化學(xué)藥品貯罐防止有害氣體影響環(huán)境和溶液品質(zhì)的對策

【摘 ?要】氨、聯(lián)氨、濃硫酸、濃燒堿液、濃鹽酸、次氯酸鈉、亞硫酸氫鈉溶液等是水處理常用的化學(xué)藥品。其中某些化學(xué)藥品具有揮發(fā)性有毒害氣體，可隨貯罐排氣管排出污染環(huán)境;某些化學(xué)藥品可吸收空氣中氣體成分而影響溶液品質(zhì)，本文通過對目前電廠中一些貯罐（溶液箱）設(shè)計、運行中存在的問題進行研究分析，闡述了相關(guān)的防止對策。

【關(guān)鍵詞】有毒害揮發(fā)氣體;化學(xué)藥品;吸收器;隔離裝置

Countermeasures for chemical storage tanks to prevent harmful gases from affecting the environment and solution quality

WANG HUA

East China Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Shanghai，200063

Abstract：Ammonia，hydrazine，concentrated sulfuric acid，concentrated caustic soda，concentrated hydrochloric acid，sodium hypochlorite，sodium hydrogen sulfite solution，etc.are commonly used chemicals for water treatment.Some of these chemicals have volatile and toxic gases，which can be polluted with the exhaust pipe of the storage tank;some chemicals can absorb the gas components in the air and affect the quality of the solution.This paper adopts the research and analysis of the problems existing in the design and operation of some storage tanks（solution tanks）in the current power plant.，and the related prevention measures are expounded.

Key words：volatile and toxic gases;chemicals;absorber;isolation device

1 ?前言

對于盛放某些液體化學(xué)藥品的貯罐、溶液箱（溶解箱、計量箱），其頂部均有與大氣相通的通氣管，有些溶液箱還有與大氣相通的溢流管。其功能是，當向容器內(nèi)注入化學(xué)藥品時，就有氣體從通氣管排出，以使化學(xué)藥品得以連續(xù)進入容器;當從容器中卸出化學(xué)藥品時，又必須從通氣管進入空氣，以使化學(xué)藥品得以連續(xù)從容器中卸出。其中有些化學(xué)藥品本身具有揮發(fā)性，即使容器內(nèi)液位處于靜止狀態(tài)，也會有些毒害氣體從通氣管逸出;而空氣中的某些氣體成分進入容器后又會影響溶液品質(zhì)。因此，必須同時采取有針對性的措施，防止從貯罐或溶液箱逸出有毒害氣體污染環(huán)境或進入某些氣體成分影響溶液品質(zhì)。

然而，盡管有關(guān)的設(shè)計規(guī)程提出了明確的防止要求，但實際的使用情況還是差強人意。

2 ?在采取的措施中需要解決的一些共性問題。

對于發(fā)電廠而言，常用的化學(xué)藥品有：濃硫酸、濃燒堿液、濃鹽酸、氨液、聯(lián)氨液、次氯酸鈉溶液、亞硫酸氫鈉溶液等多種。歸納起來，需要解決的問題有三個。

（1）防止有毒害氣體從通氣管逸出污染環(huán)境。其中濃鹽酸、氨液、聯(lián)氨液均具有揮發(fā)性，會不斷有HCl、NH、NH從通氣管逸出;亞硫酸氫鈉在中性溶液中發(fā)生自身反應(yīng)放出有害氣體SO↑：2NaHSO=NaSO+HO+SO↑;當有氧存在時2NaSO?+O=NaSO即當空氣進入容器時，能加速上述反應(yīng)，從而降低了亞硫酸氫鈉溶液的品質(zhì)和有效濃度。

（2）防止大氣中的濕氣、二氧化碳從通氣管進入容器影響溶液品質(zhì)，例如：濃硫酸具有很強的吸濕性。一般98%濃度的濃硫酸對于碳鋼制容器無腐蝕性，但當吸入空氣中的濕氣以后，將會使?jié)舛冉档?，對碳鋼制容器的腐蝕性增加;濃燒堿液具有強堿性，它很容易吸收空氣中的CO：NaOH+ CO= NaHCO，從而降低了燒堿的有效濃度，并使碳酸鹽雜質(zhì)增加;次氯酸鈉溶液則與空氣中的CO作用，易分解失效：NaClO+CO+HO = NaCO?+HClO，HClO不穩(wěn)定、易分解，并放出有害氣體HCl：2HClO=2HCl↑+O。

