蓄熱式氧化爐（RTO）危害因素分析

近年來，隨著環(huán)境保護(hù)上有機(jī)廢氣(VOC)排放要求的提高，RTO 技術(shù)在有機(jī)廢氣回收治理方面越來越普遍，目前在石油化工、化學(xué)制藥、噴漆房、油漆和涂料生產(chǎn)、化學(xué)品制造行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。RTO 技術(shù)為有機(jī)廢氣治理提供了一個(gè)行之有效的處理辦法，為化工、醫(yī)藥等間隙生產(chǎn)企業(yè)的有機(jī)廢氣回收治理開啟了新的篇章。但各類企業(yè)基本情況差異較大、目前 RTO 應(yīng)用上的局限性、以及 RTO 廠商和企業(yè)缺乏安全方面設(shè)計(jì)等原因，在投入生產(chǎn)使用后，由于各種原因已發(fā)生了不少生產(chǎn)安全事故，不少使用效果也沒有達(dá)到預(yù)期效果，給部分企業(yè)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(yè)的一個(gè)課題。

1 蓄熱式熱力焚化爐簡(jiǎn)介

蓄熱式熱力焚化爐(Regenerative Thermal Oxidizer)簡(jiǎn)稱 RTO，是一種高效有機(jī)廢氣治理設(shè)備。具有熱效率高(≥95%)、運(yùn)行成本低、能處理大風(fēng)量低濃度廢氣等特點(diǎn)，濃度稍高時(shí)，還可進(jìn)行二次余熱回收。自蘭州瑞瑪天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院瑞瑪公司在本世紀(jì)初生產(chǎn)出第一套國(guó)產(chǎn) RTO 以來，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。RTO也從最初的二室、三室，逐步發(fā)展到五室、甚至十室，可以處理有機(jī)廢氣的品種已近 200 種，改變了原來僅采用活性碳吸附的局面。

2 企業(yè)使用情況現(xiàn)狀調(diào)查

寧波石化開發(fā)區(qū)國(guó)家級(jí)石油化工園區(qū)早期入駐的企業(yè)中很大部分為化工、醫(yī)藥、樹脂等精細(xì)化工企業(yè)。近幾年為響應(yīng)環(huán)保的政策，企業(yè)紛紛采用增設(shè) RTO 以提高有機(jī)廢氣治理效果。部分使用企業(yè)基本情況如下：

 

從部分企業(yè)使用情況調(diào)查來看，主要存在以下幾方面問題：

1) 與主體裝置同步設(shè)計(jì)的部分企業(yè)，大都使用相對(duì)平穩(wěn)良好，未發(fā)生生產(chǎn)安全事故;部分企業(yè)主體裝置設(shè)計(jì)時(shí)未考慮使用 RTO，存在設(shè)計(jì)上安全措施不到位、自動(dòng)化程度不足、實(shí)際工況與設(shè)備負(fù)荷不匹配。

2) 企業(yè)有機(jī)廢氣的成份比較多元化、氣量不穩(wěn)定。精細(xì)化工等企業(yè)間隙生產(chǎn)的特點(diǎn)，使得有機(jī)廢氣濃度和廢氣量都會(huì)有間隙性變化，一般緩沖罐容量較小，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致 RTO 運(yùn)行不穩(wěn)定。

3) 部分企業(yè)未充分根據(jù)自身企業(yè)實(shí)際，合理選擇設(shè)備設(shè)施。生產(chǎn)后實(shí)際工況與 RTO 理想狀況相差較大。

4) 部分企業(yè)曾因設(shè)備設(shè)施不完善等原因多次發(fā)生了火災(zāi)、爆炸，難以達(dá)到安全運(yùn)行的基本目的。

5) 大部分企業(yè)的能耗不能令人滿意，節(jié)能環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。如使用燃油式的企業(yè)，以一套設(shè)計(jì) 20000 m3/h(實(shí)際為 8000 m3/h)的企業(yè)為例，每月僅柴油消耗量達(dá)到 6 噸。

3 事故原因和危害因素分析

3.1 園區(qū)部分企業(yè) RTO 事故原因分析

3.1.1 某企業(yè) RTO 排放口爆炸原因主要是有機(jī)廢氣排放濃度短時(shí)間內(nèi)超高(超過了設(shè)計(jì)上限)，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)溫度急驟上升、尾氣溫度超高，在聯(lián)鎖切斷有機(jī)廢氣進(jìn)氣后從旁路直接排空，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(jī)廢氣直接混合，導(dǎo)致放空尾氣管發(fā)生爆炸，同時(shí)由于廢氣進(jìn)氣管線未裝阻火器，爆炸回火導(dǎo)致進(jìn)氣管線內(nèi)著火。

