空氣過濾裝置在海洋石油平臺工程項目中的應用

郭 勇，甄敏鋼，譚新越

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

平臺主機產生的煙氣含有大量的氮氧化物，本項目平臺在設計時未考慮主機煙氣的處理，主機上也未預留煙氣過濾處理裝置的空間，依據煙氣擴散分析報告，為了保證人員的安全和設備的正常運轉，在中控室新增了氮氧化物處理裝置。

1 平臺煙氣擴散分析

根據平臺布置和煙氣排放的設計，綜合考慮風向、風速、風頻以及可能產生渦流影響等因素。分別對N、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW、NNW等風向進行煙氣擴散分析，并根據計算的結果及規律分析其他風向的影響情況。

1.1 氮氧化物分析結果

氮氧化物的影響情況比較復雜，受風向、風速以及渦流的影響。通過對不同風向、風速的分析，得出如下結論(其中底色深表示超標影響嚴重，底色淺表示輕微影響或可能存在影響)，如表1所示。

在W風向下由于平臺東側產生渦流，導致煙氣中氮氧化物被反吹向生活樓，因此對生活樓的影響較大，隨著風速的增加，其影響減弱，當風速超過10 m/s時，風速的影響占主導作用，煙氣被吹離平臺。在E風向下的情況類似，即在平臺西側產生渦流，導致煙氣反吹向平臺西側，造成平臺西側氮氧化物超標，在7 m/s時以風速影響為主，煙氣吹離平臺，當風速減弱至5 m/s時，渦流的影響為主。在N風向下，透平機組排煙被吹離平臺，對平臺不產生影響。在S風向下，當風速較小或無風時氮氧化物對平臺影響較為嚴重。

表1 不同風向下氮氧化物超標影響風頻數據表 ml/L

1.2 中控室氮氧化物濃度分布

在未考慮中控室進排風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的工況主要為：E、S、SSW、SW、WSW、W風向下存在影響，根據不同風速下的結果，統計參考風頻數據可得超標工況下氮氧化物年累計量。

M=(mE×fE+mS×fS+mW×fW)330×24×

700=14.92 kg/m3。

(1)

式中：M為超標情況下氮氧化物年累計量;mE為E風向1 m/s風速下氮氧化物濃度；fE為E風向1 m/s風頻；mS為S風向1 m/s風速下氮氧化物濃度；fS為S風向1 m/s風頻；mW為W風向7 m/s風速下氮氧化物濃度；fW為W風向7 m/s風頻。氮氧化物未超標的年累積概率值為95.8%，即氮氧化物含量小于10 mg/m3。

1.3 結論

氮氧化物對電氣房間影響比較嚴重的工況主要是E、S及W風向，結合風頻數據可以粗略估計出年影響概率為3.7%。其中，中控室氮氧化物超標，最大為184.46 mg/m3,出現在W風向小風速工況下。

根據模擬分析的結果，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。

2 解決方案

1)采用密封門及雙層窗戶，增強房間密閉性。

2)在中控室機械進風口增加空氣過濾裝置，去除空氣中的氮氧化物。

3 空氣過濾裝置設備組成

空氣過濾裝置由箱體、預過濾段、化學過濾段、后過濾段、風機和控制系統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-化學過濾段；5-F8中效過濾器；6-不銹鋼風機。圖1 空氣過濾裝置組成示意圖

3.1 箱體

機組設置在室內，箱體采用Q235B+coating，防護等級IP23。

3.2 預過濾段

預過濾采用初放過濾器(G4)+中效過濾器(F7)兩級過濾方式。G4和F7主要去除新風中的灰塵，保證送入室內的空氣滿足室內空氣的潔凈要求。同時保護后面的化學氣體過濾系統免受灰塵污染。過濾系統配有壓差報警器，當過濾器需要更換或維護時，系統發出報警信號。

3.3 化學過濾段

化學過濾段為設備的核心，系統采用精細化學過濾技術。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擴散影響，產生薄的吸附層，可以在高氣流流速下使用，產生較低的氣流阻力獲得較高的吸附效率和有效容量。基于以上技術特點，在濾料中添加多種催化劑和氧化劑，通過催化氧化反應和酸堿反應凈化有害氣體。

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灰塵和化學過濾段可能產生的顆粒，保證最終進入室內的空氣潔凈度。

3.5 風機

空氣過濾裝置前段進風口連接室外風機管路上，設備存在一定的阻力，為保證正常運轉，空氣過濾裝置內部單獨設置一臺風機，通過風量計算與室外風機性能相匹配。

3.6 控制系統

1)液晶控制器，顯示新風的溫度和設備運行狀態，設備發生故障時，可以顯示故障代碼。

2)帶有消防火警接口，接到消防信號后，設備自動停機。消防信號消失需要手動恢復。

3)帶有毒氣體接口，接到信號后，設備自動停機，需手動恢復。

4)過濾器達到使用壽命后，液晶顯示器會顯示更換信息。

5)設備帶有壓差報警器，當過濾器需要更換和故障時，系統發出報警信號。

4 空氣過濾裝置的布置及技術要求

為防止室外出現氮氧化物時未經處理就進入到中控室，應采用雙層窗戶，增強房間密閉性，采用密封門，并盡可能減少外界進入室內的進出氣口。中控室原設計有室外風機進行空氣換氣，因此將氮氧化物裝置布置在中控室內，設備進氣口與風機室內出口相連，直接處理風機引入的室外空氣。

為實現氮氧化物處理裝置與風機連接后能正常運行，因此在設計時要求設備進口法蘭與風機法蘭一致，設備內部風機與室外風機風量相匹配。同時為了滿足人員舒適度和設備的合理運行，設備采用頂部進風前面上部出風，室內維持10 Pa正壓，防止大氣從其他途徑泄露到室內。

5 結束語

根據平臺煙氣擴散分析報告，得出了對平臺影響的各種工況，參照空氣處理行業的各種標準規范并結合廠家技術水平，完成了相關設備的設計。通過在中控室增加空氣過濾裝置，保證了人員的安全和設備的正常運轉，但煙氣仍然會擴散到平臺的其他區域，建議以后平臺設計時在主機排煙管安裝處理裝置，將問題解決在源頭。