用于煉油污水處理廠的廢氣處理裝置設(shè)計(jì)探析

摘 要： 文章結(jié)合某煉油污水處理廠的廢氣處理提標(biāo)升級改造項(xiàng)目，在分析項(xiàng)目廢氣性質(zhì)及需求處理量的基礎(chǔ)上，從除濕裝置、準(zhǔn)分子紫外光氧化裝置、活性炭吸附箱裝置、水噴淋裝置、離心風(fēng)機(jī)及排氣筒、儀器儀表裝置等方面分析了用于煉油污水處理場的廢氣處理裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以期為類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 煉油污水處理廠;廢氣處理裝置;設(shè)計(jì);水噴淋系統(tǒng)

一、 引言

隨著產(chǎn)業(yè)升級過程中人們對于環(huán)保導(dǎo)向型的技術(shù)策略愈發(fā)重視，針對產(chǎn)生污染的各類工業(yè)的廢氣處理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也不斷提升，原有的廢氣處理裝置不能滿足新的標(biāo)準(zhǔn)排放指標(biāo)。在廢氣處理裝置改造設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，不僅要考慮每個裝置獨(dú)立的功能設(shè)計(jì)，還要考慮到聯(lián)用裝置之間的兼容性改造，因地制宜地針對實(shí)際境況進(jìn)行相應(yīng)的深化設(shè)計(jì)。

二、 項(xiàng)目概況

煉油污水處理工藝中產(chǎn)生的成分復(fù)雜的廢氣容易造成地下水、土壤和生物二次污染。該項(xiàng)目所涉及的煉油污水處理廠原有的低濃度尾氣處理工藝總排風(fēng)量約32000 Nm3/h，處理包括廢氣治理設(shè)施處理后的污染尾氣和污泥儲存間及污泥脫水倉產(chǎn)生的廢氣。隨著處理需求量的提升，現(xiàn)有設(shè)施已無法保證穩(wěn)定滿足標(biāo)準(zhǔn)排放指標(biāo)，對現(xiàn)有廢氣處理設(shè)施后段進(jìn)行新增設(shè)備提標(biāo)改造，使得改造后的廢氣處理工藝能夠滿足《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31571-2015）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而改善區(qū)域環(huán)境，提升生產(chǎn)環(huán)保效益。

三、 廢氣處理裝置設(shè)計(jì)分析

（一）廢氣性質(zhì)及需求處理量分析

項(xiàng)目廢氣是石油工業(yè)中煉油廢水的衍生污染物，因此其入口主要組成部分及濃度為空氣、非甲烷總烴（≤300 mg/m3）、苯（≤10 mg/m3）、甲苯（≤15 mg/m3）、二甲苯（≤20 mg/m3）等常見有機(jī)揮發(fā)性污染物，具有大風(fēng)量、低濃度、常溫等特征，經(jīng)現(xiàn)場勘查核算，廢氣的設(shè)計(jì)需求處理量為32000 Nm3/h，主要包括煉油污水處理工藝中的現(xiàn)有廢氣治理設(shè)施A套（20000 Nm3/h）和B套（10000 Nm3/h），以及處理后的尾氣、污泥儲存間及污泥脫水倉的廢氣（2000 Nm3/h）。

（二）廢氣處理裝置設(shè)計(jì)

如圖1所示，廢氣處理的過程中涉及的裝置主要包括除濕系統(tǒng)、準(zhǔn)分子紫外光氧化裝置、活性炭吸附箱、水噴淋塔、離心風(fēng)機(jī)、排氣筒幾個部分。

1. 除濕裝置

考慮到廢氣中含有低烴成分，該項(xiàng)目采用的是設(shè)備位號F-101的除濕系統(tǒng)，該除濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為32000 Nm3/h，其依靠一套風(fēng)冷型冷水機(jī)組、組合式空氣處理幾組、緩沖水箱和有一套循環(huán)泵組成，制冷劑采用由R32制冷劑和R125制冷劑再加上R134a制冷劑按一定的比例混合而成的R407C型冷媒，具有不破壞臭氧層的環(huán)保特性。

2. 準(zhǔn)分子紫外光氧化裝置

該系統(tǒng)包含兩臺EXCIMER準(zhǔn)分子紫外光氧化裝置，每臺的設(shè)定處理能力為16000 Nm3/h?？紤]到待處理有機(jī)物的成分，該系統(tǒng)的光源采用172 nm的環(huán)保型無汞紫外光燈管，光衰率≤5 % ，具有良好的維護(hù)經(jīng)濟(jì)效益。對于設(shè)備的風(fēng)阻設(shè)計(jì)，其參數(shù)小于380Pa，保障了良好的廢氣處理流通量。設(shè)備的防爆等級設(shè)定為ExdIICT6的化工廠用電氣設(shè)備，滿足最高級表面溫度允許值，同時考慮到設(shè)備防腐，采用壁厚為4 mm以上的SS304耐腐蝕不銹鋼。

3. 活性炭吸附箱裝置

項(xiàng)目中活性炭吸附箱的處理能力設(shè)計(jì)為32000 Nm3/h，阻力降小于1300 Pa。其材料采用煤質(zhì)顆粒活性炭，碘值大于800，具有良好的吸附親和力和吸附容積，表面有豐富的介孔和大孔活性點(diǎn)位?？傮w活性炭填充量不小于3.2 m2，能夠適應(yīng)有機(jī)廢氣的濃度變化。

4. 水噴淋裝置

項(xiàng)目中水噴淋裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。水噴淋系統(tǒng)可以進(jìn)一步去除水溶性有機(jī)物和先前氧化工序中產(chǎn)生的臭氧，該項(xiàng)目針對水噴淋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝重難點(diǎn)進(jìn)行了分析和優(yōu)化。

