氣膜式儲煤倉在大中型煤化工企業的應用探討

尚亞國

（河南能源化工集團鶴壁煤電股份有限公司化工分公司，河南鶴壁 458000）

0 引 言

河南能源化工集團鶴壁煤電股份有限公司化工分公司（簡稱鶴壁煤電化工分公司）600kt／a甲醇項目現有儲煤場部分生產作業模式為露天作業，日常生產過程中，煤炭在裝卸及運輸過程中會產生大量的煤塵，據統計，每裝卸1t煤炭會產生3.53～6.41kg的煤塵、每堆存1t煤會產生1.48～2.02kg的煤塵，這些煤塵不僅會給周邊居民的身體健康和生產生活以及行車安全帶來較大影響，而且露天存放的原料煤遇到大風天氣時經常粉塵滿天，揚塵污染嚴重，給企業的正常生產經營活動帶來巨大的環保壓力，物料的大量流失還嚴重影響企業的經濟效益。為緩解鶴壁煤電化工分公司原料煤配煤、春節及冬季原料煤運輸緊張以及環保管控的壓力，決定對現有儲煤場進行封閉化改造，新建1座氣膜式儲煤倉，以實現煤炭存放、取用的全流程封閉管理，消除原料煤儲存、使用過程中存在的（揚塵）污染問題，保障企業的正常生產經營活動。

1 國內氣膜式儲煤倉應用簡況

氣膜式儲煤倉是氣膜建筑深化煤炭行業應用的一種專門的建筑結構形式，用膜材料做成封閉空間，加以錨定、充氣后，配以恰當的鋼纜系統，成為能抵御風、霜、雨、雪的封閉式煤炭儲運建筑。氣膜式儲煤倉充氣后無梁無柱，空間感極好，充氣后矗立地面、放氣后折疊存放，架設、撤收、搬運都很方便。氣膜式儲煤倉全封閉的結構形式以及良好的安全性能被越來越多的大中型煤炭企業所接受。

目前，氣膜式儲煤倉已在全國范圍內推廣應用：神華集團巴彥淖爾氣膜式儲煤倉是目前世界上超大體量的氣膜建筑之一，也是國內首座氣膜式儲煤倉，獲得中國物流與采購聯合會科技進步獎；神華集團寧夏太西洗煤廠氣膜式儲煤倉總建筑面積11700m2，可實現皮帶與汽車進出口的靈活搭配，使生產作業更加便捷、高效；山西長治漳澤電力股份有限公司建成的氣膜式儲煤倉，長225m、寬84m、高30m，橫跨斗輪機，并設有4個進車通道，可實現火車箱體進入氣膜內作業，是國內第一座可以連通火車的氣膜式儲煤倉；山西陽煤平舒煤業選煤廠氣膜式儲煤倉設有7條輸煤皮帶，是氣膜結構穿膜最多的氣膜式儲煤倉；另外，已建成的氣膜式儲煤倉還有山西隆輝煤氣化有限公司的膜結構煤倉、新疆藍山屯河能源有限公司的氣膜數字煤倉等。簡言之，氣膜式儲煤倉應用廣泛，使用效果良好。

2 國內主要氣膜建筑承建企業及其技術特點

2.1 中成空間（深圳）智能技術有限公司

中成空間（深圳）智能技術有限公司（簡稱中成空間）成立于2001年，是國內最早進入發電系統的氣膜承建企業，承建的陜西龍門鋼鐵有限責任公司固廢堆場項目，不僅實現了140m的超大跨度，而且在限制結構位移及抵御特大風荷載、膜材選用、鋼索結構設計、設備選型上攻克了多重難關；最近，中成空間在山西長治漳澤電力股份有限公司建成的氣膜式儲煤倉是國內第一座可以連通火車的氣膜式儲煤倉。

2.2 深圳市博德維環境技術股份有限公司

深圳市博德維環境技術股份有限公司（簡稱博德維）作為首次將“氣膜”概念引入國內的先行者，以先進的綠色建筑理念，順應當代中國社會發展需求，讓氣膜建筑作為一種新型的高科技建筑技術手段為各行業提供了更為高效、環保的綠色建筑解決方案。同時，博德維也是國內迄今承建氣膜式儲煤倉項目最多的公司，擁有70%的市場占有率。2012年為神華集團在巴彥淖爾建成我國首個氣膜儲煤倉，總面積67200m2，儲存空間是傳統煤倉的3倍以上，建設周期僅為140d。此外，博德維還先后為神華集團、寧煤集團和新疆藍山屯河能源有限公司建成氣膜式儲煤倉，并被神華集團列為新型環保技術進行推廣。

