采用圆形筒仓储存煤炭的方式，其优点为环保，可大幅减少煤炭在储存过程中对周边环境的二次污染，其次也减少了在中转环节中的资源浪费，由于各行业对煤炭的应用不同，故多采用容量在万吨以下的小煤仓，而万吨以上的大型储煤仓却少有使用。神华集团黄骅港三期工程中，在国内港口中首次采用了大型储煤筒仓方式完成港口煤炭散货系统的存储及中转倒运的整套物流体系。
黄骅港三期工程建设规模为年吞吐量5 000万t 的煤炭中转港口，采用了24 座单仓容量为3万t 的圆形储煤筒仓，其单仓高度为43 m，直径约40 m，采用移动式卸料车进行筒仓堆料，仓底设置6 个出料漏斗并配以活化给料机用以出料装船。采用筒仓的周转工艺后大大提高了整个港口的作业效率并减少了整个转运过程中的资源浪费，同时也改善了港口的作业环境。
由于煤炭自身具有自燃、易挥发有害气体的特征，故采用大型筒仓方式储煤首先要解决煤炭在整个储存周转周期内的安全性等问题。在针对筒仓的安全监测系统的设计之初，通过对工艺的分析将监控方向分为筒仓内料位、温度、气体监测等3 个主要方面开展可行性研究及应用方式。
1· 筒仓内煤炭料位高度监测系统
采用筒仓储煤方式后，对筒仓内煤炭的料位高度监测提出了新的要求，煤炭通过卸料小车卸入到筒仓内，保证卸料小车可以在筒仓内均匀完成卸料操作，同时还要考虑煤炭超高堆放及冒仓的风险，需要提供筒仓内煤炭的堆高、堆形以及高位报警装置。因此，设计时考虑两种料位高度检测方式，即非接触式和接触式。
在采用非接触方式测量煤堆高度的方案中，可以采用超声波或雷达式料位检测设备，通过物体回波反射的原理来计算出堆积煤炭的实际高度。但在实际应用中，由于超声波是一种机械波，在空间传输中极易受到环境中的粉尘或障碍物的影响，使测量精度受到影响；而雷达波则是一种电磁波，在传递中对粉尘及较小的障碍物都有一定的穿透效果；故在选择料位检测设备时优先考虑了采用雷达方式料位检测设备，其优点是精确度高，受环境影响小，具有现场编程调试等功能。
在接触式煤堆高度检测中，采用机械式倾角开关，当仓内堆积煤炭达到设定高位时碰触该开关，开关发出报警信号通知控制系统并停止卸料作业，此方式为筒仓料位保护的最后一道措施。
根据以上要求进行相关的设备选型，最终确定为每个筒仓配置6 套雷达料位计，分别对应安装在6 个出料口的上方，可实时检测出料口煤堆的高度，筒仓内的料位雷达检测最大范围为76m，工程实际应用范围为37 m，设备测量精度在±10 cm 范围内，该雷达可在高粉尘、一定振动的环境下具有较强的穿透能力。地面控制系统可通过每个筒仓配置的料位雷达反馈的物料高度信息，并经过数学模型估算出筒仓内储煤容量。同时该雷达料位计的数据也为仓顶卸料小车自动堆料操作提供了参考依据，用于执行自动作业指令。此外为每个筒仓设置8 个倾斜式水银高料位开关，沿每个筒仓卸料口均布，该监测开关的作用是用来监测当筒仓内堆料到一定高度时，料堆碰触到水银开关并发出报警信号。该报警信号采用无源常闭触点型信号，控制系统接收到报警信息后，立即进行堆料流程设备停机，本信号检测设备为预防筒仓冒仓的最后保护措施。
2· 筒仓有毒有害气体监测系统
煤炭在长期储存中，自身会发生化学变化，产生甲烷、一氧化碳等气体，这些气体属于易燃气体，操作不当极易产生爆燃等重大安全事故。而采用筒仓储煤后，煤炭被储存在相对的密闭空间内，这些气体更容易聚集，所以对筒仓内有毒有害气体的监测是整个安全监测系统的重点。
