水泥工廠煤粉制備車間防爆閥的工藝設(shè)計(jì)

　　1 前  言

　　水泥工廠中，煤粉制備車間屬于最容易發(fā)生安全事故的車間。由于煤粉的特性，導(dǎo)致了煤粉車間極易發(fā)生煤粉燃燒爆炸的事故，為了煤粉車間安全生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)和操作上需要采取多種措施，例如在系統(tǒng)配置上：在各密閉性設(shè)備上加裝防爆閥；監(jiān)控各密閉設(shè)備中溫度和CO濃度，及時(shí)報(bào)警；為系統(tǒng)加裝二氧化碳或氮?dú)庾詣?dòng)滅火系統(tǒng)等。

　　本文主要探討水泥工廠煤粉制備車間防爆閥的選擇、泄壓面積計(jì)算、布置，以及防爆閥在設(shè)計(jì)和使用時(shí)的注意事項(xiàng)等。

　　2 防爆閥的選擇

　　防爆閥又名泄壓閥、安全閥，能根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力自動(dòng)開(kāi)啟，一般安裝于密閉性的設(shè)備或管道上，在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸等異常情況時(shí)，內(nèi)部氣體壓力作用于防爆閥，使防爆閥閥板彈起或破損，排泄掉設(shè)備內(nèi)部因爆炸產(chǎn)生的壓力，保護(hù)設(shè)備和管道的安全。

　　水泥工廠常用的防爆閥可以分為兩類，一類是膜板式防爆閥，一類是自動(dòng)啟閉式防爆閥。

　　膜板式防爆閥在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí)，膜板破裂、釋放內(nèi)部壓力。該類防爆閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉；但其缺點(diǎn)是，膜板破裂后，外部空氣容易進(jìn)入容器內(nèi)引起二次爆炸。這類防爆閥的膜板多為鋁板或者不銹鋼板，厚度多在1mm以內(nèi)，膜板的一面正中間刻有十字形刻痕，便于設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí)破裂。在安裝時(shí)，有刻痕的一面應(yīng)朝外。

　　自動(dòng)啟閉式防爆閥在設(shè)備內(nèi)部發(fā)生爆炸時(shí)，膜板彈起、釋放內(nèi)部壓力，待爆炸結(jié)束后，由于重力或者彈簧力膜板再自行閉合。這種防爆閥的優(yōu)點(diǎn)是可以把對(duì)設(shè)備的傷害和對(duì)工作人員的傷害減小到最小，能快速恢復(fù)正常生產(chǎn)。缺點(diǎn)是這種結(jié)構(gòu)容易漏風(fēng)，需設(shè)計(jì)合理和后期精心維護(hù)。

　　在條件允許的情況下，建議盡量選擇自動(dòng)啟閉式防爆閥。在煤磨系統(tǒng)的爆炸事故中，就有不少是由于選用了膜板式防爆閥，導(dǎo)致爆炸事故較為嚴(yán)重。

　　3 防爆閥泄壓面積的計(jì)算

　?。?）防爆閥有效面積

　　布置防爆閥時(shí)，一般是在密閉設(shè)備設(shè)施上開(kāi)孔，然后從開(kāi)孔處引管道到合適位置，再在管道末端設(shè)置防爆閥。發(fā)生爆炸時(shí)，高壓氣體通過(guò)設(shè)備開(kāi)孔、導(dǎo)引短管、防爆閥而排放出來(lái)，故防爆閥的有效面積為開(kāi)孔面積、導(dǎo)引短管內(nèi)截面面積、防爆閥閥板面積中的最小值。

　　（2）防爆閥有效面積的確定

　?、倌C(jī)進(jìn)、出口管道上的防爆閥截面積不應(yīng)小于管道截面積的70%。

　?、谶x粉機(jī)、旋風(fēng)分離器及粗粉分離器的頂蓋上，防爆閥的總截面積可按分離器每立方米容積不小于0.04m2計(jì)算。

　?、勖悍蹅}(cāng)上的防爆閥總截面積可按煤粉倉(cāng)每立方米容積0.01m2計(jì)算，但最小不應(yīng)小于0.5m2。（1）

　?、苊耗コ龎m器防爆閥的數(shù)量和面積，由除塵器制造廠家設(shè)計(jì)確定。在防爆閥面積計(jì)算時(shí)，簡(jiǎn)單易行的是孔積比的方法，即：防爆閥有效面積/被保護(hù)設(shè)備設(shè)施的有效容積，這個(gè)比值國(guó)內(nèi)煤氣工業(yè)推薦為1/40。但是這種方法經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，得出的結(jié)果往往差別較大，所以目前應(yīng)用較廣泛的是德國(guó)的VDI3673列線圖,工藝設(shè)計(jì)人員可以參考此列線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)（2）。

　　（3）防爆閥導(dǎo)引短管的要求

　　①長(zhǎng)度不應(yīng)大于10倍的短管當(dāng)量直徑。

　　②短管宜短而且直，并盡可能垂直布置，當(dāng)不能垂直布置時(shí)，管道與水平面夾角應(yīng)不小于70°。

　　4 防爆閥的布置

　　煤磨、除塵器、選粉機(jī)、煤粉倉(cāng)等四個(gè)設(shè)備必須布置防爆閥。原煤倉(cāng)可根據(jù)原煤煤質(zhì)靈活掌控，建議使用煙煤或者高揮發(fā)分原煤的工廠在原煤倉(cāng)上設(shè)置防爆閥。

