油品泄漏應(yīng)急處置裝置設(shè)計(jì)及性能測(cè)試*

寧 康，藺成征，趙祥迪

(1.中國石化山東石油分公司，山東濟(jì)南 250000 2.中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)體量及化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，危化品事故多有發(fā)生[1]。其中泄漏事故是常見的事故形式，由于危化品自身性質(zhì)復(fù)雜多樣性，對(duì)社會(huì)及環(huán)境的影響有所不同，如液態(tài)危化品及其揮發(fā)氣體通常具有可燃、易爆、有毒等特性，如能及時(shí)處置，極易引發(fā)燃燒爆炸、中毒、環(huán)境污染等二次災(zāi)害[2-3]；粉狀危化品不僅會(huì)引發(fā)塵肺病等職業(yè)衛(wèi)生危害，也易引發(fā)粉塵爆炸等災(zāi)害事故。目前，國內(nèi)外針對(duì)石化企業(yè)車間及裝置內(nèi)有毒有害危化品泄漏事故，多依托消防裝備進(jìn)行洗消處理，其動(dòng)部件過多、能耗高、造價(jià)和維護(hù)成本高，很難適應(yīng)防腐和防爆的復(fù)雜環(huán)境要求；同時(shí)，處置過程中使用的洗消藥劑無法及時(shí)回收處理、易造成二次危害；另外，現(xiàn)有裝置無法實(shí)現(xiàn)氣、液、固類泄漏危化品的同時(shí)處理，適用性低[4-9]。因此，研制本質(zhì)安全型、普適型的危化品泄漏高效應(yīng)急處理裝備，不僅是避免事故發(fā)生、減弱事故危害、體現(xiàn)以人為本及確保和諧社會(huì)的迫切需求，也是未來智能化應(yīng)急處置技術(shù)的發(fā)展需要，具有重要意義。

針對(duì)油庫、加油站等場(chǎng)所油品泄漏事故設(shè)計(jì)了一套泄漏物應(yīng)急處置工藝及流程，并據(jù)此研發(fā)了裝置性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，分析驗(yàn)證了處置裝置的處置工藝及性能，為洗消裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及運(yùn)行提供參考。

1 油品泄漏物應(yīng)急處置裝置設(shè)計(jì)

1.1 油品泄漏物處置流程設(shè)計(jì)

針對(duì)銷售企業(yè)油品泄漏事故的特點(diǎn)及處理要求，考慮到應(yīng)急處置裝置的特殊性，對(duì)油品泄漏物處置裝置的處置工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，即收集、洗消及吸附三段式處置流程。收集主要是對(duì)泄漏的液體、固體類危化品進(jìn)行初步處理；洗消主要是對(duì)泄漏物產(chǎn)生的氣相組分進(jìn)行深度處理；吸附是對(duì)前兩段未處理完全的危害物進(jìn)行深度處置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急排放。

系統(tǒng)的處置流程如圖1所示。運(yùn)行時(shí)，在外界動(dòng)力的作用下，夾帶液體/固體危險(xiǎn)化學(xué)品的廢氣由抽吸口進(jìn)入分離收集段，氣流進(jìn)入氣液固三相分離器。由于慣性力的作用，氣液固發(fā)生分離，大部分液固危化品分離收集至收集艙內(nèi)進(jìn)行回收，小部分細(xì)小顆粒危化品隨氣流由分離收集段出口進(jìn)入氣體處置段內(nèi)的氣體洗消艙，在艙內(nèi)與引射或自吸入艙內(nèi)的霧化處置劑發(fā)生接觸反應(yīng)，危化品氣體與處置劑反應(yīng)，氣體中攜帶的液霧及細(xì)小粉體顆粒與霧化處置劑接觸凝聚，后隨氣流進(jìn)入凝液器，含液霧高速氣流經(jīng)凝液器區(qū)域內(nèi)的微通道處理后發(fā)生凝結(jié)、分離、反應(yīng)等過程，液霧形成液滴落入再處理艙內(nèi)。氣體在螺旋形導(dǎo)流片的作用下進(jìn)入除霧艙，氣流在環(huán)形腔內(nèi)旋流，攜帶的部分細(xì)小霧滴與壁面撞擊后順壁面流入再處理艙。氣流隨后進(jìn)入吸附排放段內(nèi)的旋律儲(chǔ)液槽，進(jìn)一步進(jìn)行除霧除塵處理，后凈化后的氣體進(jìn)入吸附艙內(nèi)的吸附劑逆向接觸后排出裝置，實(shí)現(xiàn)凈化。

