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        RTO系統的廢氣輸送管道設計、煙囪防腐及內襯材料

        發布時間:2022-07-18 09:24:00 點擊:

        文章導讀

        RTO焚燒爐、RTO、RCO專業生成廠家無錫澤川環境2022年7月18日訊 煙囪是用于排放煙氣或者廢氣的高聳建筑物。一般由筒壁、隔熱層、內襯幾部分組成。工業中的常用設備在設計時總是會面臨著如何預防腐蝕這一大難題,而煙囪的防腐蝕煙囪同樣面臨著相同的問題,因此在進行煙囪設計時,怎樣才能有效地預防腐蝕,也是工程師們需要重點考慮的問題。


        ▲來源:合肥義禾YIHEAC、中國大氣網

        VOCs廢氣中大部分成分具有易燃性和爆炸性,治理技術中安全性是首先考慮的因素,如在RTO 使用過程中,因安全設計考慮不足和操作運行不當,也出現例如RTO失火、爆炸等安全問題。有機廢氣中大部分成分具有易燃性和爆炸性,在有機廢氣治理中安全性是首先需要考慮的因素。RTO 爐安全設施應與主體工程同時設計、同時施工、同時投入使用。在用RTO 爐時應補充進行安全風險評估論證,對于廢氣成分復雜的,應進行HAZOP 分析并采取相應的安全措施。RTO 技術應用上的局限性及環保企業設計水平參差不齊,在安全設計上考慮不足,造成了安全事故的發生。


        企業VOCs成分復雜多樣、氣量不穩定,尤其精細化工等企業間歇性生產的特點,使得有機廢氣濃度和廢氣量都會有間歇性變化。因此,在技術資料搜集時,應根據企業實際,充分了解企業生產工藝和廢氣主要來源,合理選擇設備設施。必須要了解廢氣正常、最大和最小濃度,明確工藝過程中VOCs廢氣的排放特點及可能存在的突發因素。易反應、易聚合的有機物(例如苯乙烯)不宜采用蓄熱氧化技術。


        目前,對于新建企業VOCs廢氣處理設施,在整體總圖布置上已考慮用RTO裝置布置,設備運行穩定,未發生安全生產事故。但絕大部分企業屬于提高有機廢氣治理效果,如新增RTO 裝置,因此在設計時,將RTO 定義為明火設備,并嚴格按照GB50016-2014(2018 版)、GB50160-2018 復核RTO 設備與企業內部各類設施的防火距離。新增的RTO 裝置可與廠內化工工藝裝置視為聯合裝置,其設備、建筑物的防火間距應按相鄰設備、建筑物的防火間距確定,其防火間距應符合國標規定。如果防火間距確無法滿足國標規定,可考慮設置防火墻,或對原建筑物門窗洞口封堵,形成不燃燒實體墻,其防火間距可小于國標規定,但不得小于15 m。


        對罐區儲罐大小呼吸有機廢氣收集,要按照防火類別分類收集,并設水封罐,以保證整個儲罐系統的安全。由于有機物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會大幅降低,同時化工企業有機廢氣的突發性排放,廢氣輸送管道應在管道拐彎處加泄爆片,在裝置界區處設置管道阻火器。廢氣輸送管道材料的選擇要考慮腐蝕、靜電、成本等因素,金屬管道應考慮防靜電設計。


        對含有酸性氣體的有機廢氣,需要通過二級洗滌塔去除廢氣中酸性氣體,減少酸性氣體對RTO 爐體、閥門等設備腐蝕,同時洗滌塔也起到緩沖罐作用,避免有機廢氣局部區域出現混合不均勻,有機物濃度偏高。RTO 蓄熱體承重支架盡可能選擇316L材質。對于不含酸性氣體的有機廢氣,要根據原始廢氣濃度,在廢氣入爐前設置緩沖箱,并在緩沖箱上設置應急稀釋閥。RTO 爐通過設置緩沖罐、調整風量等預處理設施,就可以嚴格控制RTO 爐入口有機物濃度和流速,保證相對平穩、安全運行。對于含塵廢氣要進行除塵,否則廢氣進入RTO爐內,造成爐內蓄熱體阻塞,影響換熱效率。

