丁 爽

（青島海灣化工設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 青島 266043）

氨堿法制純堿工藝中，為保證產(chǎn)品純堿的品質(zhì)，需要將原料之一的工業(yè)粗鹽制成飽和鹽水，并對(duì)飽和鹽水進(jìn)行精制，以除去鹽水中鈣、鎂等雜質(zhì)。

除鈣塔是石灰碳酸銨法鹽水精制的主體設(shè)備。其作用有兩個(gè)：一是回收碳酸化塔尾氣所含的氨和二氧化碳，所以除鈣塔又稱碳酸化尾氣回收塔；二是利用碳酸化尾氣所含的氨和二氧化碳與一次鹽水中的鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，進(jìn)而在二次澄清桶中沉降分離，制得精制鹽水（或稱二次鹽水）。

1 除鈣塔塔頂尾氣安全分析

1.1 基本情況介紹

一氧化碳（CO）是首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，在通常狀況下，一氧化碳是無色、無臭、無味、有毒的氣體，微溶于水，溶于乙醇、苯等有機(jī)溶劑。分子量28.01，熔點(diǎn)－205℃，沸點(diǎn)－191.4℃，氣體密度1.25g／L，相對(duì)密度（水＝1）0.79，相對(duì)蒸氣密度（空氣＝1）0.97，臨界壓力3.50MPa，臨界溫度－140.2℃，爆炸極限12%～74%（體積比），自燃溫度605℃，最大爆炸壓力0.720MPa。

一氧化碳在血中與血紅蛋白結(jié)合而造成組織缺氧。一氧化碳與血紅蛋白的親合力比氧與血紅蛋白的親合力高200～300倍，所以一氧化碳極易與血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。輕度中毒者出現(xiàn)劇烈頭痛、頭暈、耳鳴、心悸、惡心、嘔吐、無力，輕度至中度意識(shí)障礙但無昏迷，血液碳氧血紅蛋白濃度可高于10%；中度中毒者除上述癥狀外，意識(shí)障礙表現(xiàn)為淺至中度昏迷，但經(jīng)搶救后恢復(fù)且無明顯并發(fā)癥，血液碳氧血紅蛋白濃度可高于30%；重度患者出現(xiàn)深度昏迷或大腦強(qiáng)直狀態(tài)、休克、腦水腫、肺水腫、嚴(yán)重心肌損害、錐體系或錐體外系損害、呼吸衰竭等，血液碳氧血紅蛋白可高于50%。部分患者意識(shí)障礙恢復(fù)后，約經(jīng)2～60天的“假愈期”，又可能出現(xiàn)遲發(fā)性腦病，以意識(shí)精神障礙、錐體系或錐體外系損害為主。職業(yè)接觸限值：時(shí)間加權(quán)平均容許濃度 （PC－TWA）20mg／m3；短時(shí)間接觸容許濃度（PC－STEL）30mg／m3。

純堿生產(chǎn)中，石灰工序生產(chǎn)的窯氣經(jīng)碳酸化塔吸收CO2后的碳酸化尾氣CO2含量約4%、CO含量約1%，碳酸化尾氣中所含的CO不參與反應(yīng)，從塔頂排放。除鈣塔塔頂尾氣的排放，有直口排放、有橢圓收口排放。

青島堿業(yè)在2008年除鈣塔改造之前是直口排放，鹽水車間除鈣廠房地面的黃海標(biāo)高為7.85m，除鈣尾氣排放的相對(duì)高度30m左右，排放的絕對(duì)高度在40m左右。排放尾氣氣速低，彌漫在除鈣廠房八樓頂層，不易散去，在低氣壓時(shí)頂層濃度甚至達(dá)到800mg／m3，超過接觸容許濃度20多倍，極易造成CO中毒事故發(fā)生。因此正常生產(chǎn)時(shí)，除鈣廠房嚴(yán)禁人員進(jìn)入頂層，這給生產(chǎn)和檢修造成非常不便的影響。

1.2 相關(guān)資料信息（查新情況介紹）

目前尾氣的安全排放問題，未見有安全排放計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)布。大化堿廠有報(bào)道治理除鈣尾氣，方案為四臺(tái)除鈣塔（三用一備）尾氣管并聯(lián)接入一總管，管徑為DN900、排放高度為57m；還有的堿廠將除鈣塔加裝高度10m以上的排氣筒作為防毒的安全措施。

2 塔頂尾氣安全排放的設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 基本數(shù)據(jù)

