化学过滤机组在化工厂区中的应用

刘亚

摘要：化工厂区空气质量等级对工艺装置控制系统的影响越来越大，使用化学过滤机组净化进入室内的空气显得尤为重要。本文详细描述了对现有厂区增加化学过滤机组的改造方法。

关键词：空气等级;新风;化学滤料;化学过滤机组

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

自从2006年欧盟颁布ROHS方案《电气电子设备中限制使用某些有害物质指令》和中国通过了《电子信息产品污染控制管理办法》以来，为了保护环境，禁止或限制在电子电气产品中使用铅，故在电路板板表面的导电层通常用铜和银等制成。

由于铜和银容易受到腐蚀侵害，尤其是在化工厂区常见的硫化氢、二氧化硫、氯气对其腐蚀性更甚，长时间腐蚀会造成电路板短路等故障，严重的会造成宕机等严重事故。据不完全统计，采用铜银为主要材料的电路板的设备故障率比原来使用铅的故障率从3%上升到30%。

2. 腐蚀现象

通常有害气体对电路板的腐蚀都是从表面点腐蚀开始，随着时间的推移，腐蚀加重，慢慢渗透到电路板基材，直至击穿整个电路。图1为有害气体对电路板的腐蚀过程示意图;图2为腐蚀后的电路板图片。

所以，在化工厂区控制室/变电所等空调系统的新风口加装新风化学过滤机组很有必要。

3. 去除原理

化学滤料去除有害气体的过程包含：物理吸附、化学吸附以及化学反应。

物理吸附：当空气流经化学滤料表面时，滤料中的活性吸附剂会将有害气体分子吸附过来;

化学吸附：吸附过来的气体和滤料中的能发生反应的化学药剂会产生化学吸附作用;

化学反应：有害气体和化学滤料中的有效成分发生化学反应，将有害气体变为无毒无害的固态盐类，达到去除的目的，该化学反应为不可逆过程。

4. 化工厂区控制室新风系统流程图

自然界的新风经过抗冲击波阀、抗爆风管（按需求配置）、防火阀、电动气密阀后进入化学过滤机组，新风中的有害气体会和化学过滤机组中的化学滤料发生化学反应变为无毒无害的固态盐类物质，新风中的颗粒污染物被化学过滤机组中的初效、中效过滤器截留，干净的空气送入空调机组经过制冷/制热后送入对应的房间。

电动气密阀安装在化学过滤机组的进风口，与新风化学过滤机组的控制联锁，同开同关，并通过远程接入中控。当探头检测到有害气体的浓度超过化学过滤机组的处理能力时，则同时关闭化学过滤机组和电动气密阀，使得空调机组处于全回风状态，外界浓度恢复时，控制开启化学过滤机组和电动气密阀，保持正常工作状态。

5. 化工厂区的改造应用

根据客户反馈某项目Substation 1A31、Substation 1A51和Substation 1A61三个变电所的空气质量不佳，主要腐蚀性气体为H2S、SO2和Cl2，对电器元器件具有腐蚀性，引起设备的故障，严重影响了项目的顺利运转。

5.1 空气等级划分

参照美国ISA-71.04-2013标准，将室内空气等级划分为4个标准，分别为G1、G2、G3以及GX，其中GX为剧烈腐蚀环境，G1为轻微腐蚀环境，目前公认的普遍可以接受的室内的等级需要达到G1。

空气腐蚀等级通常是以铜和银的30天内的腐蚀量来测定的。将铜银测试片放置在固定地点30天后测定铜片和银片的腐蚀程度。G1等级为铜片腐蚀程度小于300 Å，银片腐蚀程度小于200 Å;G2等級为铜片腐蚀程度小于1000 Å，银片腐蚀程度小于1000 Å;G3等级为铜片腐蚀程度小于2000 Å，银片腐蚀程度小于2000 Å;GX等级为铜片腐蚀程度大于2000 Å，银片腐蚀程度大于2000 Å。

5.2 现场空气等级测定

现场布置了10余片铜银测试片进行空气质量检测，再结合ISA-71.04-2013标准，专业实验室化验结果显示室内的空气等级处于G2等级，中等腐蚀等级;室外的空气等于处于G3/GX等级，较强的/严重的腐蚀等级。

根据多年的经验以及设计规范，室内空气处于G1等级是认为对电子元器件是无害的，为避免由于空气质量引起的设备故障，需要对送入室内的空气进行净化处理。

5.3 处理风量

根据客户平面图或者已有空调机组的参数确定送入房间的新风量，最终得到参数如表2所示。

新风比选取10%，故1A31房间的新风量为10423.8x2m3/h，故1A51房间的新风量为1981.8m3/h，故1A61房间的新风量为6414.5m3/h。

