化工企業(yè)廢氣處理系統(tǒng)安全事故分析

劉 瑋 李 杰

(1.南通江山農(nóng)藥化工股份有限公司，江蘇 南通 226017；2.江蘇云天環(huán)境工程有限公司，江蘇 南通 226400)

1 前言

隨著《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)(江蘇省)DB 32—3151—2016》(2017年2月1日實(shí)施)、《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)GB 37822—201》(2019年7月1日實(shí)施)以及《制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 37823—2019》、《涂料、油墨及膠黏劑工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 37824—2019》等一系列行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施，同時(shí)諸如《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《農(nóng)藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《印刷工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)處于征求意見稿的階段。這些新頒布和即將頒布的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)化工行業(yè)企業(yè)的廢氣治理提出了更高的要求。其中針對(duì)化工企業(yè)有機(jī)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)中的非甲烷總烴和臭氣濃度指標(biāo)，如《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)(江蘇省)DB 32—3151—2016》規(guī)定了80 mg/m3，臭氣濃度1 500(無量綱)的排放限值要求，以及《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見稿)》中1 000(無量綱)的排放限值要求。這些標(biāo)準(zhǔn)的排放限值均和排氣筒高度無關(guān)，且相比《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 16297—1996》中非甲烷總烴120 mg/m3的排放限值，排放指標(biāo)均有了大幅度的提升。

為此，化工企業(yè)在進(jìn)行全廠廢氣整治過程中，普遍采用了高溫氧化(如RTO)作為廢氣末端治理設(shè)施[1]，以達(dá)到有效去除廢氣中有機(jī)組分的目的。但是由于部分企業(yè)在采用RTO進(jìn)行廢氣處理時(shí)，未能理解RTO的安全設(shè)計(jì)及運(yùn)行理念，致使在設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)了較多的安全事故[2-4]。

為此，本文以某化工企業(yè)RTO運(yùn)行事故為例進(jìn)行分析，提出了化工企業(yè)全廠廢氣管道的設(shè)計(jì)以及RTO的安全設(shè)計(jì)措施，以供化工企業(yè)參考。

2 案例情況

本文參照的事故案例為江蘇某化工企業(yè)，該企業(yè)各車間廢氣收集后匯集于全廠廢氣總管，經(jīng)二級(jí)堿液洗滌塔處理，去蓄熱焚燒爐(RTO)進(jìn)行處理后排放。企業(yè)廢氣總管采用玻璃鋼材質(zhì)，但接入廢氣總管的支管道比較雜亂，未按照每個(gè)車間一根總管進(jìn)行匯總。

某天生產(chǎn)過程中，廢氣處理設(shè)施出現(xiàn)閃爆，導(dǎo)致RTO旁路風(fēng)機(jī)出口軟連接及二級(jí)堿洗塔內(nèi)部連接管道爆裂。事故未出現(xiàn)人員傷亡，但企業(yè)因此停產(chǎn)整頓。

3 事故原因分析

通過分析事故情形，不難得出事故的原因，即廢氣濃度過高，超過了爆炸極限，同時(shí)有引火源和氧化劑，導(dǎo)致了閃爆出現(xiàn)。

再分析企業(yè)廢氣設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)情況，可以得出企業(yè)在廢氣收集上出現(xiàn)了以下一些問題：

(1)廢氣收集管道采用玻璃鋼材質(zhì)，無法有效導(dǎo)出靜電；

(2)車間接入廢氣總管情況雜亂，存在部分廢氣管道直接從真空泵、活性炭吸附脫附裝置出口直接接入總管的情況；

(3)廢氣總管上未安裝濃度監(jiān)控儀表，RTO系統(tǒng)雖設(shè)置了安全泄放，但并未與廢氣濃度進(jìn)行聯(lián)鎖。

4 安全改造措施

針對(duì)以上問題，本文提出該化工企業(yè)應(yīng)在廢氣收集處理、RTO安全聯(lián)鎖上進(jìn)行改進(jìn)，主要依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 50016—2014(2018年版)》、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)(2018年版)GB 50160—2008》、《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)GB 51283—2020》、《蓄熱燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范HJ 1093—2020》等相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采取如下安全措施以防范安全事故：

首先，化工企業(yè)應(yīng)盡量控制每一個(gè)車間排放的廢氣濃度，做到有組織與無組織廢氣合理分配。生產(chǎn)車間內(nèi)因使用真空進(jìn)行減壓蒸餾、輸送含有機(jī)溶劑物料而產(chǎn)生的真空泵尾氣嚴(yán)禁直接接入廢氣總管。