除鈣塔數(shù)據(jù)：直徑φ3200泡罩塔，塔圈高度H＝1.1m

單塔純堿產(chǎn)能：34.13t／h

碳化尾氣當(dāng)量數(shù)：614Nm3／t堿（除鈣塔進(jìn)氣量）

除鈣塔排出廢氣的排放當(dāng)量：469Nm3／t堿（除鈣塔排氣量）

2.2 設(shè)計(jì)與計(jì)算

尾氣出口流速，涉及到“經(jīng)濟(jì)流速”的工程設(shè)計(jì)理念和高度合理性的問題。從大氣污染物排放和擴(kuò)散角度來講，在保證滿足排氣筒設(shè)計(jì)要求的前提下適當(dāng)加大出口流速，有利于污染物的動(dòng)力抬升和降低落地濃度。但是，出口流速過高則易導(dǎo)致系統(tǒng)阻力過大，經(jīng)濟(jì)上不適宜，且排放口處會(huì)出現(xiàn)急劇夾卷效應(yīng)；而出口流速過低易造成排放口處出現(xiàn)下洗，從而排放不暢，不利于迅速擴(kuò)散，出現(xiàn)漫煙等擴(kuò)散造成局部重污染。

氣象條件對(duì)尾氣擴(kuò)散的影響因素主要有：風(fēng)向、風(fēng)速、大氣湍流、大氣溫度的垂直分布和大氣穩(wěn)定度等。主要的影響因素為風(fēng)速。據(jù)介紹，青島地區(qū)30m高空風(fēng)速為6.37m／s，35m 高空風(fēng)速為6.52m／s，40m高空風(fēng)速為6.65m／s，廢氣的排放速度宜控制在1.5倍風(fēng)速左右效果較好，即出口流速控制在9m／s即可。

單塔處理碳化尾氣量：614×34.13＝20 956 m3／h＝5.821m3／s，空塔氣速為0.724m／s。

單塔排放尾氣量：469×34.13＝20 956m3／h＝4.446m3／s

φ3200除鈣塔頂部不收口的排放速度：4.446／（3.14×1.62）＝0.55m／s

φ3200除鈣塔收口至φ1500時(shí)的排放速度4.446／（3.14×0.752）＝2.52m／s

φ3200除鈣塔收口至φ800時(shí)的排放速度4.446／（3.14×0.42）＝8.85m／s

φ3200除鈣塔收口至φ700時(shí)的排放速度＝4.446／（3.14×0.352）＝11.56m／s

通過計(jì)算，φ3200除鈣塔排放收口至φ800較為適宜。

計(jì)算收口的阻力損失：

φ3200除鈣塔收口至φ800，可以采用兩級(jí)漸變，即從φ3200先經(jīng)過1 500mm高度收口變?yōu)棣?000，再經(jīng)800mm高度收口變?yōu)棣?00，直段高度1 000mm?？偢叨? 300mm。

縮徑阻力系數(shù)約為0.49，局部阻力損失：

（0.5×0.49×1.248×8.852）／9.81＝24.4Pa

碳化尾氣的進(jìn)氣壓力為0.054MPa，增加的24.4Pa阻力損失在許可范圍內(nèi)。

3 改造后實(shí)際運(yùn)行效果對(duì)比

根據(jù)上述計(jì)算，2008年青島堿業(yè)擴(kuò)產(chǎn)80萬t的純堿系統(tǒng)技改項(xiàng)目，對(duì)1＃和2＃除鈣塔進(jìn)行了擴(kuò)徑和排放口的收口等設(shè)計(jì)計(jì)算，并在2008年底投入使用；另外3臺(tái)除鈣塔也于2010年底進(jìn)行了設(shè)備改造，除鈣后尾氣全部改為收口后排放，排放高度僅增加3.3m。經(jīng)過4年多的運(yùn)行，證明除鈣尾氣達(dá)到了安全排放，無論在什么氣象條件下，除鈣尾氣中的CO濃度均控制在容許范圍內(nèi)，除鈣廠房頂層解除禁入限制，樓頂?shù)臄U(kuò)散風(fēng)機(jī)也早已拆除，再未發(fā)生一例因除鈣塔尾氣排放而引起的CO中毒事故。

［1］ 李長(zhǎng)君.治理除鈣尾氣改善勞動(dòng)環(huán)境［J］.純堿工業(yè)，1991（6）54～55

［2］ 陳學(xué)勤.氨堿法純堿工藝［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1989

［3］ 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994

［4］ 中昊（大連）化工研究設(shè)計(jì)院有限公司.純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014