焦化企業(yè)尾氣環(huán)保治理安全風(fēng)險(xiǎn)分析及管控建議

唐慶慶

(長(zhǎng)治市安全設(shè)備管理中心，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

近年來，為改善環(huán)境空氣質(zhì)量，2017年六部委聯(lián)合印發(fā)了《十三五揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》，各省、市嚴(yán)格把控重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域污染物排放，促進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。隨著煤焦化工的發(fā)展和環(huán)保要求，焦化廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的揮發(fā)性氣體，危害環(huán)境，為達(dá)到焦?fàn)t煤氣中揮發(fā)性有機(jī)物的回收和廢氣零排放的標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)在原有煤氣凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，需進(jìn)行環(huán)保設(shè)施進(jìn)一步改造，除了采取“上大關(guān)小”產(chǎn)能置換方案外，一般采用新增環(huán)保設(shè)施的措施強(qiáng)化污染物治理，比如新增焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝裝置以降低煙氣中氮氧化物、二氧化硫的排放值，對(duì)原化產(chǎn)裝置通過新增揮發(fā)性有機(jī)物廢氣回收系統(tǒng)以降低揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放。

從當(dāng)前部分化工企業(yè)新增環(huán)保設(shè)施運(yùn)行結(jié)果分析，雖然環(huán)保排放達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，但是由于企業(yè)在新增環(huán)保設(shè)施改前缺乏系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)管理，導(dǎo)致因環(huán)保尾氣治理引起的生產(chǎn)安全事故頻有發(fā)生，使得環(huán)保設(shè)施改造的“先天不足”備受關(guān)注。如連云港聚鑫生物科技“12.9”爆炸事故，企業(yè)擅自將改造后的尾氣(氮氧化物)治理系統(tǒng)與原氯化水洗尾氣處理系統(tǒng)串連成一個(gè)系統(tǒng)；山西晉茂能源科技有限公司(焦化企業(yè))“9.14”中毒事故中，操作工將酸洗塔和堿洗塔同時(shí)進(jìn)行排液過程中發(fā)生有毒氣體泄漏中毒；大名縣福泰生物科技有限公司4.1硫化氫中毒事故以及湖北鐘祥市大生化工有限公司“11.13”較大事故間接原因均存在環(huán)保設(shè)施改造風(fēng)險(xiǎn)分析不全面設(shè)計(jì)不合理的因素。

國(guó)家在環(huán)保治理改造安全方面曾提出了儲(chǔ)罐VOCs需經(jīng)安全論證合格后方可投用等相關(guān)要求，但是在環(huán)保治理改造實(shí)施過程中還沒有具體的安全風(fēng)險(xiǎn)防控措施的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和意見，如在環(huán)保治理過程中采取以下針對(duì)性的工程技術(shù)措施，將有力提升環(huán)保治理本質(zhì)安全水平。

1 焦化尾氣主要來源及成分

焦化企業(yè)尾氣主要來源于焦?fàn)t煤氣化產(chǎn)處理過程，包括冷鼓、脫硫、洗脫苯和粗苯罐區(qū)的槽、罐、塔等排放氣，成分復(fù)雜，多帶有惡臭味，主要涉及到焦?fàn)t煤氣、粗苯、煤焦油、洗油、硫化氫、氨等危險(xiǎn)化學(xué)品。其中焦?fàn)t煤氣主要成分有氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮?dú)猓直街饕煞钟斜健⒓妆健⒍妆健⑷妆胶推渌紵N。尾氣成分具體分布,如第240頁(yè)表1所示。

表1 尾氣成分統(tǒng)計(jì)表

2 常用尾氣治理思路和方法

因焦化化產(chǎn)尾氣存在成分復(fù)雜、黏度大、源頭分散、粉塵混雜、工況不穩(wěn)定導(dǎo)致濃度變化大等特點(diǎn)，因而治理難度較大，處理費(fèi)用較高。目前市場(chǎng)上常用的尾氣回收處理思路是將尾氣按照化學(xué)性質(zhì)不同負(fù)壓收集后，經(jīng)過催化氧化、冷凝吸附、洗滌法等凈化處理方法處理，或排空或?qū)艋笪矚饣厥罩凉苁綘t或焦?fàn)t配風(fēng)燃燒系統(tǒng)回收利用。具體概況流程，如圖1所示。