其次，由車間生產(chǎn)過程較長(zhǎng)，廢氣排放濃度波動(dòng)較大，車間有機(jī)廢氣應(yīng)設(shè)置緩沖裝置(洗滌塔)對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到以下目的：(1)去除廢氣中腐蝕性污染物；(2)去除廢氣中顆粒物和粘性污染物；(3)吸收部分有機(jī)物，減輕高濃度廢氣對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的沖擊。

第三，輸送含有易燃易爆成分的有機(jī)廢氣的管道宜采用金屬材質(zhì)，并做好靜電跨接與接地，防止靜電產(chǎn)生。管道內(nèi)廢氣流速控制在10～15 m/s范圍內(nèi)，防止廢氣流速過高產(chǎn)生靜電。

根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50160—2008)、《大氣污染治理工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 2000—2010)等規(guī)范要求，應(yīng)在廢氣收集管道的必要位置設(shè)置泄壓裝置，如泄爆片。

第四，全廠有機(jī)廢氣進(jìn)入RTO等處理設(shè)施前，宜設(shè)置吸收裝置(PP填料塔)對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行預(yù)處理。閃爆事故情形下，填料塔可作為局部薄弱點(diǎn)進(jìn)行壓力泄爆，減少對(duì)焚燒爐體的沖擊。

第五，增加廢氣管道上濃度檢測(cè)儀表的設(shè)置。對(duì)于化工企業(yè)來說，生產(chǎn)中多使用諸如甲苯、二氯甲烷、甲醇等易揮發(fā)有機(jī)溶劑，如果廢氣收集系統(tǒng)未經(jīng)過專業(yè)設(shè)計(jì)，容易導(dǎo)致車間內(nèi)有組織廢氣管道內(nèi)廢氣濃度過高，進(jìn)入RTO系統(tǒng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

化工企業(yè)應(yīng)設(shè)置廢氣濃度檢測(cè)儀器，以監(jiān)測(cè)廢氣管道中的廢氣濃度。廢氣濃度檢測(cè)可在各車間廢氣總管和全廠廢氣總管上進(jìn)行安裝，具體如下：

(1)如果某車間使用了大量易揮發(fā)的有機(jī)溶劑，為了保證裝置廢氣出口濃度在安全范圍內(nèi)(比如在爆炸下限的25%以下)，建議企業(yè)在車間廢氣出口管道加裝廢氣濃度檢測(cè)，可采用IR(紅外分析)，并增加聯(lián)鎖切斷設(shè)施，在廢氣濃度過高時(shí)阻止裝置廢氣進(jìn)入廢氣總管。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可參照?qǐng)D1。

圖1 車間廢氣出口LEL設(shè)置示意圖

(2)根據(jù)《蓄熱燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范HJ 1093—2020》，進(jìn)入RTO的廢氣濃度應(yīng)低于爆炸下限的25%。因此，RTO系統(tǒng)管道前應(yīng)設(shè)置LEL檢測(cè)系統(tǒng)。

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，RTO前LEL檢測(cè)設(shè)備一般選擇FID(氫離子火焰)或FTA(火焰溫度分析)型。其中FID型儀器對(duì)碳?xì)浠衔镙^為靈敏，對(duì)CO/CS2/NH3/H2等可燃物基本不響應(yīng)，而FTA型儀器靈敏度最高，應(yīng)用范圍最廣，但價(jià)格也較貴。企業(yè)可根據(jù)自身情況選擇合適的儀器類型。

RTO前LEL的設(shè)置一般有兩種設(shè)計(jì)方案，見圖2和圖3：

圖2 RTO系統(tǒng)前LEL設(shè)置方案1

圖3 RTO系統(tǒng)前LEL設(shè)置方案2

以上兩種方案均能有效保護(hù)RTO系統(tǒng)的運(yùn)行安全，區(qū)別在于第二種方案對(duì)全廠廢氣管道的距離有一定的要求。各企業(yè)可根據(jù)廠內(nèi)實(shí)際情況選擇合適的方案。

4 結(jié)論

綜上所述，化工企業(yè)在處理廠內(nèi)有機(jī)廢氣時(shí)，應(yīng)注重安全防范措施的設(shè)計(jì)。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注廢氣管道除靜電措施、廢氣濃度監(jiān)控措施，應(yīng)注重全廠廢氣的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。