前言

今年7月初，生態環境部印發了《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》。方案中指出了現階段VOCs治理中無組織排放問題突出。有研究表明，我國工業VOCs排放中無組織排放占比達60%以上。許多企業對此未采取有效的管控措施，收集效率低、逸散問題嚴重。化工制藥行業作為此次管控的重點行業，加強VOCs無組織排放管理、配備有效的廢氣收集系統，是其VOCs治理任務的重中之重。

拋開《治理方案》不談，我們單從設計角度來講，一個高效的廢氣治理系統中，廢氣收集及輸送系統設計也是整個系統中極其關鍵的部分。因為它從源頭上決定了廢氣處理量的大小，而它設計的合理與否也同時決定了廢氣處理的效果如何。因此，無論是制藥企業還是環保公司，在設計廢氣治理系統時，都必須對科學設計有效的廢氣收集系統提起重視。

化工制藥行業在設計廢氣收集及平衡系統管道時，應遵循“應收盡收、分質收集”的原則，根據廢氣種類分類收集輸送。以下是對廢氣收集系統設計要點的一些分享。

一、建立收集管道平衡系統

建立收集管道的平衡系統，是在進入二級收集系統前，從源頭對廢氣產生源進行治理，在一定范圍內實現密閉儲罐類的呼吸氣自平衡，可有效減少大小呼吸的高濃VOCs排放，實現清潔生產。

 

平衡系統示例▲

平衡系統中，反應釜、儲罐、計量罐等應盡可能采用密閉式，避免有空氣進入容器和廢氣管道，降低高濃度廢氣中氧氣含量，有條件能惰性化(充氮)更好。在這一環節中，可對車間儲罐類廢氣源產生點采取以下預防性治理措施：

車間計量罐、儲罐等同類或同性質排放點，能密閉設備全部密閉。通過放空管道，組合成相對密閉的單元平衡系統，并在每個平衡主管上設被動氣動呼出和吸入閥。為避免密閉系統平衡氣的超壓對儲槽造成影響，可增加配重泄壓閥或重力式呼吸閥。

引入氣封系統（氮氣），通過壓力控制器及平衡管、被動自控閥來控制罐內壓力。當罐內輸出介質時，壓力降低；當低于一定值后，壓力控制器反饋被動吸入閥（為氣動閥，主要作用是給儲罐或平衡管補充氮氣，以下補氣閥均相同）開啟，補充氮氣至設定壓力后自動停止。當罐內輸入介質時，壓力增高，當高于一定值后，壓力控制器反饋被動呼出閥開啟，排出高濃VOCs氣體到二級收集管道，系統壓力低于特定值時自動關閉廢氣排氣閥,及時與二級收集管道斷開隔離，避免大面積事故蔓延，同時防止收集管路負壓異常時罐內超負壓，損壞罐體或吸入空氣。

二、廢氣的輸送控制

為保證收集效果、安全生產和降低管道維護成本，一般采用微負壓輸送。即在集中處理點設置總風機，直接將各車間廢氣抽送到集中處理裝置，管道系統處于微負壓狀態，這樣設計有效避免了因管道微泄露而降低收集效果和由此產生的安全風險。

如果廢氣產生源數量眾多且輸送距離較遠，則可在各廢氣產生源頭按區域或種類設置子風機，廢氣總管上通過設置靜壓箱（管）連接二次接力風機，完成管道系統的輸送。通過管道上風閥和壓力傳感器的調控，將廢氣收集所涉及的大部分區域設置成微負壓狀態，可有效控制各廢氣源串氣的風險。

布局正壓輸送管道時，不能穿越密閉的空間。

對于含塵氣體輸送，必要時還要安裝火花探測器。

三、廢氣收集后預處理設計

不同性質的廢氣需采用不同方式處理，處理完畢后再并入二級收集管道，以避免管道的露點腐蝕和對后期集中處理裝置產生影響。

一般含腐蝕性廢氣，采取就近處理方式，盡量減少到酸堿中和噴淋塔處理裝置的輸送管道。

高濃VOCs氣體輸送，也盡可能采取就近處理方式。高濃廢氣可以按照廢氣濃度的不同采取冷凝、吸收、吸附等方式進行處理，避免因長距離輸送造成安全隱患和爆炸風險。

管道管路設計上應將廢氣引導到同一流向，避免氣體回流造成串氣，將造成后續各類安全、質量風險。

四、收集管道中的靜電防控

收集管道容易發生靜電積聚、發生爆炸。要避免此類現象的發生：

首先要對管道管材的選型進行設計。對于普通VOCs廢氣或含高濃VOCs廢氣，可采用不銹鋼等金屬材質管道，對于含腐蝕性廢氣采用抗靜電的玻璃鋼管道，有效防止靜電積聚。玻璃鋼管的表面電阻不得大于1.0×10⁶Ω。

