粉末投加裝置防燃爆設計及安裝調試

張衛春

安徽萬緯工程管理有限責任公司（安徽安慶246001）

粉末投加裝置防燃爆設計及安裝調試

張衛春

安徽萬緯工程管理有限責任公司（安徽安慶246001）

介紹了粉末活性炭投加裝置的空氣流體過濾、脈沖壓縮空氣流化、水噴霧加濕、水力噴射抽吸等防污染防燃爆技術及設備的設計，并對設備調試與投用效果進行了分析。裝置投用結果表明：該粉末投加裝置投加粉末活性炭不會造成環境污染，不會發生燃燒爆炸，達到了石化廢水處理粉末活性炭投加環保和安全要求。

粉末投加裝置；防燃爆設計；防污染；設備調試

可燃粉塵在爆炸極限范圍內，遇到熱源(明火或高溫)會燃爆，火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學反應速度極快，同時釋放大量的熱，形成高溫高壓。由于這一過程中不斷有升高的壓力會產生沖擊波，因此，粉塵燃爆會造成很大的破壞力。石油化工生產裝置若發生粉塵燃爆，其破壞力更大。為此，粉塵燃爆的安全防范引起了人們高度重視[1]。中石化某分公司建設一座廢水處理場對全廠石化廢水進行生化處理[2]，石化廢水生化處理裝置每天需要往生化池中投加粉末狀活性炭（powdered activated carbon,PAC）。粉末活性炭為黑色可燃粉塵，投加時遇到熱源會產生燃爆[3]，且會造成環境污染。為了安全、環保的投加粉末活性炭，該廢水處理場構建一套粉末活性炭防燃爆投加裝置（以下簡稱PAC投加裝置），解決了粉末活性炭投加時燃燒爆炸和環境污染問題，保證了石油化工裝置安全穩定運行。

1 工程概況

該石化廢水生化處理裝置有2座廢水處理生化池，單池為74m×16m×8m，每座生化池安裝384個曝氣器，用鼓風機向生化池內輸送鼓風空氣曝氣，用PAC投加裝置投加粉末活性炭。在鼓風機空氣攪動下，石化廢水與粉末活性炭充分混合，進行生化反應，通過粉末活性炭的吸附[4-5]與活性污泥的降解作用[6]，去除廢水中的有機污染物，廢水再經過濾池過濾后達標排放。粉末活性炭投加裝置于2012年7月開工建設，2013年6月竣工。

2 PAC投加裝置結構

粉末活性炭儲藏在料倉中，料倉頂部設計防止粉末活性炭憋壓和外溢的粉塵過濾器、防止過壓和欠壓的安全閥、料位儀表（LAH）。料倉圓錐體設計專用的流化閥，兩塊防爆板安裝在料倉側壁上部。

料倉設計粉末活性炭充裝管，以便粉末活性炭從運料槽車往料倉充裝，并設計料位設備以指示料倉內粉末活性炭料位和高料位報警，以防料倉溢裝。

粉末活性炭往定量給料斗充裝，由2只交替開啟和關閉的出口閥A、B控制，經定量給料器定量后送至加濕圓錐體，被用水驅動的噴射器吸出和噴射。

當粉末活性炭投加量達到工藝要求時，投加裝置按相應的計算機控制程序自動停機并清洗輸送管道，清洗水從排水閥排出。PAC投加裝置結構如圖1所示。

3 主要設備及設計參數

PAC投加裝置主要設備由料倉、粉塵過濾器、料斗、定量給料器、加濕圓錐體、噴射器、注射泵以及控制閥、自動化儀表、電機等設備組成。粉末活性炭為可燃粉塵，所有動力設備、檢測儀表、充裝及輸送管道、控制閥、粉塵過濾器設計及選型時均符合《用于潛在爆炸性環境中的設備和防護系統ATEX認證（94/9/EC）》的要求，整個系統由計算機控制系統全自動操作。

圖1 PAC投加裝置結構

3.1 料倉

粉末活性炭料倉上部為直徑3 600mm、高度5 650mm圓筒形殼體，下部為70°頂角圓錐體，總高度13 100mm，凈容積45m3，凈重8 365kg，最大粉末活性炭裝載量23t，最大運行重量37t，結構材料為S235JR。工作壓力-0.000 5～0.01MPa，設計壓力-0.000 5～0.05MPa。

