化學(xué)過濾機組在化工廠區(qū)中的應(yīng)用

劉亞

摘要：化工廠區(qū)空氣質(zhì)量等級對工藝裝置控制系統(tǒng)的影響越來越大，使用化學(xué)過濾機組凈化進入室內(nèi)的空氣顯得尤為重要。本文詳細描述了對現(xiàn)有廠區(qū)增加化學(xué)過濾機組的改造方法。

關(guān)鍵詞：空氣等級;新風(fēng);化學(xué)濾料;化學(xué)過濾機組

Abstract：The air quality in the chemical plant area has an increasing influence on the control system of the process equipment. It is particularly important to use a chemical filter unit to purify the air entering the room.

The article describes the detail modification method for adding a chemical filter unit.

Keywords：air quantity，fresh air，chemical medium，chemical filter unit

1. 前言

自從2006年歐盟頒布ROHS方案《電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》和中國通過了《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》以來，為了保護環(huán)境，禁止或限制在電子電氣產(chǎn)品中使用鉛，故在電路板板表面的導(dǎo)電層通常用銅和銀等制成。

由于銅和銀容易受到腐蝕侵害，尤其是在化工廠區(qū)常見的硫化氫、二氧化硫、氯氣對其腐蝕性更甚，長時間腐蝕會造成電路板短路等故障，嚴重的會造成宕機等嚴重事故。據(jù)不完全統(tǒng)計，采用銅銀為主要材料的電路板的設(shè)備故障率比原來使用鉛的故障率從3%上升到30%。

2. 腐蝕現(xiàn)象

通常有害氣體對電路板的腐蝕都是從表面點腐蝕開始，隨著時間的推移，腐蝕加重，慢慢滲透到電路板基材，直至擊穿整個電路。圖1為有害氣體對電路板的腐蝕過程示意圖;圖2為腐蝕后的電路板圖片。

所以，在化工廠區(qū)控制室/變電所等空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)口加裝新風(fēng)化學(xué)過濾機組很有必要。

3. 去除原理

化學(xué)濾料去除有害氣體的過程包含：物理吸附、化學(xué)吸附以及化學(xué)反應(yīng)。

物理吸附：當空氣流經(jīng)化學(xué)濾料表面時，濾料中的活性吸附劑會將有害氣體分子吸附過來;

化學(xué)吸附：吸附過來的氣體和濾料中的能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)藥劑會產(chǎn)生化學(xué)吸附作用;

化學(xué)反應(yīng)：有害氣體和化學(xué)濾料中的有效成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將有害氣體變?yōu)闊o毒無害的固態(tài)鹽類，達到去除的目的，該化學(xué)反應(yīng)為不可逆過程。

4. 化工廠區(qū)控制室新風(fēng)系統(tǒng)流程圖

自然界的新風(fēng)經(jīng)過抗沖擊波閥、抗爆風(fēng)管（按需求配置）、防火閥、電動氣密閥后進入化學(xué)過濾機組，新風(fēng)中的有害氣體會和化學(xué)過濾機組中的化學(xué)濾料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)闊o毒無害的固態(tài)鹽類物質(zhì)，新風(fēng)中的顆粒污染物被化學(xué)過濾機組中的初效、中效過濾器截留，干凈的空氣送入空調(diào)機組經(jīng)過制冷/制熱后送入對應(yīng)的房間。

電動氣密閥安裝在化學(xué)過濾機組的進風(fēng)口，與新風(fēng)化學(xué)過濾機組的控制聯(lián)鎖，同開同關(guān)，并通過遠程接入中控。當探頭檢測到有害氣體的濃度超過化學(xué)過濾機組的處理能力時，則同時關(guān)閉化學(xué)過濾機組和電動氣密閥，使得空調(diào)機組處于全回風(fēng)狀態(tài)，外界濃度恢復(fù)時，控制開啟化學(xué)過濾機組和電動氣密閥，保持正常工作狀態(tài)。

