空氣過濾裝置在海洋石油平臺(tái)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

郭 勇，甄敏鋼，譚新越

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

平臺(tái)主機(jī)產(chǎn)生的煙氣含有大量的氮氧化物，本項(xiàng)目平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮主機(jī)煙氣的處理，主機(jī)上也未預(yù)留煙氣過濾處理裝置的空間，依據(jù)煙氣擴(kuò)散分析報(bào)告，為了保證人員的安全和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在中控室新增了氮氧化物處理裝置。

1 平臺(tái)煙氣擴(kuò)散分析

根據(jù)平臺(tái)布置和煙氣排放的設(shè)計(jì)，綜合考慮風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)頻以及可能產(chǎn)生渦流影響等因素。分別對(duì)N、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW、NNW等風(fēng)向進(jìn)行煙氣擴(kuò)散分析，并根據(jù)計(jì)算的結(jié)果及規(guī)律分析其他風(fēng)向的影響情況。

1.1 氮氧化物分析結(jié)果

氮氧化物的影響情況比較復(fù)雜，受風(fēng)向、風(fēng)速以及渦流的影響。通過對(duì)不同風(fēng)向、風(fēng)速的分析，得出如下結(jié)論(其中底色深表示超標(biāo)影響嚴(yán)重，底色淺表示輕微影響或可能存在影響)，如表1所示。

在W風(fēng)向下由于平臺(tái)東側(cè)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致煙氣中氮氧化物被反吹向生活樓，因此對(duì)生活樓的影響較大，隨著風(fēng)速的增加，其影響減弱，當(dāng)風(fēng)速超過10 m/s時(shí)，風(fēng)速的影響占主導(dǎo)作用，煙氣被吹離平臺(tái)。在E風(fēng)向下的情況類似，即在平臺(tái)西側(cè)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致煙氣反吹向平臺(tái)西側(cè)，造成平臺(tái)西側(cè)氮氧化物超標(biāo)，在7 m/s時(shí)以風(fēng)速影響為主，煙氣吹離平臺(tái)，當(dāng)風(fēng)速減弱至5 m/s時(shí)，渦流的影響為主。在N風(fēng)向下，透平機(jī)組排煙被吹離平臺(tái)，對(duì)平臺(tái)不產(chǎn)生影響。在S風(fēng)向下，當(dāng)風(fēng)速較小或無風(fēng)時(shí)氮氧化物對(duì)平臺(tái)影響較為嚴(yán)重。

表1 不同風(fēng)向下氮氧化物超標(biāo)影響風(fēng)頻數(shù)據(jù)表 ml/L

1.2 中控室氮氧化物濃度分布

在未考慮中控室進(jìn)排風(fēng)情況下提取氮氧化物的濃度，具體情況如表2所示。

表2 不同風(fēng)向下中控室氮氧化物濃度 ml/L

從表2可知，中控室氮氧化物超標(biāo)的工況主要為：E、S、SSW、SW、WSW、W風(fēng)向下存在影響，根據(jù)不同風(fēng)速下的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)參考風(fēng)頻數(shù)據(jù)可得超標(biāo)工況下氮氧化物年累計(jì)量。

M=(mE×fE+mS×fS+mW×fW)330×24×

700=14.92 kg/m3。

(1)

式中：M為超標(biāo)情況下氮氧化物年累計(jì)量;mE為E風(fēng)向1 m/s風(fēng)速下氮氧化物濃度；fE為E風(fēng)向1 m/s風(fēng)頻；mS為S風(fēng)向1 m/s風(fēng)速下氮氧化物濃度；fS為S風(fēng)向1 m/s風(fēng)頻；mW為W風(fēng)向7 m/s風(fēng)速下氮氧化物濃度；fW為W風(fēng)向7 m/s風(fēng)頻。氮氧化物未超標(biāo)的年累積概率值為95.8%，即氮氧化物含量小于10 mg/m3。

1.3 結(jié)論

氮氧化物對(duì)電氣房間影響比較嚴(yán)重的工況主要是E、S及W風(fēng)向，結(jié)合風(fēng)頻數(shù)據(jù)可以粗略估計(jì)出年影響概率為3.7%。其中，中控室氮氧化物超標(biāo)，最大為184.46 mg/m3,出現(xiàn)在W風(fēng)向小風(fēng)速工況下。

