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煤氣化裝置磨煤制粉惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求

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希望通過《煤氣化裝置磨煤制粉惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求》能夠給煤化工企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員帶來警醒，認(rèn)真研究磨煤制粉惰化系統(tǒng)運(yùn)行原理及相關(guān)管理要點(diǎn)，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

術(shù)語和定義
《GB/T37241-2018惰化防爆指南》
惰化的定義：第3.1條款：通過向被保護(hù)系統(tǒng)充入惰性氣體或向可燃粉塵中添加惰性粉塵，使系統(tǒng)內(nèi)混合物不能形成爆炸性環(huán)境，或增加混合物點(diǎn)燃難度的防爆技術(shù)。
氣氛惰化的定義：第3.2條款：通過向被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)充入惰性氣體，使系統(tǒng)內(nèi)混合物不能形成爆炸性環(huán)境，或增加混合物點(diǎn)燃難度的防爆技術(shù)。
惰化的定義：第3.3條款：惰化技術(shù)的一種，由于被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)惰性氣體的比例濃度足夠高，無論可燃物與含氧混合氣體的比例如何變化都不會形成爆炸性環(huán)境。
部分惰化的定義：第3.4條款：惰化技術(shù)的一種，通過向被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)充入惰性氣體而控制系統(tǒng)內(nèi)氧濃度，使可燃?xì)怏w或可燃粉塵與空氣形成的爆炸性混合物在所有可預(yù)期點(diǎn)火源出現(xiàn)的情況下不會被引燃。

磨煤制粉惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范
◆《GB51428-2021煤化工工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》
第6.3.1條款：碎煤倉的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
3 應(yīng)設(shè)置溫度檢測報(bào)警設(shè)施和氮?dú)夤艿澜涌冢?/span>
4 當(dāng)碎煤倉內(nèi)儲存褐煤和易自燃的高揮發(fā)分煤種時(shí)，宜增設(shè)一氧化碳檢測報(bào)警設(shè)施，并應(yīng)采取自動緊急充氮保護(hù)；當(dāng)儲存經(jīng)過預(yù)干燥的褐煤時(shí)，應(yīng)采取充氮保護(hù)措施。
第6.3.2條款：煤粉制備系統(tǒng)應(yīng)在惰性氣氛下運(yùn)行，并應(yīng)設(shè)置氧含量在線監(jiān)測報(bào)警及聯(lián)鎖控制設(shè)施。
第6.3.5條款：用于煤粉分離收集的袋式過濾器，除應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《粉塵爆炸危險(xiǎn)場所用收塵器防爆導(dǎo)則》GB/T17919的規(guī)定外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：
2 過濾器的氣體出口管線上應(yīng)設(shè)置一氧化碳監(jiān)測報(bào)警設(shè)施；
3 過濾器上應(yīng)設(shè)置氮?dú)夤艿澜涌?，并?yīng)采取自動緊急充氮保護(hù)措施；
5 過濾器的清粉氣源應(yīng)采用氮?dú)猓獨(dú)獾臍庠磯毫?yīng)保持穩(wěn)定；
6 煤粉收集斗應(yīng)設(shè)置溫度監(jiān)測及料位監(jiān)測設(shè)施。
第6.3.6條款：對于輸送和處理煤粉的機(jī)械設(shè)備，應(yīng)選用氣密性好的設(shè)備，機(jī)身上應(yīng)設(shè)置氮?dú)夤艿澜涌?，其軸封處應(yīng)采取噴吹氮?dú)獾拿芊獯胧?/span>
第6.3.7條款：煤粉倉的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
3 倉內(nèi)應(yīng)設(shè)置氮?dú)夤艿澜涌?，并?yīng)采取充氮保護(hù)措施；
4 應(yīng)設(shè)置溫度及料位監(jiān)測設(shè)施。

