气膜式储煤仓在大中型煤化工企业的应用探讨

尚亚国

（河南能源化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南鹤壁 458000）

0 引 言

河南能源化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司（简称鹤壁煤电化工分公司）600kt／a甲醇项目现有储煤场部分生产作业模式为露天作业，日常生产过程中，煤炭在装卸及运输过程中会产生大量的煤尘，据统计，每装卸1t煤炭会产生3.53～6.41kg的煤尘、每堆存1t煤会产生1.48～2.02kg的煤尘，这些煤尘不仅会给周边居民的身体健康和生产生活以及行车安全带来较大影响，而且露天存放的原料煤遇到大风天气时经常粉尘满天，扬尘污染严重，给企业的正常生产经营活动带来巨大的环保压力，物料的大量流失还严重影响企业的经济效益。为缓解鹤壁煤电化工分公司原料煤配煤、春节及冬季原料煤运输紧张以及环保管控的压力，决定对现有储煤场进行封闭化改造，新建1座气膜式储煤仓，以实现煤炭存放、取用的全流程封闭管理，消除原料煤储存、使用过程中存在的（扬尘）污染问题，保障企业的正常生产经营活动。

1 国内气膜式储煤仓应用简况

气膜式储煤仓是气膜建筑深化煤炭行业应用的一种专门的建筑结构形式，用膜材料做成封闭空间，加以锚定、充气后，配以恰当的钢缆系统，成为能抵御风、霜、雨、雪的封闭式煤炭储运建筑。气膜式储煤仓充气后无梁无柱，空间感极好，充气后矗立地面、放气后折叠存放，架设、撤收、搬运都很方便。气膜式储煤仓全封闭的结构形式以及良好的安全性能被越来越多的大中型煤炭企业所接受。

目前，气膜式储煤仓已在全国范围内推广应用：神华集团巴彦淖尔气膜式储煤仓是目前世界上超大体量的气膜建筑之一，也是国内首座气膜式储煤仓，获得中国物流与采购联合会科技进步奖；神华集团宁夏太西洗煤厂气膜式储煤仓总建筑面积11700m2，可实现皮带与汽车进出口的灵活搭配，使生产作业更加便捷、高效；山西长治漳泽电力股份有限公司建成的气膜式储煤仓，长225m、宽84m、高30m，横跨斗轮机，并设有4个进车通道，可实现火车箱体进入气膜内作业，是国内第一座可以连通火车的气膜式储煤仓；山西阳煤平舒煤业选煤厂气膜式储煤仓设有7条输煤皮带，是气膜结构穿膜最多的气膜式储煤仓；另外，已建成的气膜式储煤仓还有山西隆辉煤气化有限公司的膜结构煤仓、新疆蓝山屯河能源有限公司的气膜数字煤仓等。简言之，气膜式储煤仓应用广泛，使用效果良好。

2 国内主要气膜建筑承建企业及其技术特点

2.1 中成空间（深圳）智能技术有限公司

中成空间（深圳）智能技术有限公司（简称中成空间）成立于2001年，是国内最早进入发电系统的气膜承建企业，承建的陕西龙门钢铁有限责任公司固废堆场项目，不仅实现了140m的超大跨度，而且在限制结构位移及抵御特大风荷载、膜材选用、钢索结构设计、设备选型上攻克了多重难关；最近，中成空间在山西长治漳泽电力股份有限公司建成的气膜式储煤仓是国内第一座可以连通火车的气膜式储煤仓。

2.2 深圳市博德维环境技术股份有限公司

深圳市博德维环境技术股份有限公司（简称博德维）作为首次将“气膜”概念引入国内的先行者，以先进的绿色建筑理念，顺应当代中国社会发展需求，让气膜建筑作为一种新型的高科技建筑技术手段为各行业提供了更为高效、环保的绿色建筑解决方案。同时，博德维也是国内迄今承建气膜式储煤仓项目最多的公司，拥有70%的市场占有率。2012年为神华集团在巴彦淖尔建成我国首个气膜储煤仓，总面积67200m2，储存空间是传统煤仓的3倍以上，建设周期仅为140d。此外，博德维还先后为神华集团、宁煤集团和新疆蓝山屯河能源有限公司建成气膜式储煤仓，并被神华集团列为新型环保技术进行推广。

