滤毒过滤器的设计与阻力确定

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、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地运行。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要求的这种发展需要,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]。20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炭和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,确定了活性炭过滤器和ＨＥＰＡ过滤器的冗余计算方法,完成了系统的结构设计。

    另外,我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炭过滤器。虽然我国滤毒通风系统在设计和运用上还比较少,但是活性炭过滤器和ＨＥＰＡ过滤器生产技术还是比较成熟的,生产过滤器的厂家也较多。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。每个过滤单元由几个部分组成,典型的通风滤毒装置结构见图1。预过滤器去除粗的颗粒物,如粉尘;高效空气过滤器,除去粒径大于微米的颗粒物;活性炭过滤器通过吸附过程除去化学污染物质。

    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,实际配置的过滤器较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

    (1)ＨＥＰＡ过滤器的能力,由ＨＥＰＡ过滤器可捕集量的比率反映。如某过滤系统为Ｎ组单元,每1组单元ＨＥＰＡ含16个元件,每元件捕捉的气体量为1ｋｇ,则系统的最大捕集量为16×Ｎ×1ｋｇ。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。

    (2)活性炭过滤器的能力计算。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。

    活性炭过滤器的能力可用所用活性炭层的长度(50ｍｍ)与必要活性炭层的长度的比率来表示,比值越大,能力越强。活性炭层的长度计算方法如下:如果发生1次事故,化学剂会变成泄漏气体被活性炭所吸附。其浓度分布如图2所示。

    本文所定义的必要活性炭层长度,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炭层长度。这一长度要求至少要小于活性炭层厚度。活性炭层长度Ｌ:

Ｌ=Ｇ×Ｔ/Ｇｓ/Ａ

   式中,Ｌ为活性炭层长度,ｍ。Ｇ为过滤器入口化学剂量,ｇ/ｈ,Ｇ由化学剂气体泄漏量与活性炭过滤器入口的气体风量计算得出。Ｇｓ为饱和吸附量,ｇ/ｍ3,Ｇｓ表示活性炭单位容积能够吸附化学剂的最大量,取决于活性炭过滤器入口化学剂气体浓度。饱和吸附量因活性炭种类和气体条件的不同而有所差异,“用活性炭吸附化学剂实验”结果,从吸附量和浓度之间的关系推算出来的。Ｔ为吸附时间,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1680ｍ3,通风量为166900ｍ3/ｈ,所以要把全部的化学剂排出的时间为1680/166900×60ｍｉｎ=0.6ｍｉｎ。Ａ为活性炭过滤器的截面积,ｍ²。