2019年7月初，生态环境部印发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（以下简称《治理方案》）——《治理方案》中指出现阶段VOCs治理过程中无组织排放问题突出。有研究表明，中国工业VOCs排放中无组织排放占比达60%以上。许多企业对此未能采取有效地管控措施，收集效率低、逸散的问题仍然严重。化工制药行业作为此次管控的重点行业，加强VOCs无组织排放管理、配备有效的废气收集系统，是VOCs治理任务的重中之重。
文/王军珲

抛开《治理方案》不谈，我们单从设计角度来讲，一个高效的废气治理系统中，废气收集及输送系统的设计是整个系统中极其关键的部分。因为它从源头上决定了废气处理量的大小，而它设计的合理性与否也同时决定了废气处理的效果如何。因此，无论是制药企业还是环保公司都必须重视起废气收集系统的设计，在设计上做到科学有效。
化工制药行业在设计废气收集及平衡系统管道时，应遵循“应收尽收、分质收集”的原则，根据废气种类分类收集输送。本文中笔者将对废气收集系统设计要点进行心得分享。

建立收集管道平衡系统
建立收集管道的平衡系统，是在进入二级收集系统前，从源头上对废气产生源进行治理，在一定范围内实现密闭储罐类的呼吸气自平衡，可有效减少大小呼吸的高浓VOCs排放，实现清洁生产。
平衡系统中，反应釜、储罐、计量罐等设施应尽可能采用密闭式，避免有空气进入容器和废气管道，降低高浓度废气中氧气含量，如果能做到惰性化（充氮）会更好。在这一环节中，可对车间储罐类废气源产生点采取以下预防性治理措施：
车间计量罐、储罐等同类或同性质排放点，能密闭的设备全部要进行密闭。通过放空管道，组合成相对密闭的单元平衡系统，并在每个平衡主管上设被动气动呼出和吸入阀。为避免密闭系统平衡气的超压对储槽造成影响，可增加配重泄压阀或重力式呼吸阀。
引入气封系统（氮气），通过压力控制器及平衡管、被动自控阀来控制罐内压力。当罐内输出介质时，压力降低；当低于一定值后，压力控制器反馈被动吸入阀（为气动阀，主要作用是给储罐或平衡管补充氮气，下文提到的补气阀功能均相同）开启，补充氮气至设定压力后自动停止。当罐内输入介质时，压力增高，当高于一定值后，压力控制器反馈被动呼出阀开启，排出高浓VOCs气体到二级收集管道，系统压力低于特定值时自动关闭废气排气阀，及时与二级收集管道断开隔离，避免事故大面积的蔓延，同时防止收集管路负压异常时罐内超负压，损坏罐体或吸入空气。

废气的输送控制
为保证收集效果、安全生产和降低管道维护成本，一般会采用微负压输送。即在集中处理点设置总风机，直接将各车间废气抽送到集中处理装置，管道系统处于微负压状态，这样的设计可以有效地避免因管道微泄露而降低收集效果和由此产生的安全风险。
如果废气产生源数量众多且输送距离较远，则可在各废气产生源头按区域或种类设置子风机，废气总管上通过设置静压箱/管连接二次接力风机，完成管道系统的输送。通过管道上风阀和压力传感器的调控，将废气收集所涉及的大部分区域设置成微负压状态，可有效控制各废气源串气的风险。
布局正压输送管道时，不能穿越密闭的空间。
对于含尘气体输送，必要时还要安装火花探测器。

废气收集后预处理设计
不同性质的废气需采用不同方式处理，处理完毕后再并入二级收集管道，以避免管道的露点腐蚀和对后期集中处理装置产生影响。
一般含腐蚀性废气，采取就近处理方式，尽量减少到酸碱中和喷淋塔处理装置的输送管道。
高浓VOCs气体输送，也尽可能采取就近处理方式。高浓废气可以按照废气浓度的不同采取冷凝、吸收、吸附等方式进行处理，避免因长距离输送造成安全隐患和爆炸风险。
管道管路设计上应将废气引导到同一流向，避免气体回流造成串气，将造成后续各类安全、质量风险。

