前言

今年7月初，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》。方案中指出了現(xiàn)階段VOCs治理中無組織排放問題突出。有研究表明，我國工業(yè)VOCs排放中無組織排放占比達60%以上。許多企業(yè)對此未采取有效的管控措施，收集效率低、逸散問題嚴重。化工制藥行業(yè)作為此次管控的重點行業(yè)，加強VOCs無組織排放管理、配備有效的廢氣收集系統(tǒng)，是其VOCs治理任務的重中之重。

拋開《治理方案》不談，我們單從設計角度來講，一個高效的廢氣治理系統(tǒng)中，廢氣收集及輸送系統(tǒng)設計也是整個系統(tǒng)中極其關鍵的部分。因為它從源頭上決定了廢氣處理量的大小，而它設計的合理與否也同時決定了廢氣處理的效果如何。因此，無論是制藥企業(yè)還是環(huán)保公司，在設計廢氣治理系統(tǒng)時，都必須對科學設計有效的廢氣收集系統(tǒng)提起重視。

化工制藥行業(yè)在設計廢氣收集及平衡系統(tǒng)管道時，應遵循“應收盡收、分質(zhì)收集”的原則，根據(jù)廢氣種類分類收集輸送。以下是對廢氣收集系統(tǒng)設計要點的一些分享。

一、建立收集管道平衡系統(tǒng)

建立收集管道的平衡系統(tǒng)，是在進入二級收集系統(tǒng)前，從源頭對廢氣產(chǎn)生源進行治理，在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)密閉儲罐類的呼吸氣自平衡，可有效減少大小呼吸的高濃VOCs排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

 

平衡系統(tǒng)示例▲

平衡系統(tǒng)中，反應釜、儲罐、計量罐等應盡可能采用密閉式，避免有空氣進入容器和廢氣管道，降低高濃度廢氣中氧氣含量，有條件能惰性化(充氮)更好。在這一環(huán)節(jié)中，可對車間儲罐類廢氣源產(chǎn)生點采取以下預防性治理措施：

車間計量罐、儲罐等同類或同性質(zhì)排放點，能密閉設備全部密閉。通過放空管道，組合成相對密閉的單元平衡系統(tǒng)，并在每個平衡主管上設被動氣動呼出和吸入閥。為避免密閉系統(tǒng)平衡氣的超壓對儲槽造成影響，可增加配重泄壓閥或重力式呼吸閥。

引入氣封系統(tǒng)（氮氣），通過壓力控制器及平衡管、被動自控閥來控制罐內(nèi)壓力。當罐內(nèi)輸出介質(zhì)時，壓力降低；當?shù)陀谝欢ㄖ岛?，壓力控制器反?strong>被動吸入閥（為氣動閥，主要作用是給儲罐或平衡管補充氮氣，以下補氣閥均相同）開啟，補充氮氣至設定壓力后自動停止。當罐內(nèi)輸入介質(zhì)時，壓力增高，當高于一定值后，壓力控制器反饋被動呼出閥開啟，排出高濃VOCs氣體到二級收集管道，系統(tǒng)壓力低于特定值時自動關閉廢氣排氣閥,及時與二級收集管道斷開隔離，避免大面積事故蔓延，同時防止收集管路負壓異常時罐內(nèi)超負壓，損壞罐體或吸入空氣。

二、廢氣的輸送控制

為保證收集效果、安全生產(chǎn)和降低管道維護成本，一般采用微負壓輸送。即在集中處理點設置總風機，直接將各車間廢氣抽送到集中處理裝置，管道系統(tǒng)處于微負壓狀態(tài)，這樣設計有效避免了因管道微泄露而降低收集效果和由此產(chǎn)生的安全風險。

如果廢氣產(chǎn)生源數(shù)量眾多且輸送距離較遠，則可在各廢氣產(chǎn)生源頭按區(qū)域或種類設置子風機，廢氣總管上通過設置靜壓箱（管）連接二次接力風機，完成管道系統(tǒng)的輸送。通過管道上風閥和壓力傳感器的調(diào)控，將廢氣收集所涉及的大部分區(qū)域設置成微負壓狀態(tài)，可有效控制各廢氣源串氣的風險。

布局正壓輸送管道時，不能穿越密閉的空間。

對于含塵氣體輸送，必要時還要安裝火花探測器。

三、廢氣收集后預處理設計

不同性質(zhì)的廢氣需采用不同方式處理，處理完畢后再并入二級收集管道，以避免管道的露點腐蝕和對后期集中處理裝置產(chǎn)生影響。

一般含腐蝕性廢氣，采取就近處理方式，盡量減少到酸堿中和噴淋塔處理裝置的輸送管道。

高濃VOCs氣體輸送，也盡可能采取就近處理方式。高濃廢氣可以按照廢氣濃度的不同采取冷凝、吸收、吸附等方式進行處理，避免因長距離輸送造成安全隱患和爆炸風險。

管道管路設計上應將廢氣引導到同一流向，避免氣體回流造成串氣，將造成后續(xù)各類安全、質(zhì)量風險。

四、收集管道中的靜電防控

收集管道容易發(fā)生靜電積聚、發(fā)生爆炸。要避免此類現(xiàn)象的發(fā)生：

首先要對管道管材的選型進行設計。對于普通VOCs廢氣或含高濃VOCs廢氣，可采用不銹鋼等金屬材質(zhì)管道，對于含腐蝕性廢氣采用抗靜電的玻璃鋼管道，有效防止靜電積聚。玻璃鋼管的表面電阻不得大于1.0×10⁶Ω。

