封闭式充气膜储煤场在内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的应用

张 凯

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300120)

内蒙古上海庙鄂西物流园区隶属于内蒙古上海庙鄂西物流有限责任公司，是集煤炭储存、选配、运销为一体的大型煤炭物流园区。项目位于上海庙能源化工基地，地处呼和浩特、包头、银川经济带，介于宁东、蒙西两大经济板块之间，与全国十三个亿吨级煤炭生产基地之一的宁东能源化工基地毗邻，处于我国西煤东运、北煤南运的结合部，区位优势明显。项目总建设规模为30.0 Mt/a，分两期建设，一期项目建设规模为5.0 Mt/a。

为避免储存的原煤受到恶劣自然环境影响，防止煤尘随风飞扬，浪费资源，污染环境[1]，在物流园区设计时，同步设计储煤设施。根据计算，储煤设施的容量为16万t。

1 常用封闭式储煤场结构

目前常用的封闭式储煤设施主要有圆筒仓、槽仓、圆形封闭式储煤场、矩形封闭式储煤场4种型式。

1.1 圆筒仓

圆筒仓是目前设计中采用最多的储煤方式，规格齐全，通常与物流园区配套建设，存储原料煤或产品煤，可分类存储多品种煤炭。一般情况下，不同种类的煤炭对应存储在单独的筒仓内，可实现精准配煤。目前国内建设的圆筒仓直径一般为15 m、18 m、22 m和30 m，最大直径可达45 m。

直径22 m以下的圆筒仓通常采用钢筋混凝土结构，30 m以上的圆筒仓多采用预应力钢筋混凝土结构。仓上采用带式输送机或刮板输送机进行配仓，仓下通常设置环式给煤机或振动给煤机取料，再通过带式输送机将储存的煤炭转运至装车站等后续工艺系统。

圆筒仓具有以下优点：① 技术成熟，后期维护简单；② 自动化程度高，可实现无人值守，煤炭的存取可通过集控实现，管理方便；③ 环保性能好，煤炭产品不落地，不受外界环境影响，可实现精细化配煤。

其主要缺点为：① 地基处理费用高、建设周期长[2]；② 吨煤储量投资高，且其储量较大时仓体高度较高，煤炭产品爬升高度大，电能消耗高，后期运行费用相对较高；③ 施工工期较长。若储煤设施采用圆筒仓，则需新建6座直径30 m的圆筒仓。

表1 不同直径圆筒仓造价[3]

1.2 槽仓

槽仓是一种半地下型式储煤仓，仓体采用钢筋混凝土结构，上部采用钢网架进行维护。内部可采用挡墙进行分区，分类存储不同品种的煤炭。来料通常采用带式输送机+卸料小车的型式，仓下多采用叶轮给煤机取料。通常在有可利用的地形时予以采用。

槽仓的优点为：① 煤炭储运自动化程度高、不需要辅助作业；② 采用半地下结构，作业高差较低，后期运行费用低；③ 环保性能好。

其主要缺点为：① 吨煤储量投资较高；② 土建施工难度较大，对地形要求较高，地形不可利用则土方开挖量大[4]；③ 施工工期较长。

储煤设施若采用槽仓形式，需要一座长260 m，宽50 m的槽仓，地下部分深度约18 m。

1.3 圆形封闭式储煤场

圆形封闭式储煤场下部通常设有钢筋混凝土挡墙，上部采用半球面网壳结构进行维护。内部多采用落煤塔型式或回转式堆取料机型式实现煤炭的堆存，储煤场下方设有返煤地道，通过给煤机或回转式堆取料机取料。储煤场直径一般为80 m、90 m、100 m、120 m。

圆形储煤场的优点为：① 单位面积存储量大，吨煤储量投资相对较低；② 采用全封闭结构设计，对周围环境无影响，环保性能好；

其主要缺点为：① 建成后无法延伸扩建，且中心柱及地下结构工期较长，设备和结构造价较高[5]；② 煤场存在死角，需要推煤机辅助作业；③ 不适合作为多煤种分类存储的储煤设施。

由于本项目要求较高的自动化水平，如采用圆形储煤场作为储煤设施，内部采用回转式堆取料机作业，需建设2座直径100 m的圆形储煤场(单座储量8万t)可满足项目需求。

1.4 矩形封闭式储煤场

矩形封闭式储煤场的建设储量规模比较灵活，与其余型式的储煤场相比，储煤量上限高，空间较为充裕。在封闭结构方面，矩形储煤场的建筑结构一般可以采用钢网架+彩钢板结构以及气膜结构[6]。内部采用栈桥落煤或者堆取料机进行作业。

1.4.1 钢网架+彩钢板结构

此种结构型式采用网架结构围护，顶部设计有环形采光带，内部安装有煤尘、瓦斯、温度、通风及除尘设备与仪器。

钢网架结构优点为：① 平面布置灵活，空间受力性能好，维护便捷，非常适合大跨度、吊载重的工业建筑[7]；② 土建工程量相对较小，施工周期较短；③ 适宜分类存储不同品种的煤炭；④吨煤储量投资相对较低。

