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VOCs废气输送管道设计、烟囱防腐及内衬材料

2022-07-22 14:12:39 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

烟囱是用于排放烟气或者废气的高耸建筑物。一般由筒壁、隔热层、内衬几部分组成。工业中的常用设备在设计时总是会面临着如何预防腐蚀这一大难题,而烟囱的防腐蚀烟囱同样面临着相同的问题,因此在进行烟囱设计时,怎样才能有效地预防腐蚀,也是工程师们需要重点考虑的问题。

VOCs废气中大部分成分具有易燃性和爆炸性,治理技术中安全性是首先考虑的因素,如在RTO 使用过程中,因安全设计考虑不足和操作运行不当,也出现例如RTO失火、爆炸等安全问题。有机废气中大部分成分具有易燃性和爆炸性,在有机废气治理中安全性是首先需要考虑的因素。RTO 炉安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。在用RTO 炉时应补充进行安全风险评估论证,对于废气成分复杂的,应进行HAZOP 分析并采取相应的安全措施。RTO 技术应用上的局限性及环保企业设计水平参差不齐,在安全设计上考虑不足,造成了安全事故的发生。

企业VOCs成分复杂多样、气量不稳定,尤其精细化工等企业间歇性生产的特点,使得有机废气浓度和废气量都会有间歇性变化。因此,在技术资料搜集时,应根据企业实际,充分了解企业生产工艺和废气主要来源,合理选择设备设施。必须要了解废气正常、最大和最小浓度,明确工艺过程中VOCs废气的排放特点及可能存在的突发因素。易反应、易聚合的有机物(例如苯乙烯)不宜采用蓄热氧化技术。

目前,对于新建企业VOCs废气处理设施,在整体总图布置上已考虑用RTO 装置布置,设备运行稳定,未发生安全生产事故。但绝大部分企业属于提高有机废气治理效果,如新增RTO 装置,因此在设计时,将RTO 定义为明火设备,并严格按照GB50016-2014(2018 版)、GB50160-2018 复核RTO 设备与企业内部各类设施的防火距离。新增的RTO 装置可与厂内化工工艺装置视为联合装置,其设备、建筑物的防火间距应按相邻设备、建筑物的防火间距确定,其防火间距应符合国标规定。如果防火间距确无法满足国标规定,可考虑设置防火墙,或对原建筑物门窗洞口封堵,形成不燃烧实体墙,其防火间距可小于国标规定,但不得小于15 m。

对罐区储罐大小呼吸有机废气收集,要按照防火类别分类收集,并设水封罐,以保证整个储罐系统的安全。由于有机物的爆炸下限随着气体温度的提高会大幅降低,同时化工企业有机废气的突发性排放,废气输送管道应在管道拐弯处加泄爆片,在装置界区处设置管道阻火器。废气输送管道材料的选择要考虑腐蚀、静电、成本等因素,金属管道应考虑防静电设计。

对含有酸性气体的有机废气,需要通过二级洗涤塔去除废气中酸性气体,减少酸性气体对RTO 炉体、阀门等设备腐蚀,同时洗涤塔也起到缓冲罐作用,避免有机废气局部区域出现混合不均匀,有机物浓度偏高。RTO 蓄热体承重支架尽可能选择316L材质。对于不含酸性气体的有机废气,要根据原始废气浓度,在废气入炉前设置缓冲箱,并在缓冲箱上设置应急稀释阀。RTO 炉通过设置缓冲罐、调整风量等预处理设施,就可以严格控制RTO 炉入口有机物浓度和流速,保证相对平稳、安全运行。对于含尘废气要进行除尘,否则废气进入RTO炉内,造成炉内蓄热体阻塞,影响换热效率。