2.3 北京法利膜结构技术有限公司

北京法利膜结构技术有限公司（简称北京法利）于2005年成立，是一家从事气膜建筑专业设计、生产、安装、维护但不做张拉膜结构的国家级高新技术企业。目前，北京法利已建成的气膜式储煤仓有14个、在建的有2个，拥有天津、山东两家自有气膜生产工厂，现有100m焊接生产线4条、移动膜材焊接机8台，可年产气膜结构300×104m2以上。

3 气膜式储煤仓项目的综合分析

3.1 必要性分析

鹤壁煤电化工分公司600kt／a甲醇项目由于原料煤配煤的需要，现有储煤场部分生产作业模式为露天作业，日常生产过程中产生大量扬尘，现场环境污染严重；同时，露天存放的原料煤遇到三级以上大风天气时经常出现粉尘满天的状况，扬尘污染不但使周边居民的生活环境和厂内生产环境恶化，影响企业的正常生产经营活动，而且原料煤的大量流失给企业带来巨大的经济损失。随着《中华人民共和国环境保护法》、 《中华人民共和国大气污染防治法》等一批法律法规执行的趋严，为响应国家及地方各级政府有关原料场环保治理的要求，坚决打赢环保生存保卫战，消除面源污染，提升环保水平，实现煤炭等物料的存放、取用全流程封闭作业，鹤壁煤电化工分公司经研究认为，有必要对现有储煤场进行封闭化改造，建设封闭式气膜式储煤仓。

3.2 可行性分析

（1）气膜式储煤仓项目建设用地均属现有厂区范围，建设用地已落实。

（2）目前气膜式结构建筑已广泛用于储煤设施、体育场馆等方面，应用情况表明，其具有如下诸多优点：①自重轻，大大降低了基础的造价，在建设成本上有着明显优势；②相较于传统建筑工程而言工期较短；③落到膜材表面的灰尘能被雨水冲刷达到自洁效果，具有很好的自洁性能；④采用斜向正交网状钢缆加劲的充气膜结构，具有较大的纵、横向刚度，抗风及抗雪压性能好；⑤内部无梁无柱，空间利用率高。

（3）气膜式储煤仓项目在设计中充分考虑选用效率高、能耗低的先进设备和器材，如膜材是由织物基材（聚酯纤维）和多层涂层复合而成的PVDF材料，表面经过特殊处理，可达到B1级防火要求，使用寿命达20a以上，与传统的钢结构煤仓相比，减少了防腐涂料和彩钢板等的维护费用，运营维护成本可节约80%左右。

（4）气膜式储煤仓建成后，储煤量将达到20～30kt，储煤仓内部可实现24h无人值守，通过人性化操作管理确保安全生产；另外，气膜式储煤仓的设计充分考虑了化工装置对安全性及节能降耗的要求，可有效消除原料煤储运过程中产生的扬尘，避免环境污染，提升环境效益。

3.3 风险性分析

气膜式储煤仓设计有自动降尘和排放装置，洗涤后的除盐水由泵加压送出界区，故需统筹考虑污水的处理问题。

4 气膜式储煤仓项目概况

据鹤壁煤电化工分公司600kt／a甲醇项目现有露天储煤场的外部条件、地形、道路、工艺要求和周边布置情况，在保证封闭煤场储量基础上新建1座气膜式储煤仓。项目已于2020年9月份开工建设，2020年年底前建成并投用。气膜式储煤仓设计南北总长135m、东西宽75m，总建筑面积10125m2，气膜设备安装在3.5m高的挡煤墙上，储煤仓总高28.5m，预计储煤量大致在20～30kt。气膜式储煤仓主要包括基础及挡煤墙、膜材系统、钢索系统、风机系统、仪表系统、电气系统、照明系统、防雷系统、接地系统、气密系统、煤尘浓度监测系统、可燃和有毒有害气体监测系统、水雾抑尘系统、除尘系统、消防系统及安全设施等，可实现24h无人值守和人性化操作管理。另外，还设置有自动降尘和排放装置，可方便日后检修人员的正常维护和保养，内部间隔一定距离还配备了雾炮，装卸作业时可通过抑尘系统对煤尘进行有效沉降。

