一種油氣輸送鋼管涂覆粉塵廢氣治理

呂成秀，陳英杰，張曉霞，汪 超，蘇文燕

（渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

在鋼管防腐內(nèi)外除銹作業(yè)中，會產(chǎn)生大量的粉塵，通常采用布袋式或濾芯式除塵器過濾處置。鋼管在中頻加熱涂覆作業(yè)時，聚乙烯、環(huán)氧粉末、粘膠劑受熱會產(chǎn)生一定量非甲烷總烴有機揮發(fā)物煙塵，即會影響崗位操作人員的身體健康，目前采用改變了原有過濾棉和活性炭吸附的方式，采用“水淋+油水分離+電場電解+活性炭吸附”的組合方式，兼顧粉塵和煙塵的治理。現(xiàn)在隨著對空氣治理的要求日益提高，鋼管涂覆生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)給予工廠內(nèi)粉塵和煙塵排放更多的關(guān)注。

1 粉塵的治理

鋼管在內(nèi)外除銹時產(chǎn)生大量的粉塵，目前主要采用旋風(fēng)除塵器系統(tǒng)進行處置后排放。旋風(fēng)除塵器也稱旋風(fēng)分離器，是利用器內(nèi)旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣固分離裝置。它主要由排灰管、圓錐體、圓柱體、進氣管、排氣管及頂蓋組成。

1.1 旋風(fēng)式除塵器

旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力，將塵粒從合塵氣流中分離出來的一種除塵裝置。它主要用于對5～15 μm 以上的顆粒進行處理，除塵效率可達95%以上。工作原理為：旋轉(zhuǎn)氣流沿器壁自圓簡體，呈螺旋狀由上向下向底部運動，形成氣流下降的外旋含塵，在強烈旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的離心力將密度遠遠大于氣體的塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸便失去慣性力，通過自身的重力下落入集灰斗。旋轉(zhuǎn)下降的氣流到達圓錐體底部后，沿除塵器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上形成上升的氣流內(nèi)旋，并由除塵器的排氣管排出（圖1）。

圖1 鋼管內(nèi)外除銹粉塵治理流程

鋼管涂覆廠目前使用的濾筒除塵器，優(yōu)點主要有：①濾筒濾料折褶使用，布置密度大，除塵器結(jié)構(gòu)緊湊，同樣過濾面積的除塵器濾筒體積最小；②處理風(fēng)量大，過濾風(fēng)速低運行阻力小；③過濾精度高，過濾0.5 μm 的粉塵排放濃度高達99.9%，選擇合理過濾風(fēng)速，排放濃度保證低于10 mg/m3；④安裝簡便，使用時維護工作量小。

該設(shè)備是某公司自主研發(fā)的一種全新的除塵器，采用法蘭式濾筒，上部插入形式，不用進入除塵器的含塵氣室就能容易地取出濾筒，減少維修人員接觸粉塵的機會，更換檢修非常方便。它采用1100 mm 的長濾筒結(jié)構(gòu)，在減少濾筒數(shù)量的同時增大了過濾面積。

此類型除塵器徹底解決了其他類型除塵器濾筒和除塵器孔板密封不嚴(yán)造成粉塵泄漏的弊端。現(xiàn)在大多數(shù)的濾筒除塵器、濾筒是吊裝方式安裝，有的是兩個串在一起，在使用過程中，隨著濾筒上粉塵的增加，濾筒的重量越來越大、會向下墜，因為濾筒上有兩個橡膠密封圈是軟的，所以濾筒有活動余地，濾筒向下一點密封圈就會封閉不嚴(yán)，導(dǎo)致粉塵溢出。而這種上插式濾筒，密封圈在孔板的上方，濾筒上粉塵越多濾筒越重向下墜，密封圈越壓緊、封閉更嚴(yán)。