废气输送管道设计

1.生产车间输送系统设计

精细化工行业的产品通常是间歇式生产,废气排放气量波动性较大,生产车间输送风机如采用定频控制,车间支管段内压力也会随废气排放气量波动而变化,存在支管段内废气压力不稳而泄漏的风险。因此,车间输送风机前端建议增加压力检测点,并根据现场实际情况设置压力参数,与车间输送风机联锁变频控制,维持车间支管段内压力稳定。

2.废气输送管道坡度和排凝设置

精细化工行业废气成分复杂,波动性大,车间预净化一般会设置有冷凝和喷淋系统,起到“消谷平峰”的作用,然而,经过冷凝和喷淋后的废气含有大量饱和水蒸气,如设计不合理,废气输送管道的拐点和低点会有积液凝聚,夏季积液挥发可能引发VOCs浓度超爆炸下限的风险,冬季积液冻结则可能造成管道损坏引发废气泄露的风险。因此,废气输送管道应依据《石油化工金属管道布置设计规范》要求,设计管道坡度,并在管道拐角和低点设置排凝点,定期排凝,避免管道内积液现象的产生。

3.废气输送管道防静电设置

废气输送管道一般距离较长、管线复杂,气体流速较快,管道内会有静电产生,如静电大量积聚,会引发爆炸等安全事故。因此,废气输送管道建议采用金属管道,并依据《石油化工静电接地设计规范》要求,做好管道法兰跨接和静电接地。

4.废气输送管道压力控制设计

依据《大气污染治理工程技术导则》要求,废气输送管道整体宜呈微负压状态,可有效避免各管道内废气泄露、相互串气的风险。因此,废气输送管道需要做风压平衡计算,确保管道呈微负压状态。以浙江嘉兴某医药企业为例,计算步骤如下:

1)确定计算范围:各单元风机出口到RTO前风机入口。

2)参照《简明通风设计手册》,在6~14m/s流速范围内根据废气流量计算废气输送管道管径。

3)运用风压平衡计算软件:PipeFlowExpert。

4)选取介质为废气(空气),基本参数如表1所示。

5)管道材质选择,该企业管道材质选取PP,绝对粗糙度系数为0.005mm。

6)管道走向绘制、管段长度和管径输入。

7)各单元废气流量输入、RTO前风机压力拟输入。

8)得出该企业全厂风压平衡计算数据,如图1所示。

由图1可知,该企业各节点位置负压最小值为-350Pa,处于微负压状态,满足设计要求。此外,建议在废气输送管道与车间各支管节点位置设置压力检测点,远传操作界面,实时监控,确保废气输送管道与车间支管节点位置负压,避免各节点位置泄漏、串气。

5.废气输送管道阻火器和压力泄放设置

通过对江苏多家医药化工企业RTO炉的安全事故调查分析,发现废气输送管道是目前发生爆炸事故的重灾区,因此,各生产车间出口管道上建议设置阻火器,避免爆炸事故扩散到各生产车间,并在废气输送管道的关键位置设置泄爆口,保证整个系统能够及时、有效的泄爆。依据《石油化工企业设计防火规范》要求,RTO属于明火设备,如RTO系统回火,会引发废气输送管道起火或爆炸等安全事故,因此,废气输送管道与RTO系统主体对接位置需设置阻火器,防止并阻断RTO系统回火。

RTO炉中烟囱的腐蚀主要发生在烟囱内部烟道、采样平台与烟囱外壁的连接处、以及烟囱的焊接处等部位。

烟囱的腐蚀介绍

1、烟道部位

首先,要弄清楚烟道为什么会容易发生腐蚀,主要原因还是与烟囱所排放的气体有关,一般需要排放的气体温度都会比环境温度要高,而烟气在通过烟囱排放的过程中温度就会不断地降低,排放气体中的水汽就容易结露,附于烟囱内壁上,在长期的使用过程中容易发生腐蚀,由于排放的气体中可能会含有硫,氮等元素,在经过高温之后就会生成二氧化硫,氮氧化物等物质,虽然废气在到达烟囱之前已经经历了一系列的处理,但是还会有少量剩余的二氧化硫及氮氧化物等物质混在烟气中,与烟气中冷凝出的水分混合形成酸性溶液,更加容易加快烟囱的腐蚀。在应对此种情况中,常用的措施是在钢烟囱内设置防腐内衬,避免烟气与烟囱的直接接触,从而达到防腐蚀的目的。

