工业酸碱排气系统设计和安装常见问题及解决措施

文_李兵 北京久芯科技有限公司

1 工业酸碱排气系统设计结构

某芯片厂房为了满足生产过程中产生的酸碱气体的排放需求，设置了多台处理设备，并且打造了具有系统性的气体处理方案。其中酸排气单台风量120000CMH,11用2备；碱排气单台风量90000CMH，2用2备；从具体的应用流程角度来看，工业生产过程中产生的酸碱废气，通过洁净室内的排气支管排至屋面的环管，废气处理设备并联在环管上，废气先通过洗涤塔水洗及酸碱中和，然后进入排风机，最后通过烟囱排放。

2 工业酸碱排气系统管路及设备常见安装问题

2.1 腐蚀性问题

腐蚀性问题是酸碱排气系统面临的主要问题。工业生产排放的酸碱气体具有一定的腐蚀性，在设计系统的过程中，要确保整体的管道系统具有密封性，避免酸碱气体泄漏对员工的身体健康造成影响；其次还需要注意确保管路本身有着较强的耐腐蚀性，一旦管路本身被气体腐蚀，便有可能导致泄漏发生。

在综合考量消防及耐腐蚀等需求的条件下，现阶段业内通常将SUS304内衬耐腐蚀涂层的管道用来设计作为酸碱废气的排放管路，此项目采用的涂层为ECTFE，这种涂层具有优秀的耐腐蚀性和抗渗透性，可以有效地阻断废气中的酸碱物质对不锈钢风管的腐蚀；风管均为专业厂商在工厂内加工完成的成品管道，风管两端配有法兰，到达施工现场后通过螺栓进行拼装，为了防止废气和管道内产生的冷凝水从拼装的法兰处渗漏，法兰本体也需要有涂层包覆，两片法兰中间要采用耐腐蚀的PTFE(聚四氟乙烯)垫片进行密封。

2.2 防震问题

工业废气的排放量较大，风机和管路的体量也会比较大，本工程中酸排处理系统最大的管径为2000mm，且设置在屋面上，这就导致在常规使用的过程中不仅要考虑风机运行产生的震动，也要考虑外界环境(如季节性大风)的影响，因此设备和管道的固定及减震便成为了需要考虑的重要问题。半导体生产设备在运转过程中，对震动的精度要求非常高，所以屋面排气系统的设备及管路在安装前，均需要经过专业的防微震设计，提前规划好安装位置，选用合适的减震基座和管道减震弹簧，这样才能在确保系统本身稳定运行的基础上同时满足厂房内生产设备运转的需求。

2.3 监测问题

酸碱气体排放本身需要进行无害处理，在这个过程中涉及到了大量的化学处理环节。在处理的过程中需要结合洗涤塔实际的运行状态进行补水排水作业，同时也要结合具体的pH值进行药剂的补充。这就要求设备的监测仪表安装位置必须要满足实际的测量需求，这样才可以有效检测各种参数，为酸碱废气的处理以及排放提供有效依据，最终确保洗涤塔能够高效运行以达到合规排放的目的。

3 工业酸碱排气系统安装解决措施

3.1 风机技术要求

风机设备是酸碱排气系统中的核心设备，其运行状态将直接影响系统的运行稳定性，而风机的选择也需要结合实际需求进行分析。比如本工程选用防腐风机，其材质为SS41+RubberLining，风机静压效率要求不得低于80%，出厂性能测试需符合标准国际标准ISO5801或AMCA的第三方认证。

废气系统运行的持续性对稳定生产至关重要，但系统运行本身的震动会降低设备的部分性能，因此风机整体振动须经动平衡测试(二次：出厂前及工地现场),即提供原厂性能测试报告，并在安装调试完毕后带载状态下的进行振动测试，动平衡品质需在G2.5级以下。

另外为确保风机稳定运转，轴承应选用高负载的、能自动对准调节的轴承。风机轴接触腐蚀性气体部分需要轴套，径向密封应采用填充式密封与骨架油封组合，材质为PTFE。所有风机紧固件必须耐酸碱腐蚀，材质为SUS316L。

为了确保运行过程中不会出现有害气体的渗漏，影响环境的安全质量，风机的检查口以及排水管路之间的连接位置，必须要符合环保要求，不仅耐腐蚀也要防渗漏。所有风机吸入段风管需安装排液管道(排液管接至相应的生产废水管道)及存水弯,并设置取样口。