5.4 化学滤料的选择

5.4.1 化学滤料种类

根据客户现场检测，现场不仅有对电路板有腐蚀的硫化氢、二氧化硫和氯气，还有存在部分氨气和有机类气体，气味比较大，希望我们将其一并去除，提高室内工作人员的舒适度。

结合客户的要求和我公司化学滤料的种类，有针对性的选择合适的滤料配置到机组内部。针对硫化氢、二氧化硫和氯气等有害气体，选择活性炭浸渍氢氧化钾的碱性类滤料去除;针对氨气，选择活性炭浸渍磷酸的滤料去除;针对有机类气体，选择活性氧化铝+高锰酸钾强氧化性的滤料去除。

综上所述，根据现有需要去除的气体种类，需要配置三种不同的化学滤料来净化空气。

5.4.2 化学滤料的性能指标

衡量化学滤料性能指标主要有滤料形状、内部孔径、浸渍浓度、含水率、去除能力等。

滤料形状：球形、柱状和扁平，不同的形状会影响吸附效率。球形滤料更利于有害气体与滤料的接触。

内部孔径：滤料从内到外充满微孔结构会增大气体与滤料的接触面积，增强吸附效率。

浸渍浓度：添加的有效成分并非越高越好，过高有效成分会结晶析出，阻碍了气体与滤料的接触，降低吸附效率。

含水率：化学滤料可在5-95%相对湿度范围内运行。

去除能力：目前化学滤料的性能测试根据ASTM D6646“测试颗粒和丸状活性炭加速硫化氢漏过容量的试验方法”来评定化学滤料的去除能力。

本项目配置的化学滤料为球形的，从内到外都充满孔径的结构，浸渍浓度控制在4%～8%，含水率50%，出去能力高达20%的最优产品。

5.5 化学滤料使用寿命计算

（1）根据铜银测试片测定的空气腐蚀等级GX/3查询ISA-71.04-2013标准里面对应气体的数值，得到单位为ppb的浓度参数，换成单位为mg/m3的浓度参数;

（2）结合新风总量，得出总共需要去除单位为mg/h的有害气体的量;

（3）按照一天24h，一年365天计算一年有害气体的总量;

（4）结合配置机组里面的滤料重量和去除能力计算配置的滤料可以去除多少kg的有害气体;

（5）比较步骤3和4得出所配置的化学滤料的使用寿命，为后期更换滤料提供指导意见。

5.6 机组选择

综合空调系统送风参数和设备布置图等信息，化学过滤系统采取侧开式和室内循坏两种机型。1A31和1A61变电所需要处理较大的风量，所以选取侧开式的机组，1A51变电所的新风量较小，所以选取室内循环的机组。

如图6所示，1A31变电所包含2套空调系统，有2个新风进风口，配置2台机组;如图7所示，1A51变电所包含1套空调系统，但是这台空调系统还送风到其他区域，变电所房间只占了其中的一部分，为保证变电所区域的空气的洁净，所以在房间内部配置2台立式室内循坏机组;如图8所示，1A61变电所包含1套空调系统，有1个新风进风口，配置1台机组。

化学过滤机组的基本配置为进风口+G4初效过滤器+一级化学过滤段+二级化学过滤段+三级化学过滤段+F8中效过滤器+风机段+送风口以及控制系统。

5.7 机组布置

结合现场实际情况和设计布置图，化学过滤机组的整体布置如下。

1A31变电所的两台侧开式化學过滤机组布置在屋顶，通过风管直接和原新风口连接，直接将新风中的目标气体去除，洁净的空气送入空调箱内;

1A51变电所的两台循环化学过滤机组布置在室内，直接以内循环的形式将空调机组送进来的新风净化处理;

1A61变电所的一台侧开式化学过滤机组布置在屋顶，通过风管直接和原新风口连接，直接将新风中的目标气体去除，洁净的空气送入空调箱内。

6. 结论

针对现有化工产区空气环境中存在对电气元器件有害的硫化氢、二氧化硫、氯气等气体的情况，在不改变现有通风系统的情况下，增加新风化学过滤机组去除有害气体不仅能够提升室内空气等级，还能大幅较少电气元器件的故障率。

参考文献：

[1]ISA S71.04-2013 美国《过程检测和控制系统的环境条件：空气污染物 G1标准》

[2]ASTM 6646-2003 粒状和丸状活性碳的加速硫化氢漏过能量测定的标准试验方法

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