乳化劑裝置松香粉塵超標的治理

宋 彬 李英堂 朱寧寧 李子春

（1.中國石油化工研究院蘭州化工研究中心；2.蘭州理工大學計算機與通信學院；3.蘭州石化翔鑫公司）

乳化劑裝置作為某廠年產10萬噸丁苯橡膠裝置和年產5萬噸丁腈橡膠裝置的配套裝置，每年可生產9 000t歧化松香酸鉀皂和3 000t脂肪酸鉀皂（干基），其中松香破碎與熔融是生產工藝的重要工序。 近年來，隨著國家安全環保要求的不斷提高，裝置加強了安全環保治理工作，但松香粉塵超標嚴重的問題一直沒有得到解決。 為此，筆者結合國內外先進技術，設計了一套新型的松香破碎機及其粉塵回收系統，在解決松香粉塵嚴重超標的同時，提高生產效率。

1 松香粉塵超標

松香破碎和熔融是乳化劑裝置生產的基本工序，具體過程為：桶裝原料松香（歧化松香）在松香破碎區經人工破桶后進行破碎，之后再由汽車運至乳化劑裝置；破碎后的松香經人工裝入熔融槽，封好加入口并通入氮氣（在氮氣保護下熔融松香）， 打開加熱盤管和夾套管進出口閥通入導熱油，由導熱油系統供熱給熔融槽，當熔融槽溫度達到200～235℃時， 關閉加熱盤管和夾套管進口閥，保持熔融槽融化時間4～6h。 由此可知，人工破碎松香時，工作持續時間較長，會連續不斷地產生大量松香粉塵；松香破碎后，會從破碎點下料口下落至翻斗車輛的車廂內，因為存在一定高度，再加上風力等原因，也會產生大量揚塵；松香被裝車后，運往一公里外的乳化劑裝置，運輸過程中雖然蓋有雨布，但因為風力等原因，還會產生一定的揚塵；翻斗車輛將破碎的松香卸到熔融槽上的料斗中， 卸料時同樣會產生一定揚塵；裝卸工人會手持鐵鍬，進一步破碎尺寸較大無法落入熔融槽內的大塊松香， 讓它落入熔融槽中，破碎時會產生少量粉塵。 這些污染造成了相關生產崗位CTWA最大值超標。 環境監測人員對存在職業危害的破碎崗和熔融槽加料崗進行了環境監測，監測數據見表1。

表1 兩個崗位的工作環境監測結果

由表1可知，松香破碎崗作業人員接觸總粉塵的濃度長時間超過職業接觸限值［1］，破碎點的短時間接觸濃度也超過了標準的數倍， 不符合環保和職業健康標準， 對這兩個崗位員工的身體健康造成不利影響。 員工長期在松香粉塵超標的環境下工作，容易造成呼吸系統損傷［2］，甚至誘發塵肺病；松香粉塵受熱后很容易發生氧化反應和氨解反應，反應產物會損害人體的肝臟和腎臟，并造成空氣污染；松香粉塵遇火可燃，如果濃度較大會引發粉塵爆炸［3］，給整個化工廠帶來災難性后果。

2 除塵系統設計

筆者從除塵機理［4］入手，根據實際工況結合超聲波霧化除塵［5］、袋式除塵［6］和靜電除塵方法，設計了松香臥式破碎機及其粉塵回收系統 （圖1），該系統主要由電機、引風機、袋式除塵器、通風管、臥式破碎機、吸氣面板、快速接頭、靜電除塵器、松香鐵桶、液壓缸、松香熔融槽和原料回收盤組成。

圖1 松香臥式破碎機及其粉塵回收系統

該松香臥式破碎機的操作過程為：

a. 首先在裝有歧化松香的鐵桶上開一個“工”字形開口（可使用專用工具完成）；

b. 將裝有歧化松香的鐵桶滾入臥式破碎機中（使用叉車提前將鐵桶一字排開，加料時逐一滾入，可提高工作效率），適當調整以保證“工”字形開口向下；

c. 按動液壓缸開關， 液壓缸會向右擠壓鐵桶，桶體會沿著“工”字形開口向兩邊裂開，里面的松香會沿著開口方向被擠碎迸出，而鐵桶下方是幾根光滑的鐵桿，擠碎的松香通過鐵桿縫隙掉落到原料回收盤上，進一步滑落到熔融槽中；

