范与规程，结合现有安全技术，对煤粉气力输送系统实施优化设计、提高系统防爆水平、有效降低煤粉在气力输送过程中发生自燃与爆炸的可能性，進一步提升煤粉气力输送系统的可靠性、安全性与稳定性。
参考文献：
[1]郑虎.煤粉制备系统防爆措施的改进和完善[J].新世纪水泥导报，2018，24（2）：64-66.
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西 西安 710075）