其次，需要合理設計管徑，將廢氣輸送速度控制在安全范圍。一般普通VOCs廢氣控制在10m/s 以下，對于含高濃VOCs廢氣則控制在8m/s以下。

第三，管道上各類附屬裝置的選材同樣需要滿足避免靜電聚集的要求，例如風機葉輪和殼體材質也必須為導靜電的不銹鋼或抗靜電玻璃鋼材質。

最后，整體收集管路需要每年至少開展一次靜電檢測并做好檢測記錄。防靜電接地電阻一般要求小于等于100歐。

五、廢氣收集管道施工細節

廢氣收集管道系統設計區域范圍大且廢氣成分復雜，系統一旦投用，要想進行改造將面臨較大的動火作業風險，管道清洗置換工作量大，施工危險程度增加。為此，在設計時要考慮一些預留性施工。例如：

在各車間排放口設置預留口，在廢氣進管路前設置切斷用閥門等。

為防止各廢氣相互串聯，進入總管排放口應有一定間距設置，并對接入廢氣系統的廢氣種類、排放參數、禁忌物等進行確認，防止誤接。

對于一些處于防雷區的收集管道，要求單獨設立防雷設施，獨立的防雷保護接地電阻應小于等于10歐

六、保障管路通暢

廢氣進入管道系統，由于溫度和壓力的變化，難免會存在冷凝甚至產生結晶的現象，特別是經過水洗噴淋處理后的廢氣含有大量飽和水蒸氣，為此排液和保溫系統的設計尤其重要，否則可能會引起積液、影響廢氣輸送，低溫時還會導致一些物料結晶、冰凍，堵塞而損壞管路。

排液系統包括管道傾斜度、排液口、匯集節點等，排液口要設置在管道低位，長距離輸送時根據現場管路走向情況，合理設置積液匯集器，及時引出積液。排液應進行記錄，包括排液口編號、液體接收量、排液日期等信息。

對于需加熱管道采用夾套管、換熱器及伴熱保溫等方式保證輸送暢通，避免堵塞。

七、安全設施配備要求

為保證收集管道系統的安全穩定運行，還需要配套各類安全設施和檢測儀器。管道系統上可設置泄爆片、重力式泄爆閥、阻火器、氧含量檢測儀、LEL濃度檢測儀等。

 

泄爆片、重力式泄爆閥一般可安裝在風機或阻火器附近，泄爆壓力的選擇要高于廢氣管線正常壓力。

阻火器一般安裝在各風機進口、出口，同時根據保護目標需要，可在廢氣支管與總管匯總前安裝阻火器，以保護廢氣支管端的廢氣車間。

根據車間防爆要求和廢氣的特殊性可設置液封裝置來進行隔爆阻火。

工作中需要對管道進行日常巡查，主要通過對管道跑、冒、滴、漏的巡查及時發現漏點；同時可定期采用氮氣進行氣密性試驗，并保留氣密性試驗的記錄。

為了實現對管道系統運行狀況的監控，實現安全風險的在線監控，還需要安裝壓力檢測、溫度檢測、流速檢測儀器等，并將上述重要參數集中到統一監控中心進行集中監控，當壓力、溫度、流速超過設定值，即啟動報警系統，并對各異常信息按事故/事件進行原因分析和調查處理，防止再次發生。

八、應急系統配置

因為廢氣輸送系統的火災爆炸風險較大，故需要設置應急系統。可在廢氣總管上安裝蒸汽或噴淋水滅火裝置，即當管道內溫度超過設定安全值，發生火災或爆炸的風險時，立即啟動應急裝置，將蒸汽或噴淋水通入管道內進行滅火。為保護各生產車間安全，防止廢氣總管系統起火對各車間的影響，在各車間進入廢氣總管前，設置溫度報警，當溫度超過設定值，即切斷與總管系統的閥門，將廢氣排到緊急放空管。

結語

對于收集系統的設計，首先要明確治理項目的設計內容和范圍，再者要從生產工藝、污染物成因種類和理化性質、位置分布及數量、排放量及排放強度速率、排放規律等多方面綜合考慮，制定合理的收集路線及處理方式的設計理念。

建立高效、安全、科學的VOCs廢氣收集系統，是治理VOCs廢氣的關鍵。

作者簡介：

王軍琿

廢氣治理專家，高級工程師，莫蘭斯環保裝備事業部副總工程師。

1993年畢業于包頭機械技術學院，2001年中國藥科大學藥學班畢業，曾任石藥集團河北中潤制藥有限公司車間主任，河北欽川環保設備有限公司總工。

2004年，獨立開發了真空泵尾氣排放回收系統，首次將真空泵排放尾氣利用吸收、吸附、回收工藝相結合應用在制藥行業，并得到了廣泛應用。現運行廠家有白云山制藥集團化學制藥廠、哈藥集團哈藥總廠106車間、國藥集團致君藥業（蘇州）有限公司、國藥集團威奇達藥業、麗珠集團（寧夏）制藥公司、麗珠集團新北江藥業有限公司、廣東藍寶制藥有限公司，華北制藥華民藥業，石藥集團高科制藥等