煤炭装卸机械及皮带输送系统的防火对策

■ 上海港公安局消防处



煤炭装卸机械及皮带输送系统的防火对策

■ 上海港公安局消防处

0　引 言

我国是一个多煤少油的国家，煤炭可采量位居世界第二，产量位居世界首位。煤炭在我国一次性能源结构中处于绝对主要地位，煤炭工业在国民经济中的基础地位，将是长期的和稳固的，具有不可替代性。煤炭运输是煤炭从开采到利用的一个重要环节，而水路运输与码头装卸又是一个不可或缺的环节。本文将重点研究港口码头输煤专用装卸工艺设备的火灾成因和规律，通过分析研究，寻找出防范事故的技术手段、管理措施等，从而保障港口码头的安全作业，促进企业的发展。

1　港口输煤皮带运输设备及火灾规律

1.1港口输煤皮带运输设备

港口输煤皮带运输设备是指以皮带机械为主体的港口输煤专用装卸工艺设备，包括装船机、卸船机、堆料机、转接机、输送皮带等（以下简称“皮带机”）。

1.2火灾的规律

从近几年上港集团煤炭装卸公司“皮带机”火灾事故中可基本总结出以下规律。

1）起火部位基本位于两个地方：①煤炭输出堆积且不易清扫的落料口处；②在主动滚筒、从动滚筒、托辊处。

2）“皮带机”持续停止作业几个小时以上，且火灾发生时也处于停止状态。

3）在“皮带机”上堆积的煤炭热值较大，一般在5 000～7 000 K，在运输及堆积中容易积热自燃。

4）“皮带机”所使用的皮带为常规的钢丝芯和尼龙芯胶带，燃点一般在250 ℃～340 ℃之间。

5）事故部位在距地面较高的落料口处，易产生“烟囱效应”，风助火势，蔓延迅速，施救困难。

2　“皮带机”火灾成因分析

“皮带机”火灾原因主要有两个方面：1）机械自身故障造成；2）外来火种所致。

2.1机械自身故障

2.1.1主、从动滚筒打滑引起皮带机着火

1）主动滚筒表面的防滑胶严重磨损，表面摩擦系数下降而导致皮带打滑；

2）主动滚筒表面潮湿引起皮带打滑；

3）从动滚筒打滑的主要原因是从动滚筒轴承严重损坏卡死，导致从动滚筒不转或转速下降，皮带相对滚筒打滑。

不管是主动或从动滚筒，一旦打滑就会使滚筒表面温度升高。根据有关资料，皮带打滑40 min后，滚筒表面温度可达320 ℃，皮带就会被引燃。因此，主动和从动滚筒打滑是极其危险的，长时间打滑就可导致皮带着火。

2.1.2托辊不转及皮带在托辊表面滑动引起“皮带机”着火

1）托辊不转引发着火。一般在“皮带机”停机后，托辊轴承内部进入煤粉和灰尘，导致托辊轴承寿命较短，轴承卡死后，皮带在托辊表面摩擦，托辊温升很高。根据相关资料，托辊摩擦引起皮带着火主要发生在停机之后。停机前，皮带以2～3 m/s的速度运行，皮带上固定点与托辊表面接触的时间较短，皮带温升很小，且由于皮带运行过程中产生较大的气流可以降低托辊表面的温度，因此，正常运行时皮带不会着火。

2）下托辊不转易引起着火。①托辊卡死且必须是下托辊卡死；②托辊位置有许多煤粉和橡胶粉末（这些煤粉和橡胶粉末部分是由皮带上落下的煤，也有一部分是不转的托辊磨下的粘在皮带表面的煤粉和橡胶颗粒）；③往往是靠近机尾部位的下托辊。因为机尾部位皮带容易洒煤，造成下托辊表面堆煤。

2.2外来火种

2.2.1“皮带机”上堆积残留的煤炭（粉）自燃，引燃皮带酿成灾害

关于煤炭的自燃一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因。由于黄铁矿氧化成为Fe2O3及SO3时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。

需要指出，有的含有黄铁矿的煤虽然经过长期放置，并不一定发生自燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起的。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级、煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂缝，煤层的埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。

煤炭按照形成阶段和碳化程度的不同，可分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤等4种。其中除无烟煤外，其它都易发生自燃。尤其是当煤堆内部温度超过60 ℃时，就有发生自燃的危险。

当堆积在皮带上的煤炭自燃后，其温度可以引燃皮带，导致火灾。

2.2.2焊接、切割中造成火灾

焊接、切割作业过程中（电焊、点焊归在一类）产生大量熔融的金属火星（熔渣），到处飞溅，其温度相当高。一般焊接火花的喷溅颗粒温度约为1 100 ℃～1 200 ℃，当离开焊接源时，10～20 s内，颗粒仍保持800 ℃，大大高于皮带、煤炭的自燃点，一种情况直接引燃煤粉或皮带，另一种情况隐蔽在煤粉内，开始阴燃。阴燃是指物质无可见光的缓慢燃烧，通常产生烟和温度升高的现象，不易被发现，慢慢酿成灾害。

2.2.3烟头导致火灾的危险

一般来讲，燃着的香烟中心温度为700 ℃～800 ℃，表面为200 ℃～300 ℃，高于一般可燃物的燃点。当随手乱扔的烟头及用脚踩踏或手掐方式未彻底熄灭的烟头接触皮带上的煤粉时，会慢慢阴燃酿成火灾。

