宋 彬 李英堂 朱寧寧 李子春

（1.中國石油化工研究院蘭州化工研究中心；2.蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院；3.蘭州石化翔鑫公司）

乳化劑裝置作為某廠年產(chǎn)10萬噸丁苯橡膠裝置和年產(chǎn)5萬噸丁腈橡膠裝置的配套裝置，每年可生產(chǎn)9 000t歧化松香酸鉀皂和3 000t脂肪酸鉀皂（干基），其中松香破碎與熔融是生產(chǎn)工藝的重要工序。 近年來，隨著國家安全環(huán)保要求的不斷提高，裝置加強(qiáng)了安全環(huán)保治理工作，但松香粉塵超標(biāo)嚴(yán)重的問題一直沒有得到解決。 為此，筆者結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套新型的松香破碎機(jī)及其粉塵回收系統(tǒng)，在解決松香粉塵嚴(yán)重超標(biāo)的同時(shí)，提高生產(chǎn)效率。

1 松香粉塵超標(biāo)

松香破碎和熔融是乳化劑裝置生產(chǎn)的基本工序，具體過程為：桶裝原料松香（歧化松香）在松香破碎區(qū)經(jīng)人工破桶后進(jìn)行破碎，之后再由汽車運(yùn)至乳化劑裝置；破碎后的松香經(jīng)人工裝入熔融槽，封好加入口并通入氮?dú)猓ㄔ诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下熔融松香）， 打開加熱盤管和夾套管進(jìn)出口閥通入導(dǎo)熱油，由導(dǎo)熱油系統(tǒng)供熱給熔融槽，當(dāng)熔融槽溫度達(dá)到200～235℃時(shí)， 關(guān)閉加熱盤管和夾套管進(jìn)口閥，保持熔融槽融化時(shí)間4～6h。 由此可知，人工破碎松香時(shí)，工作持續(xù)時(shí)間較長，會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生大量松香粉塵；松香破碎后，會(huì)從破碎點(diǎn)下料口下落至翻斗車輛的車廂內(nèi)，因?yàn)榇嬖谝欢ǜ叨龋偌由巷L(fēng)力等原因，也會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵；松香被裝車后，運(yùn)往一公里外的乳化劑裝置，運(yùn)輸過程中雖然蓋有雨布，但因?yàn)轱L(fēng)力等原因，還會(huì)產(chǎn)生一定的揚(yáng)塵；翻斗車輛將破碎的松香卸到熔融槽上的料斗中， 卸料時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生一定揚(yáng)塵；裝卸工人會(huì)手持鐵鍬，進(jìn)一步破碎尺寸較大無法落入熔融槽內(nèi)的大塊松香， 讓它落入熔融槽中，破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量粉塵。 這些污染造成了相關(guān)生產(chǎn)崗位CTWA最大值超標(biāo)。 環(huán)境監(jiān)測(cè)人員對(duì)存在職業(yè)危害的破碎崗和熔融槽加料崗進(jìn)行了環(huán)境監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

表1 兩個(gè)崗位的工作環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表1可知，松香破碎崗作業(yè)人員接觸總粉塵的濃度長時(shí)間超過職業(yè)接觸限值［1］，破碎點(diǎn)的短時(shí)間接觸濃度也超過了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)倍， 不符合環(huán)保和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)這兩個(gè)崗位員工的身體健康造成不利影響。 員工長期在松香粉塵超標(biāo)的環(huán)境下工作，容易造成呼吸系統(tǒng)損傷［2］，甚至誘發(fā)塵肺??；松香粉塵受熱后很容易發(fā)生氧化反應(yīng)和氨解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)損害人體的肝臟和腎臟，并造成空氣污染；松香粉塵遇火可燃，如果濃度較大會(huì)引發(fā)粉塵爆炸［3］，給整個(gè)化工廠帶來災(zāi)難性后果。

