板式熱交換器換熱板片滲透檢測環保操作間設計

任華榮

(上海板換機械設備有限公司,上海 201508)

隨著國內外板式換熱設備行業的飛速發展,數字模擬技術應用于模具設計,加工設備精度提高,模具加工精度越來越高,板式熱交換器換熱選用板片的所需的材料也就厚度越來越薄,最常用的板片材料厚度為0.4～0.8 mm,板式熱交換器換熱板片成型厚度最薄為0.3 mm,我公司最大單板面積已經達到3.6 m2,由于冷軋薄板冷沖壓成型很容易產生微裂紋,此類裂紋肉眼無法有效識別,此時板式熱交換器換熱板片成型后的無損檢測就顯得尤為重要,表面微裂紋無損檢測最有效的方法為滲透檢測,生產企業為了保證單位面積產出利潤最大化,板式換熱器廠家對換熱板片都是批量壓制,因此在換熱板片壓制過程中的滲透檢測抽檢也就必不可少,否則很容易產生批量報廢,為制造企業造成重大經濟損失,為了避免批量報廢質量問題的發生,如今各個熱交換器生產企業最常用的方法是加大滲透檢測抽檢比例,這無形中就增加了滲透檢測劑的使用量,但國內最先進的滲透檢測劑(包括滲透劑、清洗劑、顯像劑)都不能做到無毒、無害,為了保證滲透劑有足夠強的滲透能力,滲透檢測劑中常用二甲苯或苯做溶劑,這些溶劑雖然有滲透能力強,能溶解染料能力大等特點,但其有機溶劑中主要含有苯和苯衍生物質具有一定毒性,其中苯和硝基苯毒性最大,揮發性也很強,直接排放會成為大氣污染物,多余滲透檢測劑和清洗后的污水直接排放還會造成水污染,國家環保局發布的GB 16297—1996大氣污染物綜合排放標準,以及上海市環保局發布的DB 31/993—2015大氣污染物綜合排放標準,DB 31/199—2018污水綜合排放標準,對大氣和污水綜合排放提出更高的要求,作為一家立足在上海市的機械設備制造企業,滿足環保排放要求是企業應有的義務,為了企業產品正常產出且有效控制產品質量,必須設計建造符合環保排放要求的換熱板片滲透檢測環保操作間。

1 板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作間構成和選型

板式熱交換器換熱板片滲透檢測環保操作間主要包括以下5大部分:燈光照明系統,環保操作間室體及空氣過濾系統和排風除塵系統,板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作系統以及消防安全系統。

1.1 燈光照明系統

為了保證板式熱交換器換熱板片滲透檢測靈敏度及提高檢測工作效率,保證足夠的裂紋檢出能力,操作間保持一定的照度是非常必要的。

依據最新版本NB/T 47013.5—2015承壓設備無損檢測滲透檢測標準要求,無損檢驗滲透檢測時板式熱交換器換熱板片表面可見光照度必須大于1 000 lx,除了保證照度強度滿足要求,還要保證照度均勻柔和且穩定,不能產生眩光,操作間頂部安裝隔爆220 V照明LED燈柱,照明燈雙排布置,保證光照度均勻,為了避免強光源照射到眼睛里對視覺產生傷害,光源盡可能到最高處并安裝必要的反射設備,燈具材料防腐耐用,便于安裝更換維修,接線安全可靠。電源配置防爆配電箱,輸出額定電壓220 V,額定電流60 A,防爆等級Ex de IIB T4 Gb;Ex tD A21 IP65 T80℃,防腐等級WF1。

雙排燈可分區控制,可根據滲透檢測板式熱交換器換熱板片大小隨時調節需要開啟的數量,開關設置為雙控開關,同時室內安裝小功率感應燈,作為過渡照明使用。

1.2 操作間室體及空氣過濾系統和排風除塵系統

空氣過濾系統和排風除塵系統主要是將操作間內的廢氣有組織的疏導排放,減少滲透檢測環保操作間室內的異味,需保證廢氣收集率高、采用先進廢氣處理工藝,穩定、安全、可靠地達到治理廢氣的目標,合理選用配置工藝設備,空間布置力求緊湊、合理通暢、簡潔并且實用,盡量減小工程占地和施工難度。設備外形美觀,便于操作和維修保養,使用壽命長,運行費用低。

