生物制藥廢氣收集系統安全設計與管理

1.生物制藥廢氣收集系統現狀

隨著(zhù)生物制藥行業(yè)面臨環(huán)保壓力、VOC整治壓力的不斷增大，VOC整治要求提高，效率和濃度。廢氣進(jìn)行收集、 匯總后集中處理成為很多制藥企業(yè)的選擇。但是隨著(zhù)RTO、RCO等焚燒裝置的投用，有關(guān)焚燒裝置起火、爆炸的事故頻繁發(fā)生，其中大部分爆炸發(fā)生在廢氣收集管道內。

因為焚燒裝置一般投資較高，企業(yè)一般不會(huì )配備多套焚燒裝置，必然對廢氣進(jìn)行匯總后收集，生物制藥行業(yè)廢氣種類(lèi)多，成分復雜，產(chǎn)生源頭多，這就無(wú)形中增加了廢氣收集系統的復雜性，其復雜性甚至超過(guò)了大型化工企業(yè)的廢氣收集系統。目前國內缺乏廢氣收集系統設計的專(zhuān)業(yè)指導規范，大部分企業(yè)不得不摸著(zhù)石頭過(guò)河，因為安全設施不到位，甚至以事故為代價(jià)。為給同行提供參考，本文結合企業(yè)自身實(shí)際以及對廢氣收集系統的理解提出了廢氣收集系統設計和管理要求，僅供參考。

2.生物制藥廢氣分類(lèi)

依據生物制藥廢氣分為普通VOC廢氣（甲醇、乙醇、甲苯、丙酮、環(huán)己烷等有機廢氣）、含腐蝕性VOC廢氣（含有酸性物質(zhì)有機廢氣）、含氫氣廢氣、無(wú)機廢氣、含鹵素廢氣等類(lèi)別，對于不需要進(jìn)行焚燒處理即可達標的廢氣盡量不要送入焚燒系統，例如無(wú)機廢氣、車(chē)間的超低濃度廢氣等。

3.廢氣收集系統設計要點(diǎn)

生物制藥行業(yè)廢氣管道總體設計思路：根據廢氣種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)輸送，進(jìn)入焚燒系統的廢氣一般可分為含腐蝕性有機廢氣、普通VOC廢氣、含氫氣廢氣三大類(lèi)，緊急泄放的廢氣則可進(jìn)入火炬系統。為提高廢氣輸送安全型，一般采取缺氧狀態(tài)下進(jìn)行VOC廢氣輸送，嚴格控制氧含量和靜電積聚風(fēng)險。因為目前國內大部分企業(yè)無(wú)法實(shí)現對各車(chē)間廢氣中VOC的異常超量排放進(jìn)行有效監控，如果不能有效控制管道中氧含量，只要存在靜電集聚點(diǎn)火，就極易造成廢氣管道系統爆炸事故，這也是目前國內廢氣管道爆炸事故發(fā)生的重要原因，即沒(méi)有對廢氣管道中的氧含量和靜電進(jìn)行有效控制，在車(chē)間源頭出現異常增量排放達到爆炸范圍的情況下就導致了事故的發(fā)生。廢氣輸送動(dòng)力系統可采用文丘里管或風(fēng)機。下面對廢氣收集系統過(guò)程的一些設計要點(diǎn)進(jìn)行舉例。

（1）氧含量控制的設計

要求廢氣產(chǎn)生點(diǎn)進(jìn)入管道系統實(shí)現全密閉，禁止將敞口過(guò)程的廢氣接人，對于異常檢修狀態(tài)下的廢氣點(diǎn)必須事先隔斷。

（2）靜電控制的設計

要實(shí)現靜電集聚控制，首先要選對管材，對于普通VOC廢氣或含氫氣廢氣，可采用不銹鋼材質(zhì)的管道，對于腐蝕性廢氣則采用導靜電的玻璃鋼管道，有效防止靜電集聚。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VOC廢氣控制在10m/s以下，最高不能超過(guò)10m/s，對于含氫氣廢氣則控制在7-8m/s。再次，對于管道上各類(lèi)裝置的材質(zhì)，同樣需要滿(mǎn)足導靜電要求，例如風(fēng)機葉輪和殼體材質(zhì)也必須為導靜電的不銹鋼或玻璃鋼材質(zhì)，阻火器也必須選用配套的不銹鋼，禁止采用碳鋼材質(zhì)，防止生銹引發(fā)的堵塞。最后，在施工過(guò)程還必須注意對三通、轉角、焊接部位的打磨處理，防止尖角的存在。

（3）廢氣輸送動(dòng)力系統的設計

因為每個(gè)企業(yè)規模不同，動(dòng)力系統的設計可以采取不同的方式，如果只有1-2個(gè)生產(chǎn)車(chē)間，則可以直接通過(guò)車(chē)間風(fēng)機，將廢氣輸送到焚燒裝置，此時(shí)管道系統處于微正壓狀態(tài)。也可以通過(guò)焚燒爐進(jìn)氣風(fēng)機，直接將各車(chē)間廢氣抽拉到焚燒裝置，此時(shí)管道系統處于微負壓狀態(tài)。如果車(chē)間數量眾多，則可在各廢氣產(chǎn)生源頭按廠(chǎng)房或種類(lèi)設置小風(fēng)機，廢氣總管上設置接力風(fēng)機，焚燒爐進(jìn)口設置引風(fēng)風(fēng)機實(shí)現管道系統的輸送，此時(shí)大部分管道系統處于微負壓狀態(tài)，風(fēng)機出口附近出現微正壓。廢氣總管的接力風(fēng)機是否需要設置，還要根據輸送管線(xiàn)長(cháng)度，各車(chē)間廢氣排放壓力等進(jìn)行綜合考慮。廢氣大部分區域設置成微負壓狀態(tài)的原因是為了有效控制各廢氣源串氣的風(fēng)險，將廢氣引導到同一流向。一旦存在串氣，將造成后續各類(lèi)安全、質(zhì)量風(fēng)險。