其次，需要合理設計管徑，將廢氣輸送速度控制在安全范圍。一般普通VOCs廢氣控制在10m/s 以下，對于含高濃VOCs廢氣則控制在8m/s以下。

第三，管道上各類附屬裝置的選材同樣需要滿足避免靜電聚集的要求，例如風機葉輪和殼體材質(zhì)也必須為導靜電的不銹鋼或抗靜電玻璃鋼材質(zhì)。

最后，整體收集管路需要每年至少開展一次靜電檢測并做好檢測記錄。防靜電接地電阻一般要求小于等于100歐。

五、廢氣收集管道施工細節(jié)

廢氣收集管道系統(tǒng)設計區(qū)域范圍大且廢氣成分復雜，系統(tǒng)一旦投用，要想進行改造將面臨較大的動火作業(yè)風險，管道清洗置換工作量大，施工危險程度增加。為此，在設計時要考慮一些預留性施工。例如：

在各車間排放口設置預留口，在廢氣進管路前設置切斷用閥門等。

為防止各廢氣相互串聯(lián)，進入總管排放口應有一定間距設置，并對接入廢氣系統(tǒng)的廢氣種類、排放參數(shù)、禁忌物等進行確認，防止誤接。

對于一些處于防雷區(qū)的收集管道，要求單獨設立防雷設施，獨立的防雷保護接地電阻應小于等于10歐

六、保障管路通暢

廢氣進入管道系統(tǒng)，由于溫度和壓力的變化，難免會存在冷凝甚至產(chǎn)生結(jié)晶的現(xiàn)象，特別是經(jīng)過水洗噴淋處理后的廢氣含有大量飽和水蒸氣，為此排液和保溫系統(tǒng)的設計尤其重要，否則可能會引起積液、影響廢氣輸送，低溫時還會導致一些物料結(jié)晶、冰凍，堵塞而損壞管路。

排液系統(tǒng)包括管道傾斜度、排液口、匯集節(jié)點等，排液口要設置在管道低位，長距離輸送時根據(jù)現(xiàn)場管路走向情況，合理設置積液匯集器，及時引出積液。排液應進行記錄，包括排液口編號、液體接收量、排液日期等信息。

對于需加熱管道采用夾套管、換熱器及伴熱保溫等方式保證輸送暢通，避免堵塞。

七、安全設施配備要求

為保證收集管道系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，還需要配套各類安全設施和檢測儀器。管道系統(tǒng)上可設置泄爆片、重力式泄爆閥、阻火器、氧含量檢測儀、LEL濃度檢測儀等。

 

泄爆片、重力式泄爆閥一般可安裝在風機或阻火器附近，泄爆壓力的選擇要高于廢氣管線正常壓力。

阻火器一般安裝在各風機進口、出口，同時根據(jù)保護目標需要，可在廢氣支管與總管匯總前安裝阻火器，以保護廢氣支管端的廢氣車間。

根據(jù)車間防爆要求和廢氣的特殊性可設置液封裝置來進行隔爆阻火。

工作中需要對管道進行日常巡查，主要通過對管道跑、冒、滴、漏的巡查及時發(fā)現(xiàn)漏點；同時可定期采用氮氣進行氣密性試驗，并保留氣密性試驗的記錄。

為了實現(xiàn)對管道系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控，實現(xiàn)安全風險的在線監(jiān)控，還需要安裝壓力檢測、溫度檢測、流速檢測儀器等，并將上述重要參數(shù)集中到統(tǒng)一監(jiān)控中心進行集中監(jiān)控，當壓力、溫度、流速超過設定值，即啟動報警系統(tǒng)，并對各異常信息按事故/事件進行原因分析和調(diào)查處理，防止再次發(fā)生。

八、應急系統(tǒng)配置

因為廢氣輸送系統(tǒng)的火災爆炸風險較大，故需要設置應急系統(tǒng)?？稍趶U氣總管上安裝蒸汽或噴淋水滅火裝置，即當管道內(nèi)溫度超過設定安全值，發(fā)生火災或爆炸的風險時，立即啟動應急裝置，將蒸汽或噴淋水通入管道內(nèi)進行滅火。為保護各生產(chǎn)車間安全，防止廢氣總管系統(tǒng)起火對各車間的影響，在各車間進入廢氣總管前，設置溫度報警，當溫度超過設定值，即切斷與總管系統(tǒng)的閥門，將廢氣排到緊急放空管。

結(jié)語

對于收集系統(tǒng)的設計，首先要明確治理項目的設計內(nèi)容和范圍，再者要從生產(chǎn)工藝、污染物成因種類和理化性質(zhì)、位置分布及數(shù)量、排放量及排放強度速率、排放規(guī)律等多方面綜合考慮，制定合理的收集路線及處理方式的設計理念。

建立高效、安全、科學的VOCs廢氣收集系統(tǒng)，是治理VOCs廢氣的關鍵。

作者簡介：

王軍琿

廢氣治理專家，高級工程師，莫蘭斯環(huán)保裝備事業(yè)部副總工程師。

1993年畢業(yè)于包頭機械技術學院，2001年中國藥科大學藥學班畢業(yè)，曾任石藥集團河北中潤制藥有限公司車間主任，河北欽川環(huán)保設備有限公司總工。

2004年，獨立開發(fā)了真空泵尾氣排放回收系統(tǒng)，首次將真空泵排放尾氣利用吸收、吸附、回收工藝相結(jié)合應用在制藥行業(yè)，并得到了廣泛應用?，F(xiàn)運行廠家有白云山制藥集團化學制藥廠、哈藥集團哈藥總廠106車間、國藥集團致君藥業(yè)（蘇州）有限公司、國藥集團威奇達藥業(yè)、麗珠集團（寧夏）制藥公司、麗珠集團新北江藥業(yè)有限公司、廣東藍寶制藥有限公司，華北制藥華民藥業(yè)，石藥集團高科制藥等