5. 化工廠區(qū)的改造應(yīng)用

根據(jù)客戶反饋某項目Substation 1A31、Substation 1A51和Substation 1A61三個變電所的空氣質(zhì)量不佳，主要腐蝕性氣體為H2S、SO2和Cl2，對電器元器件具有腐蝕性，引起設(shè)備的故障，嚴重影響了項目的順利運轉(zhuǎn)。

5.1 空氣等級劃分

參照美國ISA-71.04-2013標準，將室內(nèi)空氣等級劃分為4個標準，分別為G1、G2、G3以及GX，其中GX為劇烈腐蝕環(huán)境，G1為輕微腐蝕環(huán)境，目前公認的普遍可以接受的室內(nèi)的等級需要達到G1。

空氣腐蝕等級通常是以銅和銀的30天內(nèi)的腐蝕量來測定的。將銅銀測試片放置在固定地點30天后測定銅片和銀片的腐蝕程度。G1等級為銅片腐蝕程度小于300 ?，銀片腐蝕程度小于200 ?;G2等級為銅片腐蝕程度小于1000 ?，銀片腐蝕程度小于1000 ?;G3等級為銅片腐蝕程度小于2000 ?，銀片腐蝕程度小于2000 ?;GX等級為銅片腐蝕程度大于2000 ?，銀片腐蝕程度大于2000 ?。

5.2 現(xiàn)場空氣等級測定

現(xiàn)場布置了10余片銅銀測試片進行空氣質(zhì)量檢測，再結(jié)合ISA-71.04-2013標準，專業(yè)實驗室化驗結(jié)果顯示室內(nèi)的空氣等級處于G2等級，中等腐蝕等級;室外的空氣等于處于G3/GX等級，較強的/嚴重的腐蝕等級。

根據(jù)多年的經(jīng)驗以及設(shè)計規(guī)范，室內(nèi)空氣處于G1等級是認為對電子元器件是無害的，為避免由于空氣質(zhì)量引起的設(shè)備故障，需要對送入室內(nèi)的空氣進行凈化處理。

5.3 處理風(fēng)量

根據(jù)客戶平面圖或者已有空調(diào)機組的參數(shù)確定送入房間的新風(fēng)量，最終得到參數(shù)如表2所示。

新風(fēng)比選取10%，故1A31房間的新風(fēng)量為10423.8x2m3/h，故1A51房間的新風(fēng)量為1981.8m3/h，故1A61房間的新風(fēng)量為6414.5m3/h。

5.4 化學(xué)濾料的選擇

5.4.1 化學(xué)濾料種類

根據(jù)客戶現(xiàn)場檢測，現(xiàn)場不僅有對電路板有腐蝕的硫化氫、二氧化硫和氯氣，還有存在部分氨氣和有機類氣體，氣味比較大，希望我們將其一并去除，提高室內(nèi)工作人員的舒適度。

結(jié)合客戶的要求和我公司化學(xué)濾料的種類，有針對性的選擇合適的濾料配置到機組內(nèi)部。針對硫化氫、二氧化硫和氯氣等有害氣體，選擇活性炭浸漬氫氧化鉀的堿性類濾料去除;針對氨氣，選擇活性炭浸漬磷酸的濾料去除;針對有機類氣體，選擇活性氧化鋁+高錳酸鉀強氧化性的濾料去除。

綜上所述，根據(jù)現(xiàn)有需要去除的氣體種類，需要配置三種不同的化學(xué)濾料來凈化空氣。

5.4.2 化學(xué)濾料的性能指標

衡量化學(xué)濾料性能指標主要有濾料形狀、內(nèi)部孔徑、浸漬濃度、含水率、去除能力等。

濾料形狀：球形、柱狀和扁平，不同的形狀會影響吸附效率。球形濾料更利于有害氣體與濾料的接觸。

內(nèi)部孔徑：濾料從內(nèi)到外充滿微孔結(jié)構(gòu)會增大氣體與濾料的接觸面積，增強吸附效率。

浸漬濃度：添加的有效成分并非越高越好，過高有效成分會結(jié)晶析出，阻礙了氣體與濾料的接觸，降低吸附效率。

含水率：化學(xué)濾料可在5-95%相對濕度范圍內(nèi)運行。

去除能力：目前化學(xué)濾料的性能測試根據(jù)ASTM D6646“測試顆粒和丸狀活性炭加速硫化氫漏過容量的試驗方法”來評定化學(xué)濾料的去除能力。

