簡(jiǎn)介：本文以典型的污泥厭氧消化沼氣安全利用系統(tǒng)為例，著重從系統(tǒng)角度介紹了流程的設(shè)計(jì)、安全裝置的設(shè)置以及系統(tǒng)壓力的設(shè)定和控制。關(guān)鍵字：沼氣利用安全系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

　　污泥厭氧消化是一種使污泥達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的非常有效的處理方法。污泥中的有機(jī)物在厭氧條件下，在產(chǎn)酸細(xì)菌和甲烷細(xì)菌的先后作用下，經(jīng)酸性消化階段和堿性消化階段分解為甲烷和二氧化碳為主要產(chǎn)物的消化氣（沼氣）。大中型污水處理廠對(duì)消化產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行回收利用，可以達(dá)到節(jié)約能源、降低運(yùn)行成本的目的?！　≌託庥?5％～70％的甲烷、25％～40％的二氧化碳和1％～5％的氮硫化物和硫化氫組成。沼氣與空氣以1：5～14（體積比）混合時(shí)，如遇明火會(huì)引起爆炸?；旌媳瘸^(guò)此值時(shí)，是燃燒熱值約4500～6000千卡／米^{3的燃料。空氣中沼氣含量到達(dá)一定濃度會(huì)具有毒性。因此，沼氣是具有很高利用價(jià)值同時(shí)如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作不當(dāng)也有一定危險(xiǎn)性的能源?！　D1、圖2所示是一典型的污水處理廠污泥厭氧消化沼氣利用系統(tǒng)的流程圖。}

　　流程圖2所示為常規(guī)低壓系統(tǒng)。

1沼氣系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)及安全裝置的設(shè)置

　　沼氣從消化池流入管道，首先經(jīng)過(guò)冷凝水去除罐和脫硫裝置，其目的是凈化沼氣。1.1沼氣凈化1.1.1冷凝水及雜質(zhì)的去除　　沼氣是高濕度的混合氣。沼氣自消化池進(jìn)入管道時(shí)，溫度逐漸降低，管道中會(huì)產(chǎn)生大量含雜質(zhì)的冷凝水。如果不從系統(tǒng)中除去，容易堵塞、破壞管道設(shè)備。