        廢氣輸送管道設計




        1.生產車間輸送系統設計


        精細化工行業的產品通常是間歇式生產,廢氣排放氣量波動性較大,生產車間輸送風機如采用定頻控制,車間支管段內壓力也會隨廢氣排放氣量波動而變化,存在支管段內廢氣壓力不穩而泄漏的風險。因此,車間輸送風機前端建議增加壓力檢測點,并根據現場實際情況設置壓力參數,與車間輸送風機聯鎖變頻控制,維持車間支管段內壓力穩定。


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        2.廢氣輸送管道坡度和排凝設置


        精細化工行業廢氣成分復雜,波動性大,車間預凈化一般會設置有冷凝和噴淋系統,起到“消谷平峰”的作用,然而,經過冷凝和噴淋后的廢氣含有大量飽和水蒸氣,如設計不合理,廢氣輸送管道的拐點和低點會有積液凝聚,夏季積液揮發可能引發VOCs濃度超爆炸下限的風險,冬季積液凍結則可能造成管道損壞引發廢氣泄露的風險。因此,廢氣輸送管道應依據《石油化工金屬管道布置設計規范》要求,設計管道坡度,并在管道拐角和低點設置排凝點,定期排凝,避免管道內積液現象的產生。


        3.廢氣輸送管道防靜電設置


        廢氣輸送管道一般距離較長、管線復雜,氣體流速較快,管道內會有靜電產生,如靜電大量積聚,會引發爆炸等安全事故。因此,廢氣輸送管道建議采用金屬管道,并依據《石油化工靜電接地設計規范》要求,做好管道法蘭跨接和靜電接地。


        4.廢氣輸送管道壓力控制設計


        依據《大氣污染治理工程技術導則》要求,廢氣輸送管道整體宜呈微負壓狀態,可有效避免各管道內廢氣泄露、相互串氣的風險。因此,廢氣輸送管道需要做風壓平衡計算,確保管道呈微負壓狀態。以浙江嘉興某醫藥企業為例,計算步驟如下:


        1)確定計算范圍:各單元風機出口到RTO前風機入口。


        2)參照《簡明通風設計手冊》,在6~14m/s流速范圍內根據廢氣流量計算廢氣輸送管道管徑。


        3)運用風壓平衡計算軟件:PipeFlowExpert。


        4)選取介質為廢氣(空氣),基本參數如表1所示。


        5)管道材質選擇,該企業管道材質選取PP,絕對粗糙度系數為0.005mm。


        6)管道走向繪制、管段長度和管徑輸入。


        7)各單元廢氣流量輸入、RTO前風機壓力擬輸入。


        8)得出該企業全廠風壓平衡計算數據,如圖1所示。


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        由圖1可知,該企業各節點位置負壓最小值為-350Pa,處于微負壓狀態,滿足設計要求。此外,建議在廢氣輸送管道與車間各支管節點位置設置壓力檢測點,遠傳操作界面,實時監控,確保廢氣輸送管道與車間支管節點位置負壓,避免各節點位置泄漏、串氣。


        5.廢氣輸送管道阻火器和壓力泄放設置


        通過對江蘇多家醫藥化工企業RTO爐的安全事故調查分析,發現廢氣輸送管道是目前發生爆炸事故的重災區,因此,各生產車間出口管道上建議設置阻火器,避免爆炸事故擴散到各生產車間,并在廢氣輸送管道的關鍵位置設置泄爆口,保證整個系統能夠及時、有效的泄爆。依據《石油化工企業設計防火規范》要求,RTO屬于明火設備,如RTO系統回火,會引發廢氣輸送管道起火或爆炸等安全事故,因此,廢氣輸送管道與RTO系統主體對接位置需設置阻火器,防止并阻斷RTO系統回火。


        RTO爐中煙囪的腐蝕主要發生在煙囪內部煙道、采樣平臺與煙囪外壁的連接處、以及煙囪的焊接處等部位。

        煙囪的腐蝕介紹


        1、煙道部位

        首先,要弄清楚煙道為什么會容易發生腐蝕,主要原因還是與煙囪所排放的氣體有關,一般需要排放的氣體溫度都會比環境溫度要高,而煙氣在通過煙囪排放的過程中溫度就會不斷地降低,排放氣體中的水汽就容易結露,附于煙囪內壁上,在長期的使用過程中容易發生腐蝕,由于排放的氣體中可能會含有硫,氮等元素,在經過高溫之后就會生成二氧化硫,氮氧化物等物質,雖然廢氣在到達煙囪之前已經經歷了一系列的處理,但是還會有少量剩余的二氧化硫及氮氧化物等物質混在煙氣中,與煙氣中冷凝出的水分混合形成酸性溶液,更加容易加快煙囪的腐蝕。在應對此種情況中,常用的措施是在鋼煙囪內設置防腐內襯,避免煙氣與煙囪的直接接觸,從而達到防腐蝕的目的。