圖1 尾氣收集處理流程

目前企業(yè)多采用以下三種獨(dú)立或串聯(lián)的凈化方法：

1)活性炭法。如山西長(zhǎng)林環(huán)保科技公司采用的將廢氣通過集氣管道、引風(fēng)機(jī)送入活性炭吸附塔內(nèi)進(jìn)行凈化處理，達(dá)標(biāo)之后排放，對(duì)飽和的活性炭進(jìn)行燃燒處理或再生。其優(yōu)勢(shì)是適應(yīng)性強(qiáng)，可通過定期更換活性炭控制處理效率。

2)洗滌法。如山東環(huán)達(dá)環(huán)保科技有限公司、山東鴻運(yùn)工程設(shè)計(jì)有限公司等采用的將廢氣收集、加壓進(jìn)入酸、堿洗塔進(jìn)行吸收處理，將氣相轉(zhuǎn)化為液相回收，在運(yùn)行過程中要不斷的補(bǔ)充酸洗、堿洗液。其優(yōu)勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單投資低。

3)光催化氧化法。以山西清環(huán)能創(chuàng)環(huán)境科技有限公司為代表，將廢氣利用排風(fēng)設(shè)備輸入到凈化設(shè)備后，運(yùn)用高能UV紫外線光束及臭氧對(duì)廢氣進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使其降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風(fēng)管道排出室外。其優(yōu)勢(shì)是效果好、效率穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單費(fèi)用較低。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與分析

根據(jù)實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，從危險(xiǎn)源固有危險(xiǎn)性、尾氣收集、治理及對(duì)原系統(tǒng)的影響等方面具體分析了系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 化學(xué)品固有危險(xiǎn)特性

根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》(2015版)和《危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)全書》[1]，環(huán)保治理尾氣中煤氣屬于易燃?xì)怏w，類別1，加壓氣體，爆炸極限范圍為4.5%～40%；氨氣屬于易燃?xì)怏w，類別2，加壓氣體，急性毒性-吸入類別3，爆炸極限范圍為15.7%-27.4%，職業(yè)接觸限制(MAC)為30 mg/m3；粗苯屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，易燃液體，類別2，爆炸極限范圍為1.4%～7.5%，閃點(diǎn)12 ℃，高毒化學(xué)品，職業(yè)接觸限制(MAC)為6 mg/m3；可見尾氣具有易燃易爆、有毒有害、腐蝕性等危害特性。

3.2 尾氣收集系統(tǒng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

冷鼓、脫硫、硫銨裝置的設(shè)備設(shè)施頂部排放的尾氣通過管道收集，由于多涉及酸性、堿性等腐蝕性氣體以及硫化氫有毒氣體，可能對(duì)管道造成腐蝕，一旦破裂會(huì)對(duì)人員造成灼傷。

粗苯儲(chǔ)罐頂部排放的尾氣通過呼吸閥排氣口進(jìn)入負(fù)壓管道收集，若密封性能不好，可能會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入尾氣收集管道，一旦遇到摩擦、火花等點(diǎn)火源將造成管道爆炸，若儲(chǔ)罐未安裝切斷閥和阻火器，可能引起儲(chǔ)罐回火爆炸。

尾氣收集管道上未設(shè)置在線氧含量檢測(cè)分析儀，當(dāng)管道中氧含量超標(biāo)時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能形成爆炸性氣體環(huán)境，若尾氣收集支管和總管上未設(shè)置緊急切斷閥和阻火器，當(dāng)支管發(fā)生事故時(shí)可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)事故。

3.3 尾氣處理設(shè)備存在的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

若尾氣在進(jìn)入處理設(shè)備前抽氣設(shè)備設(shè)施不滿足防爆性能要求，可能導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境引起爆炸事故。

當(dāng)尾氣處理采用洗滌法時(shí)，若洗滌塔底液位控制不合理，可能導(dǎo)致跑氣現(xiàn)象發(fā)生；或者酸洗塔、堿洗塔排液作業(yè)時(shí)共用同一個(gè)廢液儲(chǔ)罐，可能導(dǎo)致硫化氫產(chǎn)生，造成人員中毒。

