摘要：水泥行業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)日益重視，然而在日常生產(chǎn)中煤磨系統(tǒng)燃爆事故每年仍然時(shí)有發(fā)生，造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失預(yù)估達(dá)上千萬元。

為從根本上預(yù)防燃爆事故的發(fā)生，本文從煤粉的燃爆的理論原因出發(fā)，分析得出對(duì)于水泥企業(yè)煤磨系統(tǒng)防爆重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在控制點(diǎn)燃源和氧氣濃度上，并結(jié)合國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)煤粉制備系統(tǒng)防爆電機(jī)選擇、煤磨入口溫度、煤磨出口溫度以及煤磨氧氣濃度的具體控制預(yù)防進(jìn)行了進(jìn)一步梳理，對(duì)實(shí)際操作層面提出了具體的建議，供水泥行業(yè)從業(yè)人員參考。

關(guān)鍵字：煤磨安全、防爆分區(qū)、防爆設(shè)備選型、工藝參數(shù)、燃爆預(yù)防。

Coal Mill Explosion Prevention and Intervention Discussion in Cement Industry  

( Zhejiang South Cement Company Li Bingming Li Liang ZhanJie 

Deqing South Cement Company Cai Jiqing

Abstract: The cement industry pays more and more attention to safety production. However, combustion and explosion accidents of middling coal Mill system still occur every year in daily production, resulting in direct and indirect economic losses estimated at tens of millions of RMB.

In order to fundamentally prevent the occurrence of combustion and explosion accidents, this article starts from the theoretical reasons for the combustion and explosion of coal powder, and analyzes the key of explosion for prevention the coal mill system of cement enterprises should be on controlling the ignition source and oxygen concentration. Combined with domestic and foreign standards and requirements, the specific control and prevention of explosion-proof motor selection, coal mill inlet temperature, coal mill outlet temperature, and coal mill oxygen concentration in the coal mill preparation system have been further sorted out, Specific suggestions have been put forward for practical operation, for reference by practitioners in the cement industry.

Keywords: Coal mill safety、 Explosion zone、Explosion-proof equipment selection、process parameters、explosion prevention.

進(jìn)入新世紀(jì)以來，國家對(duì)工貿(mào)行業(yè)中的涉塵涉爆企業(yè)的安全生產(chǎn)日益重視,不斷出臺(tái)各種法規(guī)法規(guī)和規(guī)章制度，并嚴(yán)格的把煤磨安全管理防控要點(diǎn)列入水泥企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的等級(jí)評(píng)審判定標(biāo)準(zhǔn)中，以預(yù)防和減少粉塵爆炸事故、保障從業(yè)人員的生命安全。

然而，每年煤磨系統(tǒng)燃爆事故依然時(shí)有發(fā)生，造成的設(shè)備損毀和人員傷亡事件也多有耳聞，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)達(dá)上千萬元。這時(shí)刻提醒著煤磨燃爆的事故預(yù)防與控制依然需要警鐘長鳴，安全防范措施依然要從嚴(yán)從實(shí)抓起。

鑒于此，系統(tǒng)的梳理煤粉制備系統(tǒng)燃爆預(yù)防的重點(diǎn)和難點(diǎn)，科學(xué)的制定控制的裝備和工藝措施，便成為本文著墨之處。

1 煤粉燃爆理論分析

為有效的確保煤粉制備系統(tǒng)的安全，相關(guān)人員必須充分意識(shí)和領(lǐng)會(huì)到煤粉燃爆的基本原理，這樣才能從根本上采取恰當(dāng)?shù)拇胧�從根本上消除掉煤粉爆炸因素�?