本項目配置的化學(xué)濾料為球形的，從內(nèi)到外都充滿孔徑的結(jié)構(gòu)，浸漬濃度控制在4%～8%，含水率50%，出去能力高達20%的最優(yōu)產(chǎn)品。

5.5 化學(xué)濾料使用壽命計算

（1）根據(jù)銅銀測試片測定的空氣腐蝕等級GX/3查詢ISA-71.04-2013標準里面對應(yīng)氣體的數(shù)值，得到單位為ppb的濃度參數(shù)，換成單位為mg/m3的濃度參數(shù);

（2）結(jié)合新風(fēng)總量，得出總共需要去除單位為mg/h的有害氣體的量;

（3）按照一天24h，一年365天計算一年有害氣體的總量;

（4）結(jié)合配置機組里面的濾料重量和去除能力計算配置的濾料可以去除多少kg的有害氣體;

（5）比較步驟3和4得出所配置的化學(xué)濾料的使用壽命，為后期更換濾料提供指導(dǎo)意見。

5.6 機組選擇

綜合空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)參數(shù)和設(shè)備布置圖等信息，化學(xué)過濾系統(tǒng)采取側(cè)開式和室內(nèi)循壞兩種機型。1A31和1A61變電所需要處理較大的風(fēng)量，所以選取側(cè)開式的機組，1A51變電所的新風(fēng)量較小，所以選取室內(nèi)循環(huán)的機組。

如圖6所示，1A31變電所包含2套空調(diào)系統(tǒng)，有2個新風(fēng)進風(fēng)口，配置2臺機組;如圖7所示，1A51變電所包含1套空調(diào)系統(tǒng)，但是這臺空調(diào)系統(tǒng)還送風(fēng)到其他區(qū)域，變電所房間只占了其中的一部分，為保證變電所區(qū)域的空氣的潔凈，所以在房間內(nèi)部配置2臺立式室內(nèi)循壞機組;如圖8所示，1A61變電所包含1套空調(diào)系統(tǒng)，有1個新風(fēng)進風(fēng)口，配置1臺機組。

化學(xué)過濾機組的基本配置為進風(fēng)口+G4初效過濾器+一級化學(xué)過濾段+二級化學(xué)過濾段+三級化學(xué)過濾段+F8中效過濾器+風(fēng)機段+送風(fēng)口以及控制系統(tǒng)。

5.7 機組布置

結(jié)合現(xiàn)場實際情況和設(shè)計布置圖，化學(xué)過濾機組的整體布置如下。

1A31變電所的兩臺側(cè)開式化學(xué)過濾機組布置在屋頂，通過風(fēng)管直接和原新風(fēng)口連接，直接將新風(fēng)中的目標氣體去除，潔凈的空氣送入空調(diào)箱內(nèi);

1A51變電所的兩臺循環(huán)化學(xué)過濾機組布置在室內(nèi)，直接以內(nèi)循環(huán)的形式將空調(diào)機組送進來的新風(fēng)凈化處理;

1A61變電所的一臺側(cè)開式化學(xué)過濾機組布置在屋頂，通過風(fēng)管直接和原新風(fēng)口連接，直接將新風(fēng)中的目標氣體去除，潔凈的空氣送入空調(diào)箱內(nèi)。

6. 結(jié)論

針對現(xiàn)有化工產(chǎn)區(qū)空氣環(huán)境中存在對電氣元器件有害的硫化氫、二氧化硫、氯氣等氣體的情況，在不改變現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，增加新風(fēng)化學(xué)過濾機組去除有害氣體不僅能夠提升室內(nèi)空氣等級，還能大幅較少電氣元器件的故障率。

參考文獻：

[1]ISA S71.04-2013 美國《過程檢測和控制系統(tǒng)的環(huán)境條件：空氣污染物 G1標準》

[2]ASTM 6646-2003 粒狀和丸狀活性碳的加速硫化氫漏過能量測定的標準試驗方法

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