圖1 油品泄漏物處置流程

1.2 油品泄漏物應(yīng)急處置裝置設(shè)計(jì)

按照危化品泄漏物處置流程設(shè)計(jì)了應(yīng)急處置裝置，見圖2洗消裝置結(jié)構(gòu)。裝置設(shè)計(jì)了兩種基本功能模式，一是針對(duì)油品泄漏后有積液的場(chǎng)景，另外一種是針對(duì)油品泄漏至半開敞空間且大部分都已閃蒸為毒害氣體的場(chǎng)景。在第一種場(chǎng)景下，一旦發(fā)生含危化品泄漏事故，裝置啟動(dòng)漩渦式氣泵，開啟氣液入口并關(guān)閉氣體入口，外界氣體在氣泵的作用下夾帶泄漏液體、固體顆粒等物質(zhì)由氣液入口進(jìn)入分離收集艙進(jìn)行分離，泄漏液體、固體顆粒被收集至內(nèi)存儲(chǔ)，分離后的毒害氣體通過洗消液儲(chǔ)液槽時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓抽吸效應(yīng)夾帶洗消液進(jìn)入洗消艙發(fā)生氣液接觸洗消，洗消液經(jīng)填料層回流至儲(chǔ)液槽重復(fù)利用，洗消后的氣體經(jīng)監(jiān)測(cè)后進(jìn)行排放。在第二種場(chǎng)景下，主要處理半開敞空間內(nèi)的危害氣體，裝置啟動(dòng)漩渦式風(fēng)泵，關(guān)閉氣液入口并開啟氣體入口，外界毒害氣體在氣泵的作用下由氣體入口經(jīng)分離收集艙后通過洗消液儲(chǔ)液槽時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓抽吸效應(yīng)夾帶洗消液進(jìn)入洗消艙發(fā)生氣液接觸洗消，洗消液經(jīng)填料層回流至儲(chǔ)液槽重復(fù)利用，洗消后的氣體經(jīng)監(jiān)測(cè)后經(jīng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)后排放。考慮經(jīng)濟(jì)性要求，洗消液艙及三相分離艙均采用便于更換的模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)吸收液活性成分顯著減少時(shí)，補(bǔ)充吸收液活性組分并及時(shí)更換洗消液；三相分離艙內(nèi)設(shè)有液位監(jiān)測(cè)，一旦滿艙需及時(shí)進(jìn)行更換。

2 油品泄漏應(yīng)急處置裝置性能測(cè)試

對(duì)裝置性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過程中，首先把儲(chǔ)液艙液位設(shè)定在某一平面，將甲醇溶液倒入配氣艙內(nèi)，配氣艙一端開口一端與應(yīng)急處置裝置氣體入口連接。開啟旋渦式氣泵，通過改變并控制氣泵頻率控制氣速，在進(jìn)氣系統(tǒng)可形成空氣-甲醇混合物，采用泵吸式甲醇濃度檢測(cè)儀分別測(cè)量進(jìn)氣口、洗消段出口、吸附段出口的甲醇濃度，同時(shí)采用U型管壓力計(jì)分別測(cè)量洗消段與吸附段的壓降，可以計(jì)算負(fù)壓洗消裝備的總體壓降以及洗消效率，經(jīng)過對(duì)比得出負(fù)壓洗消裝備最佳工藝參數(shù)與最大處理效率。

圖2 泄漏物應(yīng)急處置裝置結(jié)構(gòu)

