沼氣凈化過程中生物除硫系統(tǒng)安裝圖紙設計

馬陳

摘 要：生物除硫設備是沼氣凈化過程中的重要部分，因為其運行成本低，脫硫效果明顯，被廣泛的應用到沼氣凈化工藝中。

關(guān)鍵詞：沼氣凈化；生物除硫；安裝設計

在厭氧條件下，厭氧微生物將有機物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過程稱為厭氧消化。經(jīng)過厭氧消化產(chǎn)生的沼氣主要成分為50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮氣（N2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%～3%硫化氫（H2S），其中硫化氫具有強烈的腐蝕性及刺激性氣味。為使沼氣滿足使用要求，需對沼氣進行凈化，其中除硫作為沼氣凈化過程中的重中之重，關(guān)系沼氣凈化的成敗。

1 生物除硫系統(tǒng)基本布置要求及所需設備

某國外項目采購兩臺EnvironTec公司生產(chǎn)的生物除硫設備作為沼氣凈化過程中的脫硫處理，安裝位置在砂礫過濾器之后，沼氣增壓器之前。根據(jù)《CPTP》（項目技術(shù)規(guī)范）《GB/T51063-2014大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范要求確定設備放置位置及間距，同時要充分考慮設備操作、維修、吊裝所需場地及通道，脫硫設備應配置備用設備，前后管段控制閥門。H2S氣體具有強烈的腐蝕性，在布管設計時，應考慮到前后管道H2S濃度的監(jiān)測及出口管道H2S濃度超標的應急處理，除硫系統(tǒng)整體布置應緊促且符合安全安裝距離。

沼氣生物除硫系統(tǒng)所涉及的設備包含生物除硫設備、電動閥、流量計、沼氣分析裝置、管道系統(tǒng)（管道、彎管、三通、支撐）等。

2 生物除硫設備

2.1 生物除硫設備簡介

生物除硫設備由沼氣進入管道、帶有填充材料的反應塔、沼氣排放管道、空氣增壓器、營養(yǎng)液供應、稀釋水供應、廢液排放、空氣校準器、內(nèi)循環(huán)泵、熱交換器、控制器等11部分組成。

工作原理為：通過微生物菌群的作用，將硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸，在生物脫硫過程中，氧化態(tài)的含硫污染物必須先經(jīng)生物還原作用生成硫化物或H2S，然后在經(jīng)過生物氧化過程生成單質(zhì)硫。

2.2 生物除硫設備安裝設計要求

生物除硫設備是沼氣凈化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且其體積大、質(zhì)量重、進出管道多，測量設備對管道布置要求高，在安裝圖紙設計時，應充分考慮操作、維修時的通道，管道堵塞時，旁通管道的布置，進出口管道閥門安裝位置（便于操作）等。

3 電動蝶閥

3.1 電動蝶閥簡介

電動蝶閥是由電動執(zhí)行機構(gòu)和蝶閥組成的，它具備蝶閥氣密性好、易操作、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，常用的電動蝶閥有對夾式電動蝶閥、法蘭式電動蝶閥。

工作原理：通過電反饋信號，使電動執(zhí)行機構(gòu)工作帶動蝶閥啟閉。

3.2 電動閥安裝設計要求

項目采用對夾式電動蝶閥，通過生物脫硫設備出口H2S濃度控制電動閥的啟閉，以達到對沼氣流向的控制，避免因H2S濃度過高對后續(xù)設備產(chǎn)生腐蝕影響。電動閥安裝圖紙設計時，應考慮旁通管道，安裝、操作便利、氣體管道之間的安全距離及承重支架布置等。

4 超聲波流量計

4.1 超聲波流量計簡介

超聲波流量計是由一臺變速器和一個傳感器組成，因其采用回路供電技術(shù)，使其測量結(jié)果精準可靠，被廣泛應用于在波動過程條件下進行濕沼氣、消化池氣體和垃圾填埋廢氣測量。