應(yīng)對(duì)系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的第一要?jiǎng)?wù)就是預(yù)防：要對(duì)以下燃燒三角或爆炸五角中的任一因素或者多因素進(jìn)行切斷。

上圖中的燃燒三角形和爆炸五邊形揭示了導(dǎo)致燃燒或爆燃的基本因素。消除或者最小化上面其中任一一項(xiàng)的因素就暗含了預(yù)防控制策略。因?yàn)楸�炸環(huán)境中的粉塵發(fā)生爆炸是當(dāng)且僅當(dāng)特定條件下爆炸因素在同一時(shí)間和同一地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生，具體分析如下：

（1）可燃物粉塵 

煤粉制備工藝中需要對(duì)煤粉進(jìn)行粉磨，因此這種可燃性粉塵總會(huì)在系統(tǒng)中存在而且也不可能用其他非可燃材料替代。一種折中策略是采用一種燃爆的煤種替代高燃爆活性煤種。

在生產(chǎn)實(shí)際中存在的問題是，隨著節(jié)能降耗的壓力上升，企業(yè)愈加傾向于采用高熱值和高揮發(fā)性煤種而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的高產(chǎn)低耗，這就意味著原煤的更高的燃爆活性。

（2）煤粉懸浮于封閉空間

煤粉制備工藝中需要使用熱風(fēng)進(jìn)行烘干和粉磨，因此這些易爆粉塵懸浮于生產(chǎn)設(shè)備中，而且粉塵濃度一直處于爆炸上下限之間。

磨機(jī)粉塵濃度：一般煤粉濃度位于600g/m3-1000g/m3;

磨機(jī)到袋收塵出口的粉塵管道：典型的濃度范圍300g/m3-500g/m3;

袋收塵含塵濃度側(cè)：典型的濃度范圍300g/m3-500g/m3;

煤粉輸送設(shè)備至煤管出口：典型的煤粉濃度4000g/m3-6000g/m3;

煤粉倉、袋收塵和煤粉倉之前的設(shè)備、煤粉稱等；

煤磨車間區(qū)域：衛(wèi)生狀況差時(shí)，煤粉層會(huì)在車間內(nèi)部沉積。

（3）氧氣濃度

降低氧氣濃度會(huì)顯著的降低粉塵爆炸的危險(xiǎn)性。對(duì)于煤磨來說存在一個(gè)支持爆炸發(fā)生的最小濃度。因此將氧氣濃度保持在最小的濃度以下是預(yù)防燃爆的重要措施。

對(duì)于那些煤磨烘干熱風(fēng)從預(yù)熱器系統(tǒng)取風(fēng)的來說，氧氣含量一般位于2-4%之間。因此這種系統(tǒng)在正常操作時(shí)便將煤磨至于安全的烘干氣氛下，甚至在煤磨啟停期間，煤磨安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之降低。

對(duì)于煤磨系統(tǒng)來說，應(yīng)盡可能將煤磨系統(tǒng)的氧含量降低到最低，哪怕氧濃度早已低于爆炸氧氣下限。因?yàn)楸M管此時(shí)氧氣濃度不足于支持爆炸發(fā)生，但是煤粉燜燃風(fēng)險(xiǎn)依然存在。

（4）點(diǎn)火源

有很多潛在的點(diǎn)燃源存在足夠的能量點(diǎn)燃懸浮的粉塵并導(dǎo)致爆炸。

電氣設(shè)備產(chǎn)生火花或者設(shè)備短路過熱；

機(jī)械設(shè)備撞擊產(chǎn)生的電火花；

損壞的軸承導(dǎo)致表面過熱；

烘干熱風(fēng)；

管道高溫表面；

燜燃的煤粉；

外界帶來的偶發(fā)性點(diǎn)火源：堆焊、切割設(shè)備作業(yè)、火苗及煙頭等；

以上種種因素，均可以通過穩(wěn)定的工藝操作、細(xì)致到位的車間巡視檢查和嚴(yán)格的遵守操作程序進(jìn)行預(yù)防。

（5）靜電荷積聚

為了避免靜電荷積聚導(dǎo)致的燃爆風(fēng)險(xiǎn)，所有的相關(guān)設(shè)備均應(yīng)該進(jìn)行接地以便及時(shí)導(dǎo)走隨時(shí)產(chǎn)生的靜電荷。接地線和跨接線必須采用柔軟但具有一定硬度的金屬編織帶。

