VOCs治理 | 化学制药废气收集系统安全设计和管理探讨
摘要
文章首先阐述了废气收集系统现状和化学制药废气的分类方法，然后提出了废气收集系统的设计要点，以满足安全输送和应急处置的要求，最后明确了废气收集系统的管理要点，将本质安全和日常管理相结合，有效控制废气收集系统的安全风险。
化学制药废气收集系统现状
随着化学制药行业面临环保压力、VOC整治压力的不断增大，VOC整治要求提高，效率和浓度。废气进行收集、总后集中处理成为很多制药企业的选择。但是随着RTO、RCO等焚烧装置的投用，有关焚烧装置起火、爆炸的事故频繁发生，其中大部分爆炸发生在废气收集管道内。
因为焚烧装置一般投资较高，企业一般不会配备多套焚烧装置，必然对废气进行汇总后收集，化学制药行业废气种类多，成分复杂，产生源头多，这就无形中增加了废气收集系统的复杂性，其复杂性甚至超过了大型化工企业的废气系统。目前国内缺乏废气系统设计的专业指导规范，大部分企业不得不摸着石头过河，因为安全设施不到位，甚至以事故为代价。为给同行提供参考，笔者结合企业自身实际以及对收集系统的理解提出了废气收集系统设计和管理要求，供同行参考。
化学制药废气分类
根据如表1所示的废气分类，对于不需要进行焚烧处理即可达标的废气尽量不要送入焚烧系统，例如无机废气、房问的超低浓度废气等。
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废气收集系统设计要点
化学制药行业废气管道总体设计思路：根据废气种类进行分类输送，进入焚烧系统的废气一般可分为含腐蚀性有机废气、普通VOC废气、含氢气废气三大类，紧急泄放的废气则可进入火炬系统。为提高废气输送安全型，一般采取缺氧状态下进行VOC废气输送，严格控制氧含量和静电积聚风险。因为目前国内大部分企业无法实现对各车问废气中VOC的异常超量排放进行有效监控，如果不能有效控制管道中氧含量，只要存在静电集聚点火，就极易造成废气管道系统爆炸事故，这也是目前国内废气管道爆炸事故发生的重要原因，即没有对废气管道中的氧含量和静电进行有效控制，在车问源头出现异常增量排放达到爆炸范围的情况下就导致了事故的发生。废气输送动力系统可采用文丘里管或风机。下面就对废气收集系统过程的一些设计要点进行举例：
(1)氧含量控制的设计。要求废气产生点进入管道系统实现全密闭，禁止将敞口过程的废气接人，对于异常检修状态下的废气点必须事先隔断。
(2)静电控制的设计。要实现静电集聚控制，首先要选对管材，对于普通VOC废气或含氢气废气，可采用不锈钢材质的管道，对于腐蚀性废气则采用导静电的玻璃钢管道，有效防止静电集聚。其次，需要合理设计管径，将废气输送速度控制在安全范围。一般普通VOC废气控制在10m/s以下，最高不能超过10m/s，对于含氢气废气则控制在7～8m/s。再次，对于管道上各类装置的材质，同样需要满足导静电要求，例如风机叶轮和壳体材质也必须为导静电的不锈钢或玻璃钢材质，阻火器也必须选用配套的不锈钢，禁止采用碳钢材质，防止生锈引发的堵塞。最后，在施工过程还必须注意对三通、转角、焊接部位的打磨处理，防止尖角的存在。
(3)废气输送动力系统的设计。因为每个企业规模不同，动力系统的设计可以采取不同的方式，如果只有1～2个生产车间，则可以直接通过车间风机，将废气输送到焚烧装置，此时管道系统处于微正压状态。也可以通过焚烧炉进气风机，直接将各车间废气抽拉到焚烧装置，此时管道系统处于微负压状态。如果车间数量众多，则可在各废气产生源头按厂房或种类设置小风机，废气总管上设置接力风机，焚烧炉进口设置引风风机实现管道系统的输送，此时大部分管道系统处于微负压状态，风机出口附近出现微正压。废气总管的接力风机是否需要设置，还要根据输送管线长度，各车间废气排放压力等进行综合考虑。废气大部分区域设置成微负压状态的原因是为了有效控制各废气源串气的风险，将废气引导到同一流向。一旦存在串气，将造成后续各类安全、质量风险。