d. 加料完成后，將破損的桶體取出（如果改造經費充足，可增加一臺壓力機［7］，將破損的桶體進一步擠壓成鐵餅，方便存放和回收），進行第2桶松香的加料工作。

上述加料過程將原來的破桶、粉碎、裝料、汽車運輸、卸料和熔融槽加料6道工序合并為1道工序，減少松香粉塵的同時提升了工作效率。

松香粉塵回收系統的工作流程為：

a. 首先開動屋頂上的電機，讓引風機開始工作。

b. 松香臥式破碎機的另一側設置一塊開有很多小孔的吸氣面板（鋼板），該面板通過集氣罩與管線相連，引風機持續吸氣讓破碎機內產生負壓，可以有效防止松香粉塵溢出，并將粉塵吸入回收系統。

c. 水平通風管內的高速氣流進入垂直通風管后，由于前者的管徑小于后者，氣流突遇空間變大流速就會減慢［8］，使大量松香粉塵聚集在垂直通風管中且彼此碰撞吸引，會加速粉塵向下沉積；垂直通風管下方通過密閉的軟管連接著一臺靜電除塵器，除塵效率會成倍增加，并且形成粉塵濃度梯度（管道越靠近除塵器的部位粉塵含量越低），這樣有利于粉塵向靜電除塵器方向運動；未向下沉積的少量粉塵會被垂直于通風管上部的空氣過濾箱阻攔， 使之繼續滯留在垂直管道中，保證粉塵不直接排向大氣，避免大氣污染。

d. 當系統風力發生明顯減弱時，則表明空氣過濾箱中的過濾網需要更換（過濾網材料可有較寬的選擇范圍）。

上述回收系統為復合過濾系統，解決了袋式除塵器如果不能及時振蕩掉過濾網上的粉塵，會很快失效，以及靜電除塵器對靠近它的粉塵除塵效果好、對遠離它的粉塵除塵效果差的問題。

3 系統的設計難點

在整個粉塵回收系統設計中，難度最大的部分是靜電除塵器的設計，具體是其技術參數的選擇。

3.1 電場風速

依據相關經驗，電場風速v的計算式為：

v=1.2-0.01KxCi

式中 Ci——入口質量濃度，取10～60g/m3；

Kx——修正系數，取1.0～1.1之間。

一般情況下，電場風速v取1.0m/s。

3.2 板間距

b=（m+1）Δb

式中 Δb——施工誤差和極板積灰產生的誤差之和，可取25～40mm；

m——常數，一般情況下取值為4～5之間。

經計算bmin=（4+1）×40=200mm、bmax=（5+1）×40=240mm，故極板的板間距2b為400～480mm。

3.3 線間距

從試驗得知， 當板間距2b為300、400、500、600mm時， 對應的電暈線線間距2c分別為160～180、190～220、220～230、240～260mm。 通過數值分析，各種電暈線最佳線間距2c（前峰值時）與極板板間距2b的關系為：

2c=0.31×2b+75

前峰值對應的2c為最佳線間距，在此線間距布置時可產生最強的電暈放電，此時總的電暈電流和平均板電流密度最大。

3.4 粉塵的驅進速度

20世紀，英國中央發電局曾用計算機對19個發電廠的74次靜電除塵器的試驗結果進行線性多重回歸分析，得出飛灰靜電除塵器的有效驅進速度vq（這里用除塵參量表示）的計算公式：

式中 A——靜電除塵器總收塵面積，m2；

a——煤含灰量，%；

MS——煤中硫質量分數，%；

r——高壓供電機組每千伏安容量供電載荷量，cm2/（kV·A）；

S——入口飛灰比表面積，cm2/g；

V——處理煙氣量，m3/h。

粉塵的驅進速度與很多因素有關，因此驅進速度的確定既復雜又十分重要。 依據用戶對靜電除塵器的要求和類比計算，考慮在設計、制造、安裝和使用時應采取有利于提高驅進速度的措施，推薦綜合分析驅進速度計算式為：

vq=9.62kS0.625

式中 k——平均力度影響系數。

4 結束語

綜上所述， 要做好松香粉塵超標治理工作，首先要了解松香粉塵的危害，之后從實際生產入手進行深入分析， 找到大量松香粉塵產生的原因，進行有針對性的改進。 筆者借鑒了目前先進的除塵技術，采用系統思維的方法，設計出了既可提高生產效率，又能降低粉塵危害的新設備系統。 在乳化劑裝置生產過程中，還應注重員工職業健康：員工在作業期間必須正確佩戴勞動防護用品，尤其是質量過關的防塵口罩等；加強培訓，讓員工樹立牢固的安全環保意識；在相關工作地點安放警示標志，進一步提醒員工要加強自我保護的意識；對員工定期開展體檢工作，做到相關疾病早發現、早治療。