用于煉油污水處理廠的廢氣處理裝置設計探析

摘 要： 文章結合某煉油污水處理廠的廢氣處理提標升級改造項目，在分析項目廢氣性質及需求處理量的基礎上，從除濕裝置、準分子紫外光氧化裝置、活性炭吸附箱裝置、水噴淋裝置、離心風機及排氣筒、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計要點，以期為類似項目的設計開發提供借鑒。

關鍵詞： 煉油污水處理廠;廢氣處理裝置;設計;水噴淋系統

一、 引言

隨著產業升級過程中人們對于環保導向型的技術策略愈發重視，針對產生污染的各類工業的廢氣處理標準規范也不斷提升，原有的廢氣處理裝置不能滿足新的標準排放指標。在廢氣處理裝置改造設計項目中，不僅要考慮每個裝置獨立的功能設計，還要考慮到聯用裝置之間的兼容性改造，因地制宜地針對實際境況進行相應的深化設計。

二、 項目概況

煉油污水處理工藝中產生的成分復雜的廢氣容易造成地下水、土壤和生物二次污染。該項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量約32000 Nm3/h，處理包括廢氣治理設施處理后的污染尾氣和污泥儲存間及污泥脫水倉產生的廢氣。隨著處理需求量的提升，現有設施已無法保證穩定滿足標準排放指標，對現有廢氣處理設施后段進行新增設備提標改造，使得改造后的廢氣處理工藝能夠滿足《石油化學工業污染物排放標準》（GB31571-2015）、《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）等相關標準的要求，從而改善區域環境，提升生產環保效益。

三、 廢氣處理裝置設計分析

（一）廢氣性質及需求處理量分析

項目廢氣是石油工業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）等常見有機揮發性污染物，具有大風量、低濃度、常溫等特征，經現場勘查核算，廢氣的設計需求處理量為32000 Nm3/h，主要包括煉油污水處理工藝中的現有廢氣治理設施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）廢氣處理裝置設計

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、準分子紫外光氧化裝置、活性炭吸附箱、水噴淋塔、離心風機、排氣筒幾個部分。

1. 除濕裝置

考慮到廢氣中含有低烴成分，該項目采用的是設備位號F-101的除濕系統，該除濕系統的設計處理風量為32000 Nm3/h，其依靠一套風冷型冷水機組、組合式空氣處理幾組、緩沖水箱和有一套循環泵組成，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保特性。

2. 準分子紫外光氧化裝置

該系統包含兩臺EXCIMER準分子紫外光氧化裝置，每臺的設定處理能力為16000 Nm3/h。考慮到待處理有機物的成分，該系統的光源采用172 nm的環保型無汞紫外光燈管，光衰率≤5 % ，具有良好的維護經濟效益。對于設備的風阻設計，其參數小于380Pa，保障了良好的廢氣處理流通量。設備的防爆等級設定為ExdIICT6的化工廠用電氣設備，滿足最高級表面溫度允許值，同時考慮到設備防腐，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

項目中活性炭吸附箱的處理能力設計為32000 Nm3/h，阻力降小于1300 Pa。其材料采用煤質顆粒活性炭，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位。總體活性炭填充量不小于3.2 m2，能夠適應有機廢氣的濃度變化。

4. 水噴淋裝置

項目中水噴淋裝置結構的設計尤為重要。水噴淋系統可以進一步去除水溶性有機物和先前氧化工序中產生的臭氧，該項目針對水噴淋的系統結構和工藝重難點進行了分析和優化。

（1）水噴淋系統結構分析

通常而言，水噴淋系統采用三層結構：噴淋層、填料層、水箱。噴淋層是由噴淋管和噴嘴組成，根據噴淋塔直徑大小，設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、拉西環等。填料層作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，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提供穩定的噴淋水源。

該項目采用的水噴淋系統的處理能力為32000 Nm3/h，填料塔中的填料材質為SS304不銹鋼，具有較強的耐腐蝕性能，噴淋塔的設計壁厚不小于4mm，用以提高塔身的強度和耐腐蝕程度，設計風阻小于800Pa。

（2）水噴淋系統設計難點及優化

在系統的調試運行過程中，水噴淋塔裝置運行時遇到兩個問題：塔內風阻較大，難以穩定維持小于800Pa的設計需求。這是由于原有的水噴淋塔的三層設計結構沒有考慮合理的空氣流動的優化設計，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行，因此需要針對填充層進行優化改造;此外，噴淋過程中所產生水會沿著噴淋塔的內壁流入風管道，導致管道大量積水，不僅造成設備運行困難，還會嚴重影響設備的使用壽命，需要對風管道的機械結構進行優化設計。

針對塔內風阻較大的問題，經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，在滿足合理設計范圍內減少填料層設計高度是最佳的優化方案。現將物料的填充層由原來的600mm減少至400mm，以期達到降低風阻的效果，同時可以節省物料的堆積成本。針對風管道中的積水問題，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入風管道的思路入手。該項目采用了兩種方式協同改造，首先在塔內壁進風管上加設了一層擋水板進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上，改變了進風管的進風角度，將其從垂直狀調整為傾斜狀，避免了噴淋水進入風管道。

從運行效果來看，經過適當減薄填料層厚度、增設擋水板和調整進風管角度后，噴淋塔的實際運行風阻能夠穩定維持在800Pa以下，且進風管中的噴淋水匯聚問題的也得到了解決。

5. 離心風機及排氣筒

離心風機設計為一備一用，為了獲得更好的離心效果，離心風機的設定處理值為34000Nm3/h，略大于其他設備的設定值，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，且在內部增設加強筋，提高排氣筒的機械強度）。在排氣筒的固定方面，頂部采用了防風繩進行固定，底部則是依靠預埋的地腳螺栓進行固定。

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，按照相應的規范標準設計電氣防爆、接地和防雷模塊，提高設備的使用壽命和安全可靠性。

四、 廢氣處理裝置應用效果

項目設計入口非甲烷總烴≤300mg/m3，苯≤10mg/m3，甲苯≤15mg/m3，二甲苯≤20mg/m3。經檢測，項目出口廢氣排放達到排放標準（石油煉制工業污染物排放標準GB31570-2015和中國石化煉油事業部內控指標，即非甲烷總烴≤120mg/m3，苯≤4mg/m3、甲苯≤15mg/m3、二甲苯≤20mg/m3）。檢測數據見表1。

五、總結

文章中用于煉油污水處理廠的廢氣處理裝置通過構建“除濕+準分子紫外光氧化+水噴淋”組合式裝置和活性炭吸附箱冗余濃度調節設備，成功了達到了項目廢氣的高效處理和達標排放，實現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范標準，期望為類似廢氣處理裝置的設計開發提供借鑒。

作者簡介：? 傅崇駿，南京益能環境工程有限公司。