工業酸堿排氣系統設計和安裝常見問題及解決措施

文_李兵 北京久芯科技有限公司

1 工業酸堿排氣系統設計結構

某芯片廠房為了滿足生產過程中產生的酸堿氣體的排放需求，設置了多臺處理設備，并且打造了具有系統性的氣體處理方案。其中酸排氣單臺風量120000CMH,11用2備；堿排氣單臺風量90000CMH，2用2備；從具體的應用流程角度來看，工業生產過程中產生的酸堿廢氣，通過潔凈室內的排氣支管排至屋面的環管，廢氣處理設備并聯在環管上，廢氣先通過洗滌塔水洗及酸堿中和，然后進入排風機，最后通過煙囪排放。

2 工業酸堿排氣系統管路及設備常見安裝問題

2.1 腐蝕性問題

腐蝕性問題是酸堿排氣系統面臨的主要問題。工業生產排放的酸堿氣體具有一定的腐蝕性，在設計系統的過程中，要確保整體的管道系統具有密封性，避免酸堿氣體泄漏對員工的身體健康造成影響；其次還需要注意確保管路本身有著較強的耐腐蝕性，一旦管路本身被氣體腐蝕，便有可能導致泄漏發生。

在綜合考量消防及耐腐蝕等需求的條件下，現階段業內通常將SUS304內襯耐腐蝕涂層的管道用來設計作為酸堿廢氣的排放管路，此項目采用的涂層為ECTFE，這種涂層具有優秀的耐腐蝕性和抗滲透性，可以有效地阻斷廢氣中的酸堿物質對不銹鋼風管的腐蝕；風管均為專業廠商在工廠內加工完成的成品管道，風管兩端配有法蘭，到達施工現場后通過螺栓進行拼裝，為了防止廢氣和管道內產生的冷凝水從拼裝的法蘭處滲漏，法蘭本體也需要有涂層包覆，兩片法蘭中間要采用耐腐蝕的PTFE(聚四氟乙烯)墊片進行密封。

2.2 防震問題

工業廢氣的排放量較大，風機和管路的體量也會比較大，本工程中酸排處理系統最大的管徑為2000mm，且設置在屋面上，這就導致在常規使用的過程中不僅要考慮風機運行產生的震動，也要考慮外界環境(如季節性大風)的影響，因此設備和管道的固定及減震便成為了需要考慮的重要問題。半導體生產設備在運轉過程中，對震動的精度要求非常高，所以屋面排氣系統的設備及管路在安裝前，均需要經過專業的防微震設計，提前規劃好安裝位置，選用合適的減震基座和管道減震彈簧，這樣才能在確保系統本身穩定運行的基礎上同時滿足廠房內生產設備運轉的需求。

2.3 監測問題

酸堿氣體排放本身需要進行無害處理，在這個過程中涉及到了大量的化學處理環節。在處理的過程中需要結合洗滌塔實際的運行狀態進行補水排水作業，同時也要結合具體的pH值進行藥劑的補充。這就要求設備的監測儀表安裝位置必須要滿足實際的測量需求，這樣才可以有效檢測各種參數，為酸堿廢氣的處理以及排放提供有效依據，最終確保洗滌塔能夠高效運行以達到合規排放的目的。

3 工業酸堿排氣系統安裝解決措施

3.1 風機技術要求

風機設備是酸堿排氣系統中的核心設備，其運行狀態將直接影響系統的運行穩定性，而風機的選擇也需要結合實際需求進行分析。比如本工程選用防腐風機，其材質為SS41+RubberLining，風機靜壓效率要求不得低于80%，出廠性能測試需符合標準國際標準ISO5801或AMCA的第三方認證。

廢氣系統運行的持續性對穩定生產至關重要，但系統運行本身的震動會降低設備的部分性能，因此風機整體振動須經動平衡測試(二次：出廠前及工地現場),即提供原廠性能測試報告，并在安裝調試完畢后帶載狀態下的進行振動測試，動平衡品質需在G2.5級以下。

另外為確保風機穩定運轉，軸承應選用高負載的、能自動對準調節的軸承。風機軸接觸腐蝕性氣體部分需要軸套，徑向密封應采用填充式密封與骨架油封組合，材質為PTFE。所有風機緊固件必須耐酸堿腐蝕，材質為SUS316L。

為了確保運行過程中不會出現有害氣體的滲漏，影響環境的安全質量，風機的檢查口以及排水管路之間的連接位置，必須要符合環保要求，不僅耐腐蝕也要防滲漏。所有風機吸入段風管需安裝排液管道(排液管接至相應的生產廢水管道)及存水彎,并設置取樣口。

