Emerging risk issues in underground storage of bituminous coal

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-11-19
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
76 + app. 76
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 166/2013
Abstract
This thesis aims to address the root causes and means of prevention, mitigation and other improvements to the challenges from smouldering fires, coal freezing and occupational risk in an underground storage silo built into granite bedrock. In addition, appropriate performance indicators are suggested, and the benefits of the recommended or adopted actions are estimated. The issues and observed incidents demonstrate hazards that are largely classified to represent issues of emerging risk. To reduce the fire risk, successful measures included bottom maintenance door sealing and modified design of silo filling and discharge. The assessed benefits of these actions suggest a payback period of only about 10 days, assuming that, without these measures, a fire like the one in 2008 could occur once in four years. Additional recommendations are made to reduce air flow through the coal bed and near the silo ceiling, and to improve nitrogen purging at the hoppers. Filling with subzero coal can freeze silo drains, resulting in water inflow and further freezing to hamper discharge. As the heat flow is unlike any previously known cases of coal freezing, conventional mitigation e.g. by freeze conditioning agents, would not help. After implementing modified filling procedures for cold coal, no severe freezing cases have occurred. Safety advantages from the automated and remotely controlled operation do not necessarily apply under exceptional circumstances requiring human involvement. As preventive measures, protection has been sought from additional technical barriers and training effort. The rarity of serious incidents is a challenge in demonstrating success, but also emphasizes the importance of using leading (not only lagging) safety performance indicators for measurable safety promotion. In contrast, suitable leading performance indicators of the fire risk have been suggested for deliveries as an index of coal properties and for storage (gas emissions and temperature). Suggested leading indicators of the freezing risk can be based on adverse weather along the transport route, delivery of wet cold coal, and the flow rate of seepage water entering silos with cold coal.New challenges could arise from the increasing use of biomass fuels with high volatile contents that may facilitate relatively easy autoignition, high moisture content to ease freezing, and a low heating value that increases the transported and stored volumes and may thereby elevate the associated risks.

Tämä työ tarkastelee kallioon louhitun maanalaisen kivihiilivarastosiilon kytöpalojen, hiilen jäätymistapausten ja työtapaturmien syitä, torjuntaa ja vaikutusten lieventämistä. Lisäksi työssä esitetään suositeltavia toimenpiteitä, niiden tunnuslukuja ja toteutettujen toimien hyötyjä. Tarkastelu koskee suurelta osin uuden teknologian vaaratekijöitä, jotka edustavat nousevia (emerging) riskejä. Tulipalojen vähentämiseksi on toteutettu siilojen pohjaovien tiivistys sekä parannettu siilojen täyttö- ja tyhjennysmenettely. Arvion mukaan toimenpiteiden takaisinmaksuaika on vain noin 10 päivää, olettaen että vastaava palo kuin 2008 voisi esiintyä ilman toimenpiteitä kerran neljässä vuodessa. Lisäsuosituksia on tehty hiilen läpi ja siilon yläpäässä esiintyvän ilmavuodon vähentämiseksi sekä typpisuojan parantamiseksi purkusuppilolla. Kytöpalon ennakoiviksi tunnusluvuiksi on esitetty hiilen hankintaan lämpenemistaipumusta kuvaavaa indeksiä ja varastoinnin aikana mitattua kaasupitoisuutta ja lämpötilaa. Täyttö hyvin kylmällä hiilellä voi jäädyttää siilon vuotovesikanavat ja johtaa vuotoveden jäätymään hiilen sekaan suuriksi paakuiksi, jotka estävät hiilen purkua. Lämpövuon suunta on tällöin ulkoa hiileen päin eli päinvastainen kuin aiemmin tunnetuissa hiilen jäätymistapauksissa, joten perinteiset torjuntamenetelmät kuten jäänestolisäaineet eivät auta. Kylmän hiilen parannetun vastaanoton ja käsittelyn jälkeen ei vakavia jäätymistapauksia ole esiintynyt. Hiilen jäätymisen tunnusluvut voivat perustua kuljetusreitin säätilaan, hiilen kosteuspitoisuuteen ja lämpötilaan sekä siilokohtaiseen vesivuotoon. Automaattisen etäkäytön turvallisuushyödyt pienenevät tilanteissa, jotka vaativat ihmistyötä varastossa. Lisäturvaa varten on kehitetty teknisiä turvaesteitä ja henkilökunnan koulutusta. Vakavat tapaukset ovat sitä harvinaisempia mitä paremmin turvallisuustyössä onnistutaan, joten keskeisiä toiminnan tunnuslukuja ovat edistymistä ennakoivat mittarit. Uusia haasteita voidaan odottaa biopolttoaineista, joissa on korkea itsesyttymistä edistävä haihtuvien aineosien pitoisuus, jäätymistä helpottava korkea kosteuspitoisuus sekä alhainen lämpöarvo, joka lisää kuljetuksen ja varastoinnin volyymia ja sitä kautta kaikkia em. riskejä.
Description
Supervising professor
Aaltonen, Kalevi, Prof., Aalto University, Department of Engineering Design and Production, Finland
Thesis advisor
Auerkari, Pertti, Lic. Tech., VTT, Espoo
Keywords
coal, underground storage, silo, self-heating, smouldering fire, freezing, performance indicator, safety, risk, prevention, mitigation, kivihiili, maanalainen varasto, siilo, itselämpeneminen, kytöpalo, jäätyminen, toiminnan tunnusluku, turvallisuus, riski, torjunta, lieventäminen
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Anna-Mari Heikkilä and Ulrich Krause. Emerging risk of autoignition and fire in underground coal storage. Journal of Risk Research, 16 (2013) 447-457
  • [Publication 2]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Yngve Malmén, Anna-Mari Heikkilä, Iris Vela and Ulrich Krause. Experience and the unexpected: risk and mitigation issues for operating underground storage silos for coal fired power plant. Journal of Risk Research, 16 (2013) 487-500
  • [Publication 3]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Anna-Mari Heikkilä, Risto Tuominen, Iris Vela, Jyrki Itkonen, Mikael Rinne and Kalevi Aaltonen. Risk and mitigation of self-heating and spontaneous combustion in underground coal storage. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 25 (2012) 617-622.
  • [Publication 4]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Stefan Holmström, Jyrki Itkonen and Kalevi Aaltonen. Observations on the Smith–Glasser index for self-heating of bituminous coal. Journal of Fire Sciences, 30 (2012) 331-338
  • [Publication 5]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Risto Tuominen, Jyrki Itkonen and Kalevi Aaltonen. Safety issues in an underground coal storage. 5th iNTeg-Risk Conference, Stuttgart 21-22 May 2013. 14 p.
  • [Publication 6]: Juha Sipilä, Pertti Auerkari, Stefan Holmström, Jyrki Itkonen and Kalevi Aaltonen. Freezing of coal in the underground storage of a power plant. Cold Regions Science and Technology, 79-80 (2012) 38-42
Citation