3.1.2 某企業(yè)發(fā)生火災(zāi)的原因主要 RTO 運(yùn)行在正壓狀態(tài)下，導(dǎo)致切入廢氣時(shí)，燃燒室內(nèi)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(jìn)廢氣管線未安裝阻火器，導(dǎo)致火勢(shì)往上游漫延。

3.1.3 某企業(yè)重油儲(chǔ)罐著火原因生產(chǎn)裝置廢氣與儲(chǔ)罐廢氣管線匯合后進(jìn)RTO，在 RTO 引風(fēng)機(jī)故障情況下，生產(chǎn)裝置高濃度氣體倒竄進(jìn)入重油儲(chǔ)罐，高速氣體產(chǎn)生靜電導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)氣體著火。

3.2 RTO 及相關(guān)設(shè)施主要危害因素分析

3.2.1 企業(yè)在原設(shè)計(jì)中未考慮使用 RTO 在增上 RTO 時(shí)，僅考慮 RTO 裝置本身對(duì)處理廢氣的適用性，而成套設(shè)備生產(chǎn)廠家僅提供RTO 本體裝置部分，對(duì)前、后附屬處理設(shè)施未進(jìn)行考慮，企業(yè)又未對(duì)設(shè)備配套進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)，致使情況較為復(fù)雜的企業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性不夠，甚至發(fā)生事故。

3.2.2 材料選擇方面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(yè)會(huì)普遍選擇 PVC、玻璃鋼等材料。使用上述材料的企業(yè)如原料氣線未考慮防靜電設(shè)計(jì)，易使靜電積聚，在廢氣濃度超過爆炸極限時(shí)，管線內(nèi)發(fā)生爆炸。

3.2.3 儀表報(bào)警、連鎖設(shè)施不足RTO 設(shè)施生產(chǎn)廠家，設(shè)計(jì)工況較理想化，只考慮本體設(shè)施工藝操作上的連鎖，附屬設(shè)施及安全設(shè)施方面未予充分考慮。比如未在上游廢氣出口設(shè)置濃度報(bào)警儀，無法及早知道廢氣濃度超標(biāo)并及時(shí)采取措施避免爐堂溫度超高、尾氣溫度同時(shí)超高等連鎖反應(yīng)。

3.2.4 系統(tǒng)未設(shè)置相應(yīng)的安全設(shè)施系統(tǒng)未設(shè)置相應(yīng)的安全設(shè)施，如原料廢氣線防靜電設(shè)施、原料廢氣進(jìn) RTO 前設(shè)置阻火器等，容易導(dǎo)致靜電積聚導(dǎo)致爆炸及回火等情況發(fā)生。

3.2.5 工藝流程設(shè)置不合理企業(yè)排放的往往不是單一的有機(jī)廢氣，除有機(jī)廢氣，經(jīng)常帶有酸、堿性氣體，或者燃燒后有酸性氣體產(chǎn)生。未設(shè)置吸收處理裝置，會(huì)導(dǎo)致氣量偏大，腐蝕設(shè)備管線，縮短設(shè)備、管線使用壽命、廢氣指標(biāo)不合格。

4 安全對(duì)策措施

企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際工況，包括廢氣來源、組成、濃度變化、氣量大小等，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮可能產(chǎn)生的不利因素環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際需要增設(shè)相應(yīng)附屬設(shè)施和安全設(shè)施。著重注意以下幾個(gè)方面。

4.1 去除不宜進(jìn)入 RTO 的有機(jī)廢氣組分

去除不宜進(jìn)入 RTO 的有機(jī)廢氣組分。如采用冷凝方式回收部分高濃度有機(jī)廢氣組分;設(shè)置水噴淋裝置吸收洗滌酸、堿類氣體，保證進(jìn)入 RTO有機(jī)氣體達(dá)到進(jìn)氣指標(biāo)要求。

4.2 保證廢氣濃度、氣量相對(duì)穩(wěn)定

在有機(jī)廢氣進(jìn)入 RTO 前，設(shè)置足夠容積的緩沖罐，增加廢氣的停留時(shí)間，較好地混合氣體濃度，并根據(jù)需要補(bǔ)充風(fēng)量，避免高濃度、大氣量廢氣直接進(jìn)入 RTO。

