化工廢氣RTO催化燃燒裝置爆炸原因分析研究

隨著精細(xì)化工行業(yè)面臨環(huán)保壓力、VOCs 整治壓力的不斷增大 ，VOCs 整治要求提高 。廢氣進(jìn)行收集、匯總后集中處理成為很多化工企業(yè)的選擇。蓄熱式廢氣焚燒爐 (Regenerative Thermal Oxidizer，簡稱RTO )作為末端控制技術(shù)在石油化工、精細(xì)化工、汽車涂裝等行業(yè)得到 了廣泛應(yīng)用，為醫(yī)藥、化工等間歇生產(chǎn)企業(yè)的有機(jī)廢氣凈化治理開啟了新的篇章。
廢氣焚燒裝置投資較高，企業(yè)一般不會(huì)配備多套焚燒裝置，而匯總后的廢氣種類多，成分復(fù)雜，產(chǎn)生源頭多，加之 RTO廠商和企業(yè)安全設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)匱乏，導(dǎo)致RTO設(shè)備在投入使用后 ，發(fā)生 了不少生產(chǎn)安全事故。如何正確選用、安全使用RTO 成為VOCs整治過程中一個(gè)新的課題。筆者根據(jù)多年的精細(xì)化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣整治工作經(jīng)驗(yàn) ，對(duì)江蘇某化工企業(yè)RTO 爆炸事件進(jìn)行事故原因分析，并由此提出了RTO焚燒系統(tǒng)收集、處理的管理要點(diǎn)，按照本質(zhì)安全和日常管理相結(jié)合的原則，提出事故預(yù)防對(duì)策，供大家借鑒。
一、事故簡介
江蘇某化工企業(yè)RTO 凈化系統(tǒng)在2015年3月8 日9 時(shí)43 分和3月27 日3 時(shí)20 分兩次發(fā)生了爆炸。事故沒有造成人員傷亡，聚合物多元醇車間引風(fēng)機(jī)損壞，現(xiàn)場(chǎng)儀表燒毀，RTO部分裝置損毀嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100余萬元。
二、事故時(shí)車間生產(chǎn)情況
該企業(yè)生產(chǎn)方式為間歇性生產(chǎn)，根據(jù)企業(yè)提供資料，事故發(fā)生時(shí)僅 POP、PL1/PL2產(chǎn)品的工藝廢氣通過DN50～DN350不等的金屬管道進(jìn)行了收集 (主要污染物為環(huán)氧 乙烷、環(huán)氧丙烷、三甲胺、異丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，廢氣收集后通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入RTO 焚燒，該RTO 為R—RTO (旋轉(zhuǎn)式蓄熱焚燒爐 )。
三、事故原因分析
3.1 事故直接原因
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，企業(yè)真空泵尾氣出口溫度達(dá)73℃ 以上，根據(jù)有機(jī)廢氣冷凝效率計(jì)算，公式見式 (1) ～ (3)。

式中：Cl為氣體的冷凝前濃度，g/m ;C2 為氣體的冷凝后濃度，g/m;M 為氣體物質(zhì)的分子量;P l為氣體在T1 時(shí)飽和蒸氣壓;P2為氣體在T2時(shí)飽和蒸氣壓;R 為常數(shù) ，為 8.314;P為大氣壓，101325 Pa;r/為冷凝效率。
在75℃時(shí)，對(duì)應(yīng)排氣中有機(jī)物最高飽和質(zhì)量濃度及爆炸范圍相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表1。