主要缺点在于：① 网壳的矢高很大时，增加了屋面面积和不必要的建筑内部空间；② 占地面积相对较大；③ 煤场存在死角，需要推煤机辅助作业。

1.4.2 气膜结构

气膜式储煤棚的基本原理是依靠煤棚内、外的压力差将一定造型的膜支撑起来[8]，在锚定、充气后，配以钢缆系统，使之成为能抵御风、霜、雨、雪的封闭式煤炭储运建筑。

气膜式储煤棚的优点为：① 全密闭、重量超轻、跨度超大、投资低、能转移使用；② 土建施工速度快，内部无梁柱，建设周期短；③ 采用全智能监控体系，可对储煤场进行实时监测；④ 设施易于维护，运行费用低。其主要缺点为：需长期充气、保证压差，有一套空气调节系统，对控制要求高。

图1 气膜式储煤场外形

该技术在国内相关领域已经有不少成功的先例，国内部分已完成充气膜封闭式储煤场项目见表2。

储煤设施若采用矩形封闭式储煤场型式，需要建设1座长400 m，宽120 m的矩形封闭式储煤场，内部配置堆取料机进行堆取料作业。

表2 国内部分已完工充气膜封闭式储煤场项目

2 储煤场结构型式比选

储煤系统是物流园区建设的核心，决定了项目的建设规模和投资水平。

结合内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的实际情况，对几种储煤设施进行了技术经济对比，详见表3。

由表3可见，① 圆筒仓及槽仓造价远高于圆形及矩形封闭式储煤场，施工工期也相对较长；② 圆形封闭式储煤场与矩形封闭式储煤场(钢网架结构)造价及施工工期相近，但单座圆形封闭式储煤场仅能存储单一煤种，不适用于掺配煤种较多的情况；③ 矩形封闭式储煤场(充气膜结构)造价最低，施工工期最短。

表3 封闭式储煤场结构形式技术经济对比

内蒙古上海庙鄂西物流园区项目建设厂址平坦，无可利用地形，且地下水位较高，如采用槽仓，土方开挖量大，基坑处理施工困难，投资较高；物流园区需要的仓储能力较大(16万t)，需存储的煤产品种类较多，如采用圆筒仓则会导致煤仓数量过多，投资太大，因而不适宜采用；而圆形封闭式储煤场仅能储存单一煤种，同样不适应园区多煤种存储的需要。经比较可知，矩形封闭式储煤场比较适合上海庙鄂西物流园区储煤设施的建设。钢网架结构需定期对上部钢结构进行维护，相对于钢网架结构，充气膜结构维护量小，造价较低，同时施工工期更短。因此，上海庙鄂西物流园区最终采用了充气膜封闭式储煤场作为储煤设施。

3 储煤设施工艺及特点

上海庙鄂西物流园区一期项目建设充气膜结构封闭式储煤场一座，封闭式储煤场外形尺寸为400 m×120 m×43 m，顶部为圆拱形充气膜围护，底部周圈设置3 m高钢筋混凝土挡墙，内部采用悬臂式堆料机与刮板取料机相结合的布置型式(见图2)，规划有8个独立的货位，每个货位的储量是2万t，总储量为16 万t，8个独立货位可实现不同规格原料煤的分类储存。充气膜封闭式储煤场中采用悬臂式堆料机+刮板取料机的布置型式，节约占地空间、自动化水平高，为国内首创。

充气膜封闭式储煤场膜材采用高耐候、抗腐蚀、自洁性好的PVDF膜材，工厂成品制作，现场无施工污染。膜材满足GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》燃烧性能B1级防火要求，符合国家消防标准。

为保证充气膜有足够的抗风载和雪载能力，气膜表面设置斜向交叉加密型钢缆网系统。采用高强度、防老化、防锈处理的钢芯热镀锌钢缆，外包PE保护层。储煤场受力不依赖于膜材本身，而是通过斜向钢缆系统将力均匀传递并分摊到基础上。内部的压力可以根据天气变化进行调整，当天气恶劣时内部压力升高，提高气膜建筑的刚性。

图2 充气膜储煤场剖面

储煤场配备有智能控制系统。智能控制系统是整个充气膜设施的核心、大脑，控制着气膜所有设备的运行[9]。智能控制系统收集室内外各种传感器的数据(包括气膜内压感应、室内空气质量感应、室内分层温度感应、瓦斯感应、一氧化碳感应、粉尘感应、室外风压感应、室外雪荷载感应、视频监控系统等)，24 h对内部粉尘浓度、气压、温度及室外风压、雪载荷等监控，实时将各种数据传回智能化机电控制系统，系统根据采集到数据自行分析控制通风换气设备，保障储煤场安全、平稳运行。

4 结 语

煤炭物流是煤炭产业满足国家能源需求、推动经济建设和创造价值的重要环节[10]。随着国家和地方环保力度的加大，煤炭露天堆放已不能满足环保要求，封闭式储煤场成为煤炭物流园区设计中的一种必然选择。在工艺设计时应具体分析各物流园区的地形条件、投资规模、自动化程度、建设工期及配煤工艺等条件，结合具体项目量身定制，确定适宜的封闭式储煤场布置型式。充气膜封闭式储煤场以其外形美观、节能环保、维护量小、建设周期短的优点，逐渐成为一种新的选择。