一种油气输送钢管涂覆粉尘废气治理

吕成秀，陈英杰，张晓霞，汪 超，苏文燕

（渤海装备南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

0 引言

在钢管防腐内外除锈作业中，会产生大量的粉尘，通常采用布袋式或滤芯式除尘器过滤处置。钢管在中频加热涂覆作业时，聚乙烯、环氧粉末、粘胶剂受热会产生一定量非甲烷总烃有机挥发物烟尘，即会影响岗位操作人员的身体健康，目前采用改变了原有过滤棉和活性炭吸附的方式，采用“水淋+油水分离+电场电解+活性炭吸附”的组合方式，兼顾粉尘和烟尘的治理。现在随着对空气治理的要求日益提高，钢管涂覆生产企业应给予工厂内粉尘和烟尘排放更多的关注。

1 粉尘的治理

钢管在内外除锈时产生大量的粉尘，目前主要采用旋风除尘器系统进行处置后排放。旋风除尘器也称旋风分离器，是利用器内旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。它主要由排灰管、圆锥体、圆柱体、进气管、排气管及顶盖组成。

1.1 旋风式除尘器

旋风除尘器是利用旋转气流所产生的离心力，将尘粒从合尘气流中分离出来的一种除尘装置。它主要用于对5～15 μm 以上的颗粒进行处理，除尘效率可达95%以上。工作原理为：旋转气流沿器壁自圆简体，呈螺旋状由上向下向底部运动，形成气流下降的外旋含尘，在强烈旋转过程中所产生的离心力将密度远远大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触便失去惯性力，通过自身的重力下落入集灰斗。旋转下降的气流到达圆锥体底部后，沿除尘器的轴心部位转而向上形成上升的气流内旋，并由除尘器的排气管排出（图1）。

图1 钢管内外除锈粉尘治理流程

钢管涂覆厂目前使用的滤筒除尘器，优点主要有：①滤筒滤料折褶使用，布置密度大，除尘器结构紧凑，同样过滤面积的除尘器滤筒体积最小；②处理风量大，过滤风速低运行阻力小；③过滤精度高，过滤0.5 μm 的粉尘排放浓度高达99.9%，选择合理过滤风速，排放浓度保证低于10 mg/m3；④安装简便，使用时维护工作量小。

该设备是某公司自主研发的一种全新的除尘器，采用法兰式滤筒，上部插入形式，不用进入除尘器的含尘气室就能容易地取出滤筒，减少维修人员接触粉尘的机会，更换检修非常方便。它采用1100 mm 的长滤筒结构，在减少滤筒数量的同时增大了过滤面积。

此类型除尘器彻底解决了其他类型除尘器滤筒和除尘器孔板密封不严造成粉尘泄漏的弊端。现在大多数的滤筒除尘器、滤筒是吊装方式安装，有的是两个串在一起，在使用过程中，随着滤筒上粉尘的增加，滤筒的重量越来越大、会向下坠，因为滤筒上有两个橡胶密封圈是软的，所以滤筒有活动余地，滤筒向下一点密封圈就会封闭不严，导致粉尘溢出。而这种上插式滤筒，密封圈在孔板的上方，滤筒上粉尘越多滤筒越重向下坠，密封圈越压紧、封闭更严。

1.2 垂直滤筒式除尘器

垂直滤筒式除尘器粉尘的净化器滤材处理主要是通过压差传感器控制的脉冲喷吹系统实现：当净化器运行一段时间以后，细微的烟尘吸附在滤材表面，使得滤材的透气性降低。为了使透气效果达到较好的效果，利用0.4～0.6 MPa 的洁净压缩空气清除滤材表面吸附的微尘，被清除的微尘直接落在室体下部的集尘斗中（图2）。在运行过程中须保持连续且恒定不变的供气量，以达到微尘清除的最佳效果。

图2 垂直滤筒式除尘器过滤原理

2 中频烟尘废气的治理方案

钢管中频加热后，进行胶粘剂和聚乙烯缠绕，通过设定温度使胶粘剂和聚乙烯在模具头出口处形成为有韧性和较强张力的带状片材，采用侧向缠绕工艺，将PE 片材经过管体下方的胶辊挤压紧密地缠绕在管体上由于涂覆材料在受热下不会发生分解，大部分企业使用无组织排放。但是随着环保要求的进一步提升，钢管涂覆企业进一步升级管控措施，采用新技术、新方法加以治理，目前多数企业已设置了新的废气回收处理设施。设备通过“水喷淋+干式过滤+电场电解+活性炭吸附+催化燃烧”的组合式净化处理工艺流程，实现企业中频涂覆区域废气环保达标排放（图3）。

图3 中频烟尘废气处置流程

2.1 不锈钢喷淋塔设计

一体式旋流喷淋塔湿式除尘系统主要由除尘塔（塔体、水箱、水泵）、风机、控制电柜三部分组成，是具有高效过滤、低能耗、安全可靠的工业湿式除尘系统。其中，除尘塔各层设置检修人孔，人孔尺寸符合国标要求并满足填料层/除水层所有物料取出，人孔为侧开合页式。

