自动化检测系统在圆形煤场中的应用

2022-10-10孟萌

炼油与化工 2022年4期

孟萌

（中石油华东设计院有限公司，山东青岛 266071）

近年来，圆形煤场发展成为火力发电、煤化工等行业中1种新型的储配煤形式。全封闭式圆形煤场因其自身结构上的独特优势，避免了火力发电厂、煤化工企业在配煤过程中，煤粉颗粒对周围环境造成的粉尘污染，同时解决了恶劣天气对储煤造成的不利影响，圆形煤场内部工作面见图1。

图1 圆形煤场立面图

全封闭式圆形煤场虽然因其形式上的优越性受到推广，但在运营管理过程中也存在着很多安全生产问题。文中从温度检测系统、危险气体及粉尘浓度检测系统、盘煤仪检测系统3个方面阐述自动化检测系统在圆形煤场运行生产中的应用。

1 温度检测系统

圆形煤场最突出的安全隐患是煤炭自燃。煤与空气接触时会发生氧化反应并放出热量。煤堆表面较松散，与空气充分接触时，虽发生氧化反应，但因散热条件良好，所以煤堆温度不易持续升高。在煤堆中层，空气会通过煤块间隙渗透进去，给煤堆内部氧化创造条件［1］。煤炭发生氧化反应后使煤堆的温度升高，如散热不良便会加速煤的氧化速度。依此恶性循环，煤堆的温度会越来越高，当温度超过煤的自燃点时就引起自燃。

根据煤的自燃原理可知，预防煤块或煤粉颗粒自燃最直接的手段是温度检测。基于圆形煤场的工作模式及结构特点，温度检测可分为2个部分。（1）对煤堆采用红外热像仪进行监测；（2）对挡煤墙内壁采用温度传感器进行测温。

1.1 煤场红外测温系统

红外测温系统包括红外扫描热像仪和云台。搭载云台的若干台热像仪均布在煤场穹顶周围构架上，具体设置的数量根据煤场大小而定，各热像仪扫描面积应能覆盖整个圆形煤场。煤场内所有热像仪接入交换机后，与控制室上位机组成局域网，即可实现对现场设备的远程查看及操作。红外热像仪利用热分析成像技术、图像处理技术、云台控制技术、嵌入式控制以及计算机网络等综合技术，实现圆形煤场全覆盖测温，系统具有自燃准确定位、实时高效预报警、远程预报警发布、灾后数据分析等功能，其组织架构见图2。

图2 红外测温系统组织架构

红外测温系统采用非接触方式，自动连续获取监控对象所有点的温度数据，通过内置的智能算法搜索并识别疑似火情，包括火情隐患阶段，实现早期预、报警。红外测温系统方便控制中心进行火警远程快速确认，避免现场巡检确认延误消防时机。火场实况实时上传，也为快速灭火提供更多解决方案依据。

1.2 挡煤墙测温系统

煤场利用堆取料机进行储配煤操作，堆料机围绕中心立柱360°旋转在其周围形成多个圆锥形煤堆，煤堆外圈紧贴挡煤墙内壁。由于取料机的机臂远端与挡煤墙之间有一定距离，靠近挡煤墙的煤不易取出，且煤粉颗粒易在墙壁上结块，导致挡煤墙附近中下部的煤堆积易产生自燃现象。

挡煤墙温度测量一般按圆形煤场中心放射每10°或以上分2层或多层设置温度传感器，具体可根据煤场实际情况对传感器布置方案进行优化。文中介绍的挡煤墙温度传感器采用的是热电阻形式的测量元件，主要测点在煤堆积易产生自然的挡煤墙中下部。测温方式可选用单点热电阻，在各层各角度测温点由挡煤墙外部插入。当挡煤墙温度测点需求较多时，也可选用多点热电阻沿挡煤墙内壁垂直敷设，则可测量同一角度多层温度测点。温度传感器采集到的数据可通过配备数据采集模块的就地数据采集箱，实现温度监测数值采集及传输；也可直接上传热电阻信号至控制室，在控制室进行温度信号的变送及采集。煤的着火点虽然在300～350℃，但氧化放热达到70～80℃时，煤温升高速度会骤然增加，故挡煤墙温度在控制系统的报警值可设定在70℃。

2 危险气体及粉尘浓度检测系统

煤在采集运输过程中容易产生粉尘并悬浮在空中，其中还有煤尘在碳化过程中产生的甲烷等可燃性气体，还会混杂有害气体CO。当煤尘积聚浓度达到一定量级，即可能发生着火或爆炸。而当煤尘中含有可燃性气体时，其爆炸下限浓度显著下降，同时爆炸的危险性也陡然增加［2］。

根据以上分析可知，为保证安全生产，封闭式圆形煤场需要布置可燃气体检测器、CO检测器、O2检测器及粉尘浓度检测器。

由于甲烷等可燃性气体比空气轻，易于在封闭空间上方进行积聚，所以可燃气体检测器一般布置在排气流集中的煤场上部。粉尘浓度检测器主要布置在容易扬尘、积尘的位置，如在带式输送机栈桥、圆形煤场挡煤墙顶部等。

圆形煤场内各类气体粉尘检测器可尽量靠近挡煤墙顶部马道安装，便于电缆走线规划以及仪表维护及检修。此外，堆取料机司机室也要安装可燃气体检测器、CO检测器、O2检测器及粉尘浓度检测器，以确保堆取料机司机安全［3］。在司机室外及圆形煤场主要进出口设置现场声光报警器，帮助现场巡检及操作人员提前感知检测器报警，提示其远离危险区域。

同样，各气体浓度信号、粉尘浓度信号可分别直接上传至控制室内的可燃及有毒气体检测报警系统（GDS）、分散控制系统（DCS），也可采用在现场设置数据采集箱的方式［4］。操作人员可通过控制室内的系统人机界面及时了解各检测器的浓度数据及报警情况，以保证现场生产及人员的安全。

3 盘煤仪检测系统

圆形煤场内存煤的分布及存量管理直接影响着煤的采购计划和后续使用情况。盘煤仪利用高精度激光对煤场表面进行扫描采集，通过计算机处理煤堆轮廓数据，重建出煤场的三维图形，进而计算出煤堆的体积等信息。盘煤仪全自动激光测量盘库系统分布式的建设，将煤场内存煤情况进行完整的展现，操作人员可以直观掌握储煤状态，为生产作业提供决策支持。

搭载云台的盘煤仪也是均布在圆形煤场上部，具体设置的数量根据煤场大小而定。为取得更好的检测视角，盘煤仪的安装高度应明显高于红外热像设备的安装高度，如安装在穹顶网架的中上部。盘煤系统的组织架构及接线形式与红外测温系统相似，也是基于网络传输方式进行上位机系统与各现场设备之间的互联及控制［5］。

盘煤仪应满足在高浓度粉尘、设备振动大、通风条件较差、高潮湿等环境要求。系统要求采用精细算法，当1个煤场有几种不同种类的堆料时，能够单独计算出每堆的体积。系统具有分割功能，能够1次测完全场的所有堆料后，根据分割线的位置将图形上的料堆进行分割计算，计算出不同堆料各自的体积，并在三维图形上用颜色区分开来，见图3。