2.3 北京法利膜結構技術有限公司

北京法利膜結構技術有限公司（簡稱北京法利）于2005年成立，是一家從事氣膜建筑專業設計、生產、安裝、維護但不做張拉膜結構的國家級高新技術企業。目前，北京法利已建成的氣膜式儲煤倉有14個、在建的有2個，擁有天津、山東兩家自有氣膜生產工廠，現有100m焊接生產線4條、移動膜材焊接機8臺，可年產氣膜結構300×104m2以上。

3 氣膜式儲煤倉項目的綜合分析

3.1 必要性分析

鶴壁煤電化工分公司600kt／a甲醇項目由于原料煤配煤的需要，現有儲煤場部分生產作業模式為露天作業，日常生產過程中產生大量揚塵，現場環境污染嚴重；同時，露天存放的原料煤遇到三級以上大風天氣時經常出現粉塵滿天的狀況，揚塵污染不但使周邊居民的生活環境和廠內生產環境惡化，影響企業的正常生產經營活動，而且原料煤的大量流失給企業帶來巨大的經濟損失。隨著《中華人民共和國環境保護法》、 《中華人民共和國大氣污染防治法》等一批法律法規執行的趨嚴，為響應國家及地方各級政府有關原料場環保治理的要求，堅決打贏環保生存保衛戰，消除面源污染，提升環保水平，實現煤炭等物料的存放、取用全流程封閉作業，鶴壁煤電化工分公司經研究認為，有必要對現有儲煤場進行封閉化改造，建設封閉式氣膜式儲煤倉。

3.2 可行性分析

（1）氣膜式儲煤倉項目建設用地均屬現有廠區范圍，建設用地已落實。

（2）目前氣膜式結構建筑已廣泛用于儲煤設施、體育場館等方面，應用情況表明，其具有如下諸多優點：①自重輕，大大降低了基礎的造價，在建設成本上有著明顯優勢；②相較于傳統建筑工程而言工期較短；③落到膜材表面的灰塵能被雨水沖刷達到自潔效果，具有很好的自潔性能；④采用斜向正交網狀鋼纜加勁的充氣膜結構，具有較大的縱、橫向剛度，抗風及抗雪壓性能好；⑤內部無梁無柱，空間利用率高。

（3）氣膜式儲煤倉項目在設計中充分考慮選用效率高、能耗低的先進設備和器材，如膜材是由織物基材（聚酯纖維）和多層涂層復合而成的PVDF材料，表面經過特殊處理，可達到B1級防火要求，使用壽命達20a以上，與傳統的鋼結構煤倉相比，減少了防腐涂料和彩鋼板等的維護費用，運營維護成本可節約80%左右。

（4）氣膜式儲煤倉建成后，儲煤量將達到20～30kt，儲煤倉內部可實現24h無人值守，通過人性化操作管理確保安全生產；另外，氣膜式儲煤倉的設計充分考慮了化工裝置對安全性及節能降耗的要求，可有效消除原料煤儲運過程中產生的揚塵，避免環境污染，提升環境效益。

3.3 風險性分析

氣膜式儲煤倉設計有自動降塵和排放裝置，洗滌后的除鹽水由泵加壓送出界區，故需統籌考慮污水的處理問題。

4 氣膜式儲煤倉項目概況

據鶴壁煤電化工分公司600kt／a甲醇項目現有露天儲煤場的外部條件、地形、道路、工藝要求和周邊布置情況，在保證封閉煤場儲量基礎上新建1座氣膜式儲煤倉。項目已于2020年9月份開工建設，2020年年底前建成并投用。氣膜式儲煤倉設計南北總長135m、東西寬75m，總建筑面積10125m2，氣膜設備安裝在3.5m高的擋煤墻上，儲煤倉總高28.5m，預計儲煤量大致在20～30kt。氣膜式儲煤倉主要包括基礎及擋煤墻、膜材系統、鋼索系統、風機系統、儀表系統、電氣系統、照明系統、防雷系統、接地系統、氣密系統、煤塵濃度監測系統、可燃和有毒有害氣體監測系統、水霧抑塵系統、除塵系統、消防系統及安全設施等，可實現24h無人值守和人性化操作管理。另外，還設置有自動降塵和排放裝置，可方便日后檢修人員的正常維護和保養，內部間隔一定距離還配備了霧炮，裝卸作業時可通過抑塵系統對煤塵進行有效沉降。

