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化工廢氣RTO凈化系統爆炸原因分析研究
責任編輯:cnlng    瀏覽:547次    時間: 2019-11-24 15:26:19      

摘要:摘 要:隨著精細化工行業 VOCs 整治要求的不斷提高,蓄熱式廢氣焚燒爐 (RTO ) 在醫藥、化工等間歇生產企業有機廢氣處理中得到了更為廣泛的應用,但精細化工行業廢氣成份復雜多變、濃度波動大,個別企業廢氣收集系統、預處理系統、RTO 爐設計不當,導致 RTO 生產安全..

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摘 要:隨著精細化工行業 VOCs 整治要求的不斷提高,蓄熱式廢氣焚燒爐 (RTO ) 在醫藥、化工等間歇生產企業有機廢氣處理中得到了更為廣泛的應用,但精細化工行業廢氣成份復雜多變、濃度波動大,個別企業廢氣收集系統、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。

關鍵詞:蓄熱式熱力焚燒爐;廢氣凈化;安全設計;管理

隨著精細化工行業面臨環保壓力、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、汽車涂裝等行業得到 了廣泛應用,為醫藥、化工等間歇生產企業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廠商和企業安全設計經驗匱乏,導致RTO設備在投入使用后 ,發生 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揮發性有機廢氣整治工作經驗 ,對江蘇某化工企業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

該企業生產方式為間歇性生產,根據企業提供資料,事故發生時僅 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 (主要污染物為環氧 乙烷、環氧丙烷、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

調查發現,企業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生安全事故。現場測得單套 PL 真空泵中環氧乙烷廢氣流量約120 m /h,3 套合計360 m /h ,事故發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,外加環氧丙烷、環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生。

3.2 事故間接原因

1) 收集系統設計不合理 。調查過程發現對于真空泵高濃度有機廢氣,企業均未進行冷凝回收預處理 ,且 目前企業對 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 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生火災、爆炸事故。但由于精細化工行業廢氣成份復雜多變、濃度波動大,易造成焚燒爐運行穩定性較差,存在一定 的安全隱患。建議 R TO 生產廠家及使用企業采取如下安全措施以防范 RTO 火災、爆炸事故 :

1) 優化收集系統。對吸風罩、風機選用進行規范設計,同時廢氣收集管線需統籌規劃,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,待空載調試穩定后再逐步接入低濃度有機廢氣,如企業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出預警并采取必要的措施,避免事故的發生;同時對RTO各系統尾氣安裝TVOC濃度在線監控系統,為企業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 設備均未發生過安全事故。

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