需要接地的系統(tǒng)包括：主機(jī)設(shè)備、收塵器的袋籠、卡箍、膨脹節(jié)和法蘭等。生產(chǎn)管理中，必須將接電線的定期檢測作為管理的一項(xiàng)剛性制度來執(zhí)行，及時(shí)修理和更換損壞的接地系統(tǒng)。

經(jīng)以上分析可看出，對(duì)于煤粉制備系統(tǒng)燃爆預(yù)防，控制點(diǎn)火源和氧氣濃度（只適用于預(yù)熱器取風(fēng)系統(tǒng)）是預(yù)防燃爆事故唯二的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際管理控制情況便預(yù)示著車間煤磨燃爆預(yù)防控制的整體水平。

2 煤粉制備防爆區(qū)域劃分

經(jīng)上節(jié)的分析可以看出，對(duì)絕大多數(shù)水泥企業(yè)意外點(diǎn)火源是防范煤磨燃爆的工作重點(diǎn)。其中煤磨車間中的防范電氣設(shè)備意外火花是電機(jī)設(shè)備選型和實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的要點(diǎn)。

按歐洲ATEX和美國NFPA防爆安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)煤磨車間區(qū)域和設(shè)備安全防范進(jìn)行了專業(yè)劃分，這種專業(yè)劃分的核心目的是對(duì)不同燃爆防范風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域強(qiáng)制性的選擇符合標(biāo)準(zhǔn)電氣設(shè)備，可以防范點(diǎn)火源的意外燃爆風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于煤粉，防爆區(qū)域的劃分如下：

（1）20區(qū)：空氣中爆炸性環(huán)境以可燃性粉塵云的連續(xù)出現(xiàn)、長時(shí)間存在或頻繁出現(xiàn)的場所。

（2）21區(qū)：在正常操作過程中，空氣中爆炸環(huán)境以可燃性粉塵云的狀態(tài)下可能出現(xiàn)或者偶爾出現(xiàn)的場所。

（3）22區(qū)：在正常操作過程中，空氣中爆炸環(huán)境以可燃性粉塵云的狀態(tài)下不可能出現(xiàn)的場所，如果出現(xiàn)僅是短時(shí)間存在的場所。

根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，煤磨車間防爆區(qū)域劃分如下圖所示：

從以下區(qū)域選型可以看出，煤粉車間大部分設(shè)備內(nèi)部處于21區(qū)，車間外部處于22區(qū)。車間電氣設(shè)備防爆選型應(yīng)至少以滿足21區(qū)防爆要求為主。

3 煤粉車間防爆電氣設(shè)備選型

對(duì)煤磨車間的防爆區(qū)域進(jìn)行劃分之后，各區(qū)域的電氣設(shè)備應(yīng)該按照要求進(jìn)行，參照氣體防爆區(qū)域的電機(jī)劃分如下：

對(duì)于20區(qū)的電氣設(shè)備：禁止使用電機(jī)；

對(duì)于21區(qū)的電氣設(shè)備：可以使用隔爆型電機(jī)和正壓外殼型電機(jī)；

對(duì)于22區(qū)的電氣設(shè)備：可以使用增安型電機(jī)、無火花型電機(jī)和復(fù)合型防爆電機(jī)。

以上電機(jī)的防爆原理如下：

隔爆型電機(jī)：外殼可以承受由結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸后而不損壞，并且不會(huì)引起外部爆炸性氣體環(huán)境的點(diǎn)燃。

正壓外殼型電機(jī)：在設(shè)備的外殼內(nèi)部通入一定壓力的惰性氣體，使周圍的可燃性粉塵不能進(jìn)入外殼內(nèi)部，從而阻止點(diǎn)燃源與爆炸性粉塵接觸，達(dá)到防止爆炸的目的。