工作原理：超聲波流量計測量管道中介質(zhì)的流速，通過放置在管道兩端有一定角度的兩對傳感器，在傳感器對之間的聲波信號和信號傳輸時間差計算流量信號。

4.2 超聲波流量計安裝設計要求

超聲波流量計安裝時應注意安裝方向參考流量計箭頭指向應與管道中安裝的介質(zhì)流向方向一致。在水平面上安裝測量儀器應免受外界機械應力干擾，管道內(nèi)徑必須與傳感器內(nèi)徑一致。在水平管道中安裝流量計時，超聲波傳感器的最大偏移角度不得超過+3°。傳感器的安裝位置應遠離閥門、三通、彎管等管件，為了保證測量設備的指定測量精度，必須滿足最小前后直管段長度要求，一般前管段大于等于10xDN，后管段大于等于3xDN。

5 沼氣分析儀

5.1 沼氣分析儀簡介

沼氣分析儀對沼氣輸出管道中的氣體進行分析測算，可連續(xù)測量多個氣體參數(shù)包含O2/CO2/CH4/H2S。被廣泛的應用在熱電聯(lián)產(chǎn)、沼氣凈化系統(tǒng)，作為沼氣成分組成濃度測量。

工作原理：沼氣分析儀采用紅外光學分析和電化學傳感器，對氣體組成成分及濃度進行測量。

5.2 沼氣分析儀安裝設計要求

沼氣分析儀安裝在生物處理設備出口管道上。在出口直管段上尋找合適測量點安裝DN25的球閥，通過DN25的管道與沼氣分析儀連接。

6 生物除硫設備前后管道材質(zhì)的選擇

沼氣是一種含水、H2S的氣體，H2S氣體又溶于水，在管道壁上因水蒸氣的凝結(jié)而形成硫酸（H2SO4），沼氣管道將與硫酸等有強烈腐蝕性的化合物直接接觸，因此在管道材質(zhì)選擇時，耐腐蝕性是具有重要的意義。根據(jù)《中國不銹鋼腐蝕手冊》可知，在含有H2S的飽和水汽中，不銹鋼腐304L蝕率約在0.1-1.0mm/年，因此不銹鋼304L沼氣管道的使用壽命將在2至10年之間，因此為了保證沼氣處理系統(tǒng)長期有效運行，沼氣管道選用不銹鋼316L材質(zhì)為宜。

7 生物脫硫設備安裝圖紙設計

依據(jù)以上設備安裝要求，對生物除硫設備及前后管道、附件安裝進行綜合考慮，安裝設計圖紙如下所示：

安裝圖紙設計說明：

DN150電動蝶閥設有旁通管道，旁通管道及沼氣主管道安裝有DN150蝶閥，旁通管道蝶閥長關(guān)，當電動蝶閥需要維修時，打開旁通管道閥門，關(guān)閉主管道電動閥前后端蝶閥，則沼氣將直接通過旁通管道進入生物除硫設備，便可對電動閥進行拆除維修而不影響沼氣處理系統(tǒng)運行。電動閥、蝶閥安裝高度距離地面140cm，人可方便進行手動操作。DN150超聲波流量計前端直管段160cm>10*DN，后端直管段1670>3*DN，符合超聲波流量計對前后直管段要求。流量計水平朝上安裝距離地面140cm，便于對流量數(shù)據(jù)的觀測。生物除硫設備技術(shù)操作間留有通道，方便進入對設備進行操作、檢查、維修。外部無管道及其他設備干擾。除硫設備配有過壓裝置，對設備進行過壓保護。兩臺生物除硫設備共用一條旁通管道，兩臺設備相聚3m。生物除硫設備出口管道配備有沼氣分析儀器，當出口沼氣H2S濃度超過設計要求時，沼氣分析儀將自動反饋給DN100電動蝶閥、DN150電動閥信號，DN150電動閥將根據(jù)信號大小關(guān)閉一定角度減少沼氣進入量，DN100電動閥將開啟一定角度排放多余沼氣進行燃燒，最終使生物除硫設備出口管道H2S濃度符合設計要求。