化工廢氣RTO凈化系統爆炸原因分析

化工企業(yè)廢氣成分復雜，通常由多組分氣體混合而成，易燃、易爆、有毒、有臭味，它容易污染環(huán)境，嚴重時(shí)會(huì )引起群體事件。目前，化工企業(yè)最常見(jiàn)的有機廢氣處理設施是蓄熱式焚燒爐。與傳統的催化燃燒爐和直接熱氧化爐相比，其熱效率較高(≥95%)，操作成本較低，可處理大風(fēng)量，低濃度的有機廢氣。其原理是有機廢氣首先經(jīng)過(guò)蓄熱室預熱至750℃左右，然后進(jìn)入氧化室，有機物分解放熱或加熱升溫到800℃左右，使廢氣中的VOCs氧化分解成CO2和H2O；氧化后的高熱氣體再通過(guò)另一個(gè)蓄熱室熱處理，然后煙氣排出RTO系統。這個(gè)過(guò)程不斷循環(huán)再生，每一個(gè)蓄熱室都是在輸入廢氣與排出處理過(guò)的氣體的模式間交替轉換。切換時(shí)間根據實(shí)際情況可以調整。

一、慨況

隨著(zhù)環(huán)境保護和VOCs治理壓力加大，VOCs治理要求越來(lái)越高。收集和集中處理廢氣已成為許多化工企業(yè)的一種選擇。作為終端控制技術(shù)，蓄熱式焚燒爐廣泛應用于石油化工、精細化工、汽車(chē)油漆等行業(yè)。由于蓄熱式焚燒爐適合處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣，企業(yè)通常將廠(chǎng)區所有有機廢氣收集起來(lái)一起處理。然而，收集到的廢氣種類(lèi)繁多，復雜多樣，來(lái)源眾多。且部分蓄熱式焚燒爐設計單位缺乏安全設計方面的經(jīng)驗，導致RTO投入使用后出現一些生產(chǎn)安全事故。正確和安全地選擇和使用RTO已成為有機廢氣治理過(guò)程中的一個(gè)新問(wèn)題。根據多年處理化工VOC廢氣的經(jīng)驗，分析了某化工企業(yè)RTO爆炸的原因。提出了RTO收集處理系統的管理要點(diǎn)。根據基本安全與日常相結合管理原則，提出了針對RTO制造商和使用單位的事故預防對策。

二、事故時(shí)車(chē)間生產(chǎn)情況

某化工公司的RTO凈化系統發(fā)生了兩次爆炸。事故中沒(méi)有造成人員傷亡，但是在聚合物多元醇車(chē)間，引風(fēng)機損壞，現場(chǎng)設備著(zhù)火，一些RTO附屬設備嚴重損壞，直接經(jīng)濟損失達到100多萬(wàn)元。按公司說(shuō)法，該公司的生產(chǎn)方法是間歇生產(chǎn)，事故發(fā)生時(shí)，僅pop和Pl1/pl2產(chǎn)品的工藝廢氣通過(guò)DN50~DN350金屬管道收集（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），然后通過(guò)引風(fēng)機收集送RTO焚燒，這是R-RTO（旋轉蓄熱焚爐）收集廢氣和處理的詳細流程，如圖1所示。

圖1廢氣收集、焚燒流程簡(jiǎn)圖

三、事故原因分析

1.事故的直接原因。調查發(fā)現，該公司真空泵的出口溫度超過(guò)75℃，根據公式（1）~(3)所示，計算有機廢氣的冷凝效率。

（1）

（2）

（3）

公式:C1為冷凝前氣體濃度，g/m3；C2是凝結氣體的濃度，g/m3；M是氣體物質(zhì)的分子質(zhì)量；P1是T1氣體的飽和蒸汽壓力；P2是T2氣體的飽和蒸汽壓力；R為常數，8.314；p表示氣壓，101325 Pa；η是冷凝效率。75℃時(shí)，爆炸場(chǎng)中有機物的最大飽和濃度見(jiàn)表1。

表1不同溫度下有機物飽和濃度安全性分析

如表1所示，當真空泵出口尾氣溫度為75℃時(shí)，每種有機物質(zhì)的飽和濃度理論上非常高。如果廢氣稀釋率不足，很容易引起安全事故。單套PL真空泵的環(huán)氧乙烷泄漏量約為120m3/h，三個(gè)真空泵的總流量為360 m3/h。事故發(fā)生時(shí)焚燒爐的實(shí)際處理風(fēng)量也不超過(guò)5000m3/h，2.4%的平均濃度在相應的爆炸范圍內?？梢?jiàn)廢氣排放真空泵出口溫度過(guò)高，有機材料沸點(diǎn)低，導致有機廢氣濃度高。與此同時(shí)，相應的稀釋倍數不夠，再加上環(huán)氧丙烷和環(huán)丙烷，氧乙烷化學(xué)性質(zhì)，最終達到有機成分的相應爆炸極限，造成爆炸事故。

2.事故的間接原因。(1)收集系統設計不合理。調查發(fā)現，該公司沒(méi)有預先處理真空泵排放的高濃度有機廢氣的冷凝回收設備，在PL系統設計中，對真空泵出口廢氣的收集方法進(jìn)行了深入的研究，是不合理的。安裝在真空泵出口DN50收集管應增加冷凝回收設備。(2)預處理措施不到位。POP、PL1、PL2有機廢氣活性碳吸附車(chē)間不具備吸附再生系統，該系統基本上無(wú)效。最終安裝的不銹鋼高壓風(fēng)機沒(méi)有變頻系統，導致負壓高能耗高的廢氣收集系統，不利于有機材料的冷凝和回收利用。所使用的金屬洗滌塔具有很強的強度，無(wú)法有效的在系統發(fā)生爆炸等事故時(shí)抵御爆炸的影響，爆炸導致沖擊波沿管道再次傳至生產(chǎn)車(chē)間，從而增加了爆炸風(fēng)險。

四、事故預防對策

1.優(yōu)化采集系統。吸風(fēng)罩和風(fēng)機的選型應以標準化方式進(jìn)行。同時(shí)，廢氣裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行規劃，從而確保收集廢氣效率。防火收集和預處理系統設計時(shí)，不要只注重高強度有助于系統的安全性，同時(shí)還應在RTO爐設備本體和節點(diǎn)處廢氣收集管道處安裝防爆膜片。

2.加強預防行動(dòng)。由于廢氣排放的變化太大，需要混勻、緩沖和預處理各種有機廢氣。建議使用PP填料塔預處理有機廢氣。PP填料塔填充塔強度低，在事故中容易泄壓，從而最大限度地提高了系統的安全性。

3.安裝在線(xiàn)監測系統并配置電氣控制操作室。凈化系統(RTO)雖然自動(dòng)化程度很高，但必須由專(zhuān)業(yè)人員執行維護和管理任務(wù)。例如，有機物質(zhì)的濃度往往在RTO爐爆炸前迅速增加。如果有人值守的系統可以觸發(fā)警報并采取必要的措施來(lái)防止事故的發(fā)生。

綜上所述，在對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行詳細研究的基礎上，正確認識生產(chǎn)過(guò)程中有機廢氣的排放特性，確保RTO引入的有機物濃度低于爆炸下限的25%，對RTO的安全有效使用具有十分重要的意義?；て髽I(yè)有機廢氣的處理關(guān)鍵。