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蓄热式氧化炉(RTO)危害因素分析

文章来源:本站   发布时间:2020-03-09   点击数:38

要:通过对企业使用 RTO 情况调查,对 RTO 装置存在的危害因素进行分析探讨,对 RTO 设施本身及相关设施提出了安全对策措施,为 RTO 生产企业和使用企业在完善设计、使用方面提出了参考性意见。 


言:近几年,随着环境保护上有机废气(VOC)排放要求的提高,RTO 技术在有机废气回收治理方面越来越普遍,目前在石油化工、化学制药、喷漆房、油漆和涂料生产、化学品制造行业已得到广泛应用。RTO 技术为有机废气治理提供了一个行之有效的处理办法,为化工、医药等间隙生产企业的有机废气回收治理开启了新的篇章。但各类企业基本情况差异较大、目前 RTO 应用上的局限性、以及 RTO 厂商和企业缺乏安全方面设计等原因,在投入生产使用后,由于各种原因已发生了不少生产安全事故,不少使用效果也没有达到预期效果,给部分企业使用 RTO 蒙上了一层阴影。如何安全有效使用、选用 RTO 成为企业的一个课题。 


1 蓄热式热力焚化炉简介


蓄热式热力焚化炉(Regenerative Thermal Oxidizer)简称 RTO,是一种卓效的有机废气治理设备。具有热效率高(≥95%)、运行成本低、能处理大风量低浓度废气等特点,浓度稍高时,还可进行二次余热回收。自兰州瑞玛天华化工机械及自动化研究设计院瑞玛公司在本世纪初生产出一套国产 RTO 以来,国内生产厂家在消化、吸收国外先进技术的基础上,得到了长足进步。RTO也从开始的二室、三室,逐步发展到五室、甚至十室,可以处理有机废气的品种已近 200 种,改变了原来仅采用活性碳吸附的局面。 

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2 企业使用情况现状调查 


宁波石化开发区国家级石油化工园区早期入驻的企业中很大部分为化工、医药、树脂等精细化工企业。近几年为响应环保的政策,企业纷纷采用增设 RTO 以提高有机废气治理效果。部分使用企业基本情况如下:

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从部分企业使用情况调查来看,主要存在以下几方面问题:


1) 与主体装置同步设计的部分企业,大都使用相对平稳良好,未发生生产安全事故;部分企业主体装置设计时未考虑使用 RTO,存在设计上安全措施不到位、自动化程度不足、实际工况与设备负荷不匹配。

2) 企业有机废气的成份比较多元化、气量不稳定。精细化工等企业间隙生产的特点,使得有机废气浓度和废气量都会有间隙性变化,一般缓冲罐容量较小,经常会导致 RTO 运行不稳定。

3) 部分企业未充分根据自身企业实际,合理选择设备设施。生产后实际工况与 RTO 理想状况相差较大。

4) 部分企业曾因设备设施不完善等原因多次发生了火灾、爆炸,难以达到安全运行的基本目的。

5) 大部分企业的能耗不能令人满意,节能环节难以实现。如使用燃油式的企业,以一套设计 20000 m3/h(实际为 8000 m3/h)的企业为例,每月仅柴油消耗量达到 6 吨。


3 事故原因和危害因素分析 


3.1 园区部分企业 RTO 事故原因分析 


3.1.1 某企业 RTO 排放口爆炸原因主要是有机废气排放浓度短时间内超高(超过了设计上限),导致燃烧室内温度急骤上升、尾气温度超高,在联锁切断有机废气进气后从旁路直接排空,因直接排空管线与尾气放空管为同一管线,高温尾气与高浓度有机废气直接混合,导致放空尾气管发生爆炸,同时由于废气进气管线未装阻火器,爆炸回火导致进气管线内着火。

3.1.2 某企业发生火灾的原因主要 RTO 运行在正压状态下,导致切入废气时,燃烧室内高温气体回流引起 PVC 管道(阻燃,着火温度为 256℃左右)着火燃烧,进废气管线未安装阻火器,导致火势往上游漫延。

3.1.3 某企业重油储罐着火原因生产装置废气与储罐废气管线汇合后进RTO,在 RTO 引风机故障情况下,生产装置高浓度气体倒窜进入重油储罐,高速气体产生静电导致储罐内气体着火。


3.2 RTO 及相关设施主要危害因素分析 


3.2.1 企业在原设计中未考虑使用 RTO 在增上 RTO 时,仅考虑 RTO 装置本身对处理废气的适用性,而成套设备生产厂家仅提供RTO 本体装置部分,对前、后附属处理设施未进行考虑,企业又未对设备配套进行正规设计,致使情况较为复杂的企业系统运行稳定性不够,甚至发生事故。

3.2.2 材料选择方面因素因成本及腐蚀等问题,原料废气及放空等管线,中小企业会普遍选择 PVC、玻璃钢等材料。使用上述材料的企业如原料气线未考虑防静电设计,易使静电积聚,在废气浓度超过爆炸极限时,管线内发生爆炸。

