rto廢氣設備，化工廢氣RTO凈化系統爆炸原因分析研究

摘 要：隨著精細化工行業(yè) VOCs 整治要求的不斷提高，蓄熱式廢氣焚燒爐 (RTO ) 在醫(yī)藥、化工等間歇生產企業(yè)有機廢氣處理中得到了更為廣泛的應用，但精細化工行業(yè)廢氣成份復雜多變、濃度波動大，個別企業(yè)廢氣收集系統、預處理系統、RTO 爐設計不當，導致 RTO 生產安全事故時有發(fā)生。通過分析一起RTO爆炸事故的產生原因，總結RTO 焚燒系統收集、處理的管理要點，按照本質安全和日常管理相結合的原則，提出了四條事故防范措施，供廣大RTO 生產廠家及使用單位借鑒。

隨著精細化工行業(yè)面臨環(huán)保壓力、VOCs 整治壓力的不斷增大 ，VOCs 整治要求提高 。廢氣進行收集、匯總后集中處理成為很多化工企業(yè)的選擇。蓄熱式廢氣焚燒爐 (Regenerative Thermal Oxidizer，簡稱RTO )作為末端控制技術在石油化工、精細化工、汽車涂裝等行業(yè)得到 了廣泛應用，為醫(yī)藥、化工等間歇生產企業(yè)的有機廢氣凈化治理開啟了新的篇章。

廢氣焚燒裝置投資較高，企業(yè)一般不會配備多套焚燒裝置，而匯總后的廢氣種類多，成分復雜，產生源頭多，加之 RTO廠商和企業(yè)安全設計經驗匱乏，導致RTO設備在投入使用后 ，發(fā)生 了不少生產安全事故。如何正確選用、安全使用RTO 成為VOCs整治過程中一個新的課題。筆者根據多年的精細化工行業(yè)揮發(fā)性有機廢氣整治工作經驗 ，對江蘇某化工企業(yè)RTO 爆炸事件進行事故原因分析，并由此提出了RTO焚燒系統收集、處理的管理要點，按照本質安全和 日常管理相結合的原則，提出事故預防對策，供廣大RTO生產廠家及使用單位借鑒。

1 事故簡介

江蘇某化工企業(yè)RTO 凈化系統在2015年3月8 日9 時43 分和3月27 日3 時20 分兩次發(fā)生了爆炸。事故沒有造成人員傷亡，聚合物多元醇車間引風機損壞，現場儀表燒毀，RTO 部分裝置損毀嚴重，直接經濟損失達100 余萬元。

2 事故時車間生產情況

該企業(yè)生產方式為間歇性生產，根據企業(yè)提供資料，事故發(fā)生時僅 POP、PL 1/PL 2 產品的工藝廢氣通過DN 50～D N 350 不等 的金屬管道進行了收集 (主要污染物為環(huán)氧 乙烷、環(huán)氧丙烷、三甲胺、異丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，廢氣收集后通過引風機進入RTO 焚燒，該RTO 為R — R TO (旋轉式蓄熱焚燒爐 )。廢氣收集、處理的詳細流程如圖1 所示。

3 事故原因分析

3.1 事故直接原因

調查發(fā)現，企業(yè)真空泵尾氣出口溫度達73℃ 以上，根據有機廢氣冷凝效率計算，公式見式 (1) ～ (3)。

式中：C l 為氣體的冷凝前濃度，g/m ;C2 為氣體的冷凝后濃度，g/m;M 為氣體物質的分子量;P l為氣體在T1 時飽和蒸氣壓;P2為氣體在T2時飽和蒸氣壓;R 為常數 ，為 8.314;P 為大氣壓，101325 Pa;r/為冷凝效率 。

在75℃時，對應排氣中有機物最高飽和質量濃度及爆炸范圍相關數據詳見表1。

根據表1，通過理論計算，當真空泵出口尾氣溫度為75℃時，各有機物飽和濃度均極高，如果廢氣稀釋倍數不夠極易發(fā)生安全事故?，F場測得單套 PL 真空泵中環(huán)氧乙烷廢氣流量約120 m /h，3 套合計360 m /h ，事故發(fā)生時焚燒爐實際處理風量不超過5000 m /h ，混合氣體中有機物總濃度的對應體積比約7.2%，即使僅接入1 套含環(huán)氧乙烷尾氣，其平均濃度2.4%也處于對應的爆炸范圍之內，由此可見，真空泵出口尾氣排放溫度過高，而有機物沸點較低，導致污染物排放濃度過高，同時相應的稀釋倍數不夠，外加環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷的化學性質活潑，最終導致接入焚燒爐 中的廢氣達到相應爆炸極限，從而造成爆炸事故的發(fā)生。