目前可采用的监测手段主要有，采用红外光谱分析、电化学、催化燃烧式等方法，工作原理各有不同但检测的对象和数据判定是一致的。筒仓有毒有害气体的监测器件在检测到空气中有害气体超标后，将自动发出报警信息，并通过连锁方式启动屋顶防爆排风机，对筒仓内进行强制排风，降低有害气体浓度，减小安全事故的发生风险。本工程为每个筒仓分别配置2 对有毒、有害气体监测设备，分别用于监测筒仓内部的一氧化碳气体、可燃气体的实时监测，该设备可以在线监测出筒仓内部危害气体的浓度，为预防危害气体爆燃提供了可靠的监控信息。
可燃气体监测设备采用红外光谱分析的方式，对空气中所含有的可燃性气体进行监测，其测量单位为%LEL （Lower Explosion Limited），表示的含义为空气中可燃气体浓度达到其爆炸的下限值，设备设置值为0~100 %LEL，对应的可燃气体的报警范围是，低报警10 %LEL，高报警20 %LEL，当设备监测可燃气体浓度达到低报警值时，向中控操作人员发出报警信号，并自动连锁启动筒仓顶部防爆排风机，排风机将仓内气体向外界排放，起到降低可燃气体浓度的作用。
一氧化碳气体监测设备采用电化学方式，对筒仓内部空气中所含有的一氧化碳气体进行监测，其测量单位为ppm，含义为对于某种气体，100万体积的空气中所含一氧化碳的体积数。设备可设置范围是0~1 999 ppm，对应的一氧化碳气体监测的范围是低报警值35 ppm，高报警值70 ppm，当设备监测一氧化碳气体浓度达到低报警值时，向中控操作人员发出报警信号，并自动连锁启动筒仓顶部防爆排风机，排风机将仓内气体向外界排放，起到降低可燃气体浓度的作用。
一氧化碳和可燃气体的密度比空气略小，因此产生气体后，会在筒仓顶部聚集，筒仓顶部防爆风机可以有效的排出一氧化碳和可燃气体。同时筒仓顶防爆风机还具备远程手动打开的功能。
此外除了为筒仓内配置了相关的有害气体监测仪器外，对相关区域的巡视人员还配置了便携式有毒气体实时检测仪，为相关区域的作业人员提供必要的保护。
3 ·筒仓内煤炭温度监测系统
由于煤炭自燃的物理特性，对预防煤炭在储存中发生自燃现象需要额外的关注。由于煤炭的自燃与其含水量、外界温度都有密切关系，所以控制其自燃的发展也是相当复杂的。相关研究显示，煤炭在正常情况下含水量与环境温升成正比例关系上升，但当煤炭温度超过85 ℃后，每增加1 %的煤炭含水量，其温升将有大幅的增加，故将煤炭温度控制在80 ℃以下同时减少含水量是关键环节，同时需要考虑当即将出现自燃现象时如何排除筒仓内燃煤的危险源也是关注的重点。
针对神华集团黄骅港三期工程储煤筒仓煤层温度检测的需求，有3 种测温方式供选择；
1） 连续温度测量，其原理是采用热电效应原理，能够连续产生与其长度所对应的毫伏信号。它与普通热电耦不同之处在于它的热接点不固定，而是始终与线缆上的最高温度点对应。
目前，热敏电缆主要有两种产品类型（FTLD和CTTC），它们测温原理相同，只是技术参数不同。材料构成外层保护管：FTLD 型采用双层聚四氟乙烯，CTTC 型采用铬镍铁合金。为有效避免测量环境中的粉尘、油脂以及水分等介质浸入，以及温度范围不同而引起的误报，故采用不同材料。
测温元件：K 型热电偶。外形尺寸目前现有的产品长度约6~15 m，若需长度加大，可以将几根热敏电缆连接起来。外径尺寸FTLD 为准3.5 mm，CTTC 为准9.3~18.7 mm，可安装在传统探头无法铺设到的恶劣环境中。工作温度FTLD 为-40~200 ℃，CTTC 为-40~899 ℃。热敏电缆的分度、灵敏度与普通热电偶相近，由于连续热电偶的“临时”热接点不是紧密连接，热接点之外两电极间也并非完全绝缘，所以热敏电缆的输出热电势与同种热电偶相比稍有降低，换算成温度大约相差十几摄氏度，这对于火警预报来说是可以接受的。响应时间取决于单位长度热敏电缆的热容量，而热容量又是由材质与质量决定的，所以减少连续热电偶横截面的尺寸，能有效地缩短响应时间。弯曲半径除和热敏电缆组成材料的性能和质量有关外，还与隔离材料的密实程度有关。一般弯曲半径为热敏电缆外径的10~20 倍。
