粉末投加装置防燃爆设计及安装调试

张卫春

安徽万纬工程管理有限责任公司（安徽安庆246001）

粉末投加装置防燃爆设计及安装调试

张卫春

安徽万纬工程管理有限责任公司（安徽安庆246001）

介绍了粉末活性炭投加装置的空气流体过滤、脉冲压缩空气流化、水喷雾加湿、水力喷射抽吸等防污染防燃爆技术及设备的设计，并对设备调试与投用效果进行了分析。装置投用结果表明：该粉末投加装置投加粉末活性炭不会造成环境污染，不会发生燃烧爆炸，达到了石化废水处理粉末活性炭投加环保和安全要求。

粉末投加装置；防燃爆设计；防污染；设备调试

可燃粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源(明火或高温)会燃爆，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成高温高压。由于这一过程中不断有升高的压力会产生冲击波，因此，粉尘燃爆会造成很大的破坏力。石油化工生产装置若发生粉尘燃爆，其破坏力更大。为此，粉尘燃爆的安全防范引起了人们高度重视[1]。中石化某分公司建设一座废水处理场对全厂石化废水进行生化处理[2]，石化废水生化处理装置每天需要往生化池中投加粉末状活性炭（powdered activated carbon,PAC）。粉末活性炭为黑色可燃粉尘，投加时遇到热源会产生燃爆[3]，且会造成环境污染。为了安全、环保的投加粉末活性炭，该废水处理场构建一套粉末活性炭防燃爆投加装置（以下简称PAC投加装置），解决了粉末活性炭投加时燃烧爆炸和环境污染问题，保证了石油化工装置安全稳定运行。

1 工程概况

该石化废水生化处理装置有2座废水处理生化池，单池为74m×16m×8m，每座生化池安装384个曝气器，用鼓风机向生化池内输送鼓风空气曝气，用PAC投加装置投加粉末活性炭。在鼓风机空气搅动下，石化废水与粉末活性炭充分混合，进行生化反应，通过粉末活性炭的吸附[4-5]与活性污泥的降解作用[6]，去除废水中的有机污染物，废水再经过滤池过滤后达标排放。粉末活性炭投加装置于2012年7月开工建设，2013年6月竣工。

2 PAC投加装置结构

粉末活性炭储藏在料仓中，料仓顶部设计防止粉末活性炭憋压和外溢的粉尘过滤器、防止过压和欠压的安全阀、料位仪表（LAH）。料仓圆锥体设计专用的流化阀，两块防爆板安装在料仓侧壁上部。

料仓设计粉末活性炭充装管，以便粉末活性炭从运料槽车往料仓充装，并设计料位设备以指示料仓内粉末活性炭料位和高料位报警，以防料仓溢装。

粉末活性炭往定量给料斗充装，由2只交替开启和关闭的出口阀A、B控制，经定量给料器定量后送至加湿圆锥体，被用水驱动的喷射器吸出和喷射。

当粉末活性炭投加量达到工艺要求时，投加装置按相应的计算机控制程序自动停机并清洗输送管道，清洗水从排水阀排出。PAC投加装置结构如图1所示。

3 主要设备及设计参数

PAC投加装置主要设备由料仓、粉尘过滤器、料斗、定量给料器、加湿圆锥体、喷射器、注射泵以及控制阀、自动化仪表、电机等设备组成。粉末活性炭为可燃粉尘，所有动力设备、检测仪表、充装及输送管道、控制阀、粉尘过滤器设计及选型时均符合《用于潜在爆炸性环境中的设备和防护系统ATEX认证（94/9/EC）》的要求，整个系统由计算机控制系统全自动操作。

图1 PAC投加装置结构

3.1 料仓

粉末活性炭料仓上部为直径3 600mm、高度5 650mm圆筒形壳体，下部为70°顶角圆锥体，总高度13 100mm，净容积45m3，净重8 365kg，最大粉末活性炭装载量23t，最大运行重量37t，结构材料为S235JR。工作压力-0.000 5～0.01MPa，设计压力-0.000 5～0.05MPa。

