化學過濾機組在化工廠區中的應用

劉亞

摘要：化工廠區空氣質量等級對工藝裝置控制系統的影響越來越大，使用化學過濾機組凈化進入室內的空氣顯得尤為重要。本文詳細描述了對現有廠區增加化學過濾機組的改造方法。

關鍵詞：空氣等級;新風;化學濾料;化學過濾機組

Abstract：The air quality in the chemical plant area has an increasing influence on the control system of the process equipment. It is particularly important to use a chemical filter unit to purify the air entering the room.

The article describes the detail modification method for adding a chemical filter unit.

Keywords：air quantity，fresh air，chemical medium，chemical filter unit

1. 前言

自從2006年歐盟頒布ROHS方案《電氣電子設備中限制使用某些有害物質指令》和中國通過了《電子信息產品污染控制管理辦法》以來，為了保護環境，禁止或限制在電子電氣產品中使用鉛，故在電路板板表面的導電層通常用銅和銀等制成。

由于銅和銀容易受到腐蝕侵害，尤其是在化工廠區常見的硫化氫、二氧化硫、氯氣對其腐蝕性更甚，長時間腐蝕會造成電路板短路等故障，嚴重的會造成宕機等嚴重事故。據不完全統計，采用銅銀為主要材料的電路板的設備故障率比原來使用鉛的故障率從3%上升到30%。

2. 腐蝕現象

通常有害氣體對電路板的腐蝕都是從表面點腐蝕開始，隨著時間的推移，腐蝕加重，慢慢滲透到電路板基材，直至擊穿整個電路。圖1為有害氣體對電路板的腐蝕過程示意圖;圖2為腐蝕后的電路板圖片。

所以，在化工廠區控制室/變電所等空調系統的新風口加裝新風化學過濾機組很有必要。

3. 去除原理

化學濾料去除有害氣體的過程包含：物理吸附、化學吸附以及化學反應。

物理吸附：當空氣流經化學濾料表面時，濾料中的活性吸附劑會將有害氣體分子吸附過來;

化學吸附：吸附過來的氣體和濾料中的能發生反應的化學藥劑會產生化學吸附作用;

化學反應：有害氣體和化學濾料中的有效成分發生化學反應，將有害氣體變為無毒無害的固態鹽類，達到去除的目的，該化學反應為不可逆過程。

4. 化工廠區控制室新風系統流程圖

自然界的新風經過抗沖擊波閥、抗爆風管（按需求配置）、防火閥、電動氣密閥后進入化學過濾機組，新風中的有害氣體會和化學過濾機組中的化學濾料發生化學反應變為無毒無害的固態鹽類物質，新風中的顆粒污染物被化學過濾機組中的初效、中效過濾器截留，干凈的空氣送入空調機組經過制冷/制熱后送入對應的房間。

電動氣密閥安裝在化學過濾機組的進風口，與新風化學過濾機組的控制聯鎖，同開同關，并通過遠程接入中控。當探頭檢測到有害氣體的濃度超過化學過濾機組的處理能力時，則同時關閉化學過濾機組和電動氣密閥，使得空調機組處于全回風狀態，外界濃度恢復時，控制開啟化學過濾機組和電動氣密閥，保持正常工作狀態。

5. 化工廠區的改造應用

根據客戶反饋某項目Substation 1A31、Substation 1A51和Substation 1A61三個變電所的空氣質量不佳，主要腐蝕性氣體為H2S、SO2和Cl2，對電器元器件具有腐蝕性，引起設備的故障，嚴重影響了項目的順利運轉。

5.1 空氣等級劃分

參照美國ISA-71.04-2013標準，將室內空氣等級劃分為4個標準，分別為G1、G2、G3以及GX，其中GX為劇烈腐蝕環境，G1為輕微腐蝕環境，目前公認的普遍可以接受的室內的等級需要達到G1。

空氣腐蝕等級通常是以銅和銀的30天內的腐蝕量來測定的。將銅銀測試片放置在固定地點30天后測定銅片和銀片的腐蝕程度。G1等級為銅片腐蝕程度小于300 ?，銀片腐蝕程度小于200 ?;G2等級為銅片腐蝕程度小于1000 ?，銀片腐蝕程度小于1000 ?;G3等級為銅片腐蝕程度小于2000 ?，銀片腐蝕程度小于2000 ?;GX等級為銅片腐蝕程度大于2000 ?，銀片腐蝕程度大于2000 ?。

5.2 現場空氣等級測定

現場布置了10余片銅銀測試片進行空氣質量檢測，再結合ISA-71.04-2013標準，專業實驗室化驗結果顯示室內的空氣等級處于G2等級，中等腐蝕等級;室外的空氣等于處于G3/GX等級，較強的/嚴重的腐蝕等級。

