ЗАКРЫТАЯ СИСТЕМА ПЕРЕВАЛКИ КАМЕННОГО УГЛЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
CLOSED COAL TRANSFER SYSTEM AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочных работ в морском порту, а именно к выгрузке, транспортировке, хранению и погрузке каменного угля, проводимых в закрытых объемах для исключения пыления.
Под «открытой системой перевалки каменного угля» в контексте настоящего изобретения понимается система, включающая в себя устройства и узлы открытого типа, предназначенные для выгрузки, транспортировки, хранения и погрузки каменного угля, но при этом не предусматривающие наличие устройств (крыши, тента и т.д.), изолирующих загруженный каменный уголь и препятствующих попаданию угольной пыли в окружающую среду.
Под «открытым способом перевалки каменного угля» в контексте настоящего изобретения понимается способ, стадии/операции которого не предусматривают закрывание транспортируемого и хранимого каменного угля и его изолирование от попадания угольной пыли в окружающую среду.
Известна открытая система перевалки каменного угля (например, http://www.uusb.ru/delivery-and-storage/storage/instructions-for-storage-of-coal-fuel-thermal-power-plants.html. просмотрено 25.03.2020 г.), которая состоит из транспортных средств открытого типа (грузовых автомобилей, железнодорожных полувагонов), которые перевозят каменный уголь с места добычи до места его хранения, открытого склада для хранения каменного угля, открытой транспортной конвейерной ленты, по которой каменный уголь отгружается к морскому порту, судового погрузчика, морского судна с трюмами для погрузки каменного угля.
Открытый способ перевалки каменного угля в данном случае заключается в том, что каменный уголь с места добычи доставляют к месту его хранения, выгружают уголь, перемещают его посредством открытой транспортной конвейерной ленты в открытый склад для хранения, далее загружают уголь на открытую транспортную конвейерную ленту и перемещают к морскому порту, где посредством судового погрузчика осуществляют загрузку в открытый трюм морского судна.
Недостатком такой системы и способа является необходимость тщательной организации территории для размещения открытого угольного склада, которая предусматривает выбор сухого незатапливаемого места, примыкающего к автомобильному шоссе и железнодорожной ветке. Площадки под склад должны быть выровнены и вычищены от лишнего мусора и растительности. Для отвода грунтовых, дождевых и снеговых вод должны быть устроены дренажные канавы, которые необходимо постоянно осматривать и очищать. Основания складов должны быть прочными и рассчитанными для движения по ним грузовых машин, также должны использоваться материалы, имеющие хороший отвод тепла и исключающие самовозгорание угля. При этом отсутствие устройств, закрывающих штабели с углем при хранении или транспортировке, приводит к его выветриванию, попаданию в воздух угольной пыли, которая засоряет его и негативно влияет на дыхательную систему обслуживающего персонала, а также людей с близлежащих населенных пунктов.
С целью решения геоэкологических проблем используют закрытые системы перевалки каменного угля. Их особенности, по сравнению с открытыми системами, заключаются в том, что, все негативные факторы проявляются непосредственно внутри складского помещения закрытого типа. То есть в данном случае возникает проблема обеспечения охраны труда и промышленной безопасности.
Основными факторами, которые следует учитывать при выборе защитных мероприятий по охране труда и промышленной безопасности, являются:
1) угольная пыль, образующаяся при разгрузке и загрузке угля;
2) возможные выделения метана из угольного штабеля в воздушное пространство склада;
3) опасность самовозгорания угля;
4) факторы физической природы - шум и вибрация.
Известна система портовой перевалки каменного угля (патент РФ №2401239, опубликовано 10.10.2010 г.), которая содержит железнодорожный грузовой фронт, состоящий из полувагонов железнодорожного состава, тепляка для размораживания стенок полувагонов с углем в зимнее время, вагоноопрокидывателя для выгрузки угля в любое время года и другое дополнительное оборудование, необходимое для разгрузки вагонов. Также система содержит бункер с дробильно-молотковой машиной, ленточные конвейеры, складское помещение с реклаймерами, морской грузовой фронт, состоящий из причала с причальным конвейером, судового погрузчика с поворотной стрелой для регулировки места загрузки и лазерной системой позиционирования, морских судов с трюмами для загрузки угля. При этом все узлы и системы выполнены с закрытым объемом. Для предотвращения попадания угольной пыли в окружающую среду предусмотрены системы пылеподавления, которые используют в перегрузочных пунктах: в комплексе вагоноопрокидывателей, при перегрузке с конвейера в дробильно-сортировочный комплекс, с конвейера на конвейер, с конвейера в загрузочный желоб при погрузке в трюм судового погрузчика. Также в летнее время может быть использована установка водяного пылеподавления. В складском помещении имеются устройства для сохранения характеристик угля: естественной влажности и гранулометрического состава. Предусмотрено наличие устройств контроля температуры.
