空气过滤装置在海洋石油平台工程项目中的应用

郭 勇，甄敏钢，谭新越

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)

平台主机产生的烟气含有大量的氮氧化物，本项目平台在设计时未考虑主机烟气的处理，主机上也未预留烟气过滤处理装置的空间，依据烟气扩散分析报告，为了保证人员的安全和设备的正常运转，在中控室新增了氮氧化物处理装置。

1 平台烟气扩散分析

根据平台布置和烟气排放的设计，综合考虑风向、风速、风频以及可能产生涡流影响等因素。分别对N、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW、NNW等风向进行烟气扩散分析，并根据计算的结果及规律分析其他风向的影响情况。

1.1 氮氧化物分析结果

氮氧化物的影响情况比较复杂，受风向、风速以及涡流的影响。通过对不同风向、风速的分析，得出如下结论(其中底色深表示超标影响严重，底色浅表示轻微影响或可能存在影响)，如表1所示。

在W风向下由于平台东侧产生涡流，导致烟气中氮氧化物被反吹向生活楼，因此对生活楼的影响较大，随着风速的增加，其影响减弱，当风速超过10 m/s时，风速的影响占主导作用，烟气被吹离平台。在E风向下的情况类似，即在平台西侧产生涡流，导致烟气反吹向平台西侧，造成平台西侧氮氧化物超标，在7 m/s时以风速影响为主，烟气吹离平台，当风速减弱至5 m/s时，涡流的影响为主。在N风向下，透平机组排烟被吹离平台，对平台不产生影响。在S风向下，当风速较小或无风时氮氧化物对平台影响较为严重。

表1 不同风向下氮氧化物超标影响风频数据表 ml/L

1.2 中控室氮氧化物浓度分布

在未考虑中控室进排风情况下提取氮氧化物的浓度，具体情况如表2所示。

表2 不同风向下中控室氮氧化物浓度 ml/L

从表2可知，中控室氮氧化物超标的工况主要为：E、S、SSW、SW、WSW、W风向下存在影响，根据不同风速下的结果，统计参考风频数据可得超标工况下氮氧化物年累计量。

M=(mE×fE+mS×fS+mW×fW)330×24×

700=14.92 kg/m3。

(1)

式中：M为超标情况下氮氧化物年累计量;mE为E风向1 m/s风速下氮氧化物浓度；fE为E风向1 m/s风频；mS为S风向1 m/s风速下氮氧化物浓度；fS为S风向1 m/s风频；mW为W风向7 m/s风速下氮氧化物浓度；fW为W风向7 m/s风频。氮氧化物未超标的年累积概率值为95.8%，即氮氧化物含量小于10 mg/m3。

1.3 结论

氮氧化物对电气房间影响比较严重的工况主要是E、S及W风向，结合风频数据可以粗略估计出年影响概率为3.7%。其中，中控室氮氧化物超标，最大为184.46 mg/m3,出现在W风向小风速工况下。

根据模拟分析的结果，为消除这些影响，在中控室增加氮氧化物过滤装置，抑制氮氧化物超标。

2 解决方案

1)采用密封门及双层窗户，增强房间密闭性。

2)在中控室机械进风口增加空气过滤装置，去除空气中的氮氧化物。

3 空气过滤装置设备组成

空气过滤装置由箱体、预过滤段、化学过滤段、后过滤段、风机和控制系统6部分组成。如图1所示。

1-G4初效过滤器;2-F7中效过滤器;3、4-化学过滤段；5-F8中效过滤器；6-不锈钢风机。图1 空气过滤装置组成示意图

3.1 箱体

机组设置在室内，箱体采用Q235B+coating，防护等级IP23。

3.2 预过滤段

预过滤采用初放过滤器(G4)+中效过滤器(F7)两级过滤方式。G4和F7主要去除新风中的灰尘，保证送入室内的空气满足室内空气的洁净要求。同时保护后面的化学气体过滤系统免受灰尘污染。过滤系统配有压差报警器，当过滤器需要更换或维护时，系统发出报警信号。

3.3 化学过滤段

化学过滤段为设备的核心，系统采用精细化学过滤技术。通常情况下，微小粒径的多孔材料具有较大的外表面和较小的内扩散影响，产生薄的吸附层，可以在高气流流速下使用，产生较低的气流阻力获得较高的吸附效率和有效容量。基于以上技术特点，在滤料中添加多种催化剂和氧化剂，通过催化氧化反应和酸碱反应净化有害气体。

基本性能：硫化氢、二氧化硫和氮氧化物净化效率都大于99%。

3.4 后过滤段

后过滤段采用F8中效过滤器，主要功能是去除净化过后空气中的微细灰尘和化学过滤段可能产生的颗粒，保证最终进入室内的空气洁净度。

3.5 风机

空气过滤装置前段进风口连接室外风机管路上，设备存在一定的阻力，为保证正常运转，空气过滤装置内部单独设置一台风机，通过风量计算与室外风机性能相匹配。

3.6 控制系统

1)液晶控制器，显示新风的温度和设备运行状态，设备发生故障时，可以显示故障代码。

2)带有消防火警接口，接到消防信号后，设备自动停机。消防信号消失需要手动恢复。

3)带有毒气体接口，接到信号后，设备自动停机，需手动恢复。

4)过滤器达到使用寿命后，液晶显示器会显示更换信息。

5)设备带有压差报警器，当过滤器需要更换和故障时，系统发出报警信号。

4 空气过滤装置的布置及技术要求

为防止室外出现氮氧化物时未经处理就进入到中控室，应采用双层窗户，增强房间密闭性，采用密封门，并尽可能减少外界进入室内的进出气口。中控室原设计有室外风机进行空气换气，因此将氮氧化物装置布置在中控室内，设备进气口与风机室内出口相连，直接处理风机引入的室外空气。

为实现氮氧化物处理装置与风机连接后能正常运行，因此在设计时要求设备进口法兰与风机法兰一致，设备内部风机与室外风机风量相匹配。同时为了满足人员舒适度和设备的合理运行，设备采用顶部进风前面上部出风，室内维持10 Pa正压，防止大气从其他途径泄露到室内。

5 结束语

根据平台烟气扩散分析报告，得出了对平台影响的各种工况，参照空气处理行业的各种标准规范并结合厂家技术水平，完成了相关设备的设计。通过在中控室增加空气过滤装置，保证了人员的安全和设备的正常运转，但烟气仍然会扩散到平台的其他区域，建议以后平台设计时在主机排烟管安装处理装置，将问题解决在源头。