3.4 給原生產(chǎn)系統(tǒng)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

由于尾氣的回收往往是多個(gè)槽、罐相連，若尾氣在匯入總管前未設(shè)置緊急切斷閥，當(dāng)生產(chǎn)不穩(wěn)定引起氣相壓力不平衡，多個(gè)化學(xué)品儲(chǔ)罐間可能發(fā)生竄氣，若儲(chǔ)罐未設(shè)置補(bǔ)氮措施保持正壓，還可能將空氣吸入系統(tǒng)，儲(chǔ)罐內(nèi)形成爆炸性氣體環(huán)境，一旦某一儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，可能導(dǎo)致多罐群火災(zāi)或爆轟事故發(fā)生。

焦油、粗苯儲(chǔ)罐尾氣回收系統(tǒng)若因引風(fēng)機(jī)故障或呼吸閥結(jié)晶、凍堵失效造成粗苯揮發(fā)氣不能及時(shí)排出，可能導(dǎo)致罐體憋壓；若引風(fēng)機(jī)選型不合適，吸力過大，而儲(chǔ)罐未設(shè)置補(bǔ)氮?dú)饣蜓a(bǔ)氮不及時(shí)，可能導(dǎo)致儲(chǔ)罐被吸癟。

4 安全風(fēng)險(xiǎn)管控建議

4.1 尾氣收集系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控建議

各設(shè)備設(shè)施頂部與收集系統(tǒng)連接氣相支管以及進(jìn)入回收設(shè)施前管道總管上應(yīng)設(shè)置切斷閥和防爆轟型阻火器，一旦發(fā)生事故能迅速切斷并阻止群火災(zāi)事故發(fā)生。

尾氣收集總管上應(yīng)設(shè)計(jì)在線氧含量分析儀，控制可燃?xì)怏w中含氧量不超過2%，一旦超標(biāo)立即聯(lián)鎖切斷連通的設(shè)備設(shè)施，并緊急放空。

4.2 尾氣處理設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)管控建議

設(shè)在回收治理設(shè)施前的抽氣設(shè)備應(yīng)滿足整體防爆要求。凈化系統(tǒng)的各類洗滌塔應(yīng)設(shè)置液位檢測(cè)和報(bào)警設(shè)施，防止液封失效導(dǎo)致跑氣。

酸、堿洗滌廢液應(yīng)分別收集，防止混合，并建議在凈化處理設(shè)施周圍設(shè)置可燃有毒氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

4.3 原系統(tǒng)儲(chǔ)罐、塔、槽安全風(fēng)險(xiǎn)管控建議

涉及尾氣負(fù)壓收集系統(tǒng)的儲(chǔ)罐、槽等設(shè)施應(yīng)根據(jù)罐體承壓等級(jí)設(shè)置補(bǔ)氮措施以維持儲(chǔ)罐微正壓，防止儲(chǔ)罐出現(xiàn)負(fù)壓吸入空氣，形成爆炸性混合氣體環(huán)境。

采取了補(bǔ)氮措施的儲(chǔ)罐呼吸閥、緊急泄放閥應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力、閥門通氣量等指標(biāo)進(jìn)行合理選型和正確設(shè)定補(bǔ)氮、排放和緊急泄放壓力，并采取有效措施加強(qiáng)日常維護(hù)管理，防止物料結(jié)晶導(dǎo)致閥門堵塞，氣相連通系統(tǒng)儲(chǔ)罐需檢修時(shí)，要采取可靠的隔離措施，防止串氣；單罐檢修后切入回收系統(tǒng)前，要進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，防止形成爆炸性氣體。

5 結(jié)論

隨著焦化行業(yè)生產(chǎn)環(huán)保要求愈來愈高，環(huán)保治理改造勢(shì)在必行，但是如若對(duì)環(huán)保治理設(shè)施缺乏系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)分析論證，可能導(dǎo)致安全方面“先天不足”，本文具體辨識(shí)分析了焦化化產(chǎn)裝置區(qū)環(huán)保治理改造后存在的危險(xiǎn)、危害后果和程度，并提出了防范群火災(zāi)、增設(shè)監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施、保護(hù)儲(chǔ)罐安全等具體工程技術(shù)措施，通過防范和實(shí)施以上風(fēng)險(xiǎn)管控措施，可以有效降低事故發(fā)生概率，以達(dá)到最少損失、最低事故率和最優(yōu)的投資效益。