旋流喷淋塔由圆形塔体与法兰分段连接而成，制作简单、安装检修方便、强度高、占地面积小、方便安放，其结构特点有：喷淋形式由一层旋流、二层喷淋及三层填料形成，增加了气液接触面积，提高净化效率；填料装于填料笼内，方便装卸清理；填料笼上方设置压板，防止填料层被吹起；填料层上下均设置喷淋装置。

循环水箱内部倾斜式设计，设置为多隔箱沉淀式，每个隔箱应设置一个排污阀，方便清理水箱；分3 层过滤保证水泵进口水质，水箱中设置浮球阀，能在水箱水位低于下限水位时自动补水，水位高于上限时停止补水；水泵一备一用，保证喷淋水流安全有效；触摸屏可视化操作，简单方便，时刻确保烟尘净化效果；水箱底部可自由移动，处理水箱废水更加方便；循环水箱内安装加热器，当水温低于0 ℃时自动开启加热功能，防止水箱内结冰，造成喷淋净化效果下降或水泵损坏。

2.2 不锈钢除雾设备设计

除雾器的用途除雾器的主要作用就是过滤气相中的雾沫和灰尘，完成气、液两相的分离。设计时应考虑以下3 个因素：①不锈钢喷淋塔与不锈钢除雾器之间更换为不易腐蚀及漏水的管道及弯头，避免管道出现漏水现象；②安装设备时应考虑倾斜角度，使附着在管道壁上的水分回流、不会流入下一级处理设备，影响处理效果；③经过水喷淋后的废气中水分含量较高，会导致水的流失、影响处理设备处理效果，所以要将废气当中的水分充分分离，使分离后收集的水回流至喷淋塔内使之再次循环利用。

2.3 活性炭吸附箱设计方案

活性炭吸附法就是将活性炭作为物理吸附剂，在固相表面将产生的有害物质成分进行浓缩，从而使废气得到净化治理。负压进入吸附箱后进入活性炭吸附层，由于活性炭吸附剂表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力，因此当活性炭吸附剂的表面与气体接触时能吸引气体分子，使其浓聚并保持在活性炭表面，此现象称为吸附。利用活性炭吸附剂表面的吸附能力，使废气与大表面的多孔性活性炭吸附剂相接触，废气中的污染物被吸附在活性炭表面上，使其与气体混合物分离，净化后的气体高空排放。

活性炭应科学装填，经过合理的布风，废气均匀地通过活性炭吸附床内活性炭层的过流断面，实现废气中污染物的过滤。活性炭宜选用国内外优质品牌，要求强度高、比表面积较大、吸附速度快。

2.4 催化燃烧装置设计方案

催化燃烧是通过催化剂来降低有机物在氧化所需的活化能，主要提高反应速度。催化燃烧法主要选用蜂窝状陶瓷载体较为常用，所用催化剂为铂、钯、钌等贵金属，催化剂可降低燃烧反应的温度（200～400 ℃），大大降低辅助燃料的用量。催化燃烧适用于高温或高浓度的有机废气治理，国内技术成熟，使用经验广泛。与直接燃烧法相比，催化燃烧法具有节约能源、净化效率高、工艺简单、操作方便、安全性能好等特点，但不适用于低浓度废气的治理。

2.5 电气控制部分

电控系统采用西门子PLC（也可用等于或优于该品牌产品替代）控制和变频器控制。PLC 选用触摸屏，触摸屏安装在柜内。电控系统有自动连锁、安全生产方面考虑周全，设计严密。电控系统实现对重要运行参数集中监测或控制，并将故障信息反映在触摸屏上，并进行相应报警提示。在人机界面上，操作人员通过触摸屏对温度设置画面，提供系统的状态和参数及报警信息。

PLC 控制功能包含但不限于：控制装置运行；处理各阀门的开关定位问题；在人机界面有运行状态的显示；在人机界面上操作控制；具备在人机界面上进行参数修改功能；具备故障报警功能；具备手动、自动两种操作功能选项；具备定时开关机功能；具备超温报警功能；发生故障时应能够自我判断并有相应的故障保护措施；具备关键数据记录、数据可下载功能；自动运行时能够做到无人值守操作；手动操作时，可对单体设备进行单车试机调试；具备密码保护功能，非操作人员不能进行操作；具备误操作自动保护功能等其他功能。

3 结论

虽然传统的布袋式和滤芯式粉尘治理模式仍然为主流模式被工厂使用，但是废气收集处理装置的投用，能一定程度上兼顾粉尘和烟尘的同时治理，且整体性能稳定，能有效对作业空间烟尘废气进行集中处置，大大改善生产现场空气质量，保证员工身体健康。另外，在废气、粉尘的有效集中处置前提下，更有利于企业5 秒现场质量的提升，创造良好的企业形象。