增安型電機(jī)：對(duì)正常條件下不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花或可能點(diǎn)燃燃爆型混合物的高溫設(shè)備上，采取措施提高安全程度，以避免在正常和認(rèn)可的過載條件下出現(xiàn)異常火花。

無火花型電機(jī)；在正常情況下不會(huì)產(chǎn)生火花，不能點(diǎn)燃周圍的爆炸性的氣體環(huán)境。

復(fù)合防爆型電機(jī):采用兩種或兩種以上的防爆形式的電機(jī)。

新建生產(chǎn)線煤磨車間防爆電機(jī)實(shí)際選型列表如下：

設(shè)備名稱

工序設(shè)備名稱 

規(guī)格型號(hào)

原煤堆料機(jī)

隔爆型永磁同步直驅(qū)變頻電動(dòng)機(jī)

DYT-YCF37

原煤皮帶輸送機(jī)

隔爆型永磁同步直驅(qū)變頻電動(dòng)機(jī)

DYT-YCF55

密封喂料器

隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

YBX3-132M-4

原煤接料輸送機(jī)

隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

YBX3-100L2-4

原煤螺旋輸送機(jī)

隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

YBX4-160M-4

煤粉選粉機(jī)

隔爆型永磁同步直驅(qū)變頻電動(dòng)機(jī)

DYT-YCF55

煤粉旋轉(zhuǎn)下料器

隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

YBX4-100L2-4

煤粉旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)

隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

YBX4-160L-4

由上選型可看出，煤粉制備車間外部設(shè)備大部分處于22區(qū)和21區(qū)，以上電機(jī)防爆實(shí)際選型選擇了21區(qū)設(shè)備，屬于從高選擇。

4 煤磨系統(tǒng)工藝防爆管控

煤粉制備系統(tǒng)中選用相應(yīng)的防爆電器之后，對(duì)煤磨系統(tǒng)存在的點(diǎn)燃源控制的重點(diǎn)便放到了的煤磨車間的工藝管控上。

4.1 原煤的特性檢測

原煤的特性是確定煤磨車間的安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它關(guān)系到車間設(shè)備抗爆炸壓力的選型以及煤磨車間一系列重要操作規(guī)則的確立。當(dāng)原煤從普通煤轉(zhuǎn)換到高揮發(fā)份煤種時(shí)，必要的原煤特性檢測更加重要。

（1）塵云最小點(diǎn)燃溫度：可以導(dǎo)致粉塵云點(diǎn)燃的最小熱表面溫度。

常見燃料典型溫度如下：無煙煤690-750℃；煙煤20-590℃；褐煤430-460℃。

（2）粉塵層最小點(diǎn)燃溫度：可以導(dǎo)致粉塵層點(diǎn)燃的最小熱表面溫度（出現(xiàn)燜燃）。

常見燃料典型溫度如下：無煙煤300-450℃；煙煤190-280℃；褐煤180-260℃。

（3）最小氧氣濃度：支持粉塵云發(fā)生爆炸的最小氧氣濃度。值得注意的是即使氧氣濃度

低于粉塵云發(fā)生爆炸的最小氧氣濃度，燜燃現(xiàn)象仍然有可能發(fā)生。

常見燃料典型最小氧氣濃度如下：無煙煤17%；煙煤11-13%；褐煤10-11%；

（4）最大爆炸壓力：最大爆炸壓力是通過不同燃料濃度下進(jìn)行試驗(yàn)得到的壓力，這是用于確定泄爆面積的重要參數(shù)。

一般來說，煤粉的爆炸壓力在10bar左右。

（5）最大壓升速率：最大壓升速率取決于與煤粉的特性有關(guān)，是在1m3的容器中壓力上升速率，該值也是通過一些列的粉塵濃度實(shí)驗(yàn)獲得。

對(duì)于大部分煤粉來說，壓力上升速率低于200Bar.m/s。

4.2 煤粉制備系統(tǒng)溫度控制

選取的煤種經(jīng)過以上的原煤特性檢測之后，煤粉制備系統(tǒng)中的溫度控制參數(shù)便可以確定下來，用于消除高溫氣體和高溫表面產(chǎn)生的點(diǎn)燃源。