根據(jù)模擬分析的結(jié)果，為消除這些影響，在中控室增加氮氧化物過濾裝置，抑制氮氧化物超標(biāo)。

2 解決方案

1)采用密封門及雙層窗戶，增強(qiáng)房間密閉性。

2)在中控室機(jī)械進(jìn)風(fēng)口增加空氣過濾裝置，去除空氣中的氮氧化物。

3 空氣過濾裝置設(shè)備組成

空氣過濾裝置由箱體、預(yù)過濾段、化學(xué)過濾段、后過濾段、風(fēng)機(jī)和控制系統(tǒng)6部分組成。如圖1所示。

1-G4初效過濾器;2-F7中效過濾器;3、4-化學(xué)過濾段；5-F8中效過濾器；6-不銹鋼風(fēng)機(jī)。圖1 空氣過濾裝置組成示意圖

3.1 箱體

機(jī)組設(shè)置在室內(nèi)，箱體采用Q235B+coating，防護(hù)等級(jí)IP23。

3.2 預(yù)過濾段

預(yù)過濾采用初放過濾器(G4)+中效過濾器(F7)兩級(jí)過濾方式。G4和F7主要去除新風(fēng)中的灰塵，保證送入室內(nèi)的空氣滿足室內(nèi)空氣的潔凈要求。同時(shí)保護(hù)后面的化學(xué)氣體過濾系統(tǒng)免受灰塵污染。過濾系統(tǒng)配有壓差報(bào)警器，當(dāng)過濾器需要更換或維護(hù)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.3 化學(xué)過濾段

化學(xué)過濾段為設(shè)備的核心，系統(tǒng)采用精細(xì)化學(xué)過濾技術(shù)。通常情況下，微小粒徑的多孔材料具有較大的外表面和較小的內(nèi)擴(kuò)散影響，產(chǎn)生薄的吸附層，可以在高氣流流速下使用，產(chǎn)生較低的氣流阻力獲得較高的吸附效率和有效容量。基于以上技術(shù)特點(diǎn)，在濾料中添加多種催化劑和氧化劑，通過催化氧化反應(yīng)和酸堿反應(yīng)凈化有害氣體。

基本性能：硫化氫、二氧化硫和氮氧化物凈化效率都大于99%。

3.4 后過濾段

后過濾段采用F8中效過濾器，主要功能是去除凈化過后空氣中的微細(xì)灰塵和化學(xué)過濾段可能產(chǎn)生的顆粒，保證最終進(jìn)入室內(nèi)的空氣潔凈度。

3.5 風(fēng)機(jī)

空氣過濾裝置前段進(jìn)風(fēng)口連接室外風(fēng)機(jī)管路上，設(shè)備存在一定的阻力，為保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣過濾裝置內(nèi)部單獨(dú)設(shè)置一臺(tái)風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)量計(jì)算與室外風(fēng)機(jī)性能相匹配。

3.6 控制系統(tǒng)

1)液晶控制器，顯示新風(fēng)的溫度和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以顯示故障代碼。

2)帶有消防火警接口，接到消防信號(hào)后，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)。消防信號(hào)消失需要手動(dòng)恢復(fù)。

3)帶有毒氣體接口，接到信號(hào)后，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)，需手動(dòng)恢復(fù)。

4)過濾器達(dá)到使用壽命后，液晶顯示器會(huì)顯示更換信息。

5)設(shè)備帶有壓差報(bào)警器，當(dāng)過濾器需要更換和故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4 空氣過濾裝置的布置及技術(shù)要求

為防止室外出現(xiàn)氮氧化物時(shí)未經(jīng)處理就進(jìn)入到中控室，應(yīng)采用雙層窗戶，增強(qiáng)房間密閉性，采用密封門，并盡可能減少外界進(jìn)入室內(nèi)的進(jìn)出氣口。中控室原設(shè)計(jì)有室外風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣換氣，因此將氮氧化物裝置布置在中控室內(nèi)，設(shè)備進(jìn)氣口與風(fēng)機(jī)室內(nèi)出口相連，直接處理風(fēng)機(jī)引入的室外空氣。

為實(shí)現(xiàn)氮氧化物處理裝置與風(fēng)機(jī)連接后能正常運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求設(shè)備進(jìn)口法蘭與風(fēng)機(jī)法蘭一致，設(shè)備內(nèi)部風(fēng)機(jī)與室外風(fēng)機(jī)風(fēng)量相匹配。同時(shí)為了滿足人員舒適度和設(shè)備的合理運(yùn)行，設(shè)備采用頂部進(jìn)風(fēng)前面上部出風(fēng)，室內(nèi)維持10 Pa正壓，防止大氣從其他途徑泄露到室內(nèi)。

5 結(jié)束語

根據(jù)平臺(tái)煙氣擴(kuò)散分析報(bào)告，得出了對(duì)平臺(tái)影響的各種工況，參照空氣處理行業(yè)的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并結(jié)合廠家技術(shù)水平，完成了相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)。通過在中控室增加空氣過濾裝置，保證了人員的安全和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但煙氣仍然會(huì)擴(kuò)散到平臺(tái)的其他區(qū)域，建議以后平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)在主機(jī)排煙管安裝處理裝置，將問題解決在源頭。