料仓设计雷达料位计指示料仓料位，安装安全阀防止料仓过压或欠压，高料位开关在高料位时报警以防料仓溢装。安装一根Φ100mm料仓充装管线从充装点敷设至料仓顶部。充装管配备一只手动球阀和100 mm STORZ软管接头。

3.2 粉尘过滤器

料仓顶部左侧安装粉尘过滤器，采用DLM-V 25/12W空气流粉尘过滤器，过滤器包括空气排放、活性炭粉尘过滤和清洁吹扫系统。过滤面积25m2，滤袋材料为DURA LIFE/OLE OPHOBIC A/S(抗静电)，粉尘在标准状态下排放＜5mg/m3，空气消耗量7.4m3/h。设计活性炭粉尘过滤和压缩空气清洁吹扫自动控制系统，二者根据粉尘过滤器的压差值自动向粉尘过滤器滤芯提供脉冲压缩空气(12s间隔)，清除活性炭粉尘以免滤芯堵塞。

3.3 流化出料器

料仓下部流化出料器设计8只流化阀控制脉冲流化空气，脉冲压缩空气流体从料仓圆锥体下部进入流化出料器，粉末活性炭颗粒在压缩空气流体和重力的作用下成流化态出料。料仓出口阀受出料自动控制系统控制往料斗装料。料斗出料经均化器均匀搅拌后，由定量给料器往加湿圆锥体定量给料。

3.4 定量给料器

定量给料器采用GDU201.5容积式给料器，定量给料能力为20～200kg/h(物料松装密度500kg/m3时)。其计量工具为料斗中同心布置的计量螺旋器和单独驱动的均质器，均质器的矩形入口法兰与料斗连接。料斗容积149L，设计高料位和低料位开关控制定量给料器进料，料斗结构材料为SS316。

定量给料器可更换计量螺旋器来改变计量范围。计量螺杆电机功率0.55kW，由变频器变频调速，均质器电机功率0.18kW。定量给料器设计排放阀，排放阀由双作用气动活塞推动。

3.5 加湿圆锥体

喷雾加湿圆锥体通过挠性软管与定量给料器排放阀连接。加湿圆锥体为了加湿和冲洗粉末活性炭，在圆锥体上部安装4只喷嘴，喷嘴连接至圆锥体周围的环形供水管线，水经调节阀调节后通过喷嘴喷出。加湿圆锥体结构材料为SS316，底部连接喷射器。

3.6 喷射器

应用水力抽吸和喷射技术的喷射器是PAC投加装置的核心部件，喷射器的引射流体口与加湿圆锥体的锥顶直接连接。喷射器利用注射泵将水加压提升为压力较高的水流作为工作流体，注射泵与喷射器的工作流体口连接。加湿流化后的粉末活性炭作为引射流体，通过高压水的射流将加湿圆锥体中的粉末活性炭吸出，与水混合成均匀的混合流体被排出喷射器，向废水生化处理生化池投加粉末活性炭浆料。喷射器结构材料为铸铁带SS316镶块。喷射器设计喷射器供水阀、粉末活性炭浆料投加阀、冲洗排水阀等气动球阀。

4 设备调试及装置投用

4.1 设备调试

PAC投加装置于2013年7月开始调试，主要进行粉尘过滤调试、定量给料校准、料仓出料调试、料浆投加调试。

4.1.1 粉尘过滤器调试

粉尘过滤器由过滤控制器根据差压自动控制运行。调试时参数设定为：差压为800Pa时，粉尘过滤器开始清洁；差压为400Pa时，粉尘过滤器停止清洁；差压为1 300Pa时，粉尘过滤器堵塞报警。

4.1.2 料仓出料调试

压缩空气对活性炭粉料进行流化从料仓出料。压缩空气通过气动进气阀控制，出料时进气阀为间隙式进气，时间间隔调整为开启4s，关闭2s，再开启，再关闭，如此循环，总时间为22s。调试时检查气流是否通过流化阀，并检查和确认进气阀开启和关闭时间。

