趙 盛

(中國(guó)石化青島安全工程研究院，山東青島 266071)

催化劑原輔材料經(jīng)過(guò)一系列加工工序后形成加氫催化劑成品，其中擠條機(jī)出料口位置氨濃度超標(biāo)嚴(yán)重、工人定點(diǎn)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重?fù)p害了作業(yè)人員職業(yè)健康[1]。本文通過(guò)分析、對(duì)比6種吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)理論計(jì)算方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)工藝條件，篩選出最為經(jīng)濟(jì)、合理的吹吸式通風(fēng)結(jié)構(gòu)模型，并采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果[2]，為后續(xù)的毒物工程治理試驗(yàn)驗(yàn)證提供了參考。

1 催化劑擠條機(jī)氨污染危害分析

1.1 氨來(lái)源與分布

催化劑原輔材料(鋁石、干膠粉、硝酸、氟化銨等)經(jīng)過(guò)混合、碾壓、擠條、焙燒、活化等加工工序后形成加氫催化劑成品，包裝外運(yùn)。氨主要存在于擠條機(jī)、焙燒爐、尾氣吸收塔等處，其中焙燒爐、尾氣吸收塔為密閉設(shè)備，氨不易揮發(fā)；而擠條機(jī)出料口為敞口設(shè)備，氨濃度超標(biāo)，且工人定點(diǎn)操作，接觸時(shí)間較長(zhǎng)，危害最為嚴(yán)重。

1.2 作業(yè)人員氨接觸水平分析

催化劑擠條機(jī)操作崗位氨接觸水平時(shí)間加權(quán)平均濃度為24.8～29.6 mg/m3，短時(shí)間接觸濃度30.7～42.1 mg/m3，結(jié)果判定為超標(biāo)。超標(biāo)原因?yàn)閿D條機(jī)出料口為人工定點(diǎn)手動(dòng)作業(yè)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)且無(wú)有效通風(fēng)排毒設(shè)施。

2 氨污染通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性分析

2.1 上部吸氣罩系統(tǒng)

上部吸氣罩系統(tǒng)吸入的氣體不僅包括上升的污染氣體，同時(shí)還包括被污染氣流上升帶動(dòng)的卷吸空氣，針對(duì)污染散發(fā)面較大而設(shè)計(jì)的捕集系統(tǒng)，排風(fēng)量大，經(jīng)濟(jì)性差。通過(guò)四周加裝擋板可使捕集效果大幅度提升[3]，但本項(xiàng)目作業(yè)人員需在擠條機(jī)出料口處定點(diǎn)作業(yè)，一方面，罩口面與污染散發(fā)面高度差大，氨捕集效果差，能耗高；另一方面，氨的捕集路線通過(guò)作業(yè)人員呼吸帶，作業(yè)人員氨接觸水平未降低，達(dá)不到改善作業(yè)環(huán)境目的。

2.2 全面排風(fēng)系統(tǒng)

全面通風(fēng)系統(tǒng)是依靠送風(fēng)系統(tǒng)提供風(fēng)壓，將新鮮空氣或達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的空氣送入建筑物內(nèi)，對(duì)建筑物內(nèi)的污染物進(jìn)行稀釋，達(dá)到衛(wèi)生限值標(biāo)準(zhǔn)后，凈化外排。本工程所在車間為高大廠房，采用管道排風(fēng)、門(mén)窗自然補(bǔ)風(fēng)的方式，車間內(nèi)氣流組織無(wú)法保證有效合理，易造成整個(gè)車間空氣污染。

2.3 吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)

吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)中，吹出氣流與吸入氣流聯(lián)合作用，形成一層氣幕，對(duì)污染氣體進(jìn)行控制與輸送，與其他通風(fēng)系統(tǒng)相比，具有節(jié)省風(fēng)量、捕集效率高、氣流組織穩(wěn)定、不影響工藝操作的優(yōu)點(diǎn)。

本工程選取吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)催化劑擠條機(jī)處氨污染進(jìn)行控制。