Способ портовой перевалки угля согласно указанному патенту включает разгрузку полувагонов вагоноопрокидывателем, обогрев вагонов в зимнее время, оснащение технологической конвейерной линии и перегрузочных пунктов системами пылеподавления, транспортировку каменного угля от места выгрузки до складского помещения с его оснащением устройствами для контроля температуры и реклаймерами, транспортировку угля от складского помещения к причалу, погрузку груза судовым погрузчиком в трюм морского судна при использовании телескопической загрузочной течки для уменьшения пыления. Все процессы пересыпки, хранения и транспортировки угля осуществляют в закрытых объемах.
Использование узлов, комплексов и устройств закрытого типа при выгрузке, транспортировке и хранении каменного угля в составе рассмотренной системы позволяет исключить попадание угольной пыли в окружающую среду, тем самым уменьшить вредное влияние на нее, обслуживающий персонал и близлежащие населенные пункты. Однако в рассмотренном патенте не говорится про использование мер по предупреждению распространения пыли непосредственно при погрузке каменного угля в трюм морского судна, и на этой стадии часть угольной пыли попадает в окружающую среду. То есть промышленная безопасность обеспечивается в данном случае не в полной мере.
При этом недостатком рассмотренных системы и способа является также недостаточность мер по промышленной безопасности внутри закрытого складского помещения, которые позволяли бы полноценно контролировать состояние штабелей каменного угля, анализировать ситуацию и своевременно принимать меры по снижению вероятности самовозгорания угля, а также отслеживать повышение содержания метана в воздухе выше положенной нормы.
Известна закрытая система перевалки угля (http://baltmp.ru/proekty/article_post/predproektnye_predlozheniya_po_vozm zhnosti_razmescheniya. просмотрено 25.03.2020 г.), принятая за наиболее близкий аналог к заявляемой системе, которая содержит железнодорожный грузовой фронт с вагонами закрытого типа, станций разгрузки вагонов, транспортно-конвейрной системы закрытого типа в составе пересыпных и приводных станций, закрытых складов хребтового типа для кратковременного хранения наволочного груза, морского грузового фронта в составе причала, судового погрузчика, морского судна, в трюм которого загружается груз.
Способ работы указанной системы, принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому способу, заключается в том, что проводят выгрузку груза из железнодорожных вагонов, хранение груза в закрытых складах хребтового типа, транспортировку груза от места выгрузки до склада хребтового типа и от склада до причала с использованием транспортно-конвейрной системы закрытого типа, погрузку судовым погрузчиком на морские суда.
Недостатком рассмотренных системы и способа, как и в вышеуказанных аналогах, является недостаточность мер по промышленной безопасности внутри закрытого складского помещения, а также при погрузке груза в трюм морского судна, где наблюдается угольное пыление.
Задачей настоящего изобретения является создание закрытой системы перевалки каменного угля и способа ее работы, которые полностью исключают угольное пыление на всех стадиях от выгрузки угля из железнодорожных вагонов до его погрузки в трюм морского судна, а также которые позволяют проводить полноценный контроль и анализ ситуации внутри закрытого склада хребтового типа и своевременно предупреждать возникновение непредвиденных ситуаций по самовозгоранию угля.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение промышленной безопасности при хранении каменного угля в закрытом складе хребтового типа за счет его оснащения оборудованием и введения комплекса мер для контроля, анализа и своевременного предупреждения о развитии неблагоприятной ситуации, а также обеспечение промышленной безопасности при погрузке угля в трюм морского судна за счет исключения угольного пыления на этой стадии.
Технический результат достигается при использовании закрытой системы перевалки  каменного угля, которая содержит железнодорожный грузовой фронт, включающий станцию разгрузки вагонов закрытого типа с вагоноопрокидывателем, транспортную конвейерную систему закрытого типа, закрытые склады хребтового типа, морской грузовой фронт, включающий причал, судовой погрузчик, морское судно с трюмом, при этом трюм морского судна имеет укрытие, один конец которого крепится к судовому погрузчику, а другой - к трюму морского судна, закрытый склад хребтового типа оснащен устройствами для контроля температуры хранящегося угля, системой мониторинга за содержанием метана в воздухе внутри склада, системой вентиляции и воздухообмена, возвратными конвейерными линиями для перемещения угля с одной части склада на другую с целью его охлаждения, резервными складскими площадками для охлаждения разогревшегося угля и освежения угля длительного хранения, системой водяного пылеподавления типа «сухой туман».
