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一起蓄热燃烧装置(RTO)火灾爆炸事故分析

2021-09-07 13:52:01 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

引言

工业有机废气是指工业生产过程中排出的含挥发性有机物的废气。挥发性有机物英文缩写为VOCs,根据《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ 1903-2020)的定义,是指参与大气光化学反应的有机化合物,或者根据有关规定确定的有机化合物。

石化、化工、涂装、包装印刷等行业作为有机废气排放重点行业而备受关注。随着国家和地方陆续出台了更加严格的大气污染排放标准,企业在有机废气治理上不断加大投入,新增末端环境治理设施。目前常见的有机废气环境治理设施有蓄热燃烧装置(RTO)、催化燃烧装置(RCO)、直接燃烧/氧化装置(TO)、活性炭吸附装置、低温等离子装置和光氧化装置等。其中,蓄热燃烧装置可通过阀门切换和燃烧调整实现燃烧室温度控制,从而使热力燃烧更加充分,有效分解有机废气,具有热效率高和降解效率高的双重优点。但蓄热燃烧装置(RTO)前期的技术工艺选择不到位或装置的投入使用不加以专业管理和控制,往往会带来新的安全隐患。本文以一起蓄热燃烧装置(RTO)火灾爆炸事故为研究对象,系统地辨识和分析RTO 装置危险有害因素,还原事故经过,并结合分析提出相应安全对策措施。

1事故概况

某化工厂于某日下午5 时临时停产,RTO 装置按安全操作规程停机。该厂于次日上午9 时复产,RTO 装置同时开机,废气导入阀关闭,有机废气经RTO 装置旁路系统排放。RTO装置加热至800℃后,旁通系统关闭,废气导入阀开启。有机废气导入2h 后RTO 装置发生爆炸。经事故调查发现现场共有两处爆炸点,一处位于RTO 装置(装置内一蓄热室钢结构、保温棉、蓄热陶瓷破损严重,其他蓄热室和燃烧室无爆炸发生迹象),另一处位于与生产装置相连的RTO 装置前端风管。

2事故原因分析

有机废气通常具有燃爆特性(多为火灾危险类别甲、乙类),与助燃气体(空气、氧气)混合后可能处于爆炸极限范围内。此时如遇点火源(明火、电火花、静电火花、高温物体等)即可发生火灾、爆炸。

(1)可燃物分析

该厂物料平衡表可知,进入RTO装置的有机废气主要来自生产车间、罐区及装卸站、危化品仓库、危险废物仓库、污水处理站。有机废气主要成分为甲苯、乙酸乙酯、丙酮等,上述物质火灾危险类别均为甲类。根据事故分析调查原则,逐一排查事故起因。

①罐区及装卸站罐区废气采用集气罩方式收集,事故发生前未进行装卸料作业。根据DCS 系统参数记录历史查询,储罐均未出现超温超压异常,罐区收集的有机废气浓度不可能达到爆炸极限范围。②危险化学品仓库、危险废物仓库和污水处理站通常情况下,上述区域有机废气排放量较小。事故发生前厂内未发生危险化学品泄漏或危险废物泄漏情况,因此收集的有机废气浓度不可能达到爆炸极限范围。③生产装置事故发生后逐一检查生产设备设施时发现,溶剂乙酸乙酯蒸馏回收装置安全阀起跳(安全阀后放空管道接入风管),且该釜压力监测装置未与蒸汽阀联锁。RTO 装置未安装有机废气浓度检测仪,无浓度检测设施与风机、旁路等联锁。因此,可判定由于乙酸乙酯蒸馏设备内有机物挥发,导致有机废气达到爆炸极限范围。④风管有机物残液由于RTO 装置运行2h 后发生事故,可判定风管内有机物残液对本起事故无直接影响。(2) 助燃物

本起火灾爆炸事故助燃物为空气,来源可能包括:

①RTO 装置运行时助燃风机引入空气;②车间、罐区及装卸站台局部通风引入空气;③污水处理站、危险废物仓库、危险化学品仓库全面通风。

(3)点火源

①明火:RTO 装置内明火源包括两类,装置内燃烧室和天然气点火装置(当有机废气浓度较低不足以维持燃烧时,燃料供给系统会自动补入天然气)。事故后拆解发现,RTO装置燃烧室和点火器完好无损,并未发生爆炸,可排除明火为该起事故的点火源。

②静电火花:事故排查发现,该厂与RTO 装置联通的有机废气输送管道未采用金属材质,未采取防静电措施;风机叶轮未采取防静电措施。有机废气在管道内高速流通,与非金属材质管壁摩擦后,极易形成静电且静电无法导出;风机叶轮高速转动与有机废气摩擦也会产生静电。该厂有机废气处置采用压入式废气处理系统,有机废气风管和风机均位于RTO 装置前端。根据事故现场调查情况,有机废气远端管道损坏程度低,排除管道静电火花为第一起爆点。若风机为第一起爆点,风机爆炸后,不可能再有机废气混合气体输送至RTO 装置并导致装置爆炸。因此排除风机为第一起爆点。

③电火花:燃烧室内燃烧器采用电火花点火器,但燃烧室室未发生爆炸,排除电火花因素。风机为非防爆,但由于与上述“静电火花”类似原因,排除风机电火花引发事故。

④高温物体:RTO 装置内能引发事故的高温物体主要为燃烧室和蓄热器。与明火分析相同(燃烧室未发生爆炸),燃烧室作为高温物体并非事故点火源。事故后打开RTO 装置发现,蓄热室破损严重(钢结构、陶瓷填料、保温棉均发生较大破损),而另外两个蓄热室无爆炸发生迹象。因此判定RTO 装置发生损坏的蓄热室作为高温物体为本起事故的点火源。