2、烟囱外部

平台与烟囱连接处以及烟囱有焊缝的部位易腐蚀主要原因是焊接后对焊缝的处理不够完善,焊接符合要求之后,应对焊缝进行打磨,由于烟囱外部以及检修平台不与废气直接接触,因此外部防腐通过刷漆的方法就能实现。在涂刷油漆之前,应对表面进行除锈,喷漆时对焊缝的部位多加留意。在设备安装完成之后,应对在运输和安装过程中由于磕碰掉漆的部位进行补漆。

当然烟囱易发生腐蚀,一方面与介质有关,另一方面与烟囱本身材质也有着直接的关系。在考虑防腐时,可以采用本身耐腐蚀性较强的材料,比如采用玻璃钢、合金钢等。

烟囱内衬材料

在应对烟囱防腐的内衬材料中,常用的有硼硅酸盐玻璃泡沫砖、玻璃鳞片树脂涂料、呋喃胶泥、OM涂料等。

1、硼硅酸盐玻璃泡沫砖

硼硅酸盐玻璃泡沫砖是以硼酸玻璃为基础制成的,具有封闭微孔的结构,能阻止烟气、酸冷凝物和水分的渗透,并且本身化学活性较低,不宜与其他物质放生反应,可以有效起到防腐蚀的作用。另外使用此种材料作内衬还具有  质量轻;易施工;可耐受390~516℃的高温,耐热性好,同时也是极好的隔热材料,使用在钢制烟囱中时可以省去隔热层,而且不用单独设置加固和支撑件,这种泡沫块可直接粘贴在钢板表面,无需锚固。

2、呋喃胶泥

呋喃胶泥,同样是一种树脂材料,耐热性好、粘结强度高,是耐酸耐碱的理想粘结剂,能抵抗有机溶剂的腐蚀,在环氧树脂、酚醛等树脂材料不适用的场合,呋喃胶泥同样可以胜任。例如可以使用在有氢氟酸腐蚀的环境中。主要优点除了耐腐蚀性外,还有快速固化性,并且在-5到10℃环境下同压根可以正常固化。

3、玻璃鳞片树脂涂料

玻璃鳞片树脂涂料是一种高耐蚀耐温材料,将经过处理的鳞片状玻璃以重叠排列的方式填充在乙烯基酯树脂中,因此有较好的抗渗透性和耐腐蚀性。还具有耐水解性、具有较高的耐热性和耐寒性,在温度有骤变的情况下,依然有较好的表现。最为常用的是VEGF鳞片涂料,此种涂料与碳钢基体有着很高的粘结强度,因此涂层不易产生龟裂、分层或剥离,附着力和冲击强度较好,在保证耐腐蚀性的同时也能有较好的耐用性。

4、OM涂料

OM涂料是一种以高分子渗透聚合物为有效成分的高效防腐涂料,在常温下可以自干,适合没有涂料烘干设备加工厂或者施工现场等场合使用。涂料固化以后,漆膜具有很高的硬度和致密性且附着力好,对一氧化碳、二氧化硫等气体具有很好的隔绝作用。常温下在水中浸泡90天没有明显变化,并且可以在220℃的高温下长期使用;可以承受浓度为5%的稀酸(硫酸、硝酸、盐酸)以及30%硫酸的侵蚀,具有很强的防腐蚀性。

在医化行业RTO运行实例中,由于进口废气的复杂性,经常会碰到腐蚀性介质,我们在烟囱设计时,通常要面对这些问题。以上仅供参考,具体的可以咨询我们。

来源:VOCs减排工作站