旋渦式氣泵的可調(diào)頻率為0～50 Hz，對(duì)應(yīng)空氣流量為0～520 m3/h。實(shí)驗(yàn)中操作氣速為7.5，11.25，15，16.87，18.75 m/s，對(duì)應(yīng)的喉部氣速為55，66.5，76，85.5，95 m/s。洗消液艙尺寸為1 000 mm×1 000 mm×300 mm。實(shí)驗(yàn)過程中洗消液艙液面高度為100%、85%兩種工況。

2.1 氣泵頻率對(duì)裝置壓降的影響

分別針對(duì)裝置的洗消段與整套裝置的壓力損失性能進(jìn)行測(cè)試。如圖3所示，氣泵頻率、洗消液艙液位對(duì)壓降會(huì)產(chǎn)生影響。隨著氣泵運(yùn)行頻率的逐步增大，裝置內(nèi)運(yùn)行的氣速會(huì)逐步增大，直至氣泵最大運(yùn)行頻率50 Hz，洗消段的壓降與氣泵頻率基本呈二次方關(guān)系，氣泵50 Hz運(yùn)轉(zhuǎn)、洗消液艙滿液位條件下，洗消段壓降可達(dá)4 800 Pa，總裝置壓降可達(dá)7 200 Pa。另外洗消液艙液位增大也會(huì)使洗消段壓降升高，原因是液位越大吸液口靜壓差增加，產(chǎn)生負(fù)壓抽吸效應(yīng)越強(qiáng)烈，夾帶洗消液越多，氣相對(duì)液相做功增加，導(dǎo)致系統(tǒng)能量消耗增加，壓降增大。

圖3 氣泵運(yùn)行頻率對(duì)洗消段及系統(tǒng)壓降的影響

2.2 氣泵運(yùn)行頻率對(duì)裝置處置效率的影響

圖4給出了不同氣泵運(yùn)行頻率下裝置對(duì)危害氣體的處置效率，圖中可以看出，隨著氣泵運(yùn)行頻率的增大，裝置洗消段的處理效率逐步升高。氣泵運(yùn)行頻率，裝置運(yùn)行的氣速增大，可使氣液碰撞接觸程度增加，增強(qiáng)裝置內(nèi)氣液傳質(zhì)速率，對(duì)洗消效率具有提高效果，但是由于裝置結(jié)構(gòu)已定，氣速增加會(huì)導(dǎo)致氣液接觸時(shí)間變短，不利于氣液接觸反應(yīng)，導(dǎo)致洗消效率降低，由于這兩方面的相互作用，裝置洗消段洗消效率隨氣體流速增加先增大后減小，當(dāng)氣泵頻率為45 Hz時(shí)，洗消效率出現(xiàn)拐點(diǎn)達(dá)到最大，在滿液位情況下，洗消段洗消效率最大可達(dá)92.93%，液位高度為85%時(shí)，洗消段洗消效率最大可達(dá)89%。由于吸附段活性碳等吸附介質(zhì)的存在，洗消段未處理的毒害氣體均被吸附段所吸附，裝置的整體處置效率均為100%。

圖4 氣泵頻率與裝置處置效率關(guān)系

3 結(jié)論

針對(duì)油品泄漏事故設(shè)計(jì)了一套泄漏物應(yīng)急處置工藝流程，研制了泄漏物應(yīng)急處置裝置，并對(duì)裝置工藝及裝置,并對(duì)其性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，主要結(jié)論如下。

a)通過試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了泄漏物應(yīng)急處置工藝流程的可行性，裝置的吸液、氣體處置能力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

b)裝置系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，總壓降約為7 200 Pa，洗消段的壓降與氣泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率基本呈二次方關(guān)系，洗消液艙液位增大也會(huì)使洗消段壓降升高。

c)利用甲醇?xì)怏w進(jìn)行了裝置處置效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，隨著氣泵運(yùn)行頻率的增大，裝置洗消段的處理效率逐步升高，滿液位運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)洗消段洗消效率最大可達(dá)92.93%。