對滲透檢測環保操作間廢氣治理采用干式過濾器+活性炭吸附脫附催化燃燒,對于廢氣的吸附使用固定床吸附器,采用原位再生工藝,吸附劑定期進行再生,吸附器采用多用一備。

滲透檢測環保操作間室體空氣過濾系統和排風除塵系統技術要求如下:

(1)滲透檢測環保操作間室體所有材料(包括頂板、側板及過濾棉)均采用阻燃材料,阻燃性能不低于F-3級。滲透檢測環保操作間內壁材質應便于滲透劑氣霧的清理,圍護結構應具有良好密封性;

(2)滲透檢測環保操作間排風量應保證所噴溶劑濃度低于燃燒極限下限值的25%;

(3)滲透檢測環保操作間室內氣流組織能防止滲透劑氣霧、溶劑向外逸散,并能集中安全引導進入排風系統;

(4)滲透檢測環保操作間圍護墻體開設板式熱交換器換熱板片工作門,尺寸約3 m×3.5 m,必須保證最大面積板式熱交換器換熱板片能夠順利進出,形式為電動移門;

(5)滲透檢測環保操作間室體側墻上設置觀察窗,觀察窗采用高強度防爆玻璃,窗體尺寸500 mm×300 mm;

(6)滲透檢測環保操作間內所有導電部件具有可靠的電氣接地,與照明系統共用一套防爆配電箱;

(7)滲透檢測環保操作間排風系統,通過電動風量調節閥控制;

(8)滲透檢測環保操作間的通風除塵系統采用底部抽風,控制風速滿足標準要求,以迅速排出檢測過程中產生的氣霧。除塵排風系統合理匹配,位置合理、風量電動可調、風量適中、檢修維護方便;

(9)滲透檢測環保操作間進風需經過必要的過濾,將氣流按一定流向送入操作間內,使滲透檢測作業過程中的滲透劑氣霧按預定方向流動;

(10)滲透檢測環保操作間排風經過氣霧有效過濾后進入活性炭吸附裝置,經吸附過濾后從現有煙囪達標排放;

(11)吸附飽和的活性炭,通過熱氣流吹掃再生,再生產生的高濃度廢氣經催化燃燒器分解凈化,尾氣達標排放,回收催化燃燒尾氣熱量,用于吸附劑的再生;

(12)氣霧過濾裝置應采用不燃或難燃材料制備,阻燃性能不低于F-3級,并能方便取出,氣霧過濾效率>96%,5 μm以上塵埃100%過濾;

(13)排風管道應設置必要的監測壓力計、檢查孔,便于清理其中的可燃沉積物,并設必要的防火閥;

(14)管道材料為Q235B,厚度為4 mm,管道進行防腐處理,根據現場實際情況設置管道支架,管道支架布置不能與操作人員正常操作空間干涉;

(15)活性炭吸附裝置具有足夠的氣體流通截面和良好的氣流分布,流體阻力小,過濾風速不高于1.5 m/s;

(17)活性炭吸附裝置設置必要的溫度計、超溫聲光報警裝置、二氧化碳或消防水等保護系統、壓力計和安全閥;

(18)活性炭具有大的比表面積(不低于700 m2/g)、良好的選擇吸附性能,良好的機械強度、耐磨性,來源廣泛,易于更換。

(19)配套風機、電機、儀表等,電氣防爆符合相應的標準規范;

(20)與滲透檢測環保操作間配套的排風機、輸送泵、電動機等部件需采取合適的減振、隔振、消聲措施,噪聲符合標準規范;

(21)吸附裝置殼體、管道、閥門主體設計壽命不低于10年;閥門必須滿足脫附溫度的要求;

(22)高溫裝置及附屬管道應設置保溫層,運行時外表面溫度應不高于 60 ℃,或者不高于室溫+30 ℃;

(23)設置足夠數量的檢修口,設置上下鋼梯及檢修平臺,便于裝置維修和活性炭更換;

(24)避雷設施符合標準規范;

(2)泥質粉砂巖：與砂質泥巖互層或為夾層，主要成分為石英、長石、粘土礦物、云母等，砂質結構,中厚層狀,鉆孔控制深度范圍內全為中風化，顏色為赭色，較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級，抗風化能力較差.巖體較破碎至較完整，節理裂隙較發育,巖芯呈塊狀與長柱狀.一般厚度0.70～4.10 m.

