沼氣凈化過(guò)程中生物除硫系統(tǒng)安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

馬陳

摘 要：生物除硫設(shè)備是沼氣凈化過(guò)程中的重要部分，因?yàn)槠溥\(yùn)行成本低，脫硫效果明顯，被廣泛的應(yīng)用到沼氣凈化工藝中。

關(guān)鍵詞：沼氣凈化；生物除硫；安裝設(shè)計(jì)

在厭氧條件下，厭氧微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過(guò)程稱為厭氧消化。經(jīng)過(guò)厭氧消化產(chǎn)生的沼氣主要成分為50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮?dú)猓∟2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%～3%硫化氫（H2S），其中硫化氫具有強(qiáng)烈的腐蝕性及刺激性氣味。為使沼氣滿足使用要求，需對(duì)沼氣進(jìn)行凈化，其中除硫作為沼氣凈化過(guò)程中的重中之重，關(guān)系沼氣凈化的成敗。

1 生物除硫系統(tǒng)基本布置要求及所需設(shè)備

某國(guó)外項(xiàng)目采購(gòu)兩臺(tái)EnvironTec公司生產(chǎn)的生物除硫設(shè)備作為沼氣凈化過(guò)程中的脫硫處理，安裝位置在砂礫過(guò)濾器之后，沼氣增壓器之前。根據(jù)《CPTP》（項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范）《GB/T51063-2014大中型沼氣工程技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范要求確定設(shè)備放置位置及間距，同時(shí)要充分考慮設(shè)備操作、維修、吊裝所需場(chǎng)地及通道，脫硫設(shè)備應(yīng)配置備用設(shè)備，前后管段控制閥門(mén)。H2S氣體具有強(qiáng)烈的腐蝕性，在布管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到前后管道H2S濃度的監(jiān)測(cè)及出口管道H2S濃度超標(biāo)的應(yīng)急處理，除硫系統(tǒng)整體布置應(yīng)緊促且符合安全安裝距離。

沼氣生物除硫系統(tǒng)所涉及的設(shè)備包含生物除硫設(shè)備、電動(dòng)閥、流量計(jì)、沼氣分析裝置、管道系統(tǒng)（管道、彎管、三通、支撐）等。

2 生物除硫設(shè)備

2.1 生物除硫設(shè)備簡(jiǎn)介

生物除硫設(shè)備由沼氣進(jìn)入管道、帶有填充材料的反應(yīng)塔、沼氣排放管道、空氣增壓器、營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)、稀釋水供應(yīng)、廢液排放、空氣校準(zhǔn)器、內(nèi)循環(huán)泵、熱交換器、控制器等11部分組成。

工作原理為：通過(guò)微生物菌群的作用，將硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸，在生物脫硫過(guò)程中，氧化態(tài)的含硫污染物必須先經(jīng)生物還原作用生成硫化物或H2S，然后在經(jīng)過(guò)生物氧化過(guò)程生成單質(zhì)硫。

2.2 生物除硫設(shè)備安裝設(shè)計(jì)要求

生物除硫設(shè)備是沼氣凈化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，且其體積大、質(zhì)量重、進(jìn)出管道多，測(cè)量設(shè)備對(duì)管道布置要求高，在安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮操作、維修時(shí)的通道，管道堵塞時(shí)，旁通管道的布置，進(jìn)出口管道閥門(mén)安裝位置（便于操作）等。

3 電動(dòng)蝶閥

3.1 電動(dòng)蝶閥簡(jiǎn)介

電動(dòng)蝶閥是由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和蝶閥組成的，它具備蝶閥氣密性好、易操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，常用的電動(dòng)蝶閥有對(duì)夾式電動(dòng)蝶閥、法蘭式電動(dòng)蝶閥。

工作原理：通過(guò)電反饋信號(hào)，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作帶動(dòng)蝶閥啟閉。

3.2 電動(dòng)閥安裝設(shè)計(jì)要求

項(xiàng)目采用對(duì)夾式電動(dòng)蝶閥，通過(guò)生物脫硫設(shè)備出口H2S濃度控制電動(dòng)閥的啟閉，以達(dá)到對(duì)沼氣流向的控制，避免因H2S濃度過(guò)高對(duì)后續(xù)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕影響。電動(dòng)閥安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮旁通管道，安裝、操作便利、氣體管道之間的安全距離及承重支架布置等。

4 超聲波流量計(jì)

4.1 超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介

超聲波流量計(jì)是由一臺(tái)變速器和一個(gè)傳感器組成，因其采用回路供電技術(shù)，使其測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)可靠，被廣泛應(yīng)用于在波動(dòng)過(guò)程條件下進(jìn)行濕沼氣、消化池氣體和垃圾填埋廢氣測(cè)量。

工作原理：超聲波流量計(jì)測(cè)量管道中介質(zhì)的流速，通過(guò)放置在管道兩端有一定角度的兩對(duì)傳感器，在傳感器對(duì)之間的聲波信號(hào)和信號(hào)傳輸時(shí)間差計(jì)算流量信號(hào)。