　　沼氣管道最靠近消化池的位置，沼氣溫降值最大，產(chǎn)生的冷凝水最多，在此點(diǎn)設(shè)置了冷凝水去除罐。在沼氣系統(tǒng)中，管線一般都設(shè)計(jì)為1％左右或更大的坡度，低點(diǎn)設(shè)置冷凝水去除罐。較長(zhǎng)的管線特別考慮一定的距離設(shè)置了一個(gè)去除罐。另外，在重要設(shè)備如沼氣壓縮機(jī)、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)、廢氣燃燒器、脫硫塔等設(shè)備沼氣管線人口，在干式氣柜的進(jìn)口和濕式氣柜的進(jìn)出口處都設(shè)置冷凝水去除罐。有時(shí)在某些設(shè)備如沼氣壓縮機(jī)出口處還需要設(shè)置高壓水去除罐?！　≌＿\(yùn)行時(shí)，操作人員每天檢查時(shí)，都會(huì)發(fā)現(xiàn)一些去除器（特別是靠近消化池的）有大量的冷凝水排出。當(dāng)構(gòu)筑物和設(shè)備檢修時(shí)，還可以向冷凝水去除器中注水，作為水封罐。1.1.2硫化氫的去除　　城市污水產(chǎn)生的污泥中溫消化產(chǎn)生的沼氣中含有0.005～0.01％的H_{2S，以糞便為原料消化產(chǎn)生的沼氣中H2S約占總體積的0.5～1.0％。一般沼氣利用設(shè)備要求沼氣中H2S的含量低于0009％，所以，城市污水產(chǎn)生的污泥為原料產(chǎn)生的沼氣利用時(shí)，可以不設(shè)脫硫裝置，但是，以糞便為原料的消化沼氣利用系統(tǒng)必須設(shè)置脫硫裝置。1.2沼氣安全利用　　沼氣凈化后進(jìn)入貯氣柜，貯氣柜對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有氣量調(diào)蓄和穩(wěn)壓的作用。1.2.1火焰消除及爆炸防護(hù)　　在貯氣柜進(jìn)口管線上設(shè)置了消焰器，此外，在所有沼氣系統(tǒng)與外界連通部位（如：與真空壓力安全閥、機(jī)械排氣閥連接安裝。）以及沼氣壓縮機(jī)、沼氣鍋爐、沼氣發(fā)電機(jī)等設(shè)備的進(jìn)出口處、廢氣燃燒器沼氣管進(jìn)口處都安裝了消焰器。消焰器內(nèi)部填充了金屬填料，當(dāng)火焰通過(guò)消焰器填料間縫隙時(shí)，熱量被吸收，氣體溫度降低到燃點(diǎn)以下，達(dá)到消焰目的。沼氣與空氣一定的混合比和遭遇明火是沼氣爆炸或燃燒兩個(gè)條件。消焰器的設(shè)置有效地防止了外部火焰進(jìn)入沼氣系統(tǒng)及火焰在管路中傳播，進(jìn)而防止了系統(tǒng)產(chǎn)生爆炸。從消化池流出的沼氣中常帶有泡沫和浮渣等雜質(zhì)，容易堵塞填料，阻礙氣體通過(guò)，增加管路阻力。處理廠操作人員可以測(cè)量記錄沼氣通過(guò)不同部位消焰器的壓力變化以確定檢查清洗填料的周期，實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)由于消焰器清洗不及時(shí)出現(xiàn)的系統(tǒng)壓力波動(dòng)和運(yùn)行問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)，在消焰器的前后一般設(shè)置閥門以便維護(hù)。1.2.2沼氣利用　　凈化后的沼氣從貯氣柜進(jìn)入后續(xù)沼氣利用系統(tǒng)，一般有三個(gè)分支：　?。?）沼氣攪拌系統(tǒng)　　沼氣由沼氣壓縮機(jī)送回消化池用以對(duì)消化污泥進(jìn)行攪拌?！　。?）沼氣利用系統(tǒng)　　沼氣利用系統(tǒng)一般有：使用沼氣鍋爐直接為消化池或其他建筑物提供熱能；使用沼氣發(fā)電機(jī)發(fā)電提供電能處理廠內(nèi)部使用，余熱還可為消化池或其他建筑物提供熱能；使用沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供直接帶動(dòng)處理廠的某些設(shè)備，余熱還可為消化池或其他建筑物提供熱能；直接作為可燃?xì)怏w供給?！　。?）廢氣燃燒系統(tǒng)　　當(dāng)沼氣利用設(shè)備不能完全消耗消化池產(chǎn)生的沼氣時(shí)，為防止沼氣量不斷增加致使系統(tǒng)壓力超出正常范圍，多余的沼氣將被廢氣燃燒器燒掉。1.2.3壓力安全防護(hù)裝置沼氣利用系統(tǒng)是一個(gè)壓力系統(tǒng)，如果沼氣收集和使用不平衡，系統(tǒng)壓力可能升高超過(guò)允許值；污泥或沼氣從消化池或氣柜過(guò)快地排出可能引起構(gòu)筑物內(nèi)部的真空狀態(tài)；為防止系統(tǒng)超壓或處于真空狀態(tài)對(duì)構(gòu)筑物和設(shè)備可能造成的破壞性影響，保證系統(tǒng)的操作壓力，使沼氣不會(huì)經(jīng)常排放到空氣中，在消化池和氣柜頂部都設(shè)置了真空壓力安全閥?！　∫?yàn)檎婵諌毫Π踩y安裝在沼氣系統(tǒng)與外界大氣連通的部位，需要與消焰器同安，以避免外部的火焰進(jìn)入沼氣系統(tǒng)。在真空壓力安全閥和消焰器與消化池連接處設(shè)置了常開的閥門，便于檢修設(shè)備?！　〔煌恢玫膲毫Π踩y的設(shè)定應(yīng)在系統(tǒng)工作壓力的基本值上根據(jù)各構(gòu)筑物間的管路損失設(shè)定相應(yīng)值。操作人員同樣需要定期清理超壓排氣口和真空進(jìn)氣口的密封面?！　≡谡託鈮嚎s機(jī)和脫硫裝置的人口處安裝了負(fù)壓防止閥，防止閥門前部系統(tǒng)沼氣量不夠的情況下，后部使用系統(tǒng)依然繼續(xù)抽吸氣體。}