◆《SH/T3189-2017煤化工原(燃)料煤制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》
第7.1.2條款：煤粉制備系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)、系統(tǒng)和設(shè)備情況，采取下列一項(xiàng)或多項(xiàng)措施：
a)應(yīng)使系統(tǒng)的啟動、切換、停運(yùn)和正常運(yùn)行等所有工況下均處于惰性氣氛；
b)設(shè)備和其他部件應(yīng)按抗爆炸壓力或抗爆炸壓力沖擊設(shè)計(jì)；
c)應(yīng)裝設(shè)爆炸泄壓裝置。
第7.1.3條款：惰性氣氛設(shè)計(jì)制粉系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置惰性化系統(tǒng)。
第7.2.2條款：惰性氣氛設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求：
a)在設(shè)備內(nèi)或設(shè)備末端濕氣混合物中的允許氧含量(氧的體積分?jǐn)?shù)，%)不應(yīng)大于表7.2.2的規(guī)定；
b)在系統(tǒng)啟動、切換、停運(yùn)和正常運(yùn)行等所有工況下的允許氧含量均應(yīng)滿足表7.2.2的規(guī)定；
c)應(yīng)有監(jiān)測和控制氧(或惰性介質(zhì))含量的裝置。

磨煤制粉系統(tǒng)惰性氣氛允許氧含量

第7.3.3.(h)條款：應(yīng)在煤粉倉的上部設(shè)置滅火或惰性介質(zhì)引入管的固定接口(DN≥25mm)。惰性氣體應(yīng)向煤粉倉的上部以平行于煤粉倉頂蓋的分散氣流方式引入。
第7.3.5條款：輸送和處理煤粉的機(jī)械應(yīng)選用氣密性的設(shè)備，機(jī)身上應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)設(shè)施，其軸封處應(yīng)采用噴吹氮?dú)獾拿芊獯胧?/span>
第7.5.1條款：惰性氣體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：
a)應(yīng)采用氧氣濃度自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；
b)應(yīng)采用自動補(bǔ)加氮?dú)獾姆椒刂葡到y(tǒng)的氧含量；
c)煤粉輸送設(shè)備中應(yīng)有氮?dú)獗Ｗo(hù)；
d)煤粉制備裝置消防用氣應(yīng)采用氮?dú)猓?/span>
e)煤粉制備裝置應(yīng)有安全可靠的氮?dú)夤?yīng)。
《GB/T17919-2008粉塵爆炸危險(xiǎn)場所用收塵器防爆導(dǎo)則》
第4.1.11條款：宜以抑爆性氣體稀釋粉塵與空氣的混合物，使箱體內(nèi)含氧濃度低于安全濃度限值。
第4.1.12條款：收塵器應(yīng)設(shè)有滅火用介質(zhì)管道接口。
第4.1.13條款：在收塵器進(jìn)、出風(fēng)口處宜設(shè)置隔離閥，并安裝溫度監(jiān)控裝置。
第4.3.1條款：脈沖噴吹類袋式收塵器宜采用N2、CO2，或其他惰性氣體作為清灰氣源。
第4.3.2條款：脈沖噴吹類袋式收塵器的供氣系統(tǒng)應(yīng)保證充足的供氣量，并應(yīng)采取脫油除水措施。
第4.7.2條款：對收塵器的下列參數(shù)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測：
—進(jìn)、出風(fēng)口壓差；
—進(jìn)、出風(fēng)口和灰斗的溫度；
—清灰參數(shù)(清灰周期、清灰間隔等)；
—脈沖噴吹類袋式收塵器的噴吹壓力。
第4.7.4條款：當(dāng)收塵器出現(xiàn)下列故障時(shí)應(yīng)予報(bào)警：
—進(jìn)、出風(fēng)口壓差過高；
—溫度異常升高；
—脈沖噴吹裝置的壓力過低；
—卸灰裝置停止工作。
第4.7.5條款：如采用抑爆氣體，應(yīng)對箱體內(nèi)氧含量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)氧濃度超過警戒值時(shí)應(yīng)予報(bào)警。