2 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

筆者從除塵機(jī)理［4］入手，根據(jù)實(shí)際工況結(jié)合超聲波霧化除塵［5］、袋式除塵［6］和靜電除塵方法，設(shè)計(jì)了松香臥式破碎機(jī)及其粉塵回收系統(tǒng) （圖1），該系統(tǒng)主要由電機(jī)、引風(fēng)機(jī)、袋式除塵器、通風(fēng)管、臥式破碎機(jī)、吸氣面板、快速接頭、靜電除塵器、松香鐵桶、液壓缸、松香熔融槽和原料回收盤組成。

圖1 松香臥式破碎機(jī)及其粉塵回收系統(tǒng)

該松香臥式破碎機(jī)的操作過程為：

a. 首先在裝有歧化松香的鐵桶上開一個(gè)“工”字形開口（可使用專用工具完成）；

b. 將裝有歧化松香的鐵桶滾入臥式破碎機(jī)中（使用叉車提前將鐵桶一字排開，加料時(shí)逐一滾入，可提高工作效率），適當(dāng)調(diào)整以保證“工”字形開口向下；

c. 按動(dòng)液壓缸開關(guān)， 液壓缸會(huì)向右擠壓鐵桶，桶體會(huì)沿著“工”字形開口向兩邊裂開，里面的松香會(huì)沿著開口方向被擠碎迸出，而鐵桶下方是幾根光滑的鐵桿，擠碎的松香通過鐵桿縫隙掉落到原料回收盤上，進(jìn)一步滑落到熔融槽中；

d. 加料完成后，將破損的桶體取出（如果改造經(jīng)費(fèi)充足，可增加一臺(tái)壓力機(jī)［7］，將破損的桶體進(jìn)一步擠壓成鐵餅，方便存放和回收），進(jìn)行第2桶松香的加料工作。

上述加料過程將原來的破桶、粉碎、裝料、汽車運(yùn)輸、卸料和熔融槽加料6道工序合并為1道工序，減少松香粉塵的同時(shí)提升了工作效率。

松香粉塵回收系統(tǒng)的工作流程為：

a. 首先開動(dòng)屋頂上的電機(jī)，讓引風(fēng)機(jī)開始工作。

b. 松香臥式破碎機(jī)的另一側(cè)設(shè)置一塊開有很多小孔的吸氣面板（鋼板），該面板通過集氣罩與管線相連，引風(fēng)機(jī)持續(xù)吸氣讓破碎機(jī)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，可以有效防止松香粉塵溢出，并將粉塵吸入回收系統(tǒng)。

c. 水平通風(fēng)管內(nèi)的高速氣流進(jìn)入垂直通風(fēng)管后，由于前者的管徑小于后者，氣流突遇空間變大流速就會(huì)減慢［8］，使大量松香粉塵聚集在垂直通風(fēng)管中且彼此碰撞吸引，會(huì)加速粉塵向下沉積；垂直通風(fēng)管下方通過密閉的軟管連接著一臺(tái)靜電除塵器，除塵效率會(huì)成倍增加，并且形成粉塵濃度梯度（管道越靠近除塵器的部位粉塵含量越低），這樣有利于粉塵向靜電除塵器方向運(yùn)動(dòng)；未向下沉積的少量粉塵會(huì)被垂直于通風(fēng)管上部的空氣過濾箱阻攔， 使之繼續(xù)滯留在垂直管道中，保證粉塵不直接排向大氣，避免大氣污染。

d. 當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)生明顯減弱時(shí)，則表明空氣過濾箱中的過濾網(wǎng)需要更換（過濾網(wǎng)材料可有較寬的選擇范圍）。

上述回收系統(tǒng)為復(fù)合過濾系統(tǒng)，解決了袋式除塵器如果不能及時(shí)振蕩掉過濾網(wǎng)上的粉塵，會(huì)很快失效，以及靜電除塵器對(duì)靠近它的粉塵除塵效果好、對(duì)遠(yuǎn)離它的粉塵除塵效果差的問題。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在整個(gè)粉塵回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，難度最大的部分是靜電除塵器的設(shè)計(jì)，具體是其技術(shù)參數(shù)的選擇。