3　解决“皮带机”火灾的几点对策

针对发热煤炭作业及主动滚筒、从动滚筒、托辊故障产生高热等情况，在火灾防范上，须采取人防技防两方面的有效措施，及时发现隐患，防止火灾事故的发生。

3.1人防措施

1）加强对主动滚筒、从动滚筒、托辊的技术检测。

定期对主动滚筒、从动滚筒、托辊进行相应技术指标的检测，及时发现滚筒防滑胶磨损、滚筒托辊轴承损坏卡死等情况，调换滚筒托辊，检修机械。

2）加强机械检修动火的监管。

对现场机械检修需动用气割、电焊的场所加强管理和监督。在作业前，应把落料口和滚筒托辊上的积煤清理干净，防止高温火花溅落引燃积煤；作业后，除清理残火外，还应加强监护，定时进行测温。

3）发热煤炭作业注意事项：

①对发热煤炭出货作业，计划调度作出布置：作业中在所经过的皮带机输送带料口部位，利用安装的喷水装置，持续打水，起到降温作用，并有人值守。

②对作业流程结束后，皮带输送机空转一定时间，将残留在皮带机上的煤炭清空，各作业点电工清除（滚筒、大皮下）积煤。

③安排作业人员在作业结束后，定时对整个作业流程实施巡查，安监人员予以监督检查。

④检查时配置红外线测温仪，对滚筒（含作业时）予以测温，当温度达到70 ℃时，检查人员应立即报告中控室及安监部门，采取相应措施，排除隐患。

3.2技术防范

要火灾自动报警系统是实现火灾早期探测、发出火灾预警/报警信号、并向各类消防设备发出控制信号，完成各项消防功能的系统。火灾自动报警系统现已广泛应用于各类民用建筑、工业厂房、仓库堆场等，为及时有效地探测并预报火灾火情提供了行之有效的解决方案。因此，设置一套符合现场实际情况、并能取得预期探测报警效果的火灾自动报警系统显得相当有必要，也十分重要。

在火灾发生的早期，火灾相关参数会随着烟、温、气、光等的变化而不断变化，因此探测上述火灾相关参数的变化趋势便能有效地预警火灾火情的发生。下面将分别对不同火灾参数报警探测设备的适用性进行分析。

1）感烟探测设备：目前火灾烟雾探测的设备主要有普通离子式、光电式感烟探测器，管型吸气式感烟探测器（空气采样），红外光束型感烟探测器，双波段/多波段图像型火灾探测器等。

根据现场实际情况，煤在阴燃过程中会产生一定量的烟雾，但现场由于存在大量煤炭粉尘，其对普通感烟探测器及管型吸气式感烟探测器的探测效果影响较大，会导致误报和探测器故障。而红外光束型感烟探测器，双波段/多波段图像型火灾探测器虽能对火灾烟雾起到探测效果，但对于早期阴燃烟雾探测并不灵敏，且容易受现场太阳光（紫外线）照射影响，产生误报现象。

2）感光探测设备：目前火焰光的探测设备主要有各类火焰型探测器，双波段/多波段图像型火灾探测器等。

根据对火灾早期探测的要求，由于火灾初期不会产生大量明显强烈的可见光，因此感光型火灾探测器并不适合现场的实际需要，在系统设计选型时不予以考虑。

3）感气探测设备：目前对于火灾时产生的气体进行探测预警的设备主要为各类可燃气体探测器。

根据煤自燃的特性，煤体自燃一般要经过潜伏期（即吸附氧化）、自热期（即氧化聚热）、发展期（即着火临界阶段）和发生明火等阶段（个别煤种并不一定经过这4个阶段），由于煤自燃的各个阶段温度不同，所产生具有代表性的气体也不同，如CO、C2H4、C2H2等。其中CO气随着煤的氧化升温而开始产生，其产生量随着煤温的升高而增大，伴随煤自燃火灾的全过程； C2H4气仅产生于煤的氧化自热过程中，在一定区间内，随煤温的升高而发生量增大，到达极限温度后，发生量逐渐下降，

根据现场实际情况和实验数据显示，积热煤炭在阴燃期间会存在一个温度逐渐上升的过程。因此准确有效地探测重点区域重点设备的温度变化情况，便能够实现火灾早期探测预警的目的。

而从现场安装要求出发，不适宜选择点型感温探测器。线性感温探测器目前主要分为电缆式和光纤式两种。两种探测器分别组成火灾报警系统的技术性能比较，见表1。变化关系单一、明显；C2H2气仅产生于煤的激烈氧化阶段，具有较强的温度区间特征，变化关系单一、明显。

4）感温探测设备：目前对于火灾温度变化的探测设备主要有点型感温探测器，线性感温探测器等。

表1　两种探测器组成的火灾报警系统的技术性能比较

由表1可知，分布式光纤感温探测器与普通电缆式感温探测器相比，在各方面性能上均具有不少优势，也更符合现场对探测的及时性、准确性及定位性上的要求。

综上所述，感光型火灾探测器和感烟探测设备并不适合现场的实际需要，因此在系统选型时不作考虑。

气体探测器虽能对煤炭不同自燃阶段施放的气体进行有效地探测，但根据现场实际情况，大量的粉尘可能会对气体探测器的探测效果产生一些影响，且重点设备积热煤堆积区域在自燃过程中所产生的上述气体浓度受各种现场因素（风，积热煤堆积的数量等）影响，对气体探测器的探测效果也将产生影响。因此在系统选型时应作为辅助探测设备考虑。

线性光纤式感温探测器有着诸多优点，能符合现场火情的探测预警要求，系统选型时应作为主要探测设备予以考虑。