綜上以上規(guī)范，可以總結(jié)出磨煤制粉惰化系統(tǒng)應(yīng)做如下設(shè)計(jì)：
1、磨煤制粉系統(tǒng)啟動、切換、停運(yùn)和正常運(yùn)行等所有工況下均處于惰性氣氛；
2、碎煤倉：應(yīng)設(shè)置溫度、一氧化碳檢測報(bào)警設(shè)施及氮?dú)夤艿澜涌冢?/span>
3、袋式除塵器出口管線上應(yīng)設(shè)置一氧化碳、氧含量監(jiān)測報(bào)警設(shè)施；清粉氣源應(yīng)采用氣源穩(wěn)定的氮?dú)?；煤粉收集斗?yīng)設(shè)置溫度監(jiān)測及設(shè)施；本體應(yīng)設(shè)置滅火氮?dú)夤艿澜涌?，并?yīng)采取自動緊急充氮保護(hù)措施；出口允許氧含量：煙煤≤8%、褐煤≤6%；
4、惰化系統(tǒng)應(yīng)采用氧氣濃度自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；應(yīng)采用自動補(bǔ)加氮?dú)獾姆椒刂葡到y(tǒng)的氧含量；
5、煤粉輸送、處理設(shè)備機(jī)身上應(yīng)設(shè)置氮?dú)夤艿澜涌?，其軸封處應(yīng)采取噴吹氮?dú)獾拿芊獯胧?/span>
6、煤粉倉應(yīng)設(shè)置溫度及料位監(jiān)測設(shè)施，應(yīng)設(shè)置氮?dú)夤艿澜涌冢?yīng)采取充氮保護(hù)措施，允許氧含量：煙煤≤6%、褐煤≤4%。

磨煤制粉惰化系統(tǒng)問題及風(fēng)險(xiǎn)分析

磨煤制粉系統(tǒng)PID簡圖

圖1 磨煤制粉系統(tǒng)P&ID簡圖

工藝概述
氣化磨煤制粉工段原料煤貯倉內(nèi)碎煤通過振動料斗進(jìn)入稱重給煤機(jī)，經(jīng)稱重計(jì)量后送入磨煤機(jī)，研磨成粉煤(粒度5～90um)，被來自惰性氣體發(fā)生器的高溫惰性氣體干燥并吹入粉煤袋式過濾器進(jìn)行風(fēng)粉分離，粉煤經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料閥、電動纖維分離器、粉煤螺旋輸送機(jī)送至加壓輸送工段的粉煤貯罐；分離出的惰性氣體部分排放至大氣，剩余部分經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)入惰性氣體發(fā)生器循環(huán)使用。

磨煤制粉惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的一些具體問題：
【問題1】：某企業(yè)原料煤儲倉V-1501未設(shè)置溫度檢測設(shè)施，煤倉引風(fēng)機(jī)出口放空管未設(shè)置CO檢測設(shè)施。

原料煤儲倉PID圖

圖2 原料煤儲倉

違反《GB51428-2021煤化工工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.1條款要求。原料煤儲倉內(nèi)的煤是經(jīng)破碎機(jī)破碎后的碎煤，比表面積相對較大。在系統(tǒng)停車時(shí)，在原料煤儲倉底部積聚的碎煤易氧化產(chǎn)生熱量。若碎煤倉內(nèi)未設(shè)置溫度檢測設(shè)施，無法及時(shí)掌握碎煤倉內(nèi)溫度的變化情況，不能及時(shí)采取措施來防止溫度進(jìn)一步升高，可能發(fā)生碎煤自燃著火事故。煤倉引風(fēng)機(jī)出口未設(shè)置一氧化碳檢測儀，當(dāng)煤倉內(nèi)碎煤、袋式除塵器內(nèi)碎煤/布袋發(fā)生陰燃時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，可能導(dǎo)致火災(zāi)事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

【問題2】：某企業(yè)稱重給煤機(jī)觀察孔破裂、流化氮?dú)馐珠y未開啟。

圖3 稱重給煤機(jī)現(xiàn)場圖

稱重給煤機(jī)PID圖

圖4 稱重給煤機(jī)P&ID圖

碎煤通過重力作用落至稱重給煤機(jī)，經(jīng)過稱重后又重力輸送至磨煤機(jī)，稱重給煤機(jī)內(nèi)屬于粉塵環(huán)境。稱重給煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，充入氮?dú)?，保持稱重給煤機(jī)內(nèi)惰化氣氛。受磨煤機(jī)循環(huán)風(fēng)影響，稱重給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)處于負(fù)壓狀態(tài)。若稱重給煤機(jī)觀察孔破裂、流化氮?dú)馐珠y未開啟，空氣進(jìn)入稱重給煤機(jī)內(nèi)，給煤機(jī)內(nèi)氧氣含量過高時(shí)，煤粉與氧氣混合，一旦遇到火源或者足夠的能量激發(fā)，容易發(fā)生爆炸。