Также технический результат достигается при использовании способа работы закрытой системы перевалки каменного угля, заключающегося в том, что на станции разгрузки вагонов закрытого типа проводят выгрузку каменного угля из железнодорожных вагонов, проводят транспортировку угля с использованием транспортной конвейерной системы закрытого типа до закрытого склада хребтового типа с целью его хранения, далее проводят транспортировку угля с использованием транспортной конвейерной системы закрытого типа до причала, где с использованием судового погрузчика осуществляют погрузку угля в трюм морского судна, при этом до погрузки угля в трюм морского судна разворачивают укрытие, один конец которого закрепляют на судовом погрузчике, а другой конец - на трюме морского судна, при хранении каменного угля в закрытом складе хребтового типа измеряют температуру хранящегося угля, проводят мониторинг содержания метана в воздухе внутри склада, обеспечивают постоянный воздухообмен и вентиляцию, используются возвратные конвейерные линии для перемещения разогревшегося угля с одной площадки склада на другую с целью его охлаждения, проводят периодическую замену старого угля из штабеля углем новой партии с предварительной полной отгрузкой старого угля, обеспечивают насыщение штабеля угля водой до 10-12%, визуально наблюдают за внешними признаками появления очагов самонагревания угля.
Заявляемая закрытая система перевалки угля и заявляемый способ ее работы предназначены для перегрузки разных марок каменного угля (до 10 марок).
Железнодорожный грузовой фронт включает станцию разгрузки вагонов закрытого типа на два тандемных вагоноопрокидывателя, а также размораживающие устройства и трансбордеры. При этом все объекты исключают пыление и прямое взаимодействие угля на окружающую среду.
Уголь в вагонах (тип железнодорожного вагона - полувагон) доставляется с сортировочной станции портового комплекса на станцию разгрузки вагонов закрытого типа. В летний период времени вагоны сразу подаются на вагоноопрокидыватели, а в зимний период времени - дополнительно проходят процедуру размораживания в соответствующих размораживающих устройствах.
Вагон опрокидывается с помощью вагоноопрокидывателя, уголь попадает в подземный бункер и далее посредством транспортной конвейерной ленты закрытого типа перемещается в закрытый склад хребтового типа или по прямому варианту - сразу на морской грузовой фронт для погрузки в трюм морского судна.
Порожний вагон при этом с помощью трансбордера переставляется на соседний путь, где формируется состав и порожних вагонов, который далее будет переставлен маневровым локомотивом на сортировочную станцию портового комплекса.
Транспортная конвейерная система закрытого типа включает в себя конвейерные галереи, эстакады, пересыпные, приводные и натяжные станции, имеющие закрытый объем для исключения контакта с окружающей средой.
Закрытые склады хребтового типа предназначены для временного хранения каменного угля. Склады такого типа являются уникальными для России в части организации хранения угля в морских портах. При их применении в морских портах, существенно удаленных от места добычи угля, требуется свой набор применяемых систем безопасности, что приводит к значительным отличиям складов такого типа в морских портах от складов, установленных непосредственно на месте добычи угля.
Наиболее весомыми преимуществами закрытых складов хребтового типа по сравнению с купольными, силосными и павильонными конструкциями являются:
- наиболее эффективное использование площадей и достижение максимальной емкости складов исходя из предельных требований к хранению сыпучих грузов;
- универсальность и возможность обработки различных типов грузов;
- упрощение транспортной конвейерной системы.
В процессе эксплуатации закрытого склада хребтового типа предусмотрена система мониторинга за содержанием метана воздухе внутри склада. Для того чтобы расчетная кратность вентиляции обеспечивала предельно-допустимые концентрации метана и пыли, необходимо осуществлять непрерывный контроль над объемами загружаемого в склад и разгружаемого угля. При содержании метана в воздухе закрытой части склада, равной 2%, все работы должны прекращаться и приниматься необходимые меры по немедленному проветриванию загазованного участка. Это мероприятие реализуется на основе системы вентиляции.
В закрытых складах хребтового типа обеспечивается постоянный естественный воздухообмен за счет устройств приточно-вытяжной вентиляции через организованные проемы (продухи) в верхней и нижней зонах емкостной части. Естественная протяжка воздуха через емкостную часть обеспечивается за счет разницы высот и температур воздуха верхней и нижней части закрытого склада хребтового типа.
