初探通风过滤器的结构与性能

消除厂房有害气体和余热,保障生产安全与工人的劳动卫生条件,车间良好的通风换气措施必不可少。而对于毒性较大、且易发生化学剂泄漏的工厂,在通风系统中一定要设置滤毒装置,如活性炭过滤器和hepa过滤器等,经吸附净化达标后排放。目前在国内使用滤毒通风系统的工业装置并不多见。设计方法也鲜有介绍。在滤毒通风装置的设计过程中,过滤器的组成和冗余是设计中重要的内容和参数。设计合理既能够节省投资,又能保证设施抗击事故冲击的能力,使装置能够安全平稳的运行。而在运行中,过滤器更换时机至关重要。

    1　概况

    活性炭主要用于空气与水的净化和军事化学防护,适合多种化学剂的吸附。hepa过滤器是为了适应对空气洁净技术提出越来越高的要求这种发展需要,近代开发出的各种结构、效率及性能的高效过滤器,适合于微粒的吸附[1]。

    上世纪90年代初,美国在约翰斯顿环礁的化学毒剂通风系统使用了活性炭和hepa过滤器。为增加原有过滤器的安全性,操作和维修合同商向空气过滤器供应商追加了投资;经过半年多时间的调试,在1990年5月16日,操作和维修合同商项目主管和陆军官员签署了备忘录,指出所有空气过滤器已达到或超过了陆军验收标准。

    2005年中日两国专家决定在日遗化武哈尔巴岭销毁设施的通风中使用活性碳和hepa过滤器组合的过滤系统。经过分析各种预想事故,对系统的冗余性进行研究,确定了活性碳过滤器和hepa过滤器的冗余计算方法,完成了系统的结构设计。

    另外,中国在某些危险化学品生产中也曾经使用过比较简单的整体式活性碳过滤器。虽然中国滤毒通风系统在设计和运用上还比较少,但是活性碳过滤器和hepa过滤器生产技术还是比较成熟的,生产过滤器厂家也较多,如山西的新华化工厂。今后随着人们环保意识的增强,用活性炭和hepa高效过滤器共同除害的通风装置的运用会越来越广。

    2　滤毒系统的结构

    过滤系统降低排风中毒剂的浓度,使之达到对作业人员、环境和附近居民无害的浓度水平。过滤系统可由多个过滤单元组成,根据需要组成串联或并联结构。每个过滤单元由以下几个部分组成,以下是典型的通风滤毒装置的结构图,如图1示。

    (1)预过滤器,去除粗的颗粒物,如粉尘;

    (2)高效空气过滤器,除去粒径大于微米的颗粒物;

    (3)活性炭过滤器,通过吸附过程除去化学沾染物质。

    3　滤毒系统的除害能力

    滤毒系统的除害能力用冗余性来表示。滤毒系统的冗余性是为了确保设施运行的安全,实际配置的过滤器超过理论所需的过滤器所富余的程度。

3.1　hepa过滤器的能力计算

    hepa过滤器的能力,由hepa过滤器的可捕集量的比率反映。如某过滤系统为n组单元,每一组单元hepa含16个原件,每原件捕捉的气体量为1000g,则系统的最大捕集量为16 n 1000g。该数值除以化学剂的泄漏量则为hepa过滤器的可捕集量的比率。数值越大,冗余性越高。

    3.2　活性碳过滤器的能力计算

    因为活性炭过滤器与hepa过滤器结构不一样,考察能力的形式也可不一样。活性碳过滤器的能力可用所用活性碳层的长度(50mm)与必要活性碳层的长度的比率来表示;比值也大,能力越强。活性碳层的长度计算方法如下:

    如果发生一次事故,化学剂会变成泄漏气体被活性碳所吸附。其浓度分布如图2所示:

    文章所定义的必要活性碳层长度,是指吸附化学剂的总量假设均被吸附在饱和吸附带时的活性碳层长度。这一长度要求至少要小于活性碳层厚度。这一必要活性碳层长度的计算方法如下:

    必要活性碳层长度(m)=g t/gs/a其中,g:过滤器入口化学剂量(g/h)由化学剂气体泄漏量与活性碳过滤器入口的气体风量计算得出。gs:饱和吸附量(g/m3)表示活性碳单位容积能够吸附化学剂的最大量,取决于活性碳过滤器入口化学剂气体浓度。饱和吸附量因活性碳种类和气体条件的不同而有所差异,“用活性碳吸附化学剂实验”结果,从吸附量和浓度之间的关系推算出来的。

    t:吸附时间(h)排出时间是以化学剂在瞬时充满某一房间、然后用通风气体活塞流通将其从房间排出为假定条件求出的。例如:假定房间容积为1,680m3、通风量为166,900m3/h,所以要把全部的化学剂排出的时间为1,680/166,900 60分钟=0.6分钟。a:活性碳过滤器的截面积(m2)

    4　过滤器的性能

    如果能在过滤器的中部对毒剂进行连续在线监测,设施运行的安全性才能得到充分的保证;由于此项投资太大,一般对过滤器阻力进行测试(主要针对hepa过滤器)或采样分析(针对活性炭过滤器)。现场过滤器阻力的确定有着非常重要的意义,一般过滤器的终阻力是初阻力2～3倍,就要更换过滤器。现场检测过滤器的阻力是判定是否更换hepa过滤器的重要依据[2]。

    通风过滤器的效率和初阻力是逐台在试验检测系统测得的[3]。但现场的实际条件不可能有生产厂的测试条件。试验系统为了取得准确的试验数据,系统管道都是按标准专设在比较稳定气流管段,取得的数据是比较准确的。而现场由于场地的要求往往数据采集点没有条件设置在稳定气流阶段,而是设置在紊流管段处,这样就造成现场采集的数据不是很准确。而且测量本身的要求随不同的测试方法而异,诸如风量及风速的稳定性和均匀性,上下测试管路的相差参数以及温湿度的纠正往往都是不一样的,都会引起测试结果的不同。这样运行和维修人员无法根据过滤器的压差正确判断过滤器的使用状况。导致预过滤器和高效过滤器的阻力快速上升而吹破,造成生产和周边环境的污染。

    在过滤器运行调试工作中,针对现场过滤器压差指示不准确,无法正确判定过滤器更换确切时间的现象,要进行长期的试验和摸索,根据现场实际经验总结:在安装过滤器之后,读取差压计的读数p1作为初阻力,从而确定过滤器的更换阻力p2:p2=2p1。

从过滤器安装运行开始,过滤器的更换终阻力首先根据上述方法确定。当达到要求值时,维修人员检查过滤器是否需要更换。确认需要更换后,即确定该过滤器以后的更换值为此定值。如果还不需要更换,在以后的运行中必须加强对过滤器阻力的监测和巡检。一旦需要更换,记录当前的过滤器终阻力,以此值作为该过滤器的更换参考值。

 

    5　结束语

    在滤毒通风装置中中国还没有活性炭和hepa过滤器组合运用的先例。日遗化武哈尔巴岭销毁设施的建设无疑将会对中国滤毒通风装置的设计和运行提供宝贵的经验。