3 吹吸式通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)比選

吹吸式通風(fēng)相對(duì)于其他局部通風(fēng)方式，其設(shè)備形式與工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。雖然吹吸式通風(fēng)具有工作穩(wěn)定可靠、不影響工藝操作和排風(fēng)量小等優(yōu)點(diǎn)，但由于吹、吸氣流的流動(dòng)特性非常復(fù)雜，尚缺乏統(tǒng)一精確的計(jì)算方法[4，5]。

目前主要的計(jì)算方法包括射流末端速度法[6]、臨界斷面法[7]、美國(guó)ACGIH確定系數(shù)法[8]、孫一堅(jiān)法[9]、流量比法[4]、新流量比法[10]等。

3.1 單側(cè)吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)物理模型及通風(fēng)計(jì)算結(jié)果

本工程以催化劑擠條機(jī)出料口為實(shí)例，建立簡(jiǎn)化物理模型，如圖1所示。

圖1 催化劑擠條機(jī)出料口吹吸式通風(fēng)二維模型

對(duì)模型做出以下假設(shè)：

a)吹、吸風(fēng)口斷面均設(shè)為條縫型風(fēng)口。

b)兩臺(tái)擠條機(jī)出料口同處一個(gè)水平面，即污染源散發(fā)面散發(fā)均勻。

c)氨污染氣體滿足不可壓縮、物性常數(shù)等特點(diǎn)。

d)吹風(fēng)口斷面各點(diǎn)出流速度設(shè)為相等，且氣流溫度與車間內(nèi)周圍空氣相等。

e)忽略擠條機(jī)周圍空氣流動(dòng)的干擾。

經(jīng)實(shí)測(cè)，擠條機(jī)出料口處氨逸散速度為0.45 m/s，蒸氣溫度為40℃，污染氣體釋放量為5 670 m3/h。

3.2 各計(jì)算方法分析

從吹吸氣流相互作用角度將上述計(jì)算方法分為三大類進(jìn)行分析：

a)第一類為單一考慮吹氣氣流，以速度控制法為代表。吹氣口寬大的高速射流可形成較厚的覆蓋層，不僅把污染氣體排走，而且把相當(dāng)厚度的空氣排走，致使排風(fēng)量過(guò)大，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增大，造成浪費(fèi)。

b)第二類為將吹吸氣流分開(kāi)考慮，包括臨界斷面法、美國(guó)ACGIH確定系數(shù)法和孫一堅(jiān)法。吹風(fēng)口和吸風(fēng)口氣流流場(chǎng)簡(jiǎn)單迭加，未進(jìn)行氣流流場(chǎng)優(yōu)化，且未考慮到污染氣體側(cè)流動(dòng)量，不能完全有效控制污染氣體。

c)第三類為將吹吸氣流聯(lián)合起來(lái)考慮，包括流量比法和新流量比法。總結(jié)出卷吸空氣量、側(cè)流流量和吹風(fēng)量三者之間的比值，獲得最佳吹吸氣流控制效果。其中流量比法為根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理出的有關(guān)公式，實(shí)際工程應(yīng)用中必須滿足與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)構(gòu)與尺寸條件，應(yīng)用范圍受到較大局限。而新流量比法考慮了相關(guān)參數(shù)修正，適合工程實(shí)際應(yīng)用。

采用上述幾種計(jì)算方法計(jì)算出的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 催化劑擠條機(jī)出料口氨治理計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)以上比選，確定新流量比法為氨污染工程治理的適用方法。

3.3 氨治理吹吸式通風(fēng)數(shù)值模擬

對(duì)新流量比法吹吸式通風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果見(jiàn)圖2。由Fluent模擬圖結(jié)果可得，吹吸氣流包裹較好，有效地控制了污染氣體向環(huán)境中逸散。

圖2 催化劑擠條機(jī)氨治理吹吸式通風(fēng)數(shù)值模擬

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)目前主流吹吸式通風(fēng)計(jì)算方法的分析比較，確定新流量比法適用毒物工程治理，同時(shí)，從運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，有必要針對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化，找到臨界工況，為后續(xù)的試驗(yàn)驗(yàn)證提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。