水泥工厂煤粉制备车间防爆阀的工艺设计
水泥 《水泥科技》2013年 第2期 胡光 解姗姗 丁奇生 2014-03-17
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1 前 言
水泥工厂中，煤粉制备车间属于最容易发生安全事故的车间。由于煤粉的特性，导致了煤粉车间极易发生煤粉燃烧爆炸的事故，为了煤粉车间安全生产，在设计和操作上需要采取多种措施，例如在系统配置上：在各密闭性设备上加装防爆阀；监控各密闭设备中温度和CO浓度，及时报警；为系统加装二氧化碳或氮气自动灭火系统等。
本文主要探讨水泥工厂煤粉制备车间防爆阀的选择、泄压面积计算、布置，以及防爆阀在设计和使用时的注意事项等。
2 防爆阀的选择
防爆阀又名泄压阀、安全阀，能根据系统的工作压力自动开启，一般安装于密闭性的设备或管道上，在设备内部发生爆炸等异常情况时，内部气体压力作用于防爆阀，使防爆阀阀板弹起或破损，排泄掉设备内部因爆炸产生的压力，保护设备和管道的安全。
水泥工厂常用的防爆阀可以分为两类，一类是膜板式防爆阀，一类是自动启闭式防爆阀。
膜板式防爆阀在设备内部发生爆炸时，膜板破裂、释放内部压力。该类防爆阀结构简单，造价低廉；但其缺点是，膜板破裂后，外部空气容易进入容器内引起二次爆炸。这类防爆阀的膜板多为铝板或者不锈钢板，厚度多在1mm以内，膜板的一面正中间刻有十字形刻痕，便于设备内部发生爆炸时破裂。在安装时，有刻痕的一面应朝外。
自动启闭式防爆阀在设备内部发生爆炸时，膜板弹起、释放内部压力，待爆炸结束后，由于重力或者弹簧力膜板再自行闭合。这种防爆阀的优点是可以把对设备的伤害和对工作人员的伤害减小到最小，能快速恢复正常生产。缺点是这种结构容易漏风，需设计合理和后期精心维护。
在条件允许的情况下，建议尽量选择自动启闭式防爆阀。在煤磨系统的爆炸事故中，就有不少是由于选用了膜板式防爆阀，导致爆炸事故较为严重。
3 防爆阀泄压面积的计算
（1）防爆阀有效面积
布置防爆阀时，一般是在密闭设备设施上开孔，然后从开孔处引管道到合适位置，再在管道末端设置防爆阀。发生爆炸时，高压气体通过设备开孔、导引短管、防爆阀而排放出来，故防爆阀的有效面积为开孔面积、导引短管内截面面积、防爆阀阀板面积中的最小值。
（2）防爆阀有效面积的确定
①磨机进、出口管道上的防爆阀截面积不应小于管道截面积的70%。
②选粉机、旋风分离器及粗粉分离器的顶盖上，防爆阀的总截面积可按分离器每立方米容积不小于0.04m2计算。
③煤粉仓上的防爆阀总截面积可按煤粉仓每立方米容积0.01m2计算，但最小不应小于0.5m2。（1）
④煤磨除尘器防爆阀的数量和面积，由除尘器制造厂家设计确定。在防爆阀面积计算时，简单易行的是孔积比的方法，即：防爆阀有效面积/被保护设备设施的有效容积，这个比值国内煤气工业推荐为1/40。但是这种方法经验性较强，得出的结果往往差别较大，所以目前应用较广泛的是德国的VDI3673列线图,工艺设计人员可以参考此列线图进行设计（2）。
（3）防爆阀导引短管的要求
①长度不应大于10倍的短管当量直径。
②短管宜短而且直，并尽可能垂直布置，当不能垂直布置时，管道与水平面夹角应不小于70°。
4 防爆阀的布置
煤磨、除尘器、选粉机、煤粉仓等四个设备必须布置防爆阀。原煤仓可根据原煤煤质灵活掌控，建议使用烟煤或者高挥发分原煤的工厂在原煤仓上设置防爆阀。
[Page]（1）煤磨防爆阀
如果煤磨选用球磨机，在磨头、磨尾、选粉机出口处都要安装防爆阀（位置如图-1和图-3）。磨头、磨尾输送原煤和煤粉的溜子，设计时应尽量保证其与水平方向的夹角不小于70°（3），以防煤粉堆积引发自燃爆炸事故（4）。选用球磨机作为煤磨时，还需要在进入除尘器的上升管道处设置防爆阀（位置如图-2），用来保护管道和设备。
如果煤磨选用立磨，则煤磨防爆阀设于立磨至煤磨除尘器的上升管道上。而且防爆阀要垂直布置（如图-4所示）。为了使该防爆阀切实起到同时保护管道和立磨的效果，在管道设计时，立磨出来的倾斜管道与水平线的夹角应大于70°。
（2）煤磨除尘器防爆阀
煤粉除尘器的防爆阀一般采用门式结构，称为防爆门或者泄压门，布置在除尘器的两个侧面，呈排列状。除尘器防爆门属于除尘器设备的一部分，除尘器制造厂家应根据除尘器容积和预定泄压压力等综合因素确定防爆门的数量和面积。
除尘器防爆阀需设置配套的检修平台，检修平台应设置手扶栏杆。栏杆在设计时，应做到不会阻挡防爆阀阀板被炸开时行进的轨迹，以免阀板弹起后不能自行闭合。北京某水泥厂曾因为此原因导致事故加剧（5）。
（3）煤粉仓防爆阀
煤粉仓的防爆阀一般是从煤粉仓顶部引管道出来，在管道末端设置防爆阀（如图-5）。防爆阀阀板的开启方向应背朝煤粉仓进料管的方向布置，以防爆炸喷出的气流损坏进料管等煤粉仓顶的设施。
5 工艺设计注意事项
（1）防爆阀要避开车间内的人行通道，爆炸的开向禁止朝向检修和巡视通道、电气柜、主要设备设施，必要时加设钢板防护，避免突然爆炸压力外泄时对人身和设备设施造成危害。
（2）防爆阀不能布置在封闭构造的车间里面。有些较早建成的水泥生产线，煤磨车间是采取四面带墙的封闭式的钢筋混凝土结构，防爆阀在布置的时候，应将管道引至建筑结构的外面，便于爆炸时压力的释放。
（3）布置防爆阀时，一般是在密闭设备设施上开孔，然后从开孔处引管道到合适位置，再在管道末端设置防爆阀。在布置时应合理设计管道，避免在管道连接处和拐弯处形成积煤。
（4）防爆阀应设置在便于检修人员检修的位置，如果因故无法满足，应专门设置检查和维修平台。
6 结 语
防爆阀是煤粉制备系统必不可少的设备，恰当的选择防爆阀，并进行合理的工艺设计可以避免或减轻煤粉制备系统爆炸造成的损失。另外，由于设备简单，水泥工厂在安装防爆阀时随意性很大，导致防爆阀达不到设计效果，这点值得安装单位和监理单位注意。
参考文献：
（1）《水泥工厂设计规范》 GB50295-2008
（2）《煤粉收尘器防爆阀门的探讨》，《水泥技术》，2005年第1期，徐立新等；
（3）《浅谈新型干法水泥生产煤粉制备系统的安全设计》，《生产技术》，王志杰。
（4）《煤粉制备储存系统着火与爆炸的原因及对策》，《新世纪水泥导报》，2010年第3期，杨东生。
（5）《煤磨系统爆炸原因及防范措施》，《水泥》，2003年第4期，杨宏斌。
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