(25)滲透檢測環保操作間控制系統釆用PLC控制;

(26)現場電氣設施釆用必要的防水防塵措施。

空氣過濾系統和排風除塵系統與企業人機交互系統連通,人機交互故障預警系統實時采集分析系統運行數據,發現異常自動預警,待檢修人員檢測處理后解除預警,脫附裝置設置自動調節在用電波谷時段晚上10點后開啟脫附。

1.3 板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作系統

板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作系統由預清洗裝置,施加滲透劑裝置,板式熱交換器換熱板片滲透檢測臺及滲透檢測劑收集裝置,后處理裝置四部分組成。

預清洗裝置是為了保證板式熱交換器換熱板片表面清潔干燥,溶劑清洗機和熱空氣循環干燥裝置組成,溶劑清洗機主要用于清除油污,然后用熱空氣進行吹掃干燥,熱空氣循環干燥裝置包括加熱器,鼓風機,出風管道等,加裝恒溫控制器,保證輸出穩溫度在80±5 ℃范圍內。

施加滲透劑裝置是為了保證滲透劑均勻施加在換熱板片板片表面并能覆蓋全部表面,由滲透劑槽和滲透劑涂敷裝置組成。板式熱交換器換熱板片滲透檢測臺及滲透檢測劑收集裝置如圖1所示。

圖1 板式熱交換器換熱板片滲透檢測臺及滲透檢測劑收集裝置

板式熱交換器換熱板片滲透檢測臺及滲透檢測劑收集裝置由地面柵格板、底部托盤,集液盤,V型板式熱交換器換熱板片支撐架,導流槽及排放閥門組成。

地面挖深度為0.3 m,長5 m,寬3 m的地坑,為了防止滲透檢測污水滲入地下,污染環境,地坑做防水處理,地面統計刷涂環氧地坪,地坑接管線至室外與廢水回收桶連接,地坑上面鋪設地面柵格板,柵格板上面放置滲透檢測劑收集裝置底部托盤,底部托盤用不銹鋼制作,周邊焊接擋板防止清洗時水飛濺,托盤底部與地坑連通,可收集板式熱交換器換熱板片時滴落的滲透劑,最主要是用于后處理水洗污水收集,避免污染地面,集液盤可對檢測時多余滲透劑進行收集,被導流槽引流到排放閥門,再接入滲透劑回收容器統一送到危廢處理單位進行處理,V型板式熱交換器換熱板片支撐架高度及間距按檢測的板式熱交換器換熱板片長度布置三排,可滿足公司所有型號換熱板片檢測,V型板式熱交換器換熱板片支撐架與集液盤之間用20 mm×20 mm不銹鋼方鋼進行墊高,避免板片浸入集液盤被多余的滲透劑污染造成檢測結果誤判,因為所有板式熱交換器換熱板片不銹鋼,鈦、鎳等特殊材料,為了避免板式熱交換器換熱板片表面被碳鋼污染,所有與式熱交換器換熱板片表面接觸的材料均選用304不銹鋼材料。

后處理裝置用于多余滲透劑及板式熱交換器換熱板片表面現象劑的清洗,同時用于滲透檢測合格板式熱交換器換熱板片后清洗,使檢測后的板式熱交換器換熱板片表面呈清潔狀態,直接用于后續組裝生產。后處理裝置又不銹鋼水槽,高壓噴射式噴槍系統組成,考慮到鈦合金,奧氏體鋼板式熱交換器換熱板片材料要求低氯低氟,鎳基合金板式熱交換器換熱板片材料要求低硫,因此清洗用水不易使用自來水,直接使用產品水壓試驗用的A級軟化水,噴槍水壓控制在0.35～0.45 MPa。

