呂永輝

（浙江醫(yī)藥股份有限公司，浙江 紹興 312000）

0 前言

在化工醫(yī)藥的裝置中，廢氣收集系統(tǒng)用來(lái)集中無(wú)法利用的可燃、有毒氣體送燃燒設(shè)施處理，是保證裝置正常安全生產(chǎn)和減少污染環(huán)境的重要措施[1－4]。尾氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括排放負(fù)荷的計(jì)算和廢氣管網(wǎng)壓力降的計(jì)算。前者主要依據(jù)一些設(shè)計(jì)規(guī)范 （美國(guó)石油協(xié)會(huì)的API RP521等）和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，后者目前缺乏比較成熟的做法。

廢氣管網(wǎng)的壓力降計(jì)算是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題，由于排放廢氣的可壓縮性，密度及流速在管道流動(dòng)中是變化的，壓力降和流速的關(guān)系不能用簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外模擬計(jì)算軟件發(fā)展得非常快，已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)的重要輔助工具。在廢氣管網(wǎng)壓力降計(jì)算工具中，目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的是Aspen Flare System Analyzer軟件。在該軟件中，提供三種計(jì)算模式。第一種是設(shè)計(jì)模式，用于設(shè)計(jì)新的火炬管網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)約束條件（例如管道流速、安全閥的最大允許背壓等）來(lái)確定系統(tǒng)中所用的管道尺寸。第二種是核算模式，根據(jù)現(xiàn)有管徑和泄放量核算該主管系統(tǒng)。第三種是消除瓶頸模式，對(duì)于指定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，進(jìn)行管徑的重新計(jì)算以解決在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的背離設(shè)計(jì)原則的瓶頸問(wèn)題。本文主要涉及其中的核算模式。

1 計(jì)算過(guò)程

本文提供了一種尾氣管網(wǎng)壓力降的計(jì)算方法，使管網(wǎng)壓力降的計(jì)算困難度大大降低，提供了工藝技術(shù)方案，廢氣管網(wǎng)壓力降計(jì)算方法可延伸至其他復(fù)雜管網(wǎng)壓力降的計(jì)算。

計(jì)算的基本原則是物料不能相互反應(yīng)，不能混合后有特殊風(fēng)險(xiǎn)。廢氣流速根據(jù) 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第4版下冊(cè)）第61～62頁(yè)設(shè)定。廢氣量計(jì)算是基于各車間的最大排放量，然后進(jìn)行疊加。

計(jì)算過(guò)程確定廢氣成分和最大排放量，計(jì)算管網(wǎng)的相應(yīng)管徑。對(duì)廢氣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將廢氣管網(wǎng)分成普通廢氣系統(tǒng)和含腐蝕性廢氣系統(tǒng)兩類，對(duì)每個(gè)廢氣系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)最大排放量，按照最大排放量計(jì)算管網(wǎng)所有管道的管徑。本文以普通廢氣系統(tǒng)計(jì)算為例，過(guò)程如下。

1.1 建立管網(wǎng)模型

根據(jù)總體布局和連接管道的資料，在Aspen Flare System Analyzer建立管網(wǎng)的模型，輸入各個(gè)車間的廢氣排放量，再輸入所有管道的長(zhǎng)度、高度差、粗糙度、閥門(mén)數(shù)量和管徑。整理后的系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 管網(wǎng)模型系統(tǒng)圖

1.2 選擇合適的數(shù)學(xué)模型

Aspen Flare System Analyzer管網(wǎng)模型數(shù)據(jù)輸

入完成界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

1.3 進(jìn)行模擬計(jì)算

運(yùn)用1.1章節(jié)建立的管網(wǎng)模型和1.2章節(jié)選擇的數(shù)學(xué)模型即可進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。各個(gè)車間的壓力降統(tǒng)計(jì)如表1所示。

圖3 模擬計(jì)算結(jié)果

表1 各個(gè)車間的壓力降統(tǒng)計(jì)

1.4 模型優(yōu)化

對(duì)管道直徑進(jìn)行優(yōu)化，使壓力降一致，在管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)壓力得到平衡分配，優(yōu)化后的數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 優(yōu)化模擬計(jì)算結(jié)果

這樣各個(gè)車間之間的壓力的差異就可以減少，廢氣回流到其他車間的風(fēng)險(xiǎn)就可以降低。按照上面計(jì)算結(jié)果，將101車間出口尾氣管網(wǎng)管徑變大優(yōu)化，重新模擬計(jì)算。最后計(jì)算出的管道壓力降如表2所示。

從圖4和表2中可以看到，模型優(yōu)化后各個(gè)車間的壓力降比較一致，降低了廢氣在各車間內(nèi)發(fā)生“串氣”的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 模型優(yōu)化后各個(gè)車間的壓力降統(tǒng)計(jì)

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)Aspen Flare System Analyzer軟件模擬，廢氣管網(wǎng)的壓力降數(shù)據(jù)直觀易懂，為廢氣管網(wǎng)的管道設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，降低了廢氣在各車間內(nèi)發(fā)生“串氣”的風(fēng)險(xiǎn)，保證裝置安全生產(chǎn)。

[1] 陳金輝，龔道坤，李云.醫(yī)藥化工原料藥生產(chǎn)尾氣處理設(shè)計(jì)技術(shù)探討[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2012，33（4）： 9-12.

[2] 黃鋒，呂鴻鳴.淺談醫(yī)藥化工行業(yè)的有機(jī)廢氣處理[J].科技信息，2013，19：436-436.

[3] 陳伶俐.醫(yī)藥化工行業(yè)的有機(jī)廢氣控制及處理 [J].化工管理，2014，（24）：209-209.

[4] 李佳，繆偉.醫(yī)藥車間廢氣的凈化處理[J].化工與醫(yī)藥工程，2016，37（3）： 58-62.