3.2 洗滌塔技術要求

為了進一步提升本套系統的應用價值，本工程中的洗滌塔為兩段式處理洗滌塔；其中酸性排氣洗滌塔中添加NaOH進行中和，堿性洗滌塔中添加H2SO4進行中和。

洗滌塔設置FRP圍堰，圍堰排水連接至相應的排水系統。每臺洗滌塔循環泵，需要至少一臺備用，當運轉循環泵故障時，備用循環泵能自動啟動，并具有交換起動功能。洗滌塔循環泵采用液下泵，防水等級大于等于IP55，水泵吸入口設置耐腐蝕格柵濾網，循環管路上設置過濾器；全防腐、防異物設計，循環水泵額定工況下的流量需要比設計值高10%。

3.3 煙囪技術要求

最終通過煙囪排放的酸堿廢氣經過了洗滌塔的處理，危害性大大降低，達到了環保規定的排放需求，但還是會具有一定的腐蝕性，因此本項目的煙囪材質與對應管道系統材質相同，為不銹鋼內襯ECTFE。同時煙囪安裝了在線風量測定儀表，儀表傳感器安裝位置滿足國家規范風管風量測定標準的要求。

3.4 管道及閥門

管道以及閥門的選擇必須要滿足標準需求，不僅要具備防腐性能，也要結合實際的應用需求，合理地進行參數調控。本工程的設計方案以每根支管按照需求使用量的120%進行設計；每條主管、支管安裝手動調節閥，閥門尺寸與管徑相同。所有預留接口均安裝與所屬管道母材相同材質的閥門和盲板。

風機進出口管道風速≤10m/s，屋面主管的全管等直徑風速≤12m/s，支管≤8m/s。所有管道、閥門的緊固件（包括螺栓、螺帽、卡箍、管卡等）必須為標準品。風管應參照國家規范進行漏風量測試。

3.5 加藥系統技術要求

3.5.1 酸性排氣加藥系統

洗滌塔區域設置日用罐，材質為FRP，一用一備，滿足6h用量需求。日用罐加裝溢流管，提供液位控制信號(LL/L/H/HH)。日用罐設置液位計并提供就地信號（現場顯示數值）及液位曲線（遠傳會監控室顯示）。

NaOH溶液供給泵材質采用全氟泵，加藥系統管路使用PFA+ClearPVC雙套管，管路連接的接口位置設置漏液檢知帶，檢測信號遠傳監控系統。

3.5.2 堿性排氣加藥系統

堿性排氣系統與酸性排氣系統有著相同基礎設置，因半導體生產過程中會產生廢硫酸，為有效提高廢棄物利用率，堿性排氣的藥劑為50%廢H2SO4和50%新H2SO4，兩種儲罐均接駁加藥罐且設置自動切換閥。

3.6 自動控制系統

本案例中的自動化控制系統，結合不同的管道以及設備使用性能進行了針對性分析，綜合風機、洗滌塔以及加藥系統打造了不同的自動化控制方案。

3.6.1 風機自動控制系統

每臺排氣風機分別設置控制顯示及流量測量裝置。當風機啟動10s后仍為低流量時，風機關閉，啟動備用風機并傳回故障信號。排氣風機入口氣動風閥與風機連鎖啟閉。支管管路末端及主管上均設置壓力傳感器，根據各主管上各處的壓力傳感器數據平均值風機自動調整運行頻率；根據支管末端負壓數據人為調整主管負壓設定值。

3.6.2 洗滌塔內噴淋水自動控制系統

洗滌塔水槽內設置液位顯示報警裝置，當液位達到正常運行所需設定低液位時，自動補水；當塔內液位出現低于低液位或高于高液位的情況，需要人為檢查；同時液位達到低低水位時噴淋泵停止運行，達到高高水位時，洗滌塔開始強制排水，高高水位上預留溢流口。

3.6.3 加藥自動控制系統

每臺洗滌塔設置加藥泵2臺，1用1備。洗滌塔安裝的pH計檢測塔內中和液的pH值，當pH值達到設定值下限時，開啟加藥泵進行藥品投入；當pH值達到設定值上限時，關閉加藥泵，停止藥劑投入；當出現pH值低于最低限值或高于最高限值時，觸發報警，需要進行現場檢查。

4 結語

合理利用信息技術進行智能監測，加大管道運行穩定性，同時也可以提升工業精細化發展程度，這對于我國工業體系的未來發展有一定促進作用，同時也能夠實現質量優化。