5 氣膜式儲煤倉的主要創新點

（1）具有全智能監控體系。氣膜式儲煤倉是PLC全智能監控建筑體系，其整體控制體系包括模塊控制系統、室內外環境監控系統、控壓系統、通風循環系統、備用能源系統等；針對煤炭儲運相關特點，氣膜式儲煤倉專門加裝了瓦斯氣監控系統、煤塵濃度監控系統，可確保煤棚的絕對安全；其室內外通用監控系統可監測到室外的溫度、風速，室內控制系統可完全掌控室內溫度、煤炭的表面溫度和煤炭的內部溫度等。

（2）具有全封閉環保體系。氣膜式儲煤倉全封閉的基本要求很好地保證了儲煤場的環保要求，這一點是其他建筑體系無法比擬的，且氣膜式儲煤倉對煤場周邊環境的改善會是立竿見影的；另外，氣膜式儲煤倉的透光膜設計減少了室內光照的能量消耗，其獨特的發散光設計使室內光照無死角，也使室內燈光照明做到省電高效、節能環保，且能夠保證夜間生產的安全。

（3）倉儲容量大和可任意搬遷。氣膜式儲煤倉能夠做到無梁無柱、不需要剛性支撐，全憑氣壓支撐起整個建筑體系的設計形式是實現無梁無柱、大跨度大空間的優勢之一；同時，在同等跨度情況下，氣膜式儲煤倉高度可以做到比其他建筑形式高出3～4倍，在增大容積的同時，各種巨型機械和汽車能夠自如地在氣膜式儲煤倉內回轉和移動。氣膜式儲煤倉還可以根據需要任意移動和搬遷，遇到土地使用年限到期或拆遷需要，可實現異地搬遷安裝，這一優勢也是其他建筑形式無法比擬的。簡言之，這樣的建筑形式大大地降低了固定資產的投資，其優點相對于其他建筑結構形式來說是顛覆性和革命性的。

（4）保暖特性有利于冬季機械施工。氣膜式儲煤倉人造的室內環境可保證室內溫度在合理范圍內，在冬季酷寒的外部環境下，無需對機械設備進行特殊的保暖處理，大大有利于機械設備和車輛的正常運轉。

（5）造價和運行維護費用低。鋼結構儲煤場的結構構件在高污染環境下3～5a須重新涂刷防腐涂料，5～7a須更換彩鋼板圍護，總維護費用要占到原始投資的1／3。而氣膜式儲煤倉若按日常使用要求進行維護，除了易耗品外，基本上是零維護，維護費用低；氣膜式儲煤倉使用過程中也非常經濟，其透光膜設計和二次漫反射專利照明系統可大大節約照明用電；另外，氣膜式儲煤倉是全智能式建筑體系，其風量、照明等都是可調可控的，完全可以根據現場工況需要進行合理調節，從而有效降低運行成本。

6 結束語

通過對氣膜式儲煤倉在大中型煤炭行業應用情況的介紹，以及對鶴壁煤電化工分公司建設氣膜式儲煤倉必要性及可行性的分析，我們可以認識到，氣膜式儲煤倉的自重輕、跨度大、結構安全、造價低、建設周期短、通風方式合理、安裝與拆除方便、可實現無損耗搬遷等特點，不僅可有效解決傳統鋼結構煤棚存在的建造工期長、彩鋼板腐蝕及后續維護成本高等問題，而且氣膜式儲煤倉全智能監控體系還開啟了大中型煤炭企業及煤化工企業更智能的運營模式，特別是通過充分考慮化工裝置安全性及節能降耗要求的相關設計，在滿足環保要求的同時可有效降低煤化工企業的生產和維護成本。在國家不斷加大環境治理力度、相關政策措施持續加碼的背景下，氣膜式儲煤倉這種綠色創新建筑將是解決粗放式儲煤方式帶來的污染嚴重、成本高昂等問題的有效方案。總之，希望鶴壁煤電化工分公司600kt／a甲醇項目氣膜式儲煤倉項目早日實現“儲煤不見煤、裝煤不揚塵”和“露天煤場”變“封閉煤倉”的目標；氣膜式儲煤倉的應用，可使大中型煤化工企業的原料煤儲存和配煤等過程能真正實現清潔、綠色、安全、高效。