劉亞

摘要：化工廠區(qū)空氣質(zhì)量等級(jí)對(duì)工藝裝置控制系統(tǒng)的影響越來(lái)越大，使用化學(xué)過(guò)濾機(jī)組凈化進(jìn)入室內(nèi)的空氣顯得尤為重要。本文詳細(xì)描述了對(duì)現(xiàn)有廠區(qū)增加化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的改造方法。

關(guān)鍵詞：空氣等級(jí);新風(fēng);化學(xué)濾料;化學(xué)過(guò)濾機(jī)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(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》和中國(guó)通過(guò)了《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》以來(lái)，為了保護(hù)環(huán)境，禁止或限制在電子電氣產(chǎn)品中使用鉛，故在電路板板表面的導(dǎo)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(qū)常見的硫化氫、二氧化硫、氯氣對(duì)其腐蝕性更甚，長(zhǎng)時(shí)間腐蝕會(huì)造成電路板短路等故障，嚴(yán)重的會(huì)造成宕機(jī)等嚴(yán)重事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用銅銀為主要材料的電路板的設(shè)備故障率比原來(lái)使用鉛的故障率從3%上升到30%。

2. 腐蝕現(xiàn)象

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

所以，在化工廠區(qū)控制室/變電所等空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)口加裝新風(fēng)化學(xué)過(guò)濾機(jī)組很有必要。

3. 去除原理

化學(xué)濾料去除有害氣體的過(guò)程包含：物理吸附、化學(xué)吸附以及化學(xué)反應(yīng)。

物理吸附：當(dāng)空氣流經(jīng)化學(xué)濾料表面時(shí)，濾料中的活性吸附劑會(huì)將有害氣體分子吸附過(guò)來(lái);

化學(xué)吸附：吸附過(guò)來(lái)的氣體和濾料中的能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)藥劑會(huì)產(chǎn)生化學(xué)吸附作用;

化學(xué)反應(yīng)：有害氣體和化學(xué)濾料中的有效成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將有害氣體變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的固態(tài)鹽類，達(dá)到去除的目的，該化學(xué)反應(yīng)為不可逆過(guò)程。

4. 化工廠區(qū)控制室新風(fēng)系統(tǒng)流程圖

自然界的新風(fēng)經(jīng)過(guò)抗沖擊波閥、抗爆風(fēng)管（按需求配置）、防火閥、電動(dòng)氣密閥后進(jìn)入化學(xué)過(guò)濾機(jī)組，新風(fēng)中的有害氣體會(huì)和化學(xué)過(guò)濾機(jī)組中的化學(xué)濾料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的固態(tài)鹽類物質(zhì)，新風(fēng)中的顆粒污染物被化學(xué)過(guò)濾機(jī)組中的初效、中效過(guò)濾器截留，干凈的空氣送入空調(diào)機(jī)組經(jīng)過(guò)制冷/制熱后送入對(duì)應(yīng)的房間。

電動(dòng)氣密閥安裝在化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口，與新風(fēng)化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的控制聯(lián)鎖，同開同關(guān)，并通過(guò)遠(yuǎn)程接入中控。當(dāng)探頭檢測(cè)到有害氣體的濃度超過(guò)化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的處理能力時(shí)，則同時(shí)關(guān)閉化學(xué)過(guò)濾機(jī)組和電動(dòng)氣密閥，使得空調(diào)機(jī)組處于全回風(fēng)狀態(tài)，外界濃度恢復(fù)時(shí)，控制開啟化學(xué)過(guò)濾機(jī)組和電動(dòng)氣密閥，保持正常工作狀態(tài)。

5. 化工廠區(qū)的改造應(yīng)用

根據(jù)客戶反饋某項(xiàng)目Substation 1A31、Substation 1A51和Substation 1A61三個(gè)變電所的空氣質(zhì)量不佳，主要腐蝕性氣體為H2S、SO2和Cl2，對(duì)電器元器件具有腐蝕性，引起設(shè)備的故障，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.1 空氣等級(jí)劃分

參照美國(guó)ISA-71.04-2013標(biāo)準(zhǔn)，將室內(nèi)空氣等級(jí)劃分為4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別為G1、G2、G3以及GX，其中GX為劇烈腐蝕環(huán)境，G1為輕微腐蝕環(huán)境，目前公認(rèn)的普遍可以接受的室內(nèi)的等級(jí)需要達(dá)到G1。

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

5.2 現(xiàn)場(chǎng)空氣等級(jí)測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)布置了10余片銅銀測(cè)試片進(jìn)行空氣質(zhì)量檢測(cè)，再結(jié)合ISA-71.04-2013標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果顯示室內(nèi)的空氣等級(jí)處于G2等級(jí)，中等腐蝕等級(jí);室外的空氣等于處于G3/GX等級(jí)，較強(qiáng)的/嚴(yán)重的腐蝕等級(jí)。

根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)規(guī)范，室內(nèi)空氣處于G1等級(jí)是認(rèn)為對(duì)電子元器件是無(wú)害的，為避免由于空氣質(zhì)量引起的設(shè)備故障，需要對(duì)送入室內(nèi)的空氣進(jìn)行凈化處理。

5.3 處理風(fēng)量

根據(jù)客戶平面圖或者已有空調(diào)機(jī)組的參數(shù)確定送入房間的新風(fēng)量，最終得到參數(shù)如表2所示。

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

5.4 化學(xué)濾料的選擇

5.4.1 化學(xué)濾料種類

根據(jù)客戶現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)不僅有對(duì)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(jī)類氣體，氣味比較大，希望我們將其一并去除，提高室內(nèi)工作人員的舒適度。

