蓄熱式熱氧化廢氣處理工藝的安全設(shè)計問題探討

孫 浩

浙江天地環(huán)保科技股份有限公司

0 前言

隨著各地揮發(fā)性有機化合物（VOCs）排放要求的提高，各個地方和企業(yè)都在不斷地加大環(huán)保投入，多數(shù)企業(yè)通過安裝末端治理設(shè)施實現(xiàn)達標排放。實用的VOCs末端治理技術(shù)眾多，主要包括吸附、燃燒（蓄熱式燃燒［RTO］、催化燃燒［RCO］、直接燃燒［TO］）、吸收、冷凝、生物處理和組合技術(shù)。VOCs廢氣成分復(fù)雜多樣，通常為多種易燃、易爆的混合有機氣體，前期的技術(shù)工藝選擇不到位、考慮不充分或廢氣處理裝置的投用管理和控制不專業(yè)，往往會帶來新的安全隱患。比如，活性炭吸附箱內(nèi)活性炭自燃以及危廢處理問題、RTO裝置爆炸問題、低溫等離子裝置電暈放電著火問題。RTO作為一種高效的有機廢氣處理技術(shù)，受到多地環(huán)保部門和企業(yè)的熱捧。RTO技術(shù)適用于中高濃度、成分復(fù)雜的有機廢氣處理，具有處理效率較高、基本無二次污染、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油化工、化學制藥、噴涂等行業(yè)。但在RTO使用過程中，因安全設(shè)計考慮不足和操作運行不當，也出現(xiàn)例如RTO失火、爆炸等安全問題。本文根據(jù)RTO項目設(shè)計經(jīng)驗及以往RTO安全事故分析，就RTO主要安全措施設(shè)計進行討論。

1 安全措施設(shè)計

有機廢氣中大部分成分具有易燃性和爆炸性，在有機廢氣治理中安全性是首先需要考慮的因素。RTO爐安全設(shè)施應(yīng)與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用。在用RTO爐時應(yīng)補充進行安全風險評估論證，對于廢氣成分復(fù)雜的，應(yīng)進行HAZOP分析并采取相應(yīng)的安全措施。RTO技術(shù)應(yīng)用上的局限性及環(huán)保企業(yè)設(shè)計水平參差不齊，在安全設(shè)計上考慮不足，造成了安全事故的發(fā)生。為了防止RTO安全事故的發(fā)生、降低事故損失，進行RTO安全設(shè)計的時候從以下幾個方面考慮。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)計資料收集

企業(yè)有機廢氣成分復(fù)雜多樣、氣量不穩(wěn)定，尤其精細化工等企業(yè)間歇性生產(chǎn)的特點，使得有機廢氣濃度和廢氣量都會有間歇性變化。因此，在技術(shù)資料搜集時，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際，充分了解企業(yè)生產(chǎn)工藝和廢氣主要來源，合理選擇設(shè)備設(shè)施。必須要了解廢氣正常、最大和最小濃度，明確工藝過程中有機廢氣的排放特點及可能存在的突發(fā)因素。

易反應(yīng)、易聚合的有機物（例如苯乙烯）不宜采用蓄熱氧化技術(shù)。

1.2 RTO裝置總圖位置選擇

目前，對于新建企業(yè)有機廢氣處理設(shè)施，在整體總圖布置上已考慮用RTO裝置布置，設(shè)備運行穩(wěn)定，未發(fā)生安全生產(chǎn)事故。但絕大部分企業(yè)屬于提高有機廢氣治理效果，如新增RTO裝置，因此在設(shè)計時，將RTO定義為明火設(shè)備，并嚴格按照GB50016-2014（2018版）、GB50160-2018復(fù)核RTO設(shè)備與企業(yè)內(nèi)部各類設(shè)施的防火距離。新增的RTO裝置可與廠內(nèi)化工工藝裝置視為聯(lián)合裝置，其設(shè)備、建筑物的防火間距應(yīng)按相鄰設(shè)備、建筑物的防火間距確定，其防火間距應(yīng)符合國標規(guī)定。如果防火間距確無法滿足國標規(guī)定，可考慮設(shè)置防火墻，或?qū)υㄖ镩T窗洞口封堵，形成不燃燒實體墻，其防火間距可小于國標規(guī)定，但不得小于15 m。

1.3 有機廢氣收集及輸送

對罐區(qū)儲罐大小呼吸有機廢氣收集，要按照防火類別分類收集，并設(shè)水封罐，以保證整個儲罐系統(tǒng)的安全。

由于有機物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會大幅降低，同時化工企業(yè)有機廢氣的突發(fā)性排放，廢氣輸送管道應(yīng)在管道拐彎處加泄爆片，在裝置界區(qū)處設(shè)置管道阻火器。廢氣輸送管道材料的選擇要考慮腐蝕、靜電、成本等因素，金屬管道應(yīng)考慮防靜電設(shè)計。

1.4 有機廢氣的前處理

對含有酸性氣體的有機廢氣，需要通過二級洗滌塔去除廢氣中酸性氣體，減少酸性氣體對RTO爐體、閥門等設(shè)備腐蝕，同時洗滌塔也起到緩沖罐作用，避免有機廢氣局部區(qū)域出現(xiàn)混合不均勻，有機物濃度偏高。RTO蓄熱體承重支架盡可能選擇316L材質(zhì)。