（3）在采取上述措施時，宜盡量做到少產(chǎn)生廢水甚至不產(chǎn)生廢水。例如目前常用淋水型酸霧吸收器吸收HCl氣體，用淋水型吸收器吸收NH，既消耗了大量水，又產(chǎn)生了一定量的廢水。

3 ??防止氣體逸出污染環(huán)境和氣體進入影響溶液品質(zhì)的對策

3.1 ?目前防止氨、聯(lián)氨溶液箱排出有毒害氣體存在的問題

通過收集國內(nèi)多個公司設(shè)計制造的氨、聯(lián)氨溶液箱采取的防止氨、聯(lián)氨氣體污染環(huán)境的措施，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，制造設(shè)計的溶液箱均不同程度存在一些問題。

有的溶液箱本體頂部設(shè)有可開啟的蓋板，但無可靠的密封措施;特別是全部設(shè)置了無任何隔離措施的直通大氣的溢流管。由于溢流管直通大氣（也可同時起到溶液箱通氣作用），有毒害氣體將直接從溢流管逸出。由此，再在溶液箱頂部通氣管上設(shè)置其它任何措施（因有一定阻力），將起不到作用，形同虛設(shè)。

（1）在溶液箱頂部通氣管上裝設(shè)了呼吸器（參見圖1），由于呼吸器一般只起呼吸作用，溶液箱液位下降時吸入氣體，液位上升時排出氣體，不能吸收有毒害氣體。

（2）在溶液箱頂部通氣管上裝設(shè)了一個小型吸收器（參見圖2）。內(nèi)裝活性炭作吸收劑。由于活性炭為非極性物質(zhì)，主要靠其分子間的范德華力進行物理吸附，氨氣為極性物質(zhì)，活性炭對其吸附能力較為有限。即使對經(jīng)過檸檬酸或磷酸改性處理后的改性活性炭（增加了一定量的化學(xué)吸附作用）而言，其對氨氣的飽和吸附量也只約為34.3mg NH/g活性炭。而如圖的吸收器下部直接與氨液箱相通，上部直接與大氣相通，連續(xù)與氨氣直接接觸，將使活性炭吸附能力很快耗盡。

（3）在溶液箱頂部通氣管上設(shè)置了一個內(nèi)裝活性炭和維持一定水位的吸收器（參見圖3）。對活性炭而言，一般只吸附空氣中一定量的氨，較難吸收溶液中的NH;不僅如此，還增加了廢水排放量和吸收器中水倒吸入溶液箱的危險（當溢流管增加阻力時）。

（4）將溶液箱頂部的排氣管接在有連續(xù)淋水的吸收裝置中（參見圖4），這樣的系統(tǒng)將消耗大量的好水，產(chǎn)生大量的廢水，估計一晝夜約有8～12噸廢水，這是難以接受的。

（5）將溶液箱頂部的排氣管接入連續(xù)淋水的吸收裝置中，也許其出發(fā)點是為了減少廢水的排放，改用除鹽水來吸收，然后將排出水回收至溶液箱的出液管中（見圖5），殊不知，溶液箱既接納不了這么多淋水，又要引起溶液稀釋而無法精確計量，故這是行不通的。

3.2 ?防止氨、聯(lián)氨溶液箱排出有毒害氣體污染環(huán)境的措施。

針對目前設(shè)計的氨、聯(lián)氨加藥裝置存在的問題，需要考慮采取的有效途徑解決有關(guān)問題。

3.2.1 ?首先必須采取有效措施，阻斷有毒害氣體從溢流管中逸出。溢流管的功能只能是當溶液箱操作不當液位過高時，能從溢流管溢出;并要求做到在溶液箱在運行中液位變化的任何工況下，不能有氣體從溢流管逸出。