【問題3】：某企業(yè)C套磨煤系統(tǒng)惰性氣體發(fā)生器出口氧含量在線分析儀損壞，袋式過濾器出口一氧化碳含量在線分析儀損壞。

圖5 磨煤制粉系統(tǒng)DCS操作畫面

圖6 惰氣發(fā)生器P&ID圖

圖7 袋式過濾器P&ID圖

來自管網(wǎng)的燃料氣與按比例加入的空氣在惰性氣體發(fā)生器中燃燒，生成高溫?zé)釤煔?；高溫?zé)釤煔馀c來自袋式過濾器出口的循環(huán)氣混合成高溫惰性氣，送入磨煤機(jī)中，對粉煤進(jìn)行干燥和輸送。袋式過濾器出口設(shè)置1臺、1臺一氧化碳含量在線分析儀，惰性氣體發(fā)生器出口設(shè)置氧含量在線分析儀。

當(dāng)袋式過濾器出口惰性氣體、惰性氣體發(fā)生器出口惰性氣體任意一個氧含量超標(biāo)時(shí)，均會聯(lián)鎖開啟稀釋氮?dú)馇袛嚅yXV-1104，調(diào)整控制循環(huán)氣氧含量控制在≤6-8%(根據(jù)煤種確定)。

當(dāng)袋式過濾器出口惰性氣體一氧化碳含量超標(biāo)時(shí)，聯(lián)鎖開啟袋式過濾器消防氮?dú)馇袛嚅yXV-1109。

綜上所述，以上問題存在以下風(fēng)險(xiǎn)：因惰性氣體發(fā)生器內(nèi)有燃料氣、空氣補(bǔ)入進(jìn)行燃燒，所以惰性氣體發(fā)生器出口氧含量相對于袋式過濾器出口較高。若惰性氣體發(fā)生器出口氧含量在線分析、控制故障，僅靠袋式過濾器出口氧含量在線分析、控制，不能保證進(jìn)入磨煤機(jī)的惰性氣體氧含量是否符合安全控制要求，嚴(yán)重時(shí)，可能會造成磨煤機(jī)內(nèi)氧含量過高，發(fā)生粉塵爆炸事故。

當(dāng)磨煤制粉系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)燜燃時(shí)，袋式過濾器出口一氧化碳含量在線分析儀故障，原始設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖控制措施失效，操作人員也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，很可能發(fā)生火災(zāi)事故。

【問題4】：某企業(yè)磨煤機(jī)消防氮?dú)馇袛嚅yXV1101、粉煤袋式過濾器消防氮?dú)馇袛嚅yXV1109故障模式設(shè)計(jì)為“"。

2臺消防氮?dú)馇袛嚅y的聯(lián)鎖動作條件：
①磨煤機(jī)停車且循環(huán)風(fēng)機(jī)主電機(jī)停機(jī)時(shí)，打開磨煤機(jī)消防氮?dú)馇袛嚅yXV1101；
②袋式過濾器出口惰性氣CO高時(shí)，打開袋式過濾器消防氮?dú)馇袛嚅yXV1109。

以上兩個消防氮?dú)馇袛嚅y設(shè)置為故障關(guān)存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

氣化磨煤制粉單元的裝置為立體式布置(框架1樓到16樓)，氣化磨煤制粉系統(tǒng)停車時(shí)，磨煤機(jī)出口至袋式除塵器管道內(nèi)煤粉回落至磨煤機(jī)出口，同時(shí)磨煤機(jī)本體內(nèi)積存大量煤粉，煤粉粒度5～90um，煤粉溫度105℃左右。若消防氮?dú)忾y故障不能打開，磨煤機(jī)本體內(nèi)不能保證惰化氛圍，在停車或開車過程中磨煤機(jī)內(nèi)積存的煤粉極有可能發(fā)生燃燒。

同理，袋式過濾器器本身就是煤粉收集裝置，氣化磨煤制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行或停車時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)燜燃，袋式過濾器出口一氧化碳含量高，若消防氮?dú)忾y故障不能打開，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

原因分析及建議措施
以上問題的背后原因：問題1、問題4均為設(shè)計(jì)院在進(jìn)行原始設(shè)計(jì)時(shí)未遵從相關(guān)規(guī)范，也未開展綜合風(fēng)險(xiǎn)研判；問題2、問題3均為企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員針對磨煤制粉惰化系統(tǒng)管理不嚴(yán)格，對惰化系統(tǒng)運(yùn)行原理及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識不清楚。

作者：王玉璽

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煤氣化裝置磨煤制粉惰化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求

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