根據(jù)表1，通過理論計(jì)算，當(dāng)真空泵出口尾氣溫度為75℃時(shí)，各有機(jī)物飽和濃度均極高，如果廢氣稀釋倍數(shù)不夠極易發(fā)生安全事故?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得單套 PL 真空泵中環(huán)氧乙烷廢氣流量約120 m /h，3 套合計(jì)360 m /h ，事故發(fā)生時(shí)焚燒爐實(shí)際處理風(fēng)量不超過5000m /h ，混合氣體中有機(jī)物總濃度的對(duì)應(yīng)體積比約7.2%，即使僅接入1 套含環(huán)氧乙烷尾氣，其平均濃度2.4%也處于對(duì)應(yīng)的爆炸范圍之內(nèi)，由此可見，真空泵出口尾氣排放溫度過高，而有機(jī)物沸點(diǎn)較低，導(dǎo)致污染物排放濃度過高，同時(shí)相應(yīng)的稀釋倍數(shù)不夠，外加環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)活潑，最終導(dǎo)致接入焚燒爐 中的廢氣達(dá)到相應(yīng)爆炸極限，從而造成爆炸事故的發(fā)生。
3.2事故間接原因
1) 收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理 。調(diào)查過程發(fā)現(xiàn)對(duì)于真空泵高濃度有機(jī)廢氣，企業(yè)均未進(jìn)行冷凝回收預(yù)處理 ，且 目前企業(yè)對(duì) PL 系統(tǒng)真空泵出口尾氣所設(shè)計(jì)的收集方式極不合理 ，真空泵出口所配備的傘形罩集氣量有限，尾氣收集總管僅DN 50，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)稀釋 風(fēng)量難以保證。
2) 預(yù)處理措施不到位 。該企業(yè)PO P、PL 1、PL 2 車間對(duì)有機(jī)廢氣所采用的活性炭吸附未配備脫附再生系統(tǒng)，基無效，末端所配置的不銹鋼高壓風(fēng)機(jī)無變頻系統(tǒng) ，導(dǎo)致廢氣收集管路系統(tǒng)中負(fù)壓值過高，能耗較高且不利于有機(jī)物的冷凝回收，所采用的金屬材質(zhì)水洗塔強(qiáng)度較高，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸等意外事故時(shí)無法起到有效泄爆的效果，導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生的沖擊波沿著管道進(jìn)一步往生產(chǎn)車間傳導(dǎo)，加劇了爆炸的次生危害。
3 ) RTO爐本體存在問題。本項(xiàng)目中部分產(chǎn)品含有氯元素，所采用的設(shè)備本體為SUS304，旋轉(zhuǎn)閥材質(zhì)為SUS3 16L ，諸多案例表明，蓄熱陶瓷體由于質(zhì)量較大，支撐件通常要承受較大的應(yīng)力腐蝕，當(dāng)體系含氯時(shí)(如環(huán)氧氯丙烷)高溫焚燒處理過程中將產(chǎn)生HCl等污染物，對(duì)設(shè)備本體、RTO 爐旋轉(zhuǎn)閥易產(chǎn)生較大腐蝕，系統(tǒng)難以穩(wěn)定、有效運(yùn)行 。
其次項(xiàng)目廢氣中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有機(jī)物，上述物料在溫度較高時(shí)極易發(fā)生自聚合，導(dǎo)致RTO爐蓄熱陶瓷體在使用一段時(shí)間后設(shè)備阻力變大，同時(shí)底部有高沸點(diǎn)有機(jī)物粘附現(xiàn)象，易引起火災(zāi)等安全事故。
四、事故預(yù)防對(duì)策
RTO在正常工況下不易發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。但由于精細(xì)化工行業(yè)廢氣成份復(fù)雜多變、濃度波動(dòng)大，易造成焚燒爐運(yùn)行穩(wěn)定性較差，存在一定 的安全隱患。建議采取如下安全措施以防范RTO火災(zāi)、爆炸事故 ：
1) 優(yōu)化收集系統(tǒng)。對(duì)吸風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，同時(shí)廢氣收集管線需統(tǒng)籌規(guī)劃，形成支管一主管一處理裝置一總排口的收集處理系統(tǒng)，確保廢氣收集效果。對(duì)于易燃易爆廢氣在設(shè)計(jì)收集系統(tǒng)和預(yù)處理系統(tǒng)時(shí)，不追求過高的強(qiáng)度反而有利于系統(tǒng)安全，不過即使選用強(qiáng)度不高的設(shè)備和材料，在 RT O 爐設(shè)備本體、廢氣收集管道等節(jié)點(diǎn)仍需安裝泄爆膜片 。
2 ) 強(qiáng)化預(yù)處理措施。由于精細(xì)化工行業(yè)廢氣排放濃度有較大的波動(dòng)，因此 需對(duì)各類不同濃度的有機(jī)廢氣進(jìn)行混勻、緩沖和預(yù)處理，建議企業(yè)采用 PP 填料塔對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行預(yù)處理，由于 PP 填料塔強(qiáng)度不高，在發(fā)生事故時(shí)極易泄爆，最大 限度的保證系統(tǒng)安全。
3 ) 漸進(jìn)化科學(xué)調(diào)試。RTO 爐調(diào)試時(shí)理應(yīng)先進(jìn)行空載調(diào)試，待空載調(diào)試穩(wěn)定后再逐步接入低濃度有機(jī)廢氣，如企業(yè)污水池加蓋收集后廢氣、車間換風(fēng)廢氣等，最終再逐步接入高濃度廢氣，同時(shí)對(duì)擬接入高濃度廢氣的排放流量、排放濃度進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注峰時(shí)濃度，單一排氣點(diǎn)有機(jī)濃度宜控制在1000 ppm 以內(nèi)，最高不得超過5000 ppm 。
4) 安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置電控系統(tǒng)操作間。RTO 爐凈化處理系統(tǒng)是一項(xiàng)人機(jī)高度結(jié)合的設(shè)備，雖然其自動(dòng)化程度較高，但必須安排專人進(jìn)行維護(hù)與管理，如RTO 爐在發(fā)生爆炸前有機(jī)物濃度常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，此時(shí)系統(tǒng)若有人值守則可提前發(fā)出預(yù)警并采取必要的措施，避免事故的發(fā)生;同時(shí)對(duì)RTO各系統(tǒng)尾氣安裝TVOC濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)，為企業(yè)管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐 。
五、總論
綜上所述，在詳細(xì)調(diào)研生產(chǎn)工藝，充分了解工藝過程中有機(jī)廢氣的排放特征的基礎(chǔ)上，確保RTO 進(jìn)口有機(jī)物的濃度低于爆炸極限下限的25%，是精細(xì)化工企業(yè)安全有效使用RTO處理有機(jī)廢氣的關(guān)鍵要素。
來源：《廣州化學(xué)》