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蓄熱式氧化爐(RTO)危害因素分析以及安全應對措施建議

 

發布日期:2020-03-21

  隨著環境保護上有機廢氣(VOC)排放要求的提高,RTO 技術在有機廢氣回收治理方麵越來越普遍,目前在石油化工、化學製藥、噴漆房、油漆和塗料生產、化學品製造行業已得到廣泛應用。RTO 技術為有機廢氣治理提供了一個行之有效的處理辦法,為化工、醫藥等間隙生產企業的有機廢氣回收治理開啟了新的篇章。但各類企業基本情況差異較大、目前 RTO 應用上的局限性、以及 RTO 廠商和企業缺乏安全方麵設計等原因,在投入生產使用後,由於各種原因已發生了不少生產安全事故,不少使用效果也沒有達到預期效果,給部分企業使用 RTO 蒙上了一層陰影。如何安全有效使用、選用 RTO 成為企業的一個課題。

  1 蓄熱式熱力焚化爐簡介

  蓄熱式熱力焚化爐(Regenerative Thermal Oxidizer)簡稱 RTO,是一種高效有機廢氣治理設備。具有熱效率高(≥95%)、運行成本低、能處理大風量低濃度廢氣等特點,濃度稍高時,還可進行二次餘熱回收。自蘭州瑞瑪天華化工機械及自動化研究設計院瑞瑪公司在本世紀初生產出第一套國產 RTO 以來,國內生產廠家在消化、吸收國外先進技術的基礎上,得到了長足進步。RTO也從最初的二室、三室,逐步發展到五室、甚至十室,可以處理有機廢氣的品種已近 200 種,改變了原來僅采用活性碳吸附的局麵。

蓄熱式熱力焚化爐

  2 企業使用情況現狀調查

  寧波石化開發區國家級石油化工園區早期入駐的企業中很大部分為化工、醫藥、樹脂等精細化工企業。近幾年為響應環保的政策,企業紛紛采用增設 RTO 以提高有機廢氣治理效果。部分使用企業基本情況如下:

  從部分企業使用情況調查來看,主要存在以下幾方麵問題:

  1) 與主體裝置同步設計的部分企業,大都使用相對平穩良好,未發生生產安全事故;部分企業主體裝置設計時未考慮使用 RTO,存在設計上安全措施不到位、自動化程度不足、實際工況與設備負荷不匹配。

  2) 企業有機廢氣的成份比較多元化、氣量不穩定。精細化工等企業間隙生產的特點,使得有機廢氣濃度和廢氣量都會有間隙性變化,一般緩衝罐容量較小,經常會導致 RTO 運行不穩定。

  3) 部分企業未充分根據自身企業實際,合理選擇設備設施。生產後實際工況與 RTO 理想狀況相差較大。

  4) 部分企業曾因設備設施不完善等原因多次發生了火災、爆炸,難以達到安全運行的基本目的。

  5) 大部分企業的能耗不能令人滿意,節能環節難以實現。如使用燃油式的企業,以一套設計 20000 m3/h(實際為 8000 m3/h)的企業為例,每月僅柴油消耗量達到 6 噸。

  3 事故原因和危害因素分析

  3.1 園區部分企業 RTO 事故原因分析

  3.1.1 某企業 RTO 排放口爆炸原因主要是有機廢氣排放濃度短時間內超高(超過了設計上限),導致燃燒室內溫度急驟上升、尾氣溫度超高,在聯鎖切斷有機廢氣進氣後從旁路直接排空,因直接排空管線與尾氣放空管為同一管線,高溫尾氣與高濃度有機廢氣直接混合,導致放空尾氣管發生爆炸,同時由於廢氣進氣管線未裝阻火器,爆炸回火導致進氣管線內著火。

  3.1.2 某企業發生火災的原因主要 RTO 運行在正壓狀態下,導致切入廢氣時,燃燒室內高溫氣體回流引起 PVC 管道(阻燃,著火溫度為 256℃左右)著火燃燒,進廢氣管線未安裝阻火器,導致火勢往上遊漫延。

  3.1.3 某企業重油儲罐著火原因生產裝置廢氣與儲罐廢氣管線匯合後進RTO,在 RTO 引風機故障情況下,生產裝置高濃度氣體倒竄進入重油儲罐,高速氣體產生靜電導致儲罐內氣體著火。

  3.2 RTO 及相關設施主要危害因素分析

  3.2.1 企業在原設計中未考慮使用 RTO 在增上 RTO 時,僅考慮 RTO 裝置本身對處理廢氣的適用性,而成套設備生產廠家僅提供RTO 本體裝置部分,對前、後附屬處理設施未進行考慮,企業又未對設備配套進行正規設計,致使情況較為複雜的企業係統運行穩定性不夠,甚至發生事故。

  3.2.2 材料選擇方麵因素因成本及腐蝕等問題,原料廢氣及放空等管線,中小企業會普遍選擇 PVC、玻璃鋼等材料。使用上述材料的企業如原料氣線未考慮防靜電設計,易使靜電積聚,在廢氣濃度超過爆炸極限時,管線內發生爆炸。