(4)事故起因及发生过程分析结果

①该厂复产后,溶剂乙酸乙酯蒸馏回收装置安全阀因故(憋压)起跳,大量乙酸乙酯蒸气经放空管道迅速进入风管,与空气混合后,处于爆炸极限范围。

②该厂RTO 装置未安装可燃气体/有机废气浓度检测仪、未设置浓度检测设施与废气导入阀联锁系统、未设置浓度检测设施与风机联锁系统、未设置紧急旁路系统,导致处于爆炸极限范围内的混合气体进入RTO 装置。

③有机废气流进入RTO 装置蓄热室预热时,加热至燃点后发生爆炸,致使RTO 装置处于预热周期的蓄热室钢结构、蓄热填料和保温棉严重损害。

④蓄热室发生爆炸后,爆燃迅速向RTO 装置与主体生产装置之间风管传递,由于该段风管未安装任何阻火设施,回火至RTO 装置前端风管并引起风管及部分附属设施爆炸。

3安全对策防范措施

根据该起事故起因分析,从工业有机废气收集、风管风机传输、RTO 装置处置等全过程,分别对防火防爆、防静电、有机废气浓度控制、风管设计、RTO 装置设计等环节提出安全对策措施。

(1)防火防爆、防静电

①在进行RTO 装置及辅助设施总平面布置设计时,应按照GB 50058 准确划分爆炸危险区域。设置在爆炸性气体环境的装置、设备,应按爆炸等级要求选用合适的电器设备及电控装置,设备接线应符合GB 3836.15 中的有关规定。

②防火防爆:RTO 装置为明火装置,应远离易燃易爆危险区域,安全距离应符GB 50016、GB 50160 和GB 51283的有关规定。③防静电:风管可采用金属材质,并在法兰、螺纹连接处采用金属跨接。风机叶轮可采用防静电处理,涂覆含有石墨涂层的玻璃钢、碳钢或不锈钢材质。

(2)有机废气浓度

①储罐“大小呼吸”产生的有机废气、压力容器安全阀/爆破片放空管产生的有机废气浓度较高,直接接入风管易处于爆炸极限范围,应采取补风措施,设计风量将其稀释至爆炸极限下限(LEL)的25%。或采用旁路设计,引至吸收装置或火炬系统。

②在主体装置与RTO 装置之间选择合适的位置设置在线可燃气体/有机废气浓度检测仪,并与废气导入阀、风机、紧急切断阀、旁路及紧急放空阀等联锁控制。可燃气体/有机废气浓度检测仪的安装位置应根据检测仪和相关阀体动作参数,通过管道内风速计算,确定浓度检测报警装置与进口切断阀或紧急放空阀的最小距离,确保高浓度有机废气进入RTO 前进口切断阀联锁启动。仪表数量应冗余设计,必要时可将报警信号引入安全仪表系统(SIS)。

(3)风管设计

①有机废气若因洗涤塔(用于粉尘或腐蚀性气体预处理)除雾效果不佳或有机废气冷凝而在风管中形成有机物残液,残液挥发可能导致管道内有机废气浓度升高。此时风管应设置不小于0.005 的坡度,并应在最低点设置排水装置,定期排出残液。

②风管每隔一定间距应设置防爆泄压装置(如泄爆阀),泄压装置的泄压面积不应小于管道的横截面积,泄压压力应低于风管承受应力。RTO 装置前若设置洗涤塔,可选用低强度材质制作,爆炸发生时可及时泄压。

③蓄热燃烧装置(RTO)与主体装置(生产装置、储罐、仓库等)之间的管道系统中应安装阻火器或防火阀。根据有机废气性质,合理选用阻爆轰型阻火器或阻爆燃型阻火器。阻爆燃型阻火器用于阻止亚声速传播的火焰蔓延,阻爆轰型阻火器用于阻止声速和超声速传播的火焰蔓延。安装管道阻爆轰阻火器时,要注意爆轰波吸收器应朝向有可能产生爆轰的方向,否则将失去阻爆轰的作用。

(4)RTO装置设计

①对RTO装置的燃烧室和蓄热室进行设计时,应根据有机废气性质、流速、流量等参数运用CFD 等工具开展气流场和热流场模拟,确保蓄热室和燃烧室气流无死角,燃烧产生的热量和温度合理分布,减少安全隐患。

②RTO装置内应设置温度、压力实时监测和报警装置。当相关参数异常时,可采取温度、压力与新风阀、紧急放空阀联锁,开启紧急放空阀降压,部分高温废气直接从燃烧室排出至相关环保设施(喷淋塔或烟囱等),开启新风阀降温,确保RTO 装置安全运行。

③燃烧室炉膛顶部应设置防爆泄压装置,防爆泄压装置面积应符合标准要求。

④RTO 装置燃烧系统应设置火焰探测器,并定期检查。当炉膛低温熄火时,采取熄火保护措施,保证燃烧器安全。

4结论

通过对该起RTO装置火灾爆炸事故的调查分析,对可燃物、助燃物和点火源逐一排查,基本还原了事故发生经过,明确了事故直接原因。结合RTO装置处置全流程,从防火防爆、防静电、有机废气浓度、风管设计和RTO装置设计等方面提出诸多安全防范措施,为设计单位、施工单位和使用单位在RTO装置的设计、制造、安装、操作、安全管理等环节提供了科学技术支持。

来源:环保



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