對于不含酸性氣體的有機廢氣，要根據(jù)原始廢氣濃度，在廢氣入爐前設(shè)置緩沖箱，并在緩沖箱上設(shè)置應(yīng)急稀釋閥。RTO爐通過設(shè)置緩沖罐、調(diào)整風量等預(yù)處理設(shè)施，就可以嚴格控制RTO爐入口有機物濃度和流速，保證相對平穩(wěn)、安全運行。

對于含塵廢氣要進行除塵，否則廢氣進入RTO爐內(nèi)，造成爐內(nèi)蓄熱體阻塞，影響換熱效率。

1.5 RTO裝置安全設(shè)施及控制連鎖設(shè)計

RTO爐是有機廢氣處理系統(tǒng)的核心設(shè)備，RTO安全性能指標的高低直接決定了系統(tǒng)的安全性的強弱，可重點關(guān)注以下幾個方面的安全設(shè)計。

1）嚴格控制進入RTO爐的有機物濃度，入口濃度必須低于爆炸下限25%，這是預(yù)防爆炸的一個最直接有效的措施。進RTO系統(tǒng)前廢氣管道上裝有廢氣濃度檢測儀，儀表的位置需考慮RTO入口氣動閥門的反應(yīng)時間。濃度監(jiān)測儀與稀釋風閥、RTO風機、應(yīng)急旁通閥、RTO入口氣動閥等儀器設(shè)備之間設(shè)置必要的控制連鎖。

2）RTO爐燃燒室設(shè)防爆口，以防止爆燃對爐體的損壞，起到瞬間泄壓作用。

3）RTO爐燃燒室設(shè)熱旁通，連鎖控制中設(shè)置超溫緊急打開熱旁通閥，防止爐內(nèi)溫度過高導(dǎo)致爆炸。

4）燃燒器的選擇。

燃燒器燃料有柴油、生產(chǎn)冷凝廢液和天然氣。當采用柴油和廢液燃料時，需設(shè)二級過濾器，以防止燃燒器噴嘴堵塞，過濾網(wǎng)可以選100目不銹鋼網(wǎng)。廢液燃燒器燒嘴安裝要設(shè)計一定的向下傾斜角度，防止燃燒后廢液中顆粒雜鹽堵塞耐火磚出火口。

5)RTO爐現(xiàn)場電氣儀表設(shè)備應(yīng)嚴格按照防爆等級設(shè)計，關(guān)鍵設(shè)備安全儀表系統(tǒng)應(yīng)不低于SIL2標準設(shè)計，閥門根據(jù)工藝要求可選擇氣動閥。

6)RTO爐應(yīng)設(shè)置PLC或DCS控制系統(tǒng)（視情況可設(shè)置安全儀表系統(tǒng)），對風機、閥門、燃燒器、爐膛和廢氣管道等設(shè)備設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控和連鎖。

7）RTO爐應(yīng)設(shè)置斷電斷氣后進氣閥、排氣閥緊急關(guān)閉，防止煙囪效應(yīng)引起蓄熱層下部溫度上升。

8）RTO爐應(yīng)設(shè)置UPS備用電源和壓縮空氣儲氣罐。

1.6 廢氣應(yīng)急旁路設(shè)置

RTO爐設(shè)計有濃度設(shè)計上限要求，為保證裝置的安全運行常設(shè)計應(yīng)急旁路，在廢氣濃度超出上限時，廢氣由應(yīng)急旁路從煙囪排出。有機廢氣濃度短時間內(nèi)超高，導(dǎo)致燃燒室溫度急劇升高，在連鎖切斷有機廢氣后從旁路直接排至煙囪，高溫尾氣與高濃度有機廢氣直接混合，導(dǎo)致有機廢氣在排空管內(nèi)有發(fā)生閃爆的可能，進而引發(fā)安全事故。

因此，在設(shè)計的時候，要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝、廢氣濃度和成分綜合考慮，是否設(shè)置應(yīng)急旁路。如設(shè)置應(yīng)急旁路，在邏輯控制上，要避免熱旁通打開后，煙囪處于高溫狀態(tài)，廢氣由煙囪排放的工況存在。對于濃度較高且含有低燃點物質(zhì)的應(yīng)急排空管道，嚴禁與高溫排空管道共用煙囪排放。設(shè)置應(yīng)急旁路時，要保證氣動旁路閥的密封性，否則會影響廢氣總排口的在線檢測指標。應(yīng)急旁路廢氣管線選材要注意防靜電。

1.7 企業(yè)生產(chǎn)管理調(diào)整

對于企業(yè)新增RTO裝置，有必要調(diào)整部分生產(chǎn)工藝，例如適當延長反應(yīng)釜排氣閥門開啟時間、減少真空泵同時開啟臺數(shù)等，避免廢氣濃度陡然升高。

在調(diào)試、RTO爐啟、停操作時，嚴格按照操作規(guī)程執(zhí)行，建立生產(chǎn)車間與RTO裝置值班人員之間的信息互通，在可預(yù)判廢氣高濃度時段出現(xiàn)時，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。

2 總結(jié)

綜上所述，本文對VOCs治理技術(shù)中RTO安全設(shè)計和應(yīng)用管理進行深入總結(jié)，為RTO設(shè)計企業(yè)和使用企業(yè)在完善設(shè)計、使用方面提出參考性意見。只要做好、做足相應(yīng)的安全預(yù)防措施工作，就能夠?qū)⑦@種技術(shù)安全、成功地應(yīng)用于廢氣處理適用領(lǐng)域。RTO技術(shù)將具有更廣泛的推廣前景。