由于板式熱交換器換熱板片壓型后表面光滑,無飛邊毛刺,可直接用便攜式噴罐顯像劑進行顯像。

板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作系統使用方法:板式熱交換器換熱板片冷沖壓成型后,進行尺寸測量,外觀檢查合格后送至板式熱交換器換熱板片滲透檢測環保操作間進行滲透檢測,將板式熱交換器換熱板片放置到板式熱交換器換熱板片滲透檢測臺V型板式熱交換器換熱板片支撐架之間,將板式熱交換器換熱板片表面進行溶劑除油污清洗,用熱空氣吹掃干燥,待板式熱交換器換熱板片一側表面冷卻后涂敷滲透劑,滲透10～15 min后在板式熱交換器換熱板片另外一側噴顯像劑,噴完顯像劑后10～30 min內進行觀察顯示并記錄結果,觀察完成后直接將板式熱交換器換熱板片移到滲透檢測劑收集裝置底部托盤進行高壓水槍沖洗,沖洗完成后再用熱空氣吹掃干燥。

1.4 消防安全系統

板式熱交換器換熱板片滲透檢測環保操作間內設置可燃氣體檢測報警裝置,當有機物濃度超過允許值時自動報警,系統自動切斷所有電源并進行聲光報警,設置檢測人員進入工作警示燈,由于滲透檢測劑閃點較低,操作間室內配置3組干粉滅火器,外部設置公司消防水滅火裝置,滅火器和消防水滅火裝置企業專職安全員應定期巡檢,室內設置消防噴淋裝置,安裝視頻監控系統,接入公司消防聯控系統,遇到火情自動報警。

消防安全及防護要求:

滲透檢測環保操作間現場的各種線路和設施進行檢查和不定期抽檢,發現隱患及時排除,操作人員必須嚴格按安全操作規程進行操作。

室內所有電器盒(柜)內部設置必須規范接線,做到可靠、完好,電器盒(柜)周圍不能存放雜物并留有安全通道以便于檢修。應保持配電線路及配電柜和開關箱內電纜、導線對地絕緣良好,不能有破損、帶電裸露、電線受擠壓、腐蝕、漏電等隱患,以防突發事故。

電氣設備的使用應符合國家標準的有關規定。設備的電源線、插頭和插座應完好,電源線不能任意接長,工具的外絕緣應完好無損,維修和保管有專人負責。

室內應保持良好強制的通風,以防在空氣中產生達到易燃或易爆濃度的蒸汽,操作人員應穿戴好勞動防護用品,嚴格遵守板式熱交換器換熱板片滲透檢測操作規程,室內應無任何火源(熱表面、火花、明火等)。

滲透檢測劑應貯存在通風良好的干燥地方,遠離熱源和陽光直射,貯存區域不得有明火和煙。

如發生火災時可用二氧化碳、粉末等滅火,廢棄滲透檢測劑容器應由使用部門統一收集,交由相關方處理。

2 環保排放指標

通過設計施工,確保操作間工作場所空氣中有毒物質濃度符合標準要求;確保廢氣處理指標達到國家及地方有關污染物排放標準;廢氣收集處理設施,以及本工程涉及的建設內容,滿足相關國家標準、規范整體指標達到預期設計要求,DB 31/933—2015 大氣污染物綜合排放標準見表:

表1 大氣污染物項目排放限制

板式熱交換器換熱板片滲透檢測過程中收集的滲透劑殘液,后清洗用水經統一收集后交由有污水處理資質的處理單位統一處理。

3 結論

板式熱交換器換熱板片滲透檢測環保操作間設計,涉及了機械設計、電氣控制、安全保護照明系統、空氣過濾系統和排風除塵系統、消防安全系統等專業,操作間布局合理,結構緊湊,危廢排放滿足標準要求,已通過環保部門驗收,滲透檢測功能經長期使用驗證,已完成渤海海洋平臺鈦板式熱交換器換熱板片滲透檢測,國內隔壓換熱站不銹鋼大型板式熱交換器換熱板片滲透檢測,使用效果良好,完全達到設計預期要求,滿足企業生產需要。