3.2.2 ?要求溶液箱頂部的通氣管，在溶液箱液位穩(wěn)定即溶液箱配制好溶液處于備用狀態(tài)時，能自動與大氣隔離。

3.2.3 ?當溶液箱處于運行，液位下降時，通氣管能自動進氣

3.2.4 ?當溶液箱需要進水配藥，即液位上升時，箱內(nèi)氣體能自動從通氣管排出。但此時須同時考慮排出氣體中的有毒害氣體成分的去除問題。

（1）當采取吸收劑時，應(yīng)考慮選擇吸收劑的有效性和頻繁更換吸收劑問題。

（2）當采用固定吸收器水位，以水作為吸收劑時，須定期更換吸收器內(nèi)存水（此時有部分廢水排出），并應(yīng)有防止吸收器內(nèi)水倒吸至溶液箱內(nèi)措施（特別當采用工業(yè)水作為吸收劑時）。

（3）當采用淋水型吸收器吸收時，必須正視存在耗水和處理產(chǎn)生的大量工業(yè)廢水問題。

3.2.5 ?防止氨、聯(lián)氨溶液箱排出有毒害氣體污染環(huán)境的具體措施。其具體實施方案是，在溶液箱上安裝一個帶有自保持水封溢流管隔離裝置和一個帶進水自洗氣的通氣管隔離裝置（參見圖6）。

（1）自保持溢流管水封隔離裝置系通過設(shè)計合理的水封高度以及設(shè)置的虹吸破壞設(shè)施，使之具有水封自保持的功能。只須在溶液箱初次調(diào)試時使之溢流片刻，即可自動形成水封。此后，無論溶液箱液位如何變動，以及發(fā)生溢流情況，水封自動保持，從而有效阻斷了有毒害氣體從溢流管逸出的通道。

（2）進水自洗氣通氣管隔離裝置，系采用溶液箱正常進水管與通氣管合用一個接口，并在其上設(shè)置一組立式氣體隔離裝置來達到。該氣體隔離裝置由兩個圓柱形閥體和球形閥芯組成。當溶液箱處于穩(wěn)定液位（配制好溶液備用階段）時，兩個閥體內(nèi)閥芯均處于關(guān)閉狀態(tài)，即溶液箱通氣管處于與大氣隔離狀態(tài)。當溶液箱液位變動時，兩個閥體內(nèi)閥芯借助溶液箱通氣管進氣或排氣過程，可協(xié)調(diào)啟閉自如。其中當由于液位逐漸升高需要排氣時，正是溶液箱需要進水的時刻。此時，溶液箱排出的氣體流，正好與套裝在通氣管內(nèi)的進水管端部側(cè)壁上的縫隙或小孔中呈輻射狀噴出的水流相遇而自動得到清洗，使其中的有毒害氣體成分返回到溶液箱內(nèi)，從而達到自洗氣和隔離的目的。

（3）本裝置的優(yōu)點是可以較好地解決氨、聯(lián)氨從溶液箱中逸出問題，結(jié)構(gòu)緊湊，基本無維修工作量，不耗水，不排出廢水，也無須更換吸收劑是目前較為實用的防止溶液箱逸出有毒害啟的隔離裝置。

3.3 ??次氯酸鈉、鹽酸貯罐排出酸霧的問題及防止措施

此類藥品的有害氣體是連續(xù)不斷排出的，但由于此類容器無溢流管，故只需解決通氣管排出的酸霧問題。

目前通常的做法是在容器內(nèi)液面覆蓋兩層塑料小球，但其密封性相對較低。（容器還需考慮防小球逃逸措施），再將其通氣管接至酸霧吸收器中。

3.3.1 ?淋水型酸霧吸收器（參見圖7），其缺點是需要連續(xù)消耗較多工業(yè)水，并產(chǎn)生較多的廢水，不符合節(jié)水減排要求。

3.3.2 ?堿中和型酸霧吸收器（參見圖8），只定期排放失效的廢水，因而可節(jié)省較多工業(yè)水，但由于其設(shè)計結(jié)構(gòu)不太合理，止回閥不夠嚴密，特別是在向貯罐卸藥有大量氣體排出時，吸收器吸收不夠充分，且振動較厲害。

