脫硫廢液制酸裝置電除霧器著火事故分析

李慶生，陳 淼，李俊玲

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南 250000）

某焦化廠脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置采用富氧燃燒+二轉(zhuǎn)二吸工藝將焦化HPF脫硫單元產(chǎn)生的含硫廢料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品硫酸，凈化工序設(shè)置了1臺電除霧器，除去焚燒爐出口煙氣中的酸霧。電除霧器在國內(nèi)的工業(yè)運(yùn)用中，曾經(jīng)出現(xiàn)由于焚燒工序燃燒不充分使過量的一氧化碳進(jìn)入到電除霧器內(nèi)部遇到火花爆炸、凈化工序阻力增加、電除霧器在高壓下爆炸等情況[1-2]，目前新型導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器進(jìn)行了大量的改進(jìn)，非以上原因出現(xiàn)的事故非常少見。

筆者對某焦化企業(yè)脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置的導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器著火事故進(jìn)行了原因分析，對目前在建及在運(yùn)行制酸企業(yè)具有較好的借鑒意義。

1 電除霧器的工作原理

電除霧器是凈化工序除去酸霧的關(guān)鍵設(shè)備，通過整流控制裝置和直流高壓發(fā)生裝置，將交流電變成直流電送至除霧裝置中[3]。在陰極線（陰極）和酸霧捕集板（陽極）之間形成強(qiáng)大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的電子和正、負(fù)離子。按照同性相斥異性相吸的原理，荷電后的塵、霧顆粒向極性相反的電極移動，正離子向陰極線移動，而電子和負(fù)離子則移向酸霧捕集板。分散在氣體中的塵、霧與帶電離子相碰而荷電，在電場的作用下，帶電的酸霧顆粒移向沉淀極內(nèi)壁，靠自重順壁而下，使氣體得到凈化。導(dǎo)電型玻璃鋼電除霧器的六角形管呈蜂窩狀排列，結(jié)構(gòu)緊湊，大部分管壁都是相鄰兩管共用的，具有占地面積小、制作安裝便利、二次電流和二次電壓高、耐腐蝕性能好及除霧效率高等優(yōu)點(diǎn)，對冶煉和脫硫廢液制酸的煙氣流量、SO2濃度波動的適應(yīng)性較強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用市場。

2 電除霧器著火事故概況

某焦化企業(yè)脫硫廢液及硫泡沫制酸裝置在經(jīng)歷了近1個月的停產(chǎn)檢修后，于2018年6 月19日焚燒爐點(diǎn)火升溫，6月23日19∶30進(jìn)料，20∶00凈化工序電除霧器送高壓（二次電壓55 kV，二次電流 50 mA），約21∶07中控室發(fā)現(xiàn)進(jìn)干燥塔的過程氣溫度由 30～40 ℃迅速升高至 90～100 ℃。隨后操作工到現(xiàn)場巡檢，發(fā)現(xiàn)凈化工序電除霧器底部的側(cè)面局部已被燒紅，但此時位于設(shè)備底部與之相連的過程氣進(jìn)口的玻璃鋼管道尚未著火，隨后值班主任關(guān)閉了電除霧器至干燥塔過程氣管道上的閥門。21∶09電除霧器底部的玻璃鋼管道著火燃燒，現(xiàn)場開始出現(xiàn)明火，值班主任隨即組織停機(jī)操作并通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。21∶17公司開始組織人員滅火，21∶27明火被撲滅。事后由監(jiān)控視頻記錄發(fā)現(xiàn)，在21∶07電除霧器內(nèi)曾有幾次較大弧光經(jīng)電除霧器頂部出口的玻璃鋼管道進(jìn)入到電除霧器下部。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，洗滌塔至凈化工序電除霧器底部進(jìn)口的DN600、長約 3 m的玻璃鋼材質(zhì)過程氣管道除洗滌塔出口和電除霧器底進(jìn)口各一段短管殘留外，其余全部被燒毀。損毀的電除霧器過程氣入口管道見圖1。

打開電除霧器人孔發(fā)現(xiàn)：①頂部的清洗噴灑管燒毀碳化；②靠近過程氣進(jìn)口側(cè)第一排酸霧捕集板內(nèi)鋸齒狀電暈極線外部的包鉛全部燒毀，只剩中間鋼線；后面幾排電暈極線燒損較輕，除第二排個別電暈極線外部的包鉛全被燒毀外，其余電暈極線全部完好；③由阻燃耐腐蝕材料制作的進(jìn)口氣體分布板、鉛錘表面絕緣板、電暈極底部垂線控制板等內(nèi)部配件全部燒毀碳化；④電除霧器底部兩側(cè)局部區(qū)域碳化損壞，過程氣進(jìn)口側(cè)的表面局部區(qū)域燒損，露出纖維。

圖1 燒毀的電除霧器過程氣入口管道

3 事故原因分析

根據(jù)燃燒機(jī)理，物質(zhì)燃燒需要同時具備3個要素：可燃物、助燃物和著火源。此次事故中，可燃物可能為煤氣和硫磺粉，助燃物為過程氣里面的氧氣。筆者根據(jù)工藝運(yùn)行曲線及DCS曲線對事故原因進(jìn)行了分析。

