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RTO催化燃烧装置运行爆炸案例整改措施和安全优化建议

2021-08-11 14:59:18 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

一、概述

随着人们环保意识及政府层面对环保管理的加强,化工、制药装置及其罐区储运、污水处理等过程废气排放面临更大的环保压力。由于有些生产过程中产生的挥发性有机物( VOCs) 存在成分复杂、浓度相对较低、浓度不稳定等特点,传统的废气处理方法,如冷凝法、吸附法及膜分离法从技术或经济上是不可行的,而蓄热式热氧化炉技术由于处理工艺简单、成本较低而被广泛采用。 

蓄热式热氧化炉(Regenerative Thermal Oxidi- zer,简称RTO) 通常用于处理较低浓度的废气,一般废气浓度在1000~8000mg /m³,流程如图1所示。

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燃料气和空气按一定比例进入炉膛上部燃烧,维持炉膛需要的燃烧温度。较低浓度的有机废气经过转阀进入炉内,经较高温度的蓄热材料加热升温后,在炉膛顶部空间约815~850 ℃温度下燃烧,将废气中的VOCs氧化成CO2、H2O,燃烧后的高温烟气经炉内相对一侧通道的蓄热材料冷却后,经转阀排至大气。随着转阀的旋转,炉膛内的蓄热材料不断地加热和被加热,作为传热媒介,实现冷、热流体的间接换热。近年来,RTO装置在运行过程中多次出现爆炸事故。因此,该类环保装置的安全问题不容乐观。

二、案例

1.江苏某化工企业RTO装置

 江苏某化工企业RTO装置于2015年3月8日和3月27日发生两次爆炸。事故没有造成人员伤亡,但废气引风机损坏,现场仪表烧毁,RTO装置损毁严重。该企业RTO装置主要处理储罐废气,废气经压缩冷凝后再用空气稀释后燃烧处理。此次事故发生的直接原因是气体冷凝温度较高,冷凝后气相中的有机化合物含量增高,废气收集管道上稀释的配风空气不足,导致进入RTO废气的浓度达到爆炸极限。发生的间接原因是废气收集管道上未设置在线废气浓度检测仪及防爆泄压设施。 

整改措施如下: 

①在废气收集管道上安装在线废气浓度检测仪,浓度控制在1000~5000mg/m³ ; 

②在废气收集管道等节点上安装泄爆膜片。

2 山东某企业RTO装置 

2019年5月,山东某企业RTO装置在运行过程中因废气浓度突然升高引发了爆炸,事故没有造成人员伤亡,RTO炉体本身未损坏,但引风机及进炉管道全部爆裂损坏。该装置废气来源包括 储罐高浓度的罐顶废气与污水池的废气,并设有 在线废气浓度检测仪,管道直径600mm,在线废气浓度检测仪距离废气切断阀距离为38m,阀门关闭与在线废气浓度检测仪分析时间总和约3s; 引风机材质为玻璃钢。在废气进RTO炉前设有1个DN150mm爆破片,废气进RTO炉前设置了阻火器,但阻火器阻火性能未经验证合格。

事故发生的直接原因是废气浓度突然升高。从爆炸后现场的情况分析推出事故发生的间接原因: 

①废气切断阀阀板明显受到靠近炉侧的冲击压力而弯 曲,说明高浓度废气通过在线废气浓度检测仪后,虽引发停车联锁,但废气切断阀未全部关闭; 

②阻火器性能不符合要求,未能有效隔离能量,造成闪 爆事件的发生; 

③由于风机材质为玻璃钢材质,高浓度废气与高速旋转的风机叶轮摩擦产生静电,引起风机及入口管道粉碎性损坏。 

整改措施如下:

①从源头上将储罐高浓度的罐顶废气与污水池的废气分开,高浓度罐顶废气另行处理;

②将在线废气浓度检测仪距离废气切 断阀距离延长为60m,确保出现高浓度废气后废气切断阀有足够的关闭时间;

③风机材质改为不锈钢;

④爆破片增为 2 个;

⑤阻火器改为经过认证的产品。2019年9月份改造后开工,在后续引发联锁停车的情况下未发生次生事故。

3 安徽某制药厂RTO装置

2019 年 6 月 16 日安徽某制药厂RTO装置因废气中甲醇浓度突然升高导致爆炸,爆炸声前后2次,间隔时间较短,一处位于RTO炉及相邻风机,另一处位于系统前端废气收集管道。事故导致RTO右侧蓄热室钢结构、保温棉、蓄热陶瓷和RTO近端的引风机、风管严重损坏。

分析认为:

①该装置未安装实时废气浓度检测仪,不能及时检测并切断高浓度废气,造成高浓度废气在炉内蓄热材料中升温过程发生爆炸;