料倉設計雷達料位計指示料倉料位，安裝安全閥防止料倉過壓或欠壓，高料位開關在高料位時報警以防料倉溢裝。安裝一根Φ100mm料倉充裝管線從充裝點敷設至料倉頂部。充裝管配備一只手動球閥和100 mm STORZ軟管接頭。

3.2 粉塵過濾器

料倉頂部左側安裝粉塵過濾器，采用DLM-V 25/12W空氣流粉塵過濾器，過濾器包括空氣排放、活性炭粉塵過濾和清潔吹掃系統。過濾面積25m2，濾袋材料為DURA LIFE/OLE OPHOBIC A/S(抗靜電)，粉塵在標準狀態下排放＜5mg/m3，空氣消耗量7.4m3/h。設計活性炭粉塵過濾和壓縮空氣清潔吹掃自動控制系統，二者根據粉塵過濾器的壓差值自動向粉塵過濾器濾芯提供脈沖壓縮空氣(12s間隔)，清除活性炭粉塵以免濾芯堵塞。

3.3 流化出料器

料倉下部流化出料器設計8只流化閥控制脈沖流化空氣，脈沖壓縮空氣流體從料倉圓錐體下部進入流化出料器，粉末活性炭顆粒在壓縮空氣流體和重力的作用下成流化態出料。料倉出口閥受出料自動控制系統控制往料斗裝料。料斗出料經均化器均勻攪拌后，由定量給料器往加濕圓錐體定量給料。

3.4 定量給料器

定量給料器采用GDU201.5容積式給料器，定量給料能力為20～200kg/h(物料松裝密度500kg/m3時)。其計量工具為料斗中同心布置的計量螺旋器和單獨驅動的均質器，均質器的矩形入口法蘭與料斗連接。料斗容積149L，設計高料位和低料位開關控制定量給料器進料，料斗結構材料為SS316。

定量給料器可更換計量螺旋器來改變計量范圍。計量螺桿電機功率0.55kW，由變頻器變頻調速，均質器電機功率0.18kW。定量給料器設計排放閥，排放閥由雙作用氣動活塞推動。

3.5 加濕圓錐體

噴霧加濕圓錐體通過撓性軟管與定量給料器排放閥連接。加濕圓錐體為了加濕和沖洗粉末活性炭，在圓錐體上部安裝4只噴嘴，噴嘴連接至圓錐體周圍的環形供水管線，水經調節閥調節后通過噴嘴噴出。加濕圓錐體結構材料為SS316，底部連接噴射器。

3.6 噴射器

應用水力抽吸和噴射技術的噴射器是PAC投加裝置的核心部件，噴射器的引射流體口與加濕圓錐體的錐頂直接連接。噴射器利用注射泵將水加壓提升為壓力較高的水流作為工作流體，注射泵與噴射器的工作流體口連接。加濕流化后的粉末活性炭作為引射流體，通過高壓水的射流將加濕圓錐體中的粉末活性炭吸出，與水混合成均勻的混合流體被排出噴射器，向廢水生化處理生化池投加粉末活性炭漿料。噴射器結構材料為鑄鐵帶SS316鑲塊。噴射器設計噴射器供水閥、粉末活性炭漿料投加閥、沖洗排水閥等氣動球閥。

4 設備調試及裝置投用

4.1 設備調試

PAC投加裝置于2013年7月開始調試，主要進行粉塵過濾調試、定量給料校準、料倉出料調試、料漿投加調試。

4.1.1 粉塵過濾器調試

粉塵過濾器由過濾控制器根據差壓自動控制運行。調試時參數設定為：差壓為800Pa時，粉塵過濾器開始清潔；差壓為400Pa時，粉塵過濾器停止清潔；差壓為1 300Pa時，粉塵過濾器堵塞報警。

4.1.2 料倉出料調試

壓縮空氣對活性炭粉料進行流化從料倉出料。壓縮空氣通過氣動進氣閥控制，出料時進氣閥為間隙式進氣，時間間隔調整為開啟4s，關閉2s，再開啟，再關閉，如此循環，總時間為22s。調試時檢查氣流是否通過流化閥，并檢查和確認進氣閥開啟和關閉時間。