(4)废气管道预留的设计。废气管道系统一旦投用，要想进行改造将面临较大的动火作业风险，施工难度大。为此，需要开展一些预留性施工。例如在各车间排放口设置预留口，在废气进管路前设置切断用阀门，并配套盲板等。为防止各废气相互串联，进入总管排放口应有最小间距设置，一般应间隔设置30以上。
(5)排液系统的设计。废气进入管道系统，难免会存在冷凝，特别是经过水喷淋后的废气含有大量饱和水蒸气，为此排液系统的设计尤其重要，否则可能会引起积液影响废气输送，冬季还会导致冰冻，损坏管路。排液系统包括管道倾斜度、排液口、清理口等，排液口要设置在管道低位，要求所有管道低位都有排液口。
(6)安全设施配备要求。为保证管道系统的安全稳定运行，还需要配套各类安全设施和检测仪器。管道系统上可设置泄爆片、阻火器、氧含量检测仪、LEL浓度检测仪。泄爆片一般可安装在风机或阻火器附近，泄爆压力的选择要高于废气管线正常压力，低于管线耐压。阻火器一般安装在各风机进口、出口，同时根据保护目标需要，可在废气支管与总管汇总前安装阻火器，以保护废气支管端各废气车间。同时因为不同型号、不同厂家的阻火器压降差异较大，故需要在设计前首先考虑阻火器压降。采购阻火器时，还要考虑阻火器的方向性。阻火器一般要选择自带温度检测的，便于当管道发生起火时，可通过阻火器上温度的检测，发现异常，并通过温度连锁报警系统和应急系统。为了实现对管道系统运行状况的监控，实现安全风险的在线监控，还需要安装压力检测、温度检测、流速检测仪器等，并将上述重要参数集中到统一监控中心进行集中监控，当压力、温度、流速超过设定值，即启动报警系统，并对各异常信息按事故／事件进行原因分析和调查处理，防止再次发生。
(7)应急系统设计。因为废气输送系统的火灾爆炸风险较大，故需要设置应急系统。可在氢气总管上安装蒸汽灭火装置，即当管道发生火灾或爆炸，管道内温度超过设定安全值时，立即启动应急装置，将蒸汽通人管道内进行灭火。为保护各生产车间安全，防止废气总管系统起火对各车问的影响，在各车间进入废气总管前，设置温度报警，当温度超过设定值，即切断与总管系统的阀门，将废气排到车问紧急放空管。
废气管道系统管理要求
(1)进气体前审批。目的是为了对接人废气系统的废气种类、排放参数、禁忌物等进行确认，防止误接。
(2)积液的管理。管道积液应及时排放，冬季和夏季的排液频次可略微不同，对每次排液应进行记录，包括排液口编号、液体接收量、排液日期等信息，对于排液量异常增大的，还需要进行原因分析。有条件的企业还可以对积液中的组分、pH进行分析，可监控未经审批排放的废气。当pH低于6时，就需进行原因分析。
(3)静电管理。需要每年至少开展一次静电检测；每年检修期间，还需要开展静电接地设施完好性的检查。
(4)管道的日常巡查。管道泄漏的原因包括焊缝，爆破片破损，法兰连接密封圈破损，热胀冷缩导致管道破裂等，因此需要对管道进行日常巡查，主要通过对管道跑、冒、滴、漏的巡查及时发现漏点；同时可定期采用氮气进行气密性试验，并保留气密性试验的记录。日常运行过程，则通过对管道中氧含量的监控，及时发现异常。
(5)管道监控参数的记录和分析。视频监控、温度监控、压力监控、氧含量监控等数据传输到集中24小时值控中心进行监控。其中总管各段压力情况须在运行过程中摸索，有相应的数据基础后再形成具体管理要求。
(6)明确各类标识：包括爆破片的管路色标、排液口标识、阻火器标识等。
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