3.1 可燃物分析

1）經(jīng)分析，工藝氣中不含煤氣。2018年6月23日開工前，該企業(yè)更換了安裝于焚燒爐后面含氧分析儀的檢測探頭。在事故發(fā)生前后，均采用標(biāo)準(zhǔn)氣體對檢測探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，確認(rèn)儀表功能正常。根據(jù)監(jiān)控視頻顯示的著火時間查看中控?cái)?shù)據(jù)可知：著火事故發(fā)生時，焚燒爐出口工藝氣中φ(O2)為 14.35%，遠(yuǎn)高于正常操作值 4.5%～5.0%；焚燒爐內(nèi)的前、中、后3個區(qū)域操作溫度分別為 979，815和794 ℃，低于正常操作溫度 1 100～1 150 ℃。由此推斷，焚燒爐內(nèi)沒有發(fā)生缺氧燃燒，經(jīng)焚燒爐燃燒后的工藝氣中不應(yīng)含有煤氣。因此，可排除進(jìn)入凈化工序電除霧器的可燃介質(zhì)中含有煤氣。

2）積存在設(shè)備及管道內(nèi)的硫磺粉被引燃。自2018年3月以來，由于富氧機(jī)組程控閥損壞次數(shù)較多、送入焚燒爐的硫漿負(fù)荷變化頻繁，以及安裝于余熱鍋爐后的含氧分析儀發(fā)生故障等原因，進(jìn)入焚燒爐的富氧空氣及煤氣流量波動較大。當(dāng)富氧空氣及煤氣流量配比調(diào)整不及時時，原料硫漿在焚燒爐內(nèi)不能完全燃燒，導(dǎo)致大量硫磺及含硫鹽類后移，被過程氣帶入后續(xù)系統(tǒng)，積存在設(shè)備及管道內(nèi)。該企業(yè)在每次制酸裝置停產(chǎn)檢修時，都對電除霧器內(nèi)積存的硫磺進(jìn)行了清除，但未清除電除霧器之前過程氣橫管管道內(nèi)積存的硫磺。2018年5月20日至6月14日，檢修人員打開凈化工序電除霧器的人孔，對電除霧器內(nèi)部損毀的部件進(jìn)行檢修、更換。檢修期間環(huán)境溫度較高，管道內(nèi)積存的硫磺被干燥成為硫磺粉。在裝置檢修結(jié)束重新開工后，隨著工藝氣體流量的增大及波動，硫磺粉塵可在某個瞬間被氣流吹起，隨工藝氣從電除霧器底部進(jìn)入內(nèi)部，當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍并在電場內(nèi)遭遇火花時，硫磺粉瞬間被引燃，進(jìn)而引發(fā)管道內(nèi)的硫磺著火。

3.2 引火源分析

著火事故的發(fā)生除了具有可燃物和助燃物，還應(yīng)具備引火源。電除霧器在高壓電場下工作時，多種原因均會導(dǎo)致電極間出現(xiàn)閃絡(luò)放電，產(chǎn)生電火花或造成局部高溫，例如：①進(jìn)入電除霧器的氣體流量瞬間增大，電暈線在酸霧捕集板內(nèi)位置發(fā)生偏移；②電極上附著較多異物（如硫磺及鹽類等），若沖洗不及時或不徹底，會導(dǎo)致電極之間距離縮短、工藝氣中帶入粒徑較大或數(shù)量較多的雜質(zhì)等問題。

在正常操作情況下，電除霧器內(nèi)偶爾出現(xiàn)短時閃絡(luò)放電不可避免，但長時間連續(xù)出現(xiàn)閃絡(luò)放電則屬不正常狀態(tài)，操作中應(yīng)嚴(yán)格禁止。

4 安全措施

導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器由阻燃材料制作而成，不易燃燒，但是在高溫情況下會發(fā)生碳化。當(dāng)生產(chǎn)操作控制不佳時，焚燒爐內(nèi)沒有充分燃燒的含硫原料會生成一氧化碳，或?qū)е麓罅苛蚧羌昂螓}類后移積存在設(shè)備和管道中，遇上熱源可能會發(fā)生事故。因此，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)采取相應(yīng)措施確保過程氣氧含量合格，保障焚燒爐的充分燃燒，不存在一氧化碳?xì)怏w和升華硫。筆者從工藝控制、設(shè)備管理和生產(chǎn)操作等方面提出以下建議：

1）制酸裝置操作負(fù)荷需按設(shè)計(jì)負(fù)荷確定。當(dāng)操作負(fù)荷低于50%會產(chǎn)生以下問題：①導(dǎo)致余熱鍋爐出口的過程氣溫度過低，爐管容易堵塞；②凈化工序動力波洗滌設(shè)備除塵效率降低，電除霧器及干燥塔的操作條件惡化；③轉(zhuǎn)化工序熱量不平衡，需開啟多組電加熱器加熱過程氣，導(dǎo)致電耗高、硫酸產(chǎn)量低等一系列問題。