②该装置未安装 阻火器,不能阻断爆燃的废气回火至废气收集部分;

③废气输送管道及风机均未采用可导电材质, 废气与高速旋转的风机叶轮摩擦产生静电且静电无法导出,引发了系统前端废气的爆炸。 

整改措施如下:

①增加在线废气浓度检测仪, 并与废气切断阀、放空阀联锁;

②在RTO前端和废气收集端设置阻火器,废气管道每隔一定距离 必须设置爆破片,爆破片压力低于废气管道承受的压力,以便爆炸发生后及时泄压,减少损失;

③ 风机、风管等输气设备在防腐蚀的情况下考虑静电接地。 

三、RTO装置的安全优化建议

上述事故案例均表明这些RTO装置均存在不同程度的设计缺陷,特别是RTO装置的安全设计未能得到足够的重视。吸取以上事故教训,并结合中国石化齐鲁分公司多套RTO废气处理设 施的运行经验,提出了RTO装置需考虑的以下安 全建议。 

1.储罐的罐顶废气不宜与污水池的废气混合处理 

当可燃性气体或液体蒸气与空气( 或氧) 在一定范围内均匀混合,遇到火源时会发生爆炸,这个浓度范围即为其爆炸极限。最大允许氧含量是指当给以足够的点燃能量能使某一浓度的可燃气体或液体蒸气刚好不发生燃烧爆炸的临界最高氧浓度,即为爆炸与不爆炸的临界点。在整个爆炸极限范围内,爆炸上下限与最大允许氧含量的最大值、最小值是一一对应的关系;其最大允许氧含量的最小值在数值上等于处于下限浓度的可燃物刚好完全反应所需要的临界氧含量。

为治理化工异味,挥发性物料储罐一般采用氮封保护,并设置呼吸阀。储罐废气组分主要是罐内VOCs 和氮气,不含氧气。而污水池废气主要是空气,还含有少量( 一定量) 的挥发性气体。当储罐排放的废气与污水池废气混合后,有可能达到VOCs 的爆炸范围和氧含量的范围要求,在一定的能量或温度下,就会发生爆炸。因此,这两类气体不宜混合处置。

2.废气管道上在线废气浓度检测仪与废气切断阀的距离 

目前,RTO装置在线废气浓度检测仪一般都设置2 个( 见图 1) ,并且在在线废气浓度检测仪后一定距离处设置废气切断阀。

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当高浓度气体经 过在线废气浓度检测仪后,废气切断阀应在高浓 度气体到达前完全关闭。即在线废气浓度检测仪到切断阀的距离应大于在线废气浓度检测响应时间和废气切断阀关闭时间总和内气体流经的管道长度。

3.新风稀释及风机控制 

为降低爆炸风险,RTO装置应增加相应的逻辑控制,即当检测到高浓度气体时,RTO 装置触发联锁停车,即废气紧急排放阀打开,废气切断阀关闭,新鲜空气阀门打开,主风机降低风量运行, 确保炉内一直进入较低浓度的气体。 

4.阻火器与爆破片问题 

阻火器是非常重要的安全附件,阻火器必须 经过安全鉴定,确定其是否符合要求,不合格的阻 火器将不能有效隔离能量的传播,而导致闪爆事件。若爆破片爆破压力和爆破面积不当,不能有效释放能量,从而造成设备爆炸损坏等事故后果。较低的爆破压力以及废气管道上多个爆破片的泄 能部位,能有效防止设备和管道损坏,减少事故的 发生。 

5.操作压力选择 

考虑到某些废气为有毒气体,为防止正压状态下气体泄漏对现场人员的人身伤害,RTO的操作压力建议采用微负压操作。同时,应根据泄漏露点的位置设置相应的有毒气体检测仪,泄漏点也应安装爆破片。 

6.储罐呼吸阀与出口废气输送管道连接采用非接触废气罩 

为减小储罐的安全运行风险,储罐呼吸阀与出口废气输送管道之间建议采用集气罩连接,集气罩后端带有止回阀和阻火器,可防止气体回流、回火,隔断能量的传递,在一定程度上防止事故状态下事态扩大。

7.风机材质选择

由于防腐蚀需要,有的风机叶轮材质选为非金属,容易产生静电,导致事故发生,建议选为金属材质。

四、结语

RTO废气处理工艺作为一种广泛使用的低浓度废气的环保处理工艺,在实现废气达标排放的同时,也带来了安全问题。结合 RTO 装置运行实际,做好储罐与污水池废气分类处理、在线废气浓度检测仪与废气切断阀的位置布置、新风稀释及风机控制、阻火器与爆破片的设计与选型、操作压力的选择、储罐呼吸阀后废气的收集方式、风机材质选择等方面的安全措施,才能保证RTO装置的安全运行。

来源:环保



标签:   RTO催化燃烧装置