　?。?）煤磨防爆閥

　　如果煤磨選用球磨機(jī)，在磨頭、磨尾、選粉機(jī)出口處都要安裝防爆閥（位置如圖-1和圖-3）。磨頭、磨尾輸送原煤和煤粉的溜子，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證其與水平方向的夾角不小于70°（3），以防煤粉堆積引發(fā)自燃爆炸事故（4）。選用球磨機(jī)作為煤磨時(shí)，還需要在進(jìn)入除塵器的上升管道處設(shè)置防爆閥（位置如圖-2），用來(lái)保護(hù)管道和設(shè)備。

　　如果煤磨選用立磨，則煤磨防爆閥設(shè)于立磨至煤磨除塵器的上升管道上。而且防爆閥要垂直布置（如圖-4所示）。為了使該防爆閥切實(shí)起到同時(shí)保護(hù)管道和立磨的效果，在管道設(shè)計(jì)時(shí)，立磨出來(lái)的傾斜管道與水平線的夾角應(yīng)大于70°。

　　（2）煤磨除塵器防爆閥

　　煤粉除塵器的防爆閥一般采用門式結(jié)構(gòu)，稱為防爆門或者泄壓門，布置在除塵器的兩個(gè)側(cè)面，呈排列狀。除塵器防爆門屬于除塵器設(shè)備的一部分，除塵器制造廠家應(yīng)根據(jù)除塵器容積和預(yù)定泄壓壓力等綜合因素確定防爆門的數(shù)量和面積。

　　除塵器防爆閥需設(shè)置配套的檢修平臺(tái)，檢修平臺(tái)應(yīng)設(shè)置手扶欄桿。欄桿在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做到不會(huì)阻擋防爆閥閥板被炸開(kāi)時(shí)行進(jìn)的軌跡，以免閥板彈起后不能自行閉合。北京某水泥廠曾因?yàn)榇嗽驅(qū)е率鹿始觿。?）。

　?。?）煤粉倉(cāng)防爆閥

　　煤粉倉(cāng)的防爆閥一般是從煤粉倉(cāng)頂部引管道出來(lái)，在管道末端設(shè)置防爆閥（如圖-5）。防爆閥閥板的開(kāi)啟方向應(yīng)背朝煤粉倉(cāng)進(jìn)料管的方向布置，以防爆炸噴出的氣流損壞進(jìn)料管等煤粉倉(cāng)頂?shù)脑O(shè)施。

　　5 工藝設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　?。?）防爆閥要避開(kāi)車間內(nèi)的人行通道，爆炸的開(kāi)向禁止朝向檢修和巡視通道、電氣柜、主要設(shè)備設(shè)施，必要時(shí)加設(shè)鋼板防護(hù)，避免突然爆炸壓力外泄時(shí)對(duì)人身和設(shè)備設(shè)施造成危害。

　　（2）防爆閥不能布置在封閉構(gòu)造的車間里面。有些較早建成的水泥生產(chǎn)線，煤磨車間是采取四面帶墻的封閉式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防爆閥在布置的時(shí)候，應(yīng)將管道引至建筑結(jié)構(gòu)的外面，便于爆炸時(shí)壓力的釋放。

　?。?）布置防爆閥時(shí)，一般是在密閉設(shè)備設(shè)施上開(kāi)孔，然后從開(kāi)孔處引管道到合適位置，再在管道末端設(shè)置防爆閥。在布置時(shí)應(yīng)合理設(shè)計(jì)管道，避免在管道連接處和拐彎處形成積煤。

　?。?）防爆閥應(yīng)設(shè)置在便于檢修人員檢修的位置，如果因故無(wú)法滿足，應(yīng)專門設(shè)置檢查和維修平臺(tái)。

　　6 結(jié) 語(yǔ)

　　防爆閥是煤粉制備系統(tǒng)必不可少的設(shè)備，恰當(dāng)?shù)倪x擇防爆閥，并進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)可以避免或減輕煤粉制備系統(tǒng)爆炸造成的損失。另外，由于設(shè)備簡(jiǎn)單，水泥工廠在安裝防爆閥時(shí)隨意性很大，導(dǎo)致防爆閥達(dá)不到設(shè)計(jì)效果，這點(diǎn)值得安裝單位和監(jiān)理單位注意。

　　參考文獻(xiàn)：

　　（1）《水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50295-2008

　?。?）《煤粉收塵器防爆閥門的探討》，《水泥技術(shù)》，2005年第1期，徐立新等；

　　（3）《淺談新型干法水泥生產(chǎn)煤粉制備系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)》，《生產(chǎn)技術(shù)》，王志杰。

　　（4）《煤粉制備儲(chǔ)存系統(tǒng)著火與爆炸的原因及對(duì)策》，《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》，2010年第3期，楊東生。

　　（5）《煤磨系統(tǒng)爆炸原因及防范措施》，《水泥》，2003年第4期，楊宏斌。