（4）廢氣管道預留的設計

廢氣管道系統一旦投用，要想進(jìn)行改造將面臨較大的動(dòng)火作業(yè)風(fēng)險，施工難度大。為此，需要開(kāi)展一些預留性施工。例如在各車(chē)間排放口設置預留口，在廢氣進(jìn)管路前設置切斷用閥門(mén)，并配套盲板等。為防止各廢氣相互串聯(lián)，進(jìn)入總管排放口應有最小間距設置，一般應間隔設置30以上。

(5)排液系統的設計

廢氣進(jìn)入管道系統，難免會(huì )存在冷凝，特別是經(jīng)過(guò)水噴淋后的廢氣含有大量飽和水蒸氣，為此排液系統的設計尤其重要，否則可能會(huì )引起積液影響廢氣輸送，冬季還會(huì )導致冰凍，損壞管路。排液系統包括管道傾斜度、排液口、清理口等，排液口要設置在管道低位，要求所有管道低位都有排液口。

（6）安全設施配備要求

為保證管道系統的安全穩定運行，還需要配套各類(lèi)安全設施和檢測儀器。管道系統上可設置泄爆片、阻火器、氧含量檢測儀、LEL濃度檢測儀。泄爆片一般可安裝在風(fēng)機或阻火器附近，泄爆壓力的選擇要高于廢氣管線(xiàn)正常壓力，低于管線(xiàn)耐壓。阻火器一般安裝在各風(fēng)機進(jìn)口、出口，同時(shí)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，以保護廢氣支管端各廢氣車(chē)間。同時(shí)因為不同型號、不同廠(chǎng)家的阻火器壓降差異較大，故需要在設計前首先考慮阻火器壓降。采購阻火器時(shí)，還要考慮阻火器的方向性。阻火器一般要選擇自帶溫度檢測的，便于當管道發(fā)生起火時(shí)，可通過(guò)阻火器上溫度的檢測，發(fā)現異常，并通過(guò)溫度連鎖報警系統和應急系統。為了實(shí)現對管道系統運行狀況的監控，實(shí)現安全風(fēng)險的在線(xiàn)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(jìn)行集中監控，當壓力、溫度、流速超過(guò)設定值，即啟動(dòng)報警系統，并對各異常信息按事故/事件進(jìn)行原因分析和調查處理，防止再次發(fā)生。

（7）應急系統設計

因為廢氣輸送系統的火災爆炸風(fēng)險較大，故需要設置應急系統?？稍跉錃饪偣苌习惭b蒸汽滅火裝置，即當管道發(fā)生火災或爆炸，管道內溫度超過(guò)設定安全值時(shí)，立即啟動(dòng)應急裝置，將蒸汽通人管道內進(jìn)行滅火。為保護各生產(chǎn)車(chē)間安全，防止廢氣總管系統起火對各車(chē)問(wèn)的影響，在各車(chē)間進(jìn)入廢氣總管前，設置溫度報警，當溫度超過(guò)設定值，即切斷與總管系統的閥門(mén)，將廢氣排到車(chē)間緊急放空管。

4.廢氣管道系統管理要求

(1)進(jìn)氣體前審批

為了對接人廢氣系統的廢氣種類(lèi)、排放參數、禁忌物等進(jìn)行確認，防止誤接。

（2）積液的管理

管道積液應及時(shí)排放，冬季和夏季的排液頻次可略微不同，對每次排液應進(jìn)行記錄，包括排液口編號、液體接收量、排液日期等信息，對于排液量異常增大的，還需要進(jìn)行原因分析。有條件的企業(yè)還可以對積液中的組分、pH進(jìn)行分析，可監控未經(jīng)審批排放的廢氣。當pH低于6時(shí)，就需進(jìn)行原因分析。

（3）靜電管理

需要每年至少開(kāi)展一次靜電檢測；每年檢修期間，還需要開(kāi)展靜電接地設施完好性的檢查。

（4）管道的日常巡查

管道泄漏的原因包括焊縫，爆破片破損，法蘭連接密封圈破損，熱脹冷縮導致管道破裂等，因此需要對管道進(jìn)行日常巡查，主要通過(guò)對管道跑、冒、滴、漏的巡查及時(shí)發(fā)現漏點(diǎn)；同時(shí)可定期采用氮氣進(jìn)行氣密性試驗，并保留氣密性試驗的記錄。日常運行過(guò)程，則通過(guò)對管道中氧含量的監控，及時(shí)發(fā)現異常。

（5）管道監控參數的記錄和分析

視頻監控、溫度監控、壓力監控、氧含量監控等數據傳輸到集中24小時(shí)值控中心進(jìn)行監控。其中總管各段壓力情況須在運行過(guò)程中摸索，有相應的數據基礎后再形成具體管理要求。

（6）明確各類(lèi)標識

標識包括爆破片的管路色標、排液口標識、阻火器標識等。