根據多年的經驗以及設計規范，室內空氣處于G1等級是認為對電子元器件是無害的，為避免由于空氣質量引起的設備故障，需要對送入室內的空氣進行凈化處理。

5.3 處理風量

根據客戶平面圖或者已有空調機組的參數確定送入房間的新風量，最終得到參數如表2所示。

新風比選取10%，故1A31房間的新風量為10423.8x2m3/h，故1A51房間的新風量為1981.8m3/h，故1A61房間的新風量為6414.5m3/h。

5.4 化學濾料的選擇

5.4.1 化學濾料種類

根據客戶現場檢測，現場不僅有對電路板有腐蝕的硫化氫、二氧化硫和氯氣，還有存在部分氨氣和有機類氣體，氣味比較大，希望我們將其一并去除，提高室內工作人員的舒適度。

結合客戶的要求和我公司化學濾料的種類，有針對性的選擇合適的濾料配置到機組內部。針對硫化氫、二氧化硫和氯氣等有害氣體，選擇活性炭浸漬氫氧化鉀的堿性類濾料去除;針對氨氣，選擇活性炭浸漬磷酸的濾料去除;針對有機類氣體，選擇活性氧化鋁+高錳酸鉀強氧化性的濾料去除。

綜上所述，根據現有需要去除的氣體種類，需要配置三種不同的化學濾料來凈化空氣。

5.4.2 化學濾料的性能指標

衡量化學濾料性能指標主要有濾料形狀、內部孔徑、浸漬濃度、含水率、去除能力等。

濾料形狀：球形、柱狀和扁平，不同的形狀會影響吸附效率。球形濾料更利于有害氣體與濾料的接觸。

內部孔徑：濾料從內到外充滿微孔結構會增大氣體與濾料的接觸面積，增強吸附效率。

浸漬濃度：添加的有效成分并非越高越好，過高有效成分會結晶析出，阻礙了氣體與濾料的接觸，降低吸附效率。

含水率：化學濾料可在5-95%相對濕度范圍內運行。

去除能力：目前化學濾料的性能測試根據ASTM D6646“測試顆粒和丸狀活性炭加速硫化氫漏過容量的試驗方法”來評定化學濾料的去除能力。

本項目配置的化學濾料為球形的，從內到外都充滿孔徑的結構，浸漬濃度控制在4%～8%，含水率50%，出去能力高達20%的最優產品。

5.5 化學濾料使用壽命計算

（1）根據銅銀測試片測定的空氣腐蝕等級GX/3查詢ISA-71.04-2013標準里面對應氣體的數值，得到單位為ppb的濃度參數，換成單位為mg/m3的濃度參數;

（2）結合新風總量，得出總共需要去除單位為mg/h的有害氣體的量;

（3）按照一天24h，一年365天計算一年有害氣體的總量;

（4）結合配置機組里面的濾料重量和去除能力計算配置的濾料可以去除多少kg的有害氣體;

（5）比較步驟3和4得出所配置的化學濾料的使用壽命，為后期更換濾料提供指導意見。

5.6 機組選擇

綜合空調系統送風參數和設備布置圖等信息，化學過濾系統采取側開式和室內循壞兩種機型。1A31和1A61變電所需要處理較大的風量，所以選取側開式的機組，1A51變電所的新風量較小，所以選取室內循環的機組。

如圖6所示，1A31變電所包含2套空調系統，有2個新風進風口，配置2臺機組;如圖7所示，1A51變電所包含1套空調系統，但是這臺空調系統還送風到其他區域，變電所房間只占了其中的一部分，為保證變電所區域的空氣的潔凈，所以在房間內部配置2臺立式室內循壞機組;如圖8所示，1A61變電所包含1套空調系統，有1個新風進風口，配置1臺機組。

化學過濾機組的基本配置為進風口+G4初效過濾器+一級化學過濾段+二級化學過濾段+三級化學過濾段+F8中效過濾器+風機段+送風口以及控制系統。

5.7 機組布置

結合現場實際情況和設計布置圖，化學過濾機組的整體布置如下。

1A31變電所的兩臺側開式化學過濾機組布置在屋頂，通過風管直接和原新風口連接，直接將新風中的目標氣體去除，潔凈的空氣送入空調箱內;

1A51變電所的兩臺循環化學過濾機組布置在室內，直接以內循環的形式將空調機組送進來的新風凈化處理;

1A61變電所的一臺側開式化學過濾機組布置在屋頂，通過風管直接和原新風口連接，直接將新風中的目標氣體去除，潔凈的空氣送入空調箱內。

6. 結論

針對現有化工產區空氣環境中存在對電氣元器件有害的硫化氫、二氧化硫、氯氣等氣體的情況，在不改變現有通風系統的情況下，增加新風化學過濾機組去除有害氣體不僅能夠提升室內空氣等級，還能大幅較少電氣元器件的故障率。

參考文獻：

[1]ISA S71.04-2013 美國《過程檢測和控制系統的環境條件：空氣污染物 G1標準》

[2]ASTM 6646-2003 粒狀和丸狀活性碳的加速硫化氫漏過能量測定的標準試驗方法

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