化工廢氣RTO凈化系統(tǒng)爆炸原因分析

化工企業(yè)廢氣成分復(fù)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(yán)重時(shí)會(huì)引起群體事件。目前，化工企業(yè)最常見的有機(jī)廢氣處理設(shè)施是蓄熱式焚燒爐。與傳統(tǒng)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(jī)廢氣。其原理是有機(jī)廢氣首先經(jīng)過蓄熱室預(yù)熱至750℃左右，然后進(jìn)入氧化室，有機(jī)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另一個(gè)蓄熱室熱處理，然后煙氣排出RTO系統(tǒng)。這個(gè)過程不斷循環(huán)再生，每一個(gè)蓄熱室都是在輸入廢氣與排出處理過的氣體的模式間交替轉(zhuǎn)換。切換時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整。

一、慨況

隨著環(huán)境保護(hù)和VOCs治理壓力加大，VOCs治理要求越來越高。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(yīng)用于石油化工、精細(xì)化工、汽車油漆等行業(yè)。由于蓄熱式焚燒爐適合處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣，企業(yè)通常將廠區(qū)所有有機(jī)廢氣收集起來一起處理。然而，收集到的廢氣種類繁多，復(fù)雜多樣，來源眾多。且部分蓄熱式焚燒爐設(shè)計(jì)單位缺乏安全設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致RTO投入使用后出現(xiàn)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(jī)廢氣治理過程中的一個(gè)新問題。根據(jù)多年處理化工VOC廢氣的經(jīng)驗(yàn)，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(tǒng)的管理要點(diǎn)。根據(jù)基本安全與日常相結(jié)合管理原則，提出了針對(duì)RTO制造商和使用單位的事故預(yù)防對(duì)策。

二、事故時(shí)車間生產(chǎn)情況

某化工公司的RTO凈化系統(tǒng)發(fā)生了兩次爆炸。事故中沒有造成人員傷亡，但是在聚合物多元醇車間，引風(fēng)機(jī)損壞，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備著火，一些RTO附屬設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到100多萬元。按公司說法，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），然后通過引風(fēng)機(jī)收集送RTO焚燒，這是R-RTO（旋轉(zhuǎn)蓄熱焚爐）收集廢氣和處理的詳細(xì)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(diào)查發(fā)現(xiàn)，該公司真空泵的出口溫度超過75℃，根據(jù)公式（1）~(3)所示，計(jì)算有機(jī)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(jié)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(shù)，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(jī)物的最大飽和濃度見表1。

表1不同溫度下有機(jī)物飽和濃度安全性分析

如表1所示，當(dāng)真空泵出口尾氣溫度為75℃時(shí)，每種有機(jī)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5000m3/h，2.4%的平均濃度在相應(yīng)的爆炸范圍內(nèi)?？梢姀U氣排放真空泵出口溫度過高，有機(jī)材料沸點(diǎn)低，導(dǎo)致有機(jī)廢氣濃度高。與此同時(shí)，相應(yīng)的稀釋倍數(shù)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(dá)到有機(jī)成分的相應(yīng)爆炸極限，造成爆炸事故。

2.事故的間接原因。(1)收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該公司沒有預(yù)先處理真空泵排放的高濃度有機(jī)廢氣的冷凝回收設(shè)備，在PL系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)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(yīng)增加冷凝回收設(shè)備。(2)預(yù)處理措施不到位。POP、PL1、PL2有機(jī)廢氣活性碳吸附車間不具備吸附再生系統(tǒng)，該系統(tǒng)基本上無效。最終安裝的不銹鋼高壓風(fēng)機(jī)沒有變頻系統(tǒng)，導(dǎo)致負(fù)壓高能耗高的廢氣收集系統(tǒng)，不利于有機(jī)材料的冷凝和回收利用。所使用的金屬洗滌塔具有很強(qiáng)的強(qiáng)度，無法有效的在系統(tǒng)發(fā)生爆炸等事故時(shí)抵御爆炸的影響，爆炸導(dǎo)致沖擊波沿管道再次傳至生產(chǎn)車間，從而增加了爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

四、事故預(yù)防對(duì)策

1.優(yōu)化采集系統(tǒng)。吸風(fēng)罩和風(fēng)機(jī)的選型應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化方式進(jìn)行。同時(shí)，廢氣裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行規(guī)劃，從而確保收集廢氣效率。防火收集和預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不要只注重高強(qiáng)度有助于系統(tǒng)的安全性，同時(shí)還應(yīng)在RTO爐設(shè)備本體和節(jié)點(diǎn)處廢氣收集管道處安裝防爆膜片。

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

3.安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并配置電氣控制操作室。凈化系統(tǒng)(RTO)雖然自動(dòng)化程度很高，但必須由專業(yè)人員執(zhí)行維護(hù)和管理任務(wù)。例如，有機(jī)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(tǒng)可以觸發(fā)警報(bào)并采取必要的措施來防止事故的發(fā)生。

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