TV防爆阀在煤粉制备车间的应用

张　伟

TV防爆阀在煤粉制备车间的应用

张伟

收尘器防爆阀现场照片

本文介绍了TV防爆阀在马来西亚NSCI 5 000t/d水泥生产线煤粉制备车间的应用情况以及TV防爆阀的规格及特点，对国内常规设计标准和VDI3673标准中防爆面积计算方法进行了对比。分析了采用TV防爆阀时，在煤粉制备车间设计、设备采购过程中的注意事项。

TV防爆阀；煤粉制备；防爆面积；防爆标准

1　前言

煤粉制备车间是水泥生产的重要组成部分，也是安全要求最为集中、安全等级最高的一个子项。由于煤粉的特性，导致了煤粉制备车间容易发生煤粉燃烧爆炸的事故。为了煤粉制备车间的安全生产，在设计和操作上需要采取多种措施，例如在关键部位加装防爆阀；监控各密闭设备中温度和CO浓度，及时报警；设二氧化碳或氮气自动灭火系统等。在海外总承包工程中，越来越多的项目业主对煤粉制备车间的安全和防爆意识增强，对防爆措施的要求越来越高。

2011年，我公司与马来西亚CIMA集团签订了一条5 000t/d水泥生产线总承包项目，该项目位于森美兰州马口镇。项目范围包含石灰石破碎至水泥包装发运，所用燃料是从印度尼西亚进口的原煤。煤粉制备车间采用一台型号为TRMC31.3的辊磨，产量为50t/h。业主要求煤粉制备车间的防爆阀需满足VDI3673标准，并指定TV公司作为防爆阀供货商。

2　TV防爆阀特点

TV公司服务范围包含防爆系统的评估、自启闭式防爆阀的设计及供货。产品包括管道、收尘器、仓、建筑物的防爆阀，并具有ATEX防爆认证证书、符合VDI 3673《Pressure venting of dust explosions》和EN-14491 《Dust explosion venting protective systems》标准。

TV防爆阀的主要结构包含壳体、盖板、缓冲板、弹簧和止动装置，如图1所示。利用专用工具调整止动装置的锁紧力，可以调整防爆阀的启爆压力，有效保证设备安全，见图2。

TV防爆阀分圆形和矩形（见图1、图3）。圆形防爆阀用于保护煤磨和煤粉仓，矩形防爆阀用于保护收尘器。其规格见表1、2、3，表中泄爆效率和有效防爆面积是TV公司通过实验证实的实际数值。规格相同的防爆阀，在使用位置、布置形式不同的情况下，其有效防爆面积也不同。因此，防爆阀选型需要以有效防爆面积为准。

3　TV防爆阀的应用

3.1煤粉制备车间基本信息

图1　圆形防爆阀

图2　启爆压力调整工具

图3　矩形自启闭式防爆阀

表1　煤磨圆形防爆阀规格

表2　煤粉仓圆形防爆阀规格

表3　收尘器矩形防爆阀规格

我公司NSCI 5 000t/d项目中，煤粉制备采用能力为50t/h的辊磨，磨盘直径为ϕ3100mm，设3个直径为ϕ 1 700mm的磨辊；粉磨后煤粉通过处理风量为221 000m3/h的袋式收尘器收集，收尘器分20个室，每两个室共用一个灰斗；出收尘器的煤粉通过螺旋输送机输送至储量为180t的煤粉仓，煤粉仓直径为ϕ7 000mm；烘干热风来自窑尾废气。原煤化学成分如表4所示，煤粉制备车间工艺流程见图4。

3.2防爆阀选型

3.2.1煤磨防爆阀选型

本系统煤磨出风管道直径均为ϕ2 000mm。

按照GB 50295-2008《水泥工厂设计规范》的规定，煤磨出风管道上的防爆面积最小为管道截面积的70%，即2.198m2。

按照VDI3673标准，煤磨出风管道上的防爆面积不低于管道横截面积，即3.14m2。根据TV公司要求，煤磨出风管上下两个部位需各配置2 个ϕ1 500mm的防爆阀，每个部位的防爆面积均为3.52m2（见图5）。

3.2.2煤粉仓防爆阀选型

本项目煤粉仓体积约435m3。

按照GB 50295-2008《水泥工厂设计规范》的规定，防爆面积可按0.01m2/（m3·仓容积）计算，那么所需防爆面积为4.35m2。

TV公司计算煤粉仓防爆面积的基础数据如下：

按照VDI3673标准公式及表5中基础数据计算得出，煤粉仓所需防爆面积为3.32m2，根据TV公司产品，选用3个ϕ1 400mm的防爆阀，总防爆面积为4.5m2。