1.2 垂直濾筒式除塵器

垂直濾筒式除塵器粉塵的凈化器濾材處理主要是通過壓差傳感器控制的脈沖噴吹系統(tǒng)實現(xiàn)：當(dāng)凈化器運行一段時間以后，細微的煙塵吸附在濾材表面，使得濾材的透氣性降低。為了使透氣效果達到較好的效果，利用0.4～0.6 MPa 的潔凈壓縮空氣清除濾材表面吸附的微塵，被清除的微塵直接落在室體下部的集塵斗中（圖2）。在運行過程中須保持連續(xù)且恒定不變的供氣量，以達到微塵清除的最佳效果。

圖2 垂直濾筒式除塵器過濾原理

2 中頻煙塵廢氣的治理方案

鋼管中頻加熱后，進行膠粘劑和聚乙烯纏繞，通過設(shè)定溫度使膠粘劑和聚乙烯在模具頭出口處形成為有韌性和較強張力的帶狀片材，采用側(cè)向纏繞工藝，將PE 片材經(jīng)過管體下方的膠輥擠壓緊密地纏繞在管體上由于涂覆材料在受熱下不會發(fā)生分解，大部分企業(yè)使用無組織排放。但是隨著環(huán)保要求的進一步提升，鋼管涂覆企業(yè)進一步升級管控措施，采用新技術(shù)、新方法加以治理，目前多數(shù)企業(yè)已設(shè)置了新的廢氣回收處理設(shè)施。設(shè)備通過“水噴淋+干式過濾+電場電解+活性炭吸附+催化燃燒”的組合式凈化處理工藝流程，實現(xiàn)企業(yè)中頻涂覆區(qū)域廢氣環(huán)保達標(biāo)排放（圖3）。

圖3 中頻煙塵廢氣處置流程

2.1 不銹鋼噴淋塔設(shè)計

一體式旋流噴淋塔濕式除塵系統(tǒng)主要由除塵塔（塔體、水箱、水泵）、風(fēng)機、控制電柜三部分組成，是具有高效過濾、低能耗、安全可靠的工業(yè)濕式除塵系統(tǒng)。其中，除塵塔各層設(shè)置檢修人孔，人孔尺寸符合國標(biāo)要求并滿足填料層/除水層所有物料取出，人孔為側(cè)開合頁式。

旋流噴淋塔由圓形塔體與法蘭分段連接而成，制作簡單、安裝檢修方便、強度高、占地面積小、方便安放，其結(jié)構(gòu)特點有：噴淋形式由一層旋流、二層噴淋及三層填料形成，增加了氣液接觸面積，提高凈化效率；填料裝于填料籠內(nèi)，方便裝卸清理；填料籠上方設(shè)置壓板，防止填料層被吹起；填料層上下均設(shè)置噴淋裝置。

循環(huán)水箱內(nèi)部傾斜式設(shè)計，設(shè)置為多隔箱沉淀式，每個隔箱應(yīng)設(shè)置一個排污閥，方便清理水箱；分3 層過濾保證水泵進口水質(zhì)，水箱中設(shè)置浮球閥，能在水箱水位低于下限水位時自動補水，水位高于上限時停止補水；水泵一備一用，保證噴淋水流安全有效；觸摸屏可視化操作，簡單方便，時刻確保煙塵凈化效果；水箱底部可自由移動，處理水箱廢水更加方便；循環(huán)水箱內(nèi)安裝加熱器，當(dāng)水溫低于0 ℃時自動開啟加熱功能，防止水箱內(nèi)結(jié)冰，造成噴淋凈化效果下降或水泵損壞。

2.2 不銹鋼除霧設(shè)備設(shè)計

除霧器的用途除霧器的主要作用就是過濾氣相中的霧沫和灰塵，完成氣、液兩相的分離。設(shè)計時應(yīng)考慮以下3 個因素：①不銹鋼噴淋塔與不銹鋼除霧器之間更換為不易腐蝕及漏水的管道及彎頭，避免管道出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；②安裝設(shè)備時應(yīng)考慮傾斜角度，使附著在管道壁上的水分回流、不會流入下一級處理設(shè)備，影響處理效果；③經(jīng)過水噴淋后的廢氣中水分含量較高，會導(dǎo)致水的流失、影響處理設(shè)備處理效果，所以要將廢氣當(dāng)中的水分充分分離，使分離后收集的水回流至噴淋塔內(nèi)使之再次循環(huán)利用。