3.2.3 仪表报警、连锁设施不足RTO 设施生产厂家,设计工况较理想化,只考虑本体设施工艺操作上的连锁,附属设施及安全设施方面未予充分考虑。比如未在上游废气出口设置浓度报警仪,无法及早知道废气浓度超标并及时采取措施避免炉堂温度超高、尾气温度同时超高等连锁反应。

3.2.4 系统未设置相应的安全设施系统未设置相应的安全设施,如原料废气线防静电设施、原料废气进 RTO 前设置阻火器等,容易导致静电积聚导致爆炸及回火等情况发生。

3.2.5 工艺流程设置不合理企业排放的往往不是单一的有机废气,除有机废气,经常带有酸、碱性气体,或者燃烧后有酸性气体产生。未设置吸收处理装置,会导致气量偏大,腐蚀设备管线,缩短设备、管线使用寿命、废气指标不合格。


4 安全对策措施 


企业应根据自身实际工况,包括废气来源、组成、浓度变化、气量大小等,在设计时充分考虑可能产生的不利因素环节,根据实际需要增设相应附属设施和安全设施。着重注意以下几个方面。


4.1 去除不宜进入 RTO 的有机废气组分 

去除不宜进入 RTO 的有机废气组分。如采用冷凝方式回收部分高浓度有机废气组分;设置水喷淋装置吸收洗涤酸、碱类气体,保证进入 RTO有机气体达到进气指标要求。


4.2 保证废气浓度、气量相对稳定 

在有机废气进入 RTO 前,设置足够容积的缓冲罐,增加废气的停留时间,较好地混合气体浓度,并根据需要补充风量,避免高浓度、大气量废气直接进入 RTO。


4.3 根据需要在缓冲罐、主要废气产生部位安装在线检测仪器[2]

检测有机气体浓度(一般 RTO20000PPm 的上限,已经超过了许多可燃气体的爆炸下限),及时掌握废气浓度情况,并在废气进炉前设置紧急排放口(不宜与尾气排放管线直接相连,应经活性碳吸附),以便浓度超标时直接排放。


4.4 提高自动化控制程度 

对关键操作参数实时监测和进行连锁控制,实时监测风机、阀门、燃烧器、酸碱度、废气浓度、炉膛和废气管道压力的参数变化,并按工艺安全要求设置相应连锁。如设置气体浓度与新风/放空阀,有效降低有机废气浓度或紧急情况下放空;炉室下层床温及排放温度与进气量/喷油量等实行联锁,调节燃烧室温度;热氧化室负压与引风机的连锁控制,使设备正常运行时热氧化室保持微负压状态,确保高温烟气不回流;排烟温度与进气阀门进行连锁控制,当排烟温度超过一定限值后,进气阀门主动关闭,自动打开旁通紧急排放阀,确保有机废气不会在烟气分布室中着火燃烧。


4.5 防止发生回火 

缓冲罐至 RTO 管线等位置设置回火装置;紧急排放阀宜设置远程独立控制,防止在非正常情况下,气流堵塞,影响上游设置


4.6 防止静电产生 

废气管线宜采用金属材质,连接法兰进行跨接,系统进行可靠接地,防止静电积聚。如采用玻璃钢、PVC 塑料等材质,应带铜条以防静电(进炉前管线必须为金属管),并在产生废气设备出口部位设置有机气体浓度检测设施并设置紧急排放口。


4.7 防止爆炸危害扩大

废气管道设置防爆膜、防止管道堵塞的泄压阀,缓冲罐上设置泄压阀,RTO炉膛设防爆口等安全设施,采用防爆风机。


4.8 确保有机废气浓度不超标 

严格控制进炉前废气浓度在其有机物的爆炸极限下限(LEL)的25%以下,否则应采用空气强制稀释。


4.9 设计适合自身的流程 

设计适合自身的流程。如下图,缓冲罐与焚烧炉宜拉开足够距离,以保证有机废气浓度高时,有足够时间保证直接排放连锁动作。4.10 编制符合实际的《安全操作规程》等 编制符合实际的《安全操作规程》,并对员工进行培训,熟悉开、停工及紧急状态的操作要求。4.11 排气管截面积宜比进气管截面积大 排气管截面积宜比进气管截面积大。减少气体流动压力,确保出气顺畅,有效降低炉内压力


5 结论 


综上所述,在充分考虑自身企业具体情况,对危害因素采取必要的对策措施的基础上,精细化工、医药等企业使用 RTO 来处理生产过程产生的有机废气,是可以做到安全可靠的。但对所有类似中小企业不能一概而论,如废气产生量较少、废气浓度较高的项目,使用目前国产普通 RTO 处理,会有处理成本高、工况不稳定、风险大等一系列不利因素,企业不应盲目顺应潮流,可选择其他工艺路线,对环保、能耗、安全等因素进行综合考量。

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