3.1 電場(chǎng)風(fēng)速

依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，電場(chǎng)風(fēng)速v的計(jì)算式為：

v=1.2-0.01KxCi

式中 Ci——入口質(zhì)量濃度，取10～60g/m3；

Kx——修正系數(shù)，取1.0～1.1之間。

一般情況下，電場(chǎng)風(fēng)速v取1.0m/s。

3.2 板間距

b=（m+1）Δb

式中 Δb——施工誤差和極板積灰產(chǎn)生的誤差之和，可取25～40mm；

m——常數(shù)，一般情況下取值為4～5之間。

經(jīng)計(jì)算bmin=（4+1）×40=200mm、bmax=（5+1）×40=240mm，故極板的板間距2b為400～480mm。

3.3 線間距

從試驗(yàn)得知， 當(dāng)板間距2b為300、400、500、600mm時(shí)， 對(duì)應(yīng)的電暈線線間距2c分別為160～180、190～220、220～230、240～260mm。 通過數(shù)值分析，各種電暈線最佳線間距2c（前峰值時(shí)）與極板板間距2b的關(guān)系為：

2c=0.31×2b+75

前峰值對(duì)應(yīng)的2c為最佳線間距，在此線間距布置時(shí)可產(chǎn)生最強(qiáng)的電暈放電，此時(shí)總的電暈電流和平均板電流密度最大。

3.4 粉塵的驅(qū)進(jìn)速度

20世紀(jì)，英國中央發(fā)電局曾用計(jì)算機(jī)對(duì)19個(gè)發(fā)電廠的74次靜電除塵器的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性多重回歸分析，得出飛灰靜電除塵器的有效驅(qū)進(jìn)速度vq（這里用除塵參量表示）的計(jì)算公式：

式中 A——靜電除塵器總收塵面積，m2；

a——煤含灰量，%；

MS——煤中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

r——高壓供電機(jī)組每千伏安容量供電載荷量，cm2/（kV·A）；

S——入口飛灰比表面積，cm2/g；

V——處理煙氣量，m3/h。

粉塵的驅(qū)進(jìn)速度與很多因素有關(guān)，因此驅(qū)進(jìn)速度的確定既復(fù)雜又十分重要。 依據(jù)用戶對(duì)靜電除塵器的要求和類比計(jì)算，考慮在設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用時(shí)應(yīng)采取有利于提高驅(qū)進(jìn)速度的措施，推薦綜合分析驅(qū)進(jìn)速度計(jì)算式為：

vq=9.62kS0.625

式中 k——平均力度影響系數(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述， 要做好松香粉塵超標(biāo)治理工作，首先要了解松香粉塵的危害，之后從實(shí)際生產(chǎn)入手進(jìn)行深入分析， 找到大量松香粉塵產(chǎn)生的原因，進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。 筆者借鑒了目前先進(jìn)的除塵技術(shù)，采用系統(tǒng)思維的方法，設(shè)計(jì)出了既可提高生產(chǎn)效率，又能降低粉塵危害的新設(shè)備系統(tǒng)。 在乳化劑裝置生產(chǎn)過程中，還應(yīng)注重員工職業(yè)健康：員工在作業(yè)期間必須正確佩戴勞動(dòng)防護(hù)用品，尤其是質(zhì)量過關(guān)的防塵口罩等；加強(qiáng)培訓(xùn)，讓員工樹立牢固的安全環(huán)保意識(shí)；在相關(guān)工作地點(diǎn)安放警示標(biāo)志，進(jìn)一步提醒員工要加強(qiáng)自我保護(hù)的意識(shí)；對(duì)員工定期開展體檢工作，做到相關(guān)疾病早發(fā)現(xiàn)、早治療。