  3.2.3 儀表報警、連鎖設施不足RTO 設施生產廠家,設計工況較理想化,隻考慮本體設施工藝操作上的連鎖,附屬設施及安全設施方麵未予充分考慮。比如未在上遊廢氣出口設置濃度報警儀,無法及早知道廢氣濃度超標並及時采取措施避免爐堂溫度超高、尾氣溫度同時超高等連鎖反應。

  3.2.4 係統未設置相應的安全設施係統未設置相應的安全設施,如原料廢氣線防靜電設施、原料廢氣進 RTO 前設置阻火器等,容易導致靜電積聚導致爆炸及回火等情況發生。

  3.2.5 工藝流程設置不合理企業排放的往往不是單一的有機廢氣,除有機廢氣,經常帶有酸、堿性氣體,或者燃燒後有酸性氣體產生。未設置吸收處理裝置,會導致氣量偏大,腐蝕設備管線,縮短設備、管線使用壽命、廢氣指標不合格。

  4 安全對策措施

  企業應根據自身實際工況,包括廢氣來源、組成、濃度變化、氣量大小等,在設計時充分考慮可能產生的不利因素環節,根據實際需要增設相應附屬設施和安全設施。著重注意以下幾個方麵。

  4.1 去除不宜進入 RTO 的有機廢氣組分

  去除不宜進入 RTO 的有機廢氣組分。如采用冷凝方式回收部分高濃度有機廢氣組分;設置水噴淋裝置吸收洗滌酸、堿類氣體,保證進入 RTO有機氣體達到進氣指標要求。

  4.2 保證廢氣濃度、氣量相對穩定

  在有機廢氣進入 RTO 前,設置足夠容積的緩衝罐,增加廢氣的停留時間,較好地混合氣體濃度,並根據需要補充風量,避免高濃度、大氣量廢氣直接進入 RTO。

  4.3 根據需要在緩衝罐、主要廢氣產生部位安裝在線檢測儀器[2]

  檢測有機氣體濃度(一般 RTO20000PPm 的上限,已經超過了許多可燃氣體的爆炸下限),及時掌握廢氣濃度情況,並在廢氣進爐前設置緊急排放口(不宜與尾氣排放管線直接相連,應經活性碳吸附),以便濃度超標時直接排放。

  4.4 提高自動化控製程度

  對關鍵操作參數實時監測和進行連鎖控製,實時監測風機、閥門、燃燒器、酸堿度、廢氣濃度、爐膛和廢氣管道壓力的參數變化,並按工藝安全要求設置相應連鎖。如設置氣體濃度與新風/放空閥,有效降低有機廢氣濃度或緊急情況下放空;爐室下層床溫及排放溫度與進氣量/噴油量等實行聯鎖,調節燃燒室溫度;熱氧化室負壓與引風機的連鎖控製,使設備正常運行時熱氧化室保持微負壓狀態,確保高溫煙氣不回流;排煙溫度與進氣閥門進行連鎖控製,當排煙溫度超過一定限值後,進氣閥門主動關閉,自動打開旁通緊急排放閥,確保有機廢氣不會在煙氣分布室中著火燃燒。

  4.5 防止發生回火

  緩衝罐至 RTO 管線等位置設置回火裝置;緊急排放閥宜設置遠程獨立控製,防止在非正常情況下,氣流堵塞,影響上遊設置。

  4.6 防止靜電產生

  廢氣管線宜采用金屬材質,連接法蘭進行跨接,係統進行可靠接地,防止靜電積聚。如采用玻璃鋼、PVC 塑料等材質,應帶銅條以防靜電(進爐前管線必須為金屬管),並在產生廢氣設備出口部位設置有機氣體濃度檢測設施並設置緊急排放口。

  4.7 防止爆炸危害擴大

  廢氣管道設置防爆膜、防止管道堵塞的泄壓閥,緩衝罐上設置泄壓閥,RTO爐膛設防爆口等安全設施,采用防爆風機。

  4.8 確保有機廢氣濃度不超標

  嚴格控製進爐前廢氣濃度在其有機物的爆炸極限下限(LEL)的25%以下,否則應采用空氣強製稀釋。

  4.9 設計適合自身的流程

  設計適合自身的流程。如下圖,緩衝罐與焚燒爐宜拉開足夠距離,以保證有機廢氣濃度高時,有足夠時間保證直接排放連鎖動作。4.10 編製符合實際的《安全操作規程》等 編製符合實際的《安全操作規程》,並對員工進行培訓,熟悉開、停工及緊急狀態的操作要求。4.11 排氣管截麵積宜比進氣管截麵積大 排氣管截麵積宜比進氣管截麵積大。減少氣體流動壓力,確保出氣順暢,有效降低爐內壓力

  綜上所述,在充分考慮自身企業具體情況,對危害因素采取必要的對策措施的基礎上,精細化工、醫藥等企業使用 RTO 來處理生產過程產生的有機廢氣,是可以做到安全可靠的。但對所有類似中小企業不能一概而論,如廢氣產生量較少、廢氣濃度較高的項目,使用目前國產普通 RTO 處理,會有處理成本高、工況不穩定、風險大等一係列不利因素,企業不應盲目順應潮流,可選擇其他工藝路線,對環保、能耗、安全等因素進行綜合考量。