现有成熟产品，工作方式采用外部信号采集设备，将热点温度信号采集并转换为485 通讯信号，上传至上位机，集中处理数据信号。
该产品的缺点是，不能分层测量煤层内温度，只能感应高热点，信号种类单一，不能对温度信号变化进行分析。
2） 热电阻测量方式，通过不同的导体对温度变化的导电系数的不同，进行温度测量。导体热电阻的分类：铂电阻温度传感器、铜电阻温度传感器、铟电阻温度传感器、铑铁电阻温度传感器、铂钴电阻温度传感器。
温度信号采用4~20 mA 模拟信号，测温范围均为-200~850 ℃，温度测量精度高，不易受影响。可以对每个测温点进行连续测量和数据保存。设备缺点是每个测量点都是一路单独信号源，需要独立的接收模块。
3） 智能温度传感器，采用DS18B20 数字温度传感器，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。因体积小、转换快、分辨率高、数字量传输等，使其在多点测温、智能温度检测系统中有着广泛的应用。与其他温度传感器相比，DS1820 具有以下特点：独特的单线接口方式；支持多点组网功能；在使用中不需要任何外围元件。测温范围为-55~+125 ℃；测量结果以9 位数字量方式串行传送。
该数字传感器需要采用串行数据传送，因此在对DS1820 进行读写编程时，必须严格的保证读写时序， 否则将无法读取测温结果。连接DS1820 的总线电缆是有长度限制的。信号经过采集后，采用485 通讯协议传送至上位机处理。
以上3 种测温方式，均可按照工程需要生产加工。在目前现场的实际应用中采用了第二种方式进行筒仓内煤层温度的测量。
在筒仓内煤炭温度监测方面提供了3 种解决方案，以防止筒仓内煤炭发生自燃造成重大事故。
1） 筒仓煤层温度监测系统。在三期的每个筒仓中设置2 套煤层测温钢缆装置，每仓预留4 套测温钢缆安装位置，该装置采用热电耦测温方式，由多个铠装热电耦组成，外部缠绕不锈钢钢丝绳，以防止煤炭对测温元件的冲击磨损。每根测温钢缆的长度为30 m，实际测温点布置范围为0~25m，共设置不少于5 个测温点，其布置位置分别为L1 =9.5 m，L2 =14.5 m， L3 =19.5 m， L4 =24.5m，L5=29.5 m。温度感应范围在5 m 内，测温范围应达到0～+200 ℃。控制系统通过通讯总线方式可实时监测，并在控制程序中设置报警显示，当系统监测到一点的温度超过50 ℃时，发出报警信息，中控操作员根据报警的信息决定是否需要启动倒仓流程防止煤炭继续升温造成影响。
2） 筒仓出料口温度监测装置。除了在筒仓内部安装的煤层测温装置外，在每个筒仓的6 个出料口附近加装了PT100 插入式测温电阻，通过在筒仓内预埋的设备监测元件，可实时的反映出筒仓出料口附近的煤炭温度。每个测温元件的测温范围在-50~250 ℃，精度在±2 ℃。
3） 红外热成像仪监测装置。采用红外热成像仪的方式，来监控翻车机卸下的煤炭是否已出现燃煤，通过热成像仪的图像分析，对BF 皮带上的煤炭温度进行监控。红外热成像仪的测温范围在：-50~1 000 ℃（可由用户自行设定）。用户可在热成像画面中设置几个测温区域和温度范围，当该区域内出现高温报警后，监控系统自动提示操作人员，对所卸列车的煤炭进行处理或停止卸车计划。
以上温度系统设备在采集到实时报警信号后，可通过数据库存储并上传至管控系统中，为分析和掌握煤炭温度的变化规律提供有效的数据依据。
4· 结语
目前，黄骅港三期工程煤炭筒仓安全监测系统已经正是投入运行，并发挥出预期的效果，为筒仓的安全生产提供了有力的保障。