В закрытом складе хребтового типа при хранении углей предусматриваются следующие мероприятия для предупреждения нагревания и самовозгорания угля:
- создание возвратных линий конвейеров для переброски угля с одной площадки на другие (кольцевание), с целью его охлаждения;
- при хранении углей II, III и IV групп резервные складские площади (5-10% полезной площади) для охлаждения разогревшегося угля, освежения угля длительного хранения;
- при размещении угля на срок, превышающий предельный срок хранения угля, предусматривается выделение отдельных складских площадок с обеспечением раздельного складирования угля по маркам, сортам и кондиции;
- при длительном хранении для снижения интенсивности окисления угля и предотвращения его нагрева и самовозгорания, а также для предотвращения его распыления и вымывания должны осуществляться специальные меры засыпки поверхности штабеля угольной мелочью и послойное уплотнение, а также побелка откосов штабеля 5-10% раствором извести и покрытие штабелей специальными составами, замедляющими окислительные процессы в углях;
- контроль температуры хранящегося угля путем ее периодического измерения с использованием переносного термощупа или ртутного термометра лабораторного типа со шкалой до 150°С;
- периодическую замену старого угля из штабеля углем свежей партии с предварительной полной отгрузкой старого угля потребителям из освежаемой части штабеля;
- насыщение штабеля угля водой до 10-12% и непрерывное поддержание его в таком состоянии при положительных температурах воздуха;
- визуальное наблюдение за внешними признаками появления очагов самонагревания угля.
Измерение температуры должно проводиться для углей: I группы -через 10 дней; II группы - через 5 дней; III группы - через 3 дня; IV группы - ежедневно.
При достижении температуры угля в штабеле 40°С контрольные замеры для углей всех групп должны проводиться не реже двух раз в сутки. При обнаружении в штабеле углей с температурой 60°С и более или при повышении температуры со скоростью 5°С в сутки немедленно должны приниматься меры по ликвидации очага самовозгорания.
Замеры температуры для углей I-III группы должны проводиться на глубине 2,5-3,5 м от поверхности штабеля, для углей IV группы - на глубине 1-2 м.
Для предотвращения образования и распространения угольной пыли во время загрузки склада предусматривается применение системы водяного пылеподавления типа «сухой туман».
Основными компонентами данной системы являются бинарные форсунки, в которых вода при помощи сжатого воздуха распыляется на мелкие капли размером от 1 до 50 мкм. Данный размер капли обеспечивает наиболее эффективное связывание частиц угля, а также возможность применения данной системы в условиях температур окружающего воздуха до минус 30°С.
Для предотвращения перемерзания трубопроводов воды предусматривается теплоизоляция с электрообогревом. Источником сжатого воздуха является локальный компрессор, входящий в комплект поставки системы пылеподавления. Температура точки росы подаваемого сжатого воздуха - минус 40°С.
Закрытый склад также позволяет грузовладельцу или грузоотправителю осуществить складирование угля в течение длительного периода времени - в случае длительного ожидания судна или в случае формирования судовой партии в связи с поставками угля на терминал мелкими партиями по железной дороге. В процессе хранения уголь не подвергается негативному воздействую осадков и не теряет свои качественные характеристики.
Из закрытого склада уголь перемещается на морской грузовой фронт с помощью транспортной конвейерной ленты закрытого типа.
Морской грузовой фронт угольного терминала состоит из одного пирса с двумя причалами, располагающимися с одной стороны пирса, с возможностью постановки одновременно двух судов. На пирсе размещены подкрановые пути для установки двух судопогрузочных машин. Также на причальном комплексе располагается причальная конвейерная галерея, здание приводных станций конвейеров, парковочные модули и штормовые затворы.
Заявляемая система и заявляемый способ предполагает использование при погрузке угля в трюм укрытия, выполненного в виде купола. Такое купольное укрытие является универсальным, то есть оно способно укрыть трюм любого размера (различные типы трюмов с различными типами крышек). Купольное укрытие представляет собой эластичное конусообразное влагонепроницаемое полотнище, которое одним концом закрепляется на судопогрузочной машине, другим - крепится к трюму судна.
Уплотнение плотно закрывают трюм судна во время погрузки и обеспечивают полное обеспыливание при судопогрузке и исключают негативное воздействие осадков на груз.
Купольное укрытие крепится к трюму вручную.
Перед началом погрузки угля купольное укрытие находится в свернутом состоянии и располагается над закрытым трюмом судна по центру. Далее до погрузки каменного угля в трюм происходит процесс разворачивания и закрепления купольного укрытия к крышке трюма и судовому погрузчику. Открытие трюма происходит уже после фиксации купольного укрытия в проектном положении.
Режим работы такой закрытой системы перевалки угля - круглогодичный, круглосуточный. Основные технологические процессы системы полностью механизированы и автоматизированы.
Таким образом, формируется полностью закрытая система перевалки угля и способ ее работы, исключающие пыление и негативное воздействие на окружающую среду и акваторию, а также обеспечивающие полную промышленную безопасность и охрану труда при проведении всего комплекса работ.