3.2 事故間接原因

1) 收集系統設計不合理 。調查過程發(fā)現對于真空泵高濃度有機廢氣，企業(yè)均未進行冷凝回收預處理 ，且 目前企業(yè)對 PL 系統真空泵出口尾氣所設計的收集方式極不合理 ，真空泵出口所配備的傘形罩集氣量有限，尾氣收集總管僅 D N 50，正常運行時系統稀釋 風量難以保證。

2) 預處理措施不到位 。該企業(yè) P O P 、PL 1、PL 2 車間對有機廢氣所采用的活性炭吸附未配備脫附再生系統，基無效，末端所配置的不銹鋼高壓風機無變頻系統 ，導致廢氣收集管路系統中負壓值過高，能耗較高且不利于有機物的冷凝 回收，所采用的金屬材質水洗塔強度較高，當系統發(fā)生爆炸等意外事故時無法起到有效泄爆的效果，導致爆炸產生的沖擊波沿著管道進一步往生產車間傳導，加劇 了爆炸的次生危害。

3 ) RTO 爐本體存在問題。本項目中部分產品含有氯元素，所采用的設備本體為SUS304，旋轉閥材質為SUS3 16L ，諸多案例表明，蓄熱陶瓷體由于質量較大，支撐件通常要承受較大的應力腐蝕，當體系含氯時(如環(huán)氧氯丙烷 ) 高溫焚燒處理過程中將產生HCl等污染物，對設備本體、RTO 爐旋轉閥易產生較大腐蝕，系統難以穩(wěn)定、有效運行 。

其次項目廢氣中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有機物，上述物料在溫度較高時極易發(fā)生自聚合，導致RTO爐蓄熱陶瓷體在使用一段時間后設備阻力變大，同時底部有高沸點有機物粘附現象，易引起火災等安全事故。

4 事故預防對策

RTO 在正常工況下不易發(fā)生火災、爆炸事故。但由于精細化工行業(yè)廢氣成份復雜多變、濃度波動大，易造成焚燒爐運行穩(wěn)定性較差，存在一定 的安全隱患。建議 R TO 生產廠家及使用企業(yè)采取如下安全措施以防范 RTO 火災、爆炸事故 ：

1) 優(yōu)化收集系統。對吸風罩、風機選用進行規(guī)范設計，同時廢氣收集管線需統籌規(guī)劃，形成支管一主管一處理裝置一總排口的收集處理系統，確保廢氣收集效果。對于易燃易爆廢氣在設計收集系統和預處理系統時，不追求過高的強度反而有利于系統安全，不過即使選用強度不高的設備和材料，在 RT O 爐設備本體、廢氣收集管道等節(jié)點仍需安裝泄爆膜片 。

2 ) 強化預處理措施。由于精細化工行業(yè)廢氣排放濃度有較大的波動，因此 需對各類不同濃度的有機廢氣進行混勻、緩沖和預處理，建議企業(yè)采用 PP 填料塔對有機廢氣進行預處理，由于 PP 填料塔強度不高，在發(fā)生事故時極易泄爆，最大 限度的保證系統安全。

3 ) 漸進化科學調試。RTO 爐調試時理應先進行空載調試，待空載調試穩(wěn)定后再逐步接入低濃度有機廢氣，如企業(yè)污水池加蓋收集后廢氣、車間換風廢氣等，最終再逐步接入高濃度廢氣，同時對擬接入高濃度廢氣的排放流量、排放濃度進行檢測，重點關注峰時濃度，單一排氣點有機濃度宜控制在1000 ppm 以內，最高不得超過5000 ppm 。

4) 安裝在線監(jiān)控系統，設置電控系統操作間。RTO 爐凈化處理系統是一項人機高度結合的設備，雖然其自動化程度較高，但必須安排專人進行維護與管理，如RTO 爐在發(fā)生爆炸前有機物濃度常會在短時間內迅速升高，此時系統若有人值守則可提前發(fā)出預警并采取必要的措施，避免事故的發(fā)生;同時對RTO各系統尾氣安裝TVOC濃度在線監(jiān)控系統，為企業(yè)管理提供必要的數據支撐 。

5 總論

綜上所述，在詳細調研生產工藝，充分了解工藝過程中有機廢氣的排放特征的基礎上，確保RTO 進口有機物的濃度低于爆炸極限下限的25%，是精細化工企業(yè)安全有效使用RTO 處理有機廢氣的關鍵要素。從2011 年6月至今，筆者主持設計、調試的 20 余臺RTO 設備均未發(fā)生過安全事故。