4.3 根據(jù)需要在緩沖罐、主要廢氣產(chǎn)生部位安裝在線檢測(cè)儀器[2]

檢測(cè)有機(jī)氣體濃度(一般 RTO20000PPm 的上限，已經(jīng)超過了許多可燃?xì)怏w的爆炸下限)，及時(shí)掌握廢氣濃度情況，并在廢氣進(jìn)爐前設(shè)置緊急排放口(不宜與尾氣排放管線直接相連，應(yīng)經(jīng)活性碳吸附)，以便濃度超標(biāo)時(shí)直接排放。

4.4 提高自動(dòng)化控制程度

對(duì)關(guān)鍵操作參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和進(jìn)行連鎖控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)、閥門、燃燒器、酸堿度、廢氣濃度、爐膛和廢氣管道壓力的參數(shù)變化，并按工藝安全要求設(shè)置相應(yīng)連鎖。如設(shè)置氣體濃度與新風(fēng)/放空閥，有效降低有機(jī)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(jìn)氣量/噴油量等實(shí)行聯(lián)鎖，調(diào)節(jié)燃燒室溫度;熱氧化室負(fù)壓與引風(fēng)機(jī)的連鎖控制，使設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)熱氧化室保持微負(fù)壓狀態(tài)，確保高溫?zé)煔獠换亓?排煙溫度與進(jìn)氣閥門進(jìn)行連鎖控制，當(dāng)排煙溫度超過一定限值后，進(jìn)氣閥門主動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)打開旁通緊急排放閥，確保有機(jī)廢氣不會(huì)在煙氣分布室中著火燃燒。

4.5 防止發(fā)生回火

緩沖罐至 RTO 管線等位置設(shè)置回火裝置;緊急排放閥宜設(shè)置遠(yuǎn)程獨(dú)立控制，防止在非正常情況下，氣流堵塞，影響上游設(shè)置。

4.6 防止靜電產(chǎn)生

廢氣管線宜采用金屬材質(zhì)，連接法蘭進(jìn)行跨接，系統(tǒng)進(jìn)行可靠接地，防止靜電積聚。如采用玻璃鋼、PVC 塑料等材質(zhì)，應(yīng)帶銅條以防靜電(進(jìn)爐前管線必須為金屬管)，并在產(chǎn)生廢氣設(shè)備出口部位設(shè)置有機(jī)氣體濃度檢測(cè)設(shè)施并設(shè)置緊急排放口。

4.7 防止爆炸危害擴(kuò)大

廢氣管道設(shè)置防爆膜、防止管道堵塞的泄壓閥，緩沖罐上設(shè)置泄壓閥，RTO爐膛設(shè)防爆口等安全設(shè)施，采用防爆風(fēng)機(jī)。

4.8 確保有機(jī)廢氣濃度不超標(biāo)

嚴(yán)格控制進(jìn)爐前廢氣濃度在其有機(jī)物的爆炸極限下限(LEL)的25%以下，否則應(yīng)采用空氣強(qiáng)制稀釋。

4.9 設(shè)計(jì)適合自身的流程

設(shè)計(jì)適合自身的流程。如下圖，緩沖罐與焚燒爐宜拉開足夠距離，以保證有機(jī)廢氣濃度高時(shí)，有足夠時(shí)間保證直接排放連鎖動(dòng)作。

4.10 編制符合實(shí)際的《安全操作規(guī)程》等?

編制符合實(shí)際的《安全操作規(guī)程》，并對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉開、停工及緊急狀態(tài)的操作要求。

4.11 排氣管截面積宜比進(jìn)氣管截面積大?

排氣管截面積宜比進(jìn)氣管截面積大。減少氣體流動(dòng)壓力，確保出氣順暢，有效降低爐內(nèi)壓力

綜上所述，在充分考慮自身企業(yè)具體情況，對(duì)危害因素采取必要的對(duì)策措施的基礎(chǔ)上，精細(xì)化工、醫(yī)藥等企業(yè)使用 RTO 來處理生產(chǎn)過程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，是可以做到安全可靠的。但對(duì)所有類似中小企業(yè)不能一概而論，如廢氣產(chǎn)生量較少、廢氣濃度較高的項(xiàng)目，使用目前國(guó)產(chǎn)普通 RTO 處理，會(huì)有處理成本高、工況不穩(wěn)定、風(fēng)險(xiǎn)大等一系列不利因素，企業(yè)不應(yīng)盲目順應(yīng)潮流，可選擇其他工藝路線，對(duì)環(huán)保、能耗、安全等因素進(jìn)行綜合考量。