        2、煙囪外部

        平臺與煙囪連接處以及煙囪有焊縫的部位易腐蝕主要原因是焊接后對焊縫的處理不夠完善,焊接符合要求之后,應對焊縫進行打磨,由于煙囪外部以及檢修平臺不與廢氣直接接觸,因此外部防腐通過刷漆的方法就能實現。在涂刷油漆之前,應對表面進行除銹,噴漆時對焊縫的部位多加留意。在設備安裝完成之后,應對在運輸和安裝過程中由于磕碰掉漆的部位進行補漆。


        當然煙囪易發生腐蝕,一方面與介質有關,另一方面與煙囪本身材質也有著直接的關系。在考慮防腐時,可以采用本身耐腐蝕性較強的材料,比如采用玻璃鋼、合金鋼等。

        煙囪內襯材料



        在應對煙囪防腐的內襯材料中,常用的有硼硅酸鹽玻璃泡沫磚、玻璃鱗片樹脂涂料、呋喃膠泥、OM涂料等。


        1、硼硅酸鹽玻璃泡沫磚

        硼硅酸鹽玻璃泡沫磚是以硼酸玻璃為基礎制成的,具有封閉微孔的結構,能阻止煙氣、酸冷凝物和水分的滲透,并且本身化學活性較低,不宜與其他物質放生反應,可以有效起到防腐蝕的作用。另外使用此種材料作內襯還具有  質量輕;易施工;可耐受390~516℃的高溫,耐熱性好,同時也是極好的隔熱材料,使用在鋼制煙囪中時可以省去隔熱層,而且不用單獨設置加固和支撐件,這種泡沫塊可直接粘貼在鋼板表面,無需錨固。


        2、呋喃膠泥

        呋喃膠泥,同樣是一種樹脂材料,耐熱性好、粘結強度高,是耐酸耐堿的理想粘結劑,能抵抗有機溶劑的腐蝕,在環氧樹脂、酚醛等樹脂材料不適用的場合,呋喃膠泥同樣可以勝任。例如可以使用在有氫氟酸腐蝕的環境中。主要優點除了耐腐蝕性外,還有快速固化性,并且在-5到10℃環境下同壓根可以正常固化。

         

        3、玻璃鱗片樹脂涂料

        玻璃鱗片樹脂涂料是一種高耐蝕耐溫材料,將經過處理的鱗片狀玻璃以重疊排列的方式填充在乙烯基酯樹脂中,因此有較好的抗滲透性和耐腐蝕性。還具有耐水解性、具有較高的耐熱性和耐寒性,在溫度有驟變的情況下,依然有較好的表現。最為常用的是VEGF鱗片涂料,此種涂料與碳鋼基體有著很高的粘結強度,因此涂層不易產生龜裂、分層或剝離,附著力和沖擊強度較好,在保證耐腐蝕性的同時也能有較好的耐用性。


        4、OM涂料

        OM涂料是一種以高分子滲透聚合物為有效成分的高效防腐涂料,在常溫下可以自干,適合沒有涂料烘干設備加工廠或者施工現場等場合使用。涂料固化以后,漆膜具有很高的硬度和致密性且附著力好,對一氧化碳、二氧化硫等氣體具有很好的隔絕作用。常溫下在水中浸泡90天沒有明顯變化,并且可以在220℃的高溫下長期使用;可以承受濃度為5%的稀酸(硫酸、硝酸、鹽酸)以及30%硫酸的侵蝕,具有很強的防腐蝕性。


        在醫化行業RTO運行實例中,由于進口廢氣的復雜性,經常會碰到腐蝕性介質,是的我們在煙囪設計時,通常要面對這些問題。本文則提供了一些簡單思路,希望能給技術人員提供一定的幫助,當然由于作者的才疏學淺,疏漏誤謬之處還望指點一二。

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