（1）水噴淋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

通常而言，水噴淋系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：噴淋層、填料層、水箱。噴淋層是由噴淋管和噴嘴組成，根據(jù)噴淋塔直徑大小，設(shè)置噴淋管和噴嘴的密度不同;填料層是在噴淋層之上，用來置放填料，主要的填料物品包括多面空心球、拉西環(huán)等。填料層作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，底部裝有填料支承板，填料以亂堆方式放置在支承板上。其上方則安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動;水箱的主要作用則是為噴淋系統(tǒng)提供穩(wěn)定的噴淋水源。

該項(xiàng)目采用的水噴淋系統(tǒng)的處理能力為32000 Nm3/h，填料塔中的填料材質(zhì)為SS304不銹鋼，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，噴淋塔的設(shè)計(jì)壁厚不小于4mm，用以提高塔身的強(qiáng)度和耐腐蝕程度，設(shè)計(jì)風(fēng)阻小于800Pa。

（2）水噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及優(yōu)化

在系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行過程中，水噴淋塔裝置運(yùn)行時遇到兩個問題：塔內(nèi)風(fēng)阻較大，難以穩(wěn)定維持小于800Pa的設(shè)計(jì)需求。這是由于原有的水噴淋塔的三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沒有考慮合理的空氣流動的優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是填充層的物料密度較大，堆積方式阻礙了空氣的流暢運(yùn)行，因此需要針對填充層進(jìn)行優(yōu)化改造;此外，噴淋過程中所產(chǎn)生水會沿著噴淋塔的內(nèi)壁流入風(fēng)管道，導(dǎo)致管道大量積水，不僅造成設(shè)備運(yùn)行困難，還會嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命，需要對風(fēng)管道的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

針對塔內(nèi)風(fēng)阻較大的問題，經(jīng)分析后是由于填料層中SS304不銹鋼物料的填充密度和堆積方式干擾了氣體的正常流動，但是過度地降低物料密度又會造成噴淋效果地下降。因此，在滿足合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)減少填料層設(shè)計(jì)高度是最佳的優(yōu)化方案。現(xiàn)將物料的填充層由原來的600mm減少至400mm，以期達(dá)到降低風(fēng)阻的效果，同時可以節(jié)省物料的堆積成本。針對風(fēng)管道中的積水問題，由于不能改變噴淋水的噴淋方式，所以需要從阻擋噴淋水進(jìn)入風(fēng)管道的思路入手。該項(xiàng)目采用了兩種方式協(xié)同改造，首先在塔內(nèi)壁進(jìn)風(fēng)管上加設(shè)了一層擋水板進(jìn)行噴淋水的物理隔絕;其次是在研究了噴淋水噴淋路線的基礎(chǔ)上，改變了進(jìn)風(fēng)管的進(jìn)風(fēng)角度，將其從垂直狀調(diào)整為傾斜狀，避免了噴淋水進(jìn)入風(fēng)管道。

從運(yùn)行效果來看，經(jīng)過適當(dāng)減薄填料層厚度、增設(shè)擋水板和調(diào)整進(jìn)風(fēng)管角度后，噴淋塔的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)阻能夠穩(wěn)定維持在800Pa以下，且進(jìn)風(fēng)管中的噴淋水匯聚問題的也得到了解決。

5. 離心風(fēng)機(jī)及排氣筒

離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一備一用，為了獲得更好的離心效果，離心風(fēng)機(jī)的設(shè)定處理值為34000Nm3/h，略大于其他設(shè)備的設(shè)定值，保障了冗余處理的能力。離心壓力為2450 Pa，防爆等級則采用ExdIIBT4級。排氣筒裝置的處理能力依照額定值，筒直徑為1200mm，筒高度為17m，材質(zhì)采用防腐蝕SS304不銹鋼，壁厚隨著高度分段減薄（底部為12mm，0～7m高度分段壁厚為5mm，7～17m高度分段下下壁厚為3mm，且在內(nèi)部增設(shè)加強(qiáng)筋，提高排氣筒的機(jī)械強(qiáng)度）。在排氣筒的固定方面，頂部采用了防風(fēng)繩進(jìn)行固定，底部則是依靠預(yù)埋的地腳螺栓進(jìn)行固定。

6. 儀器儀表裝置

儀器儀表裝置包括溫度和壓力裝置兩部分，按照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)電氣防爆、接地和防雷模塊，提高設(shè)備的使用壽命和安全可靠性。

四、 廢氣處理裝置應(yīng)用效果

項(xiàng)目設(shè)計(jì)入口非甲烷總烴≤300mg/m3，苯≤10mg/m3，甲苯≤15mg/m3，二甲苯≤20mg/m3。經(jīng)檢測，項(xiàng)目出口廢氣排放達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB31570-2015和中國石化煉油事業(yè)部內(nèi)控指標(biāo)，即非甲烷總烴≤120mg/m3，苯≤4mg/m3、甲苯≤15mg/m3、二甲苯≤20mg/m3）。檢測數(shù)據(jù)見表1。

五、總結(jié)

文章中用于煉油污水處理廠的廢氣處理裝置通過構(gòu)建“除濕+準(zhǔn)分子紫外光氧化+水噴淋”組合式裝置和活性炭吸附箱冗余濃度調(diào)節(jié)設(shè)備，成功了達(dá)到了項(xiàng)目廢氣的高效處理和達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)了單位時間處理量和處理效果的提升，滿足最新的氣體排放規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，期望為類似廢氣處理裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)提供借鑒。

作者簡介：? 傅崇駿，南京益能環(huán)境工程有限公司。