4.1.3 定量給料器校準

定量給料器的校準通過調節電機供電變頻器的頻率改變驅動電機轉速，計量定量給料器每分鐘送出的粉末活性炭重量來校準。校準程序為：分別將變頻器的頻率調整為10Hz、20Hz…..，每次增加10Hz直至100Hz驅動給料器電機，每次運行計時60s，稱重并記錄定量給料的粉末活性炭凈重。按校準的數據計算粉末活性炭的投加量。

4.1.4 料漿投加調試

卸下加濕圓錐體蓋板，打開排水閥和供水閥，關閉加濕水調節閥，啟動生產水注射泵；注射水急速進入噴射器，并產生水流湍流聲。

依次緩慢地打開加濕圓錐體周圍環形管線上的每一只加濕水調節閥，調節噴嘴出水流量；調節噴嘴孔板使水形成盡可能寬的水膜，沿錐壁平穩流過加濕圓錐體壁，并被噴射器吸出；并使噴嘴出水在加濕圓錐體內部不產生水霧或游離小水滴，沿著錐壁的水膜應互相重疊，水流到錐底后立即被噴射器吸出。

4.2 投用效果

PAC投加裝置于2013年8月投入運行，對石化廢水生化處理生化池進行粉末活性炭的投加，集中投加了約60 t的粉末活性炭。生化處理裝置正常運行時，由于生化池中的粉末活性炭有損耗，PAC投加裝置每日向生化池補充粉末活性碳，以保證石化廢水生化處理裝置的正常運行。

該石化廢水生化處理裝置投加的粉末活性炭粒徑小于74μm，粉塵最小松裝密度為500kg/m3，最大爆炸壓力指數值為0.9MPa，爆燃指數值為10MPa·m/s，投放時易造成環境污染和燃燒爆炸。采用防燃爆防污染技術后，未出現燃燒爆炸和環境污染安全事故。

5 結束語

1）利用PAC投加裝置往石化廢水處理生化池投加粉末活性炭時不會產生環境污染，不會發生燃燒或爆炸，保證了PAC投加裝置本身及周邊其他石化裝置的安全運行。

2）經PAC投加裝置定時定量投加的粉末活性炭與水混合均勻，投加到生化池后經空氣曝氣對水中的有機污染物進行生化處理，處理后石化廢水中的有機污染物、石油類物質等主要指標滿足GB 8978-2002的一級標準[7]，可直接排放。

[1]中華人民共和國科技部,環境保護部.大氣污染防治先進技術匯編[M].北京：科學技術出版社,2014.

[2]Tangsathitkulchai C,Ngernyen Y,Tangsathitkulchai M.Surface Modification and Adsorption of Eucalyptus Wood-Based Activated Carbons:Effects of Oxidation Treatment, Carbon Porous Structure and Activation Method[J].Korea Journal of Chemical Engineering,2009,26(5):1341-1352.

[3]張麗芳.可燃粉塵爆炸下限濃度的測試研究[J].機械工程與自動化,2009(5):97-98.

[4]周剛,劉文君,馮兆敏,等.吸附重金屬用活性炭對汞的去除特性研究[J].給水排水,2013,39(5):120-124.

[5]周本省.工業水處理技術[M].北京:化學工業出版社,2002.

[6]J.Drewnowski,J.Makinia.Modelinghydrolysisofslowly biodegradable organic compounds in biochemical nutrient removal activated sludge systems[J].Water Science&Technology,2013,67(9):2067-2074.

[7]國家環境保護總局.污水綜合排放標準:GB 8978-2002[S].北京:中國標準出版社,2002.

The pollution,firing and explosion preventing techniques of active carbon powder adding device,such as the air fluid filtration technique,and pulse compressed air flow,water spray fluidizing technique,water spray humidification,etc.and the design of the active carbon powder adding device are introduced,and the debugging and the use effect of the device are analyzed.The use results of the device show that:adding active carbon powder using the device will not cause environmental pollution,combustion and explosion,the design of the device meets the requirements of environmental protection and safety to adding active carbon powder in the petrochemical wastewater treatment.

powder feeding device;firing-preventing explosion-preventing design;pollution prevention;equipment debugging

梅

2015-09-17

張衛春(1966-)，男，工程師，現從事石油化工工程咨詢和管理工作。