結(jié)合客戶的要求和我公司化學(xué)濾料的種類，有針對(duì)性的選擇合適的濾料配置到機(jī)組內(nèi)部。針對(duì)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(duì)氨氣，選擇活性炭浸漬磷酸的濾料去除;針對(duì)有機(jī)類氣體，選擇活性氧化鋁+高錳酸鉀強(qiáng)氧化性的濾料去除。

綜上所述，根據(jù)現(xiàn)有需要去除的氣體種類，需要配置三種不同的化學(xué)濾料來(lái)凈化空氣。

5.4.2 化學(xué)濾料的性能指標(biāo)

衡量化學(xué)濾料性能指標(biāo)主要有濾料形狀、內(nèi)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(huì)影響吸附效率。球形濾料更利于有害氣體與濾料的接觸。

內(nèi)部孔徑：濾料從內(nèi)到外充滿微孔結(jié)構(gòu)會(huì)增大氣體與濾料的接觸面積，增強(qiáng)吸附效率。

浸漬濃度：添加的有效成分并非越高越好，過(guò)高有效成分會(huì)結(jié)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(xué)濾料可在5-95%相對(duì)濕度范圍內(nèi)運(yùn)行。

去除能力：目前化學(xué)濾料的性能測(cè)試根據(jù)ASTM D6646“測(cè)試顆粒和丸狀活性炭加速硫化氫漏過(guò)容量的試驗(yàn)方法”來(lái)評(píng)定化學(xué)濾料的去除能力。

本項(xiàng)目配置的化學(xué)濾料為球形的，從內(nèi)到外都充滿孔徑的結(jié)構(gòu)，浸漬濃度控制在4%～8%，含水率50%，出去能力高達(dá)20%的最優(yōu)產(chǎn)品。

5.5 化學(xué)濾料使用壽命計(jì)算

（1）根據(jù)銅銀測(cè)試片測(cè)定的空氣腐蝕等級(jí)GX/3查詢ISA-71.04-2013標(biāo)準(zhǔn)里面對(duì)應(yīng)氣體的數(shù)值，得到單位為ppb的濃度參數(shù)，換成單位為mg/m3的濃度參數(shù);

（2）結(jié)合新風(fēng)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(jì)算一年有害氣體的總量;

（4）結(jié)合配置機(jī)組里面的濾料重量和去除能力計(jì)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(xué)濾料的使用壽命，為后期更換濾料提供指導(dǎo)意見。

5.6 機(jī)組選擇

綜合空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)參數(shù)和設(shè)備布置圖等信息，化學(xué)過(guò)濾系統(tǒng)采取側(cè)開式和室內(nèi)循壞兩種機(jī)型。1A31和1A61變電所需要處理較大的風(fēng)量，所以選取側(cè)開式的機(jī)組，1A51變電所的新風(fēng)量較小，所以選取室內(nèi)循環(huán)的機(jī)組。

如圖6所示，1A31變電所包含2套空調(diào)系統(tǒng)，有2個(gè)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，配置2臺(tái)機(jī)組;如圖7所示，1A51變電所包含1套空調(diào)系統(tǒng)，但是這臺(tái)空調(diào)系統(tǒng)還送風(fēng)到其他區(qū)域，變電所房間只占了其中的一部分，為保證變電所區(qū)域的空氣的潔凈，所以在房間內(nèi)部配置2臺(tái)立式室內(nèi)循壞機(jī)組;如圖8所示，1A61變電所包含1套空調(diào)系統(tǒng)，有1個(gè)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，配置1臺(tái)機(jī)組。

化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的基本配置為進(jìn)風(fēng)口+G4初效過(guò)濾器+一級(jí)化學(xué)過(guò)濾段+二級(jí)化學(xué)過(guò)濾段+三級(jí)化學(xué)過(guò)濾段+F8中效過(guò)濾器+風(fēng)機(jī)段+送風(fēng)口以及控制系統(tǒng)。

5.7 機(jī)組布置

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)布置圖，化學(xué)過(guò)濾機(jī)組的整體布置如下。

1A31變電所的兩臺(tái)側(cè)開式化學(xué)過(guò)濾機(jī)組布置在屋頂，通過(guò)風(fēng)管直接和原新風(fēng)口連接，直接將新風(fēng)中的目標(biāo)氣體去除，潔凈的空氣送入空調(diào)箱內(nèi);

1A51變電所的兩臺(tái)循環(huán)化學(xué)過(guò)濾機(jī)組布置在室內(nèi)，直接以內(nèi)循環(huán)的形式將空調(diào)機(jī)組送進(jìn)來(lái)的新風(fēng)凈化處理;

1A61變電所的一臺(tái)側(cè)開式化學(xué)過(guò)濾機(jī)組布置在屋頂，通過(guò)風(fēng)管直接和原新風(fēng)口連接，直接將新風(fēng)中的目標(biāo)氣體去除，潔凈的空氣送入空調(diào)箱內(nèi)。

6. 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有化工產(chǎn)區(qū)空氣環(huán)境中存在對(duì)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(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，增加新風(fēng)化學(xué)過(guò)濾機(jī)組去除有害氣體不僅能夠提升室內(nèi)空氣等級(jí)，還能大幅較少電氣元器件的故障率。

參考文獻(xiàn)：

[1]ISA S71.04-2013 美國(guó)《過(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)的環(huán)境條件：空氣污染物 G1標(biāo)準(zhǔn)》

[2]ASTM 6646-2003 粒狀和丸狀活性碳的加速硫化氫漏過(guò)能量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

上海爵格工業(yè)工程有限公司 ?上海 ?200082