（1）理想溫度設(shè)定原則

對(duì)于選取的煤種如果已知最小粉塵云點(diǎn)燃溫度和最小粉塵層點(diǎn)燃溫度，可以根據(jù)以下原則確定制備車間設(shè)備的表面溫度控制原則。

A:最大設(shè)備溫度=最小粉塵云點(diǎn)燃溫度的三分之二；

B:最大設(shè)備溫度=最小粉塵層點(diǎn)燃溫度-75℃;

設(shè)置溫度控制限值時(shí)，為保持一定的安全限值，實(shí)際取值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以上限值。

（2）煤磨入口溫度最高限值(跳停值)

如原煤特性未做檢測，因揮發(fā)份對(duì)于原煤的的燃爆活性影響很大，因此可以用于煤粉制備系統(tǒng)的溫度設(shè)定選取。一般情況下建議選取值如下：

A:煤粉揮發(fā)份<15%時(shí):< 275℃;

B:煤粉揮發(fā)份15%-35%時(shí):< 250℃;

C：煤粉揮發(fā)份>35%時(shí):< 220℃。

實(shí)際中可以按以上建議值的正負(fù)5℃進(jìn)行選擇。

（3）煤磨出口溫度最高限值(跳停值)

煤粉的內(nèi)水含量往往決定了磨機(jī)出口溫度控制，一般情況下建議選取值如下

A:煤粉揮發(fā)份<15%時(shí):<100℃;

B:煤粉揮發(fā)份15%-35%時(shí):< 90℃;

C：煤粉揮發(fā)份>35%時(shí):< 80℃。

實(shí)際中可以按以上建議值的正負(fù)5℃進(jìn)行選擇。未避免過渡烘干煤粉，造成煤粉重新吸水放熱自燃，建議煤粉控制水分不得低于內(nèi)水的1%。

4.3 煤粉制備系統(tǒng)氧氣濃度控制

上文中提到，對(duì)于一般燃料的最小氧氣濃度，實(shí)際磨機(jī)操作過程中一般要將磨機(jī)控制到最小氧氣濃度的2%以下。

常見燃料典型最小氧氣濃度如下：無煙煤16%；煙煤10-12%；褐煤9-10%。   

4.4 煤粉制備系統(tǒng)其他意外點(diǎn)燃源

除以上點(diǎn)燃源外，煤磨系統(tǒng)也經(jīng)常存在一些偶發(fā)性的意外點(diǎn)燃源，如積聚的煤粉等。這可以通過優(yōu)化磨機(jī)安全操作規(guī)程以便及時(shí)清理掉開停磨期間的積存的煤粉，對(duì)煤磨車間進(jìn)行定期巡檢發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常等出現(xiàn)煤粉沉積，降低這種意外發(fā)生的概率。

建議企業(yè)組織專業(yè)人員對(duì)煤磨車間進(jìn)行以季度為單位的安全現(xiàn)場審計(jì)，確保系統(tǒng)各項(xiàng)措施完善、完整以及可靠運(yùn)行。

每年停窯大修期間可以安排專人對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行檢查，尋找外部未發(fā)現(xiàn)的積煤點(diǎn)，及時(shí)消除各種偶發(fā)隱患。

5 總結(jié)

綜合以上分析，水泥企業(yè)煤粉制備防控的重點(diǎn)應(yīng)該放在點(diǎn)燃源的控制和氧氣濃度控制上。因此在對(duì)煤粉制備系統(tǒng)防爆電機(jī)防爆形式選擇、煤磨入口溫度、煤磨出口溫度以及煤磨氧氣濃度方面可借鑒本文給出的建議范圍，并且進(jìn)一步從企業(yè)實(shí)際使用原煤情況和設(shè)備狀況出發(fā)，做出更加適用于企業(yè)實(shí)際的選擇預(yù)防煤磨車間防爆事件的放生。