5 气膜式储煤仓的主要创新点

（1）具有全智能监控体系。气膜式储煤仓是PLC全智能监控建筑体系，其整体控制体系包括模块控制系统、室内外环境监控系统、控压系统、通风循环系统、备用能源系统等；针对煤炭储运相关特点，气膜式储煤仓专门加装了瓦斯气监控系统、煤尘浓度监控系统，可确保煤棚的绝对安全；其室内外通用监控系统可监测到室外的温度、风速，室内控制系统可完全掌控室内温度、煤炭的表面温度和煤炭的内部温度等。

（2）具有全封闭环保体系。气膜式储煤仓全封闭的基本要求很好地保证了储煤场的环保要求，这一点是其他建筑体系无法比拟的，且气膜式储煤仓对煤场周边环境的改善会是立竿见影的；另外，气膜式储煤仓的透光膜设计减少了室内光照的能量消耗，其独特的发散光设计使室内光照无死角，也使室内灯光照明做到省电高效、节能环保，且能够保证夜间生产的安全。

（3）仓储容量大和可任意搬迁。气膜式储煤仓能够做到无梁无柱、不需要刚性支撑，全凭气压支撑起整个建筑体系的设计形式是实现无梁无柱、大跨度大空间的优势之一；同时，在同等跨度情况下，气膜式储煤仓高度可以做到比其他建筑形式高出3～4倍，在增大容积的同时，各种巨型机械和汽车能够自如地在气膜式储煤仓内回转和移动。气膜式储煤仓还可以根据需要任意移动和搬迁，遇到土地使用年限到期或拆迁需要，可实现异地搬迁安装，这一优势也是其他建筑形式无法比拟的。简言之，这样的建筑形式大大地降低了固定资产的投资，其优点相对于其他建筑结构形式来说是颠覆性和革命性的。

（4）保暖特性有利于冬季机械施工。气膜式储煤仓人造的室内环境可保证室内温度在合理范围内，在冬季酷寒的外部环境下，无需对机械设备进行特殊的保暖处理，大大有利于机械设备和车辆的正常运转。

（5）造价和运行维护费用低。钢结构储煤场的结构构件在高污染环境下3～5a须重新涂刷防腐涂料，5～7a须更换彩钢板围护，总维护费用要占到原始投资的1／3。而气膜式储煤仓若按日常使用要求进行维护，除了易耗品外，基本上是零维护，维护费用低；气膜式储煤仓使用过程中也非常经济，其透光膜设计和二次漫反射专利照明系统可大大节约照明用电；另外，气膜式储煤仓是全智能式建筑体系，其风量、照明等都是可调可控的，完全可以根据现场工况需要进行合理调节，从而有效降低运行成本。

6 结束语

通过对气膜式储煤仓在大中型煤炭行业应用情况的介绍，以及对鹤壁煤电化工分公司建设气膜式储煤仓必要性及可行性的分析，我们可以认识到，气膜式储煤仓的自重轻、跨度大、结构安全、造价低、建设周期短、通风方式合理、安装与拆除方便、可实现无损耗搬迁等特点，不仅可有效解决传统钢结构煤棚存在的建造工期长、彩钢板腐蚀及后续维护成本高等问题，而且气膜式储煤仓全智能监控体系还开启了大中型煤炭企业及煤化工企业更智能的运营模式，特别是通过充分考虑化工装置安全性及节能降耗要求的相关设计，在满足环保要求的同时可有效降低煤化工企业的生产和维护成本。在国家不断加大环境治理力度、相关政策措施持续加码的背景下，气膜式储煤仓这种绿色创新建筑将是解决粗放式储煤方式带来的污染严重、成本高昂等问题的有效方案。总之，希望鹤壁煤电化工分公司600kt／a甲醇项目气膜式储煤仓项目早日实现“储煤不见煤、装煤不扬尘”和“露天煤场”变“封闭煤仓”的目标；气膜式储煤仓的应用，可使大中型煤化工企业的原料煤储存和配煤等过程能真正实现清洁、绿色、安全、高效。