2.3 活性炭吸附箱設(shè)計方案

活性炭吸附法就是將活性炭作為物理吸附劑，在固相表面將產(chǎn)生的有害物質(zhì)成分進行濃縮，從而使廢氣得到凈化治理。負壓進入吸附箱后進入活性炭吸附層，由于活性炭吸附劑表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學(xué)鍵力，因此當(dāng)活性炭吸附劑的表面與氣體接觸時能吸引氣體分子，使其濃聚并保持在活性炭表面，此現(xiàn)象稱為吸附。利用活性炭吸附劑表面的吸附能力，使廢氣與大表面的多孔性活性炭吸附劑相接觸，廢氣中的污染物被吸附在活性炭表面上，使其與氣體混合物分離，凈化后的氣體高空排放。

活性炭應(yīng)科學(xué)裝填，經(jīng)過合理的布風(fēng)，廢氣均勻地通過活性炭吸附床內(nèi)活性炭層的過流斷面，實現(xiàn)廢氣中污染物的過濾。活性炭宜選用國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)品牌，要求強度高、比表面積較大、吸附速度快。

2.4 催化燃燒裝置設(shè)計方案

催化燃燒是通過催化劑來降低有機物在氧化所需的活化能，主要提高反應(yīng)速度。催化燃燒法主要選用蜂窩狀陶瓷載體較為常用，所用催化劑為鉑、鈀、釕等貴金屬，催化劑可降低燃燒反應(yīng)的溫度（200～400 ℃），大大降低輔助燃料的用量。催化燃燒適用于高溫或高濃度的有機廢氣治理，國內(nèi)技術(shù)成熟，使用經(jīng)驗廣泛。與直接燃燒法相比，催化燃燒法具有節(jié)約能源、凈化效率高、工藝簡單、操作方便、安全性能好等特點，但不適用于低濃度廢氣的治理。

2.5 電氣控制部分

電控系統(tǒng)采用西門子PLC（也可用等于或優(yōu)于該品牌產(chǎn)品替代）控制和變頻器控制。PLC 選用觸摸屏，觸摸屏安裝在柜內(nèi)。電控系統(tǒng)有自動連鎖、安全生產(chǎn)方面考慮周全，設(shè)計嚴(yán)密。電控系統(tǒng)實現(xiàn)對重要運行參數(shù)集中監(jiān)測或控制，并將故障信息反映在觸摸屏上，并進行相應(yīng)報警提示。在人機界面上，操作人員通過觸摸屏對溫度設(shè)置畫面，提供系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)及報警信息。

PLC 控制功能包含但不限于：控制裝置運行；處理各閥門的開關(guān)定位問題；在人機界面有運行狀態(tài)的顯示；在人機界面上操作控制；具備在人機界面上進行參數(shù)修改功能；具備故障報警功能；具備手動、自動兩種操作功能選項；具備定時開關(guān)機功能；具備超溫報警功能；發(fā)生故障時應(yīng)能夠自我判斷并有相應(yīng)的故障保護措施；具備關(guān)鍵數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)可下載功能；自動運行時能夠做到無人值守操作；手動操作時，可對單體設(shè)備進行單車試機調(diào)試；具備密碼保護功能，非操作人員不能進行操作；具備誤操作自動保護功能等其他功能。

3 結(jié)論

雖然傳統(tǒng)的布袋式和濾芯式粉塵治理模式仍然為主流模式被工廠使用，但是廢氣收集處理裝置的投用，能一定程度上兼顧粉塵和煙塵的同時治理，且整體性能穩(wěn)定，能有效對作業(yè)空間煙塵廢氣進行集中處置，大大改善生產(chǎn)現(xiàn)場空氣質(zhì)量，保證員工身體健康。另外，在廢氣、粉塵的有效集中處置前提下，更有利于企業(yè)5 秒現(xiàn)場質(zhì)量的提升，創(chuàng)造良好的企業(yè)形象。