3.2 洗涤塔技术要求

为了进一步提升本套系统的应用价值，本工程中的洗涤塔为两段式处理洗涤塔；其中酸性排气洗涤塔中添加NaOH进行中和，碱性洗涤塔中添加H2SO4进行中和。

洗涤塔设置FRP围堰，围堰排水连接至相应的排水系统。每台洗涤塔循环泵，需要至少一台备用，当运转循环泵故障时，备用循环泵能自动启动，并具有交换起动功能。洗涤塔循环泵采用液下泵，防水等级大于等于IP55，水泵吸入口设置耐腐蚀格栅滤网，循环管路上设置过滤器；全防腐、防异物设计，循环水泵额定工况下的流量需要比设计值高10%。

3.3 烟囱技术要求

最终通过烟囱排放的酸碱废气经过了洗涤塔的处理，危害性大大降低，达到了环保规定的排放需求，但还是会具有一定的腐蚀性，因此本项目的烟囱材质与对应管道系统材质相同，为不锈钢内衬ECTFE。同时烟囱安装了在线风量测定仪表，仪表传感器安装位置满足国家规范风管风量测定标准的要求。

3.4 管道及阀门

管道以及阀门的选择必须要满足标准需求，不仅要具备防腐性能，也要结合实际的应用需求，合理地进行参数调控。本工程的设计方案以每根支管按照需求使用量的120%进行设计；每条主管、支管安装手动调节阀，阀门尺寸与管径相同。所有预留接口均安装与所属管道母材相同材质的阀门和盲板。

风机进出口管道风速≤10m/s，屋面主管的全管等直径风速≤12m/s，支管≤8m/s。所有管道、阀门的紧固件（包括螺栓、螺帽、卡箍、管卡等）必须为标准品。风管应参照国家规范进行漏风量测试。

3.5 加药系统技术要求

3.5.1 酸性排气加药系统

洗涤塔区域设置日用罐，材质为FRP，一用一备，满足6h用量需求。日用罐加装溢流管，提供液位控制信号(LL/L/H/HH)。日用罐设置液位计并提供就地信号（现场显示数值）及液位曲线（远传会监控室显示）。

NaOH溶液供给泵材质采用全氟泵，加药系统管路使用PFA+ClearPVC双套管，管路连接的接口位置设置漏液检知带，检测信号远传监控系统。

3.5.2 碱性排气加药系统

碱性排气系统与酸性排气系统有着相同基础设置，因半导体生产过程中会产生废硫酸，为有效提高废弃物利用率，碱性排气的药剂为50%废H2SO4和50%新H2SO4，两种储罐均接驳加药罐且设置自动切换阀。

3.6 自动控制系统

本案例中的自动化控制系统，结合不同的管道以及设备使用性能进行了针对性分析，综合风机、洗涤塔以及加药系统打造了不同的自动化控制方案。

3.6.1 风机自动控制系统

每台排气风机分别设置控制显示及流量测量装置。当风机启动10s后仍为低流量时，风机关闭，启动备用风机并传回故障信号。排气风机入口气动风阀与风机连锁启闭。支管管路末端及主管上均设置压力传感器，根据各主管上各处的压力传感器数据平均值风机自动调整运行频率；根据支管末端负压数据人为调整主管负压设定值。

3.6.2 洗涤塔内喷淋水自动控制系统

洗涤塔水槽内设置液位显示报警装置，当液位达到正常运行所需设定低液位时，自动补水；当塔内液位出现低于低液位或高于高液位的情况，需要人为检查；同时液位达到低低水位时喷淋泵停止运行，达到高高水位时，洗涤塔开始强制排水，高高水位上预留溢流口。

3.6.3 加药自动控制系统

每台洗涤塔设置加药泵2台，1用1备。洗涤塔安装的pH计检测塔内中和液的pH值，当pH值达到设定值下限时，开启加药泵进行药品投入；当pH值达到设定值上限时，关闭加药泵，停止药剂投入；当出现pH值低于最低限值或高于最高限值时，触发报警，需要进行现场检查。

4 结语

合理利用信息技术进行智能监测，加大管道运行稳定性，同时也可以提升工业精细化发展程度，这对于我国工业体系的未来发展有一定促进作用，同时也能够实现质量优化。