4.1.3 定量给料器校准

定量给料器的校准通过调节电机供电变频器的频率改变驱动电机转速，计量定量给料器每分钟送出的粉末活性炭重量来校准。校准程序为：分别将变频器的频率调整为10Hz、20Hz…..，每次增加10Hz直至100Hz驱动给料器电机，每次运行计时60s，称重并记录定量给料的粉末活性炭净重。按校准的数据计算粉末活性炭的投加量。

4.1.4 料浆投加调试

卸下加湿圆锥体盖板，打开排水阀和供水阀，关闭加湿水调节阀，启动生产水注射泵；注射水急速进入喷射器，并产生水流湍流声。

依次缓慢地打开加湿圆锥体周围环形管线上的每一只加湿水调节阀，调节喷嘴出水流量；调节喷嘴孔板使水形成尽可能宽的水膜，沿锥壁平稳流过加湿圆锥体壁，并被喷射器吸出；并使喷嘴出水在加湿圆锥体内部不产生水雾或游离小水滴，沿着锥壁的水膜应互相重叠，水流到锥底后立即被喷射器吸出。

4.2 投用效果

PAC投加装置于2013年8月投入运行，对石化废水生化处理生化池进行粉末活性炭的投加，集中投加了约60 t的粉末活性炭。生化处理装置正常运行时，由于生化池中的粉末活性炭有损耗，PAC投加装置每日向生化池补充粉末活性碳，以保证石化废水生化处理装置的正常运行。

该石化废水生化处理装置投加的粉末活性炭粒径小于74μm，粉尘最小松装密度为500kg/m3，最大爆炸压力指数值为0.9MPa，爆燃指数值为10MPa·m/s，投放时易造成环境污染和燃烧爆炸。采用防燃爆防污染技术后，未出现燃烧爆炸和环境污染安全事故。

5 结束语

1）利用PAC投加装置往石化废水处理生化池投加粉末活性炭时不会产生环境污染，不会发生燃烧或爆炸，保证了PAC投加装置本身及周边其他石化装置的安全运行。

2）经PAC投加装置定时定量投加的粉末活性炭与水混合均匀，投加到生化池后经空气曝气对水中的有机污染物进行生化处理，处理后石化废水中的有机污染物、石油类物质等主要指标满足GB 8978-2002的一级标准[7]，可直接排放。

[1]中华人民共和国科技部,环境保护部.大气污染防治先进技术汇编[M].北京：科学技术出版社,2014.

[2]Tangsathitkulchai C,Ngernyen Y,Tangsathitkulchai M.Surface Modification and Adsorption of Eucalyptus Wood-Based Activated Carbons:Effects of Oxidation Treatment, Carbon Porous Structure and Activation Method[J].Korea Journal of Chemical Engineering,2009,26(5):1341-1352.

[3]张丽芳.可燃粉尘爆炸下限浓度的测试研究[J].机械工程与自动化,2009(5):97-98.

[4]周刚,刘文君,冯兆敏,等.吸附重金属用活性炭对汞的去除特性研究[J].给水排水,2013,39(5):120-124.

[5]周本省.工业水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2002.

[6]J.Drewnowski,J.Makinia.Modelinghydrolysisofslowly biodegradable organic compounds in biochemical nutrient removal activated sludge systems[J].Water Science&Technology,2013,67(9):2067-2074.

[7]国家环境保护总局.污水综合排放标准:GB 8978-2002[S].北京:中国标准出版社,2002.

The pollution,firing and explosion preventing techniques of active carbon powder adding device,such as the air fluid filtration technique,and pulse compressed air flow,water spray fluidizing technique,water spray humidification,etc.and the design of the active carbon powder adding device are introduced,and the debugging and the use effect of the device are analyzed.The use results of the device show that:adding active carbon powder using the device will not cause environmental pollution,combustion and explosion,the design of the device meets the requirements of environmental protection and safety to adding active carbon powder in the petrochemical wastewater treatment.

powder feeding device;firing-preventing explosion-preventing design;pollution prevention;equipment debugging

梅

2015-09-17

张卫春(1966-)，男，工程师，现从事石油化工工程咨询和管理工作。