2沼氣系統(tǒng)壓力的設(shè)計(jì)及構(gòu)筑物、設(shè)備間的連鎖控制

　　沼氣系統(tǒng)的硬件實(shí)施完成后，接下來(lái)需要完成系統(tǒng)安全操作的軟件部分，即系統(tǒng)整體壓力的設(shè)定及各構(gòu)筑物、設(shè)備之間的連鎖控制。2.1系統(tǒng)工作壓力的設(shè)定　　整個(gè)沼氣系統(tǒng)工作壓力的設(shè)定需要綜合考慮以下幾個(gè)因素：　　①沼氣系統(tǒng)保證在正壓情況下運(yùn)行。　?、谫A氣柜自重情況下的靜壓?！　、塾?jì)算出從消化池至貯氣柜最終到沼氣利用設(shè)備的管路損失，保證正常工況下，氣體至沼氣利用設(shè)備增壓機(jī)或廢氣燃燒器人口處壓力滿足設(shè)備要求。　?、芟刂袣庀鄩毫ΡM可能低，使沼氣能夠最大量地從污泥中釋放出來(lái)?！　【C合上面的限定可以得到消化池正常工作壓力，系統(tǒng)中其余各點(diǎn)的壓力根據(jù)不同的管路損失可以分別計(jì)算出。運(yùn)行時(shí)，一般通過(guò)改變貯氣柜頂部的配重來(lái)設(shè)定和調(diào)節(jié)消化池的工作壓力（即系統(tǒng)壓力）。2.2構(gòu)筑物及設(shè)備自身系統(tǒng)的壓力保護(hù)　　消化池、貯氣柜、沼氣壓縮機(jī)及各種沼氣利用設(shè)備在系統(tǒng)工作壓力下正常運(yùn)行，在此值的基礎(chǔ)上壓力會(huì)有波動(dòng)，但各設(shè)備及構(gòu)筑物自身系統(tǒng)的控制及安全裝置保證了某一設(shè)備及構(gòu)筑物處的壓力變化不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)?！　、僬託鈮嚎s機(jī)將沼氣送入消化池進(jìn)行污泥攪拌。沼氣壓縮機(jī)自身系統(tǒng)應(yīng)具有保護(hù)功能。進(jìn)氣壓力低到一定設(shè)定值時(shí)報(bào)警，繼續(xù)降低時(shí)，停機(jī)；出氣壓力高過(guò)一定設(shè)定值時(shí)報(bào)警，繼續(xù)升高時(shí)，停機(jī)。壓縮機(jī)自身系統(tǒng)的這些設(shè)置可以避免在系統(tǒng)壓力低于正常值時(shí)過(guò)分抽吸沼氣造成負(fù)壓，或使后部系統(tǒng)壓力超過(guò)允許值。　?、谡託忮仩t、沼氣發(fā)電機(jī)、沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)氣端也有相同的保護(hù)設(shè)置。　?、巯亍①A氣柜頂部安裝了真空壓力安全閥，防止過(guò)高壓力破壞構(gòu)筑物的氣密性及負(fù)壓可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的毀壞?！　、芨邏合到y(tǒng)中使用的球罐頂部同樣需要安裝過(guò)壓排氣閥。2.3系統(tǒng)中設(shè)備、構(gòu)筑物之間的連鎖控制　　沼氣系統(tǒng)中構(gòu)筑物及設(shè)備之間有管線連通，使之不是彼此孤立而是可以連鎖控制的?！　〉蛪合到y(tǒng)的總氣量體現(xiàn)在貯氣柜高度值變化上，貯氣柜對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有氣量調(diào)蓄和穩(wěn)壓的作用，系統(tǒng)內(nèi)部可以互相補(bǔ)氣以平衡壓力。同時(shí)，貯氣柜的高度值被傳送到中控室，既便于監(jiān)視，又使系統(tǒng)中各設(shè)備開?？梢愿鶕?jù)貯氣柜高度進(jìn)行如下連鎖控制：　?、儋A氣柜高度在總高度5％～90％之間為正常運(yùn)行區(qū)域?！　、谫A氣柜高度低于5％時(shí)，停止沼氣壓縮機(jī)，停止沼氣使用設(shè)備如鍋爐、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)。如果系統(tǒng)控制出現(xiàn)故障，壓力降低到真空安全閥的設(shè)定值時(shí)，真空安全閥動(dòng)作，防止負(fù)壓可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的毀壞?！　、圪A氣柜高度高于90％時(shí)，啟動(dòng)廢氣燃燒器。由于廢氣燃燒器的使用，貯氣柜高度將開始降低，當(dāng)貯氣柜高度低于90％（可根據(jù)工程具體情況設(shè)定）時(shí)，停止廢氣燃燒器。　?、苋绻麖U氣燃燒器出現(xiàn)故障，貯氣柜高度繼續(xù)升高到93％時(shí)，如果氣柜頂部設(shè)有機(jī)械排氣閥時(shí)，打開排氣閥排氣。即機(jī)械排氣閥動(dòng)作設(shè)定值可為貯氣柜高度的93％?！　、萑绻麢C(jī)械排氣閥排氣量不足，貯氣柜高度機(jī)械升高至95％時(shí)，中控室顯示信號(hào)報(bào)警?！　、奕缳A氣柜高度依然繼續(xù)升高到頂點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)壓力開始升高，到達(dá)壓力安全閥的設(shè)定開啟值時(shí)，消化池和貯氣柜頂部的壓力安全閥開啟以保護(hù)構(gòu)筑物免受毀壞。應(yīng)該注意到壓力安全閥的動(dòng)作壓力值必須低于貯氣柜氣密性保護(hù)的最高壓力值?！　≌託庀到y(tǒng)各構(gòu)筑物和設(shè)備之間通過(guò)連鎖控制，真正聯(lián)合成一整體系統(tǒng)，更進(jìn)一步確保了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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