該企業(yè)曾有一段時間焚燒爐原料負(fù)荷不到設(shè)計(jì)負(fù)荷的 30%，系統(tǒng)發(fā)生了一系列問題，應(yīng)引起制酸從業(yè)人員足夠重視。

2）確保送入焚燒爐的硫磺和含硫副鹽能夠充分燃燒分解。嚴(yán)格控制焚燒爐內(nèi)的操作溫度在1 100～1 150 ℃，設(shè)置下限報(bào)警值1 050 ℃、上限報(bào)警值1 200 ℃。另外，溫度低于1 050 ℃時要有聲光報(bào)警，并及時調(diào)整焚燒爐煤氣量。

3）確保含硫原料在焚燒爐內(nèi)過氧燃燒。根據(jù)原料負(fù)荷及爐膛操作溫度的變化，及時調(diào)整送入爐內(nèi)的富氧空氣量，保證焚燒爐出口的過程氣中φ(O2)為4.5%～5.0%，下限報(bào)警值為 4.0%，上限報(bào)警值為 6.0%。

4）焚燒爐與富氧機(jī)組設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)。富氧機(jī)組是保證焚燒工序安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。焚燒爐使用富氧焚燒操作時，若富氧機(jī)組停機(jī)，焚燒爐應(yīng)聯(lián)鎖停爐；若富氧機(jī)組發(fā)現(xiàn)故障或運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)問題，焚燒工序應(yīng)停止運(yùn)行。

5）進(jìn)入焚燒爐的原料負(fù)荷及組成應(yīng)保持相對穩(wěn)定。原料負(fù)荷及組成經(jīng)常出現(xiàn)波動會導(dǎo)致正常的生產(chǎn)秩序被破壞，調(diào)整不及時則易引發(fā)生產(chǎn)事故。

6）定期對氧量分析儀進(jìn)行維護(hù)和精度校準(zhǔn)。焚燒爐后檢測過程氣的氧量分析儀是制酸工藝的關(guān)鍵儀表，出現(xiàn)問題應(yīng)及時檢修或更換，焚燒工序應(yīng)停止操作。

7）為保證電除霧器的工作效率，減少意外事故發(fā)生，對電除霧器進(jìn)行如下設(shè)置：①正常操作時，電除霧器閃絡(luò)保護(hù)聯(lián)鎖應(yīng)投入運(yùn)行；②設(shè)置二次電壓低壓報(bào)警及電除霧器內(nèi)高溫聲光報(bào)警，一旦發(fā)生短路引起二次電壓下降和電除霧器內(nèi)部溫度升高，高壓系統(tǒng)自動切斷；③將電除霧器電流電壓運(yùn)行參數(shù)引至主控室，方便崗位操作人員及時調(diào)整。

8）定期對水平橫管進(jìn)行清理，增加自動沖洗設(shè)備。在洗滌塔至電除霧器入口的水平橫管設(shè)置沖洗管道，管道增加2個DN400的人孔。在短期停車期間定期打開人孔對水平橫管進(jìn)行清理，減少升華硫粉塵進(jìn)入電除霧器，避免電除霧器發(fā)生閃絡(luò)時引發(fā)著火。該三通管與電除霧器由主控室電腦控制每天定時自動沖洗，以減少人為操作因疏忽而遺漏，還可以在出現(xiàn)異常情況時第一時間加水沖洗，防止事故擴(kuò)大。

9）減少集中清灰，采用少量多次在線清灰，避免升華硫被帶入電除霧器或轉(zhuǎn)化器內(nèi)部。

10）通過觀察凈化稀酸的顏色判斷焚燒操作是否正常。每班操作人員都應(yīng)對凈化稀酸取樣觀察。當(dāng)焚燒操作出現(xiàn)偏差時，會有少量硫磺及鹽類隨工藝氣進(jìn)入凈化稀酸內(nèi)，稀酸顏色變渾濁，此時應(yīng)及時對焚燒操作進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)焚燒出現(xiàn)誤操作時，會有大量硫磺及鹽類后移，此時制酸裝置應(yīng)立即停止運(yùn)行。在原因未查明、故障未排除、設(shè)備和管道內(nèi)沉積的硫磺未被徹底清除的情況下，制酸裝置應(yīng)禁止投入運(yùn)行。

5 結(jié)語

該焦化廠對脫硫廢液及硫泡沫廢液制酸裝置的電除霧器著火事故的原因進(jìn)行了分析，主要是由于原料硫漿在焚燒爐內(nèi)不能完全燃燒，導(dǎo)致大量硫磺及含硫鹽類后移進(jìn)入凈化工序積存在設(shè)備及管道內(nèi)，硫磺逐漸干燥成為硫磺粉，當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍并在電場內(nèi)遭遇火花時，硫磺粉被引燃進(jìn)而引發(fā)著火事故。通過改善原料燃燒效果、增加焚燒爐操作溫度監(jiān)控、設(shè)備設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警裝置、及時清理升華硫以及觀察稀酸顏色判斷焚燒操作狀況等措施，使制酸裝置的電除霧器操作條件得以保障，避免了再次發(fā)生爆炸、著火等安全事故，提高了生產(chǎn)管理能力和操作人員的技能水平，為制酸裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。