3.3.3 ?針對以上情況，可在貯罐、計量箱上增加一個新型的通氣管隔離裝置（參見圖9），當容器內(nèi)液位穩(wěn)定（貯存?zhèn)溆闷陂g）時，通氣管與外界隔離;容器內(nèi)液位下降時，從隔離裝置底部進入空氣;容器內(nèi)液位上升時，從隔離裝置頂部排出氣體。其優(yōu)點是：a.可取消貯罐、計量箱內(nèi)覆蓋的兩層塑料小球;b.可取消酸霧吸收器進排氣管上的止回閥;c.可減少進入酸霧器的酸霧（容器內(nèi)液位穩(wěn)定時幾乎無酸霧排出），延長吸收器更換吸收液的周期。d.可減少不同貯罐容器之間相互干擾。例如：次氯酸鈉貯罐與鹽酸貯罐可合用一臺酸霧吸收器。

3.4 ?濃硫酸、濃燒堿液吸收空氣中的濕分或氣體影響溶液品質(zhì)的問題及防止措施。

目前一般在貯罐、溶液箱上裝有一個小型吸收器，但由于吸收器進氣口未與大氣隔離，因此會很快失效。加之電廠運行人員一般又不經(jīng)常更換吸收劑，效果就難以保證。當出現(xiàn)后者情況時，從某種意義上說，加裝吸收器還不如加裝一個隔離裝置。比較好的做法是設(shè)置一個帶有吸收功能的通氣管隔離裝置解決。即在貯罐、計量箱頂部增加一個新型的帶吸收功能的通氣管隔離裝置（參見圖10）。結(jié)構(gòu)原理同圖9，根據(jù)不同藥品選擇不同的吸收劑。對濃硫酸可選用硅膠吸濕;對濃堿液可選用顆粒狀堿石灰吸收CO。其優(yōu)點是，由于容器大部分時間處于與大氣隔離狀態(tài)。因此可大大延長吸收劑的有效使用時間。

3.5 ?亞硫酸氫鈉溶液箱影響溶液品質(zhì)和排出有害氣體的問題及防止措施。

眾所周知，亞硫酸氫鈉溶液配制貯存時間過長容易變質(zhì)。這是由于進入的空氣中的氧氣，氧化了自身反應(yīng)中生成的NaSO，使之成為NaSO所致。其中釋放出的SO將污染環(huán)境，但這一問題至今尚未引起注意和采取有效措施。

為解決這個問題，首先要在溢流管上加裝隔離裝置。然后可以在溶液箱通氣管上加裝帶吸收功能的通氣管隔離裝置（參見圖11）。吸收劑可選用顆粒狀堿石灰吸收SO。其優(yōu)點是，由于溶液箱在液位穩(wěn)定時處于與大氣隔離狀態(tài)，進入的氧氣就較少，從而延緩了亞硫酸氫鈉變質(zhì)時間，當排氣中有SO時，即可被堿石灰吸收除去。

4 ??結(jié)束語

對于帶有溢流管的溶液箱，首先要解決溢流管與大氣的隔離措施;對于容器通氣管上安裝的小型吸濕、吸二氧化碳裝置，必須考慮其暴露在大氣中，直接與大氣連續(xù)接觸而使吸收劑很快失效問題;活性炭吸收氨氣的有效容量較為有限，一般用作去除空氣中微量氨;作為氨液箱排氣的吸氨劑，須頻繁更換才有效。

去除容器中排出的有害氣體，宜采用不耗或少耗水和少量產(chǎn)生廢水的措施，以達到節(jié)水減排目的;對尚未引起足夠重視的防止次氯酸鈉、亞硫酸氫鈉溶液變質(zhì)和放出有害氣體問題宜采取相應(yīng)措施。

通過綜合運用設(shè)置帶進水自洗氣通氣管隔離裝置和帶自保持水封溢流管隔離裝置防止氨、聯(lián)氨溶液箱逸出有害氣體;以及設(shè)置帶有吸收功能的通氣管隔離裝置，可以較好地防止和減少空氣中的某些成分對濃硫酸、濃燒堿、次氯酸鈉、亞硫酸氫鈉溶液品質(zhì)的影響，以及后兩者可能釋放出HCl、SO對環(huán)境的影響。

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作者簡介：

王華（1971-），男，高級工程師，研究方向為化學(xué)水處理。

（作者單位：華東電力設(shè)計院有限公司）