收集管道中的静电防控
收集管道容易发生静电积聚、发生爆炸。要避免此类现象的发生，首先要对管道管材的选型进行设计。对于普通VOCs废气或含高浓VOCs废气，可采用不锈钢等金属材质管道，对于含腐蚀性废气采用抗静电的玻璃钢管道，有效防止静电积聚。玻璃钢管的表面电阻不得大于1.0×106 Ω。
其次，需要合理设计管径，将废气输送速度控制在安全范围。一般普通VOCs废气控制在10 m/s以下，对于含高浓VOCs废气则控制在8 m/s以下。
第三，管道上各类附属装置的选材同样需要满足避免静电聚集的要求，例如风机叶轮和壳体材质也必须为可传导静电的不锈钢或抗静电玻璃钢材质。
最后，整体收集管路需要每年至少开展一次静电检测并做好检测记录。防静电接地电阻一般要求小于等于100 Ω。

废气收集管道施工细节
废气收集管道系统设计区域范围大且废气成分复杂，系统一旦投用，要想进行改造将面临较大的动火作业风险，管道清洗置换工作量大，施工危险程度增加。为此，在设计时要考虑一些预留性施工。例如：
在各车间排放口设置预留口，在废气进管路前设置切断用阀门等。
为防止各废气相互串联，进入总管排放口应有一定间距设置，并对接入废气系统的废气种类、排放参数、禁忌物等进行确认，以防止误接。
对于一些处于防雷区的收集管道，应要求单独设立防雷设施，独立的防雷保护接地电阻应小于等于10 Ω。

保障管路通畅
废气进入管道系统，由于温度和压力的变化，难免会存在冷凝甚至产生结晶的现象，特别是经过水洗喷淋处理后的废气含有大量饱和水蒸气。为此，排液和保温系统的设计尤其重要，否则可能会引起积液、影响废气输送，低温时还会导致一些物料结晶、冰冻，堵塞而损坏管路。
排液系统包括管道倾斜度、排液口、汇集节点等，排液口要设置在管道低位，长距离输送时根据现场管路走向情况，合理设置积液汇集器，及时引出积液。排液应进行记录，包括排液口编号、液体接收量、排液日期等信息。
对于需加热管道采用夹套管、换热器及伴热保温等方式保证输送畅通，避免堵塞。

安全设施配备要求
为保证收集管道系统的安全稳定运行，还需要配套各类安全设施和检测仪器。管道系统上可设置泄爆片、重力式泄爆阀、阻火器、氧含量检测仪、LEL浓度检测仪等。
泄爆片、重力式泄爆阀一般可安装在风机或阻火器附近，泄爆压力的选择要高于废气管线正常压力。阻火器一般安装在各风机进口、出口，同时根据保护目标需要，可在废气支管与总管汇总前安装阻火器，以保护废气支管端的废气车间。根据车间防爆要求和废气的特殊性可设置液封装置来进行隔爆阻火。
工作中需要对管道进行日常巡查，主要通过对管道跑、冒、滴、漏的巡查及时发现漏点；同时可定期采用氮气进行气密性试验，并保留气密性试验的记录。
为了实现对管道系统运行状况的监控，实现安全风险的在线监控，还需要安装压力检测、温度检测、流速检测仪器等，并将上述重要参数集中到统一监控中心进行集中监控，当压力、温度、流速超过设定值时启动报警系统，并对各异常信息按事故/事件进行原因分析和调查处理，防止其再次发生。

应急系统配置
因为废气输送系统的火灾爆炸风险较大，故需要设置应急系统。可在废气总管上安装蒸汽或喷淋水灭火装置，即当管道内温度超过设定安全值，发生火灾或爆炸的风险时，立即启动应急装置，将蒸汽或喷淋水通入管道内进行灭火。为保护各生产车间安全，防止废气总管系统起火对各车间的影响，在各车间进入废气总管前，设置温度报警装置，当温度超过设定值，则切断与总管系统的阀门，将废气排到紧急放空管。

结语
对于收集系统的设计，首先要明确治理项目的设计内容和范围，再者要从生产工艺、污染物成因种类和理化性质、位置分布和数量、排放量和排放强度速率、排放规律等多方面综合考虑，制定合理的收集路线及处理方式的设计理念。建立高效、安全、科学的VOCs废气收集系统，是治理VOCs废气的关键。