根据TV公司设计要求，煤粉仓防爆阀布置必须满足以下规定：

（1）防爆阀与煤粉仓之间的过渡段必须是直管，且尽量短；

（2）防爆阀应向缓冲板一侧倾斜，倾斜角度为5°；

（3）防爆阀上部要设导流板，将爆炸气流引导至室外，导流板要有足够强度，需固定在混凝土框架上；

防爆阀周围需保持至少500mm的净空。

导流板示意见图6，煤粉仓防爆阀布置见图7。

3.2.3收尘器防爆阀选型

本项目收尘器外形见图8，体积约为920m3。

GB 50295-2008《水泥工厂设计规范》中没有关于收尘器防爆阀的选型原则。国内收尘器设计人员一般是按照防爆阀阀板面积和收尘器容积之比（孔机比）的经验数据、并结合收尘器结构来确定防爆阀规格和数量。国内煤气工业推荐的孔机比为1/40，美国防止火灾协会（NFPA）推荐的孔机比为1/30～1/50。

本项目收尘器厂家提供的方案为采用20个防爆阀，每个防爆阀泄爆面积为1.532m2，总泄爆面积为30.64m2，孔机比为1/30。

根据VDI3673标准公式及表6中基础数据计算得出，收尘器所需防爆面积为35.12m2。结合TV防爆阀规格和收尘器结构，采用了40个800mm×1300mm的防爆阀，每个收尘室设两个防爆阀，上下并排布置，总泄爆面积为36m2。

表4　原煤的工业分析

图4　煤粉制备车间工艺流程图

表5　煤粉仓防爆阀选型计算基础数据（TV选择）

表6　收尘器防爆阀选型计算基础数据（TV选择）

图5　煤磨防爆阀布置图

图6　导流板示意

图7　煤粉仓防爆阀现场照片

图8　收尘器外形图

图9　TV建议的收尘器防爆阀布置方案

TV公司根据收尘器外形图，提供了防爆阀布置方案（见图9），并且要求对收尘器结构进行如下调整，以保证泄爆时气流不受阻碍：

（1）将收尘器壳体向外扩展，增加过渡段；

（2）完全移除靠近防爆阀的2排滤袋；

（3）将第3～5排滤袋长度由3 050mm缩短为1 500mm。

由于防爆阀的采购晚于收尘器，当厂家提供防爆阀布置方案时，收尘器已经加工完成，如果完全按厂家要求修改收尘器结构，将带来收尘器壳体重新加工；收尘器过滤面积减小较多，无法保证粉尘排放浓度≤20mg/ m3（标）的要求；项目成本增加，工期拖延。

经与TV多次讨论，最终决定在收尘器壳体上适量增加了过渡段、将靠近壳体的两排滤袋长度缩短至1 500mm。此方案虽然使滤袋总面积有所减小，但仍能保证排放浓度。最终收尘器防爆阀布置方案见图10。

4　结语

根据我公司在马来西亚NSCI 5 000t/d项目上的经验，总承包项目煤粉制备车间中采用TV防爆阀，有以下几个注意事项：

（1）与《水泥工厂设计规范》相比，采用VDI3673标准进行防爆阀选型时，计算公式更复杂、所需基本技术参数更多，不仅要计算受保护设备的体积、也要考虑受保护设备的本体特性以及爆炸介质的特性；

（2）煤磨出风管的设计应考虑TV防爆阀的标准规格及布置要求；

（3）防爆阀与收尘器应同步采购，防爆阀规格要与收尘室尺寸相配，收尘器结构型式、滤袋布置需满足防爆阀泄爆要求；

（4）根据受保护设备的抗压能力，确定防爆阀的启爆压力，并要求TV公司提供配套调压工具；

（5）项目预算需考虑采用TV防爆阀对煤粉制备车间设计和成本的影响。

图10　最终收尘器防爆阀布置方案

［1］VDI 3673，Pressure venting of dust explosions［S］.2002.11.

［2］EN 14491，Dust explosion venting protective systems［S］.2012.10.

［3］GB 50295-2008，水泥工厂设计规范［S］.

［4］申金永.VDI3673防爆阀标准在煤粉仓设计中的应用［J］.水泥工程，2008.1.

［5］徐立新.煤粉收尘器防爆阀门的探讨［J］，水泥技术，2005.1.

［6］胡光.水泥工厂煤粉制备车间防爆阀的工艺设计［J］.水泥科技，2013.2.■

Application of TV Explosion-Proof Valve in Coal Preparation Plant

TQ172625.4

A

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2014-10-29；编辑：赵莲