4.2 超聲波流量計(jì)安裝設(shè)計(jì)要求

超聲波流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)注意安裝方向參考流量計(jì)箭頭指向應(yīng)與管道中安裝的介質(zhì)流向方向一致。在水平面上安裝測(cè)量?jī)x器應(yīng)免受外界機(jī)械應(yīng)力干擾，管道內(nèi)徑必須與傳感器內(nèi)徑一致。在水平管道中安裝流量計(jì)時(shí)，超聲波傳感器的最大偏移角度不得超過(guò)+3°。傳感器的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離閥門(mén)、三通、彎管等管件，為了保證測(cè)量設(shè)備的指定測(cè)量精度，必須滿足最小前后直管段長(zhǎng)度要求，一般前管段大于等于10xDN，后管段大于等于3xDN。

5 沼氣分析儀

5.1 沼氣分析儀簡(jiǎn)介

沼氣分析儀對(duì)沼氣輸出管道中的氣體進(jìn)行分析測(cè)算，可連續(xù)測(cè)量多個(gè)氣體參數(shù)包含O2/CO2/CH4/H2S。被廣泛的應(yīng)用在熱電聯(lián)產(chǎn)、沼氣凈化系統(tǒng)，作為沼氣成分組成濃度測(cè)量。

工作原理：沼氣分析儀采用紅外光學(xué)分析和電化學(xué)傳感器，對(duì)氣體組成成分及濃度進(jìn)行測(cè)量。

5.2 沼氣分析儀安裝設(shè)計(jì)要求

沼氣分析儀安裝在生物處理設(shè)備出口管道上。在出口直管段上尋找合適測(cè)量點(diǎn)安裝DN25的球閥，通過(guò)DN25的管道與沼氣分析儀連接。

6 生物除硫設(shè)備前后管道材質(zhì)的選擇

沼氣是一種含水、H2S的氣體，H2S氣體又溶于水，在管道壁上因水蒸氣的凝結(jié)而形成硫酸（H2SO4），沼氣管道將與硫酸等有強(qiáng)烈腐蝕性的化合物直接接觸，因此在管道材質(zhì)選擇時(shí)，耐腐蝕性是具有重要的意義。根據(jù)《中國(guó)不銹鋼腐蝕手冊(cè)》可知，在含有H2S的飽和水汽中，不銹鋼腐304L蝕率約在0.1-1.0mm/年，因此不銹鋼304L沼氣管道的使用壽命將在2至10年之間，因此為了保證沼氣處理系統(tǒng)長(zhǎng)期有效運(yùn)行，沼氣管道選用不銹鋼316L材質(zhì)為宜。

7 生物脫硫設(shè)備安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

依據(jù)以上設(shè)備安裝要求，對(duì)生物除硫設(shè)備及前后管道、附件安裝進(jìn)行綜合考慮，安裝設(shè)計(jì)圖紙如下所示：

安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)說(shuō)明：

DN150電動(dòng)蝶閥設(shè)有旁通管道，旁通管道及沼氣主管道安裝有DN150蝶閥，旁通管道蝶閥長(zhǎng)關(guān)，當(dāng)電動(dòng)蝶閥需要維修時(shí)，打開(kāi)旁通管道閥門(mén)，關(guān)閉主管道電動(dòng)閥前后端蝶閥，則沼氣將直接通過(guò)旁通管道進(jìn)入生物除硫設(shè)備，便可對(duì)電動(dòng)閥進(jìn)行拆除維修而不影響沼氣處理系統(tǒng)運(yùn)行。電動(dòng)閥、蝶閥安裝高度距離地面140cm，人可方便進(jìn)行手動(dòng)操作。DN150超聲波流量計(jì)前端直管段160cm>10*DN，后端直管段1670>3*DN，符合超聲波流量計(jì)對(duì)前后直管段要求。流量計(jì)水平朝上安裝距離地面140cm，便于對(duì)流量數(shù)據(jù)的觀測(cè)。生物除硫設(shè)備技術(shù)操作間留有通道，方便進(jìn)入對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、檢查、維修。外部無(wú)管道及其他設(shè)備干擾。除硫設(shè)備配有過(guò)壓裝置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。兩臺(tái)生物除硫設(shè)備共用一條旁通管道，兩臺(tái)設(shè)備相聚3m。生物除硫設(shè)備出口管道配備有沼氣分析儀器，當(dāng)出口沼氣H2S濃度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，沼氣分析儀將自動(dòng)反饋給DN100電動(dòng)蝶閥、DN150電動(dòng)閥信號(hào)，DN150電動(dòng)閥將根據(jù)信號(hào)大小關(guān)閉一定角度減少沼氣進(jìn)入量，DN100電動(dòng)閥將開(kāi)啟一定角度排放多余沼氣進(jìn)行燃燒，最終使生物除硫設(shè)備出口管道H2S濃度符合設(shè)計(jì)要求。