某矿山企业检测实验楼通风及废气处理系统设计分析与讨论

某矿山企业检测实验楼通风及废气处理系统设计分析与讨论

韩丹 ,金明祯 ,张瑞霞,陈怡冰

（西北矿冶研究院，甘肃  白银  730900）

摘要：本文以某矿山企业检测实验楼为例，结合实验室的设计原则进行了通风系统与废气处理系统的设计，为类似实验室通风及实验废气处理项目提供参考与借鉴。

关键词:检测实验室；通风系统设计；试验废气处理；通风节能；

1 引言

   随着国家对教育和科研项目的重视和投入，越来越多的科研院所和企业改造或新建了高标准的实验室。本文涉及的检测实验室为化学实验室，实验室在进行实验操作时会使用大量的化学药品和试剂，反应过程中会产生有害气体，有害气体成分复杂，对环境和人身的危害不可小觑，废气处理设计显得尤为重要。

2 项目简介

本文讨论的案例为某矿山企业检测实验楼新建项目，实验楼总建筑面积为3664平方米，共四层，一四层为实验室区域，二三层为行政办公区域。

3 化学实验室废气的成分及处理方法分析

3.1化学实验室废气的成分

化学实验室排放的废气主要可以分为有机类气态污染物和无机气态污染物。本案例中化学实验室主要空气污染物来源于无机酸，如硝酸、盐酸、硫酸和消解实验样品过程中产生的气体、气体、气体、气体、烟气、溴蒸汽等，实验废气中绝大多数成分属于无机类气态污染物，具有一定的腐蚀性。

3.2化学实验室废气的处理方法

目前针对实验废气净化处理比较成熟且应用较广泛方法可分为两大类：一类是吸附净化法，也称作干法净化。一类是吸收净化法，也称作湿法净化。

干法净化属于吸附净化的范畴，该方法的优点是设备简单、吸附剂可再生，操作方便、能回收有再利用价值的组分，在处理有机类气态污染物时应用较多。缺点是长期运行费用较高，吸附剂更换不及时易造成超标排放，设备阻力大风机运行成本高。

湿法净化是采用水或者稀碱液作为吸收剂，利用喷雾装置将吸收剂雾化，来捕捉有害气体微粒，气液分离后利用风机将气体排出。可分为有泵水雾吸收法和无泵水幕式吸收法。该方法的优点是一次性投资适宜，安装方便，净化效率高。工程实际中采用5%的NaOH作为吸收剂时净化效率可达到80%-95%左右。缺点是系统维护较干法净化复杂。

经过对比分析，本案例中选择采用湿法净化有害废气。

4通风系统设计

4.1通风方式

化学实验室的实验操作一般是在试验台上或者通风柜中进行试验反应，有害物产生的地点比较集中，可以直接捕集经净化处理排至室外。因此化学实验室的通风方式多采用局部排风系统，按照《检验检测实验室设计与建设技术要求》GB/T32146.1-2015中要求，实验室连续使用的排风系统应考虑设置送风系统，送风量一般设计为排风量的70%左右，这样可以使实验室保持一定的负压，防止有害气体外泄。

4.2局部排风设备的选择

    化学实验室使用较多的局部排风设备是通风柜，对于一些不方便在通风柜内操作或是污染物散发量较小可在实验台上操作的实验反应采用万向排气罩、原子吸收罩和排气罩。

通风柜作为化学实验室最常应用的局部排风设备主要有以下几种形式：条缝式通风柜、旁通式通风柜、补风型通风柜。经过对比分析，本案例中选择使用补风型通风柜。由于气体具有腐蚀性，通风柜的材质选择为PP材质，外形尺寸为24009502350mm和18009502350mm两种规格。

4.3实验室排风量及补风量的确定

实验室排风量按照通风柜和排气罩的具体尺寸计算确定。以实验室使用最多的通风柜类型为例：通风柜长度为2.4米（两个1.2米柜合并），工作孔进风调节板全开高度为90cm（实际操作中操作孔进风调节板开启高度按照45cm考虑），通风柜排风量计算见下式：

式中，-通风柜计算排风量,/s；

-柜内污染气体发生量,/s；按建设单位技术人员提供数值取0.2；

V-操作孔上控制风速，m/s；按照污染物性质，有毒或有危险的污染物控制风速取0.5；

F-操作孔面积，；

-安全系数,1.1-1.2；从技术经济考虑取1.1。

计算可得，一台2.4米通风柜排风量为0.794/s，即2858.4/h。同理可计算出其他类型通风柜的排风量。补风量按照排风量70%计算，为2000.9/h。

4.4通风管道的设计

由于该项目外排废气具有刺激性和腐蚀性，通风管道的材质应选择耐腐蚀和耐高温的材质，经过对比选用了质量轻、耐腐蚀、耐磨、耐一定高温的白色聚丙烯（PP）材质管材。

风管截面尺寸由计算确定。综合考虑通风管道支管风速取6m/s，干管风速取10m/s。以上述2.4米宽通风柜为例：

单台通风柜的排风管截面积为：2858.4，风管规格可选择∅400mm，同理可计算出其他管段风管的规格尺寸。

4.5湿法净化装置的选择

该案例选择喷淋填料塔，塔径的选择上以单间实验室（安装4台2.4米通风柜）排风系统为例：

式中，-喷淋塔塔径,mm；

-处理风量（计算排风量）,/h；

-操作气速，m/s；按照泛点气速50%-85%选用，取1.5；

计算可得，单间实验室排风系统喷淋填料塔塔径为1600mm。按照产品样本选取填料塔，填料塔处理风量13000

/h，外形尺寸∅1600mmH5000mm，塔体采用聚丙烯板材制作，塔体加厚，填料层下部设气流分布装置，喷淋系统上布设除水装置。

4.6吸收剂的用量设计

本案例中湿法净化系统吸收剂采用5%氢氧化钠稀溶液，吸收剂设计流量按下式计算：

式中，-吸收剂流量/h；

-处理风量（计算排风量）,/h；

m-液气比；液气比太低，达不到吸收效果，会导致净化效率变低，排放浓度超标；液气比太高，会导致净烟气含水量增加，增大后续设备的腐蚀，综合考虑取2.5；

以单间实验室（安装4台2.4米宽通风柜）排风系统为例，总设计排风量11433.6/h，计算可得吸收剂用量为11433.62.5/1000=28.6/h。

4.7风机的选型设计

风机风量的确定：以单间实验室（安装4台2.4米宽通风柜）为例，系统设计排风量11433.6/h，考虑管道漏风率取15%，风机的计算风量为/h。

风机的全压的确定：单间实验室的排风系统管路损失约为250Pa，取管网损失附加率15%，喷淋填料塔压力损失650Pa，风压富裕系数1.1。计算可得风机的全压Pa。同理可计算出补风风机的风量及全压。排风风机选用耐腐蚀的玻璃钢材质的离心风机。补风风机选用柜式后倾离心风机。

5 结语

根据检测实验室排放有害废气的成分分析，设计了该化学实验室通风及废气处理系统，对无机废气采用喷淋填料塔净化装置，能满足实验室废气排放标准。

参考文献

[1]蒋维.钟兆平.张蕾化学实验室治理现状与方法[J]资源环境与工程，2006,20（5）.