化工廢氣處理系統(tǒng)爆炸原因分析及預(yù)防措施

化工企業(yè)的廢氣成分比較復(fù)雜，一般為多組份混合氣體，通常具有易燃易爆性、毒害性且伴有臭味，易對周邊環(huán)境造成污染，嚴(yán)重時會引發(fā)社會群體事件。各級環(huán)保部門在多年前就提出了“零排放”的概念，要求企業(yè)對化工廢氣進行收集及化工廢氣處理。

有機廢氣治理常見方法有：冷凝回收法、吸收、吸附法(直接吸附法、吸附-回收法、新型吸附-催化燃燒法)、直接燃燒法、催化燃燒法等。

目前化工企業(yè)常見的廢氣治理設(shè)施為蓄熱式熱氧化爐（RTO）。與傳統(tǒng)的催化燃燒、直燃式熱氧化爐(TO)相比，具有熱效率高(≥95%)、運行成本低、能處理大風(fēng)量低濃度等優(yōu)點。其原理是把有機廢氣加熱到760℃以上，使廢氣中的VOC氧化分解成二氧化碳和水。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進入的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。陶瓷蓄熱體分成兩個(含兩個)以上的區(qū)或室，每個蓄熱室依次經(jīng)歷蓄熱-放熱-清掃等程序，周而復(fù)始，連續(xù)工作。蓄熱室“放熱”后應(yīng)立即引入部分已處理合格的潔凈排氣對該蓄熱室進行清掃(以確保VOC去除率在95%以上)，只有待清掃完成后才能進入“蓄熱”程序。RTO技術(shù)適用于大風(fēng)量、低濃度的廢氣治理，是目前國內(nèi)治理有機廢氣較成熟、實用的方法。

蓄熱式熱氧化爐（RTO）

近五六年來各級環(huán)保部門都在推廣RTO技術(shù)，但由于發(fā)生過數(shù)起廢氣處理系統(tǒng)爆炸事故，且沒有發(fā)布正式的事故調(diào)查報告，事故原因不明，使不少企業(yè)對廢氣處理系統(tǒng)心有余悸，不敢使用RTO技術(shù)。

本文來分析廢氣處理系統(tǒng)的爆炸原因，并提出了安全對策措施，以供化工企業(yè)廢氣處理系統(tǒng)的防爆設(shè)計或安全隱患排查治理。

在事故分析時，我們首先要搞清是什么物質(zhì)產(chǎn)生爆炸？該物質(zhì)從哪里來？爆炸的要素是否具備？

我們按照爆炸“四要素”(氧化劑、點火源、可燃物及濃度)的思路查找事故原因。

1、氧化劑為空氣

各廢氣吸入口在吸入廢氣的同時也吸入了空氣，廢氣管道中有大量空氣，氧氣(氧化劑)一直存在。

2、點火源為靜電

因為廢氣管道為塑料材質(zhì)，廢氣支管與總管連通為插入式三通，廢氣管道中氣體流速較大，在直角三通等處因為尖角易產(chǎn)生靜電(點火源)。

3、可燃物為甲苯

通過排除法確認(rèn)可燃物為來自8車間某產(chǎn)品反應(yīng)釜原料甲苯蒸汽。

4、可燃物的濃度

在我們懷疑管道中甲苯廢氣濃度是否超標(biāo)的時候，剛好一同前來參加研討的車間工藝員曾于2010年4月對該反應(yīng)釜甲苯廢氣排放濃度進行過測試，筆記中測試數(shù)據(jù)記錄表明：8車間反應(yīng)釜廢氣出口管道中甲苯的含量在5%～6%(v/v)左右。甲苯的爆炸下限為1.2%(v/v)，爆炸上限為7.0%(v/v)，8車間反應(yīng)釜廢氣出口管道中甲苯廢氣的含量處于爆炸極限之中。

5、爆炸發(fā)生時間分析

正常情況下8車間反應(yīng)釜廢氣是先經(jīng)冷凝器冷凝和活性碳吸附回收后，再排入廢氣總管。甲苯吸附回收裝置設(shè)備和管道均為金屬材質(zhì)，電氣防爆，設(shè)備、管道進行防靜電接地。由于沒有點火源，故甲苯吸附回收裝置設(shè)備和管道沒有發(fā)生過爆炸事故。

經(jīng)過甲苯吸附回收裝置后的甲苯廢氣濃度很低，故廢氣總管也沒有發(fā)生過爆炸事故。

事故發(fā)生的當(dāng)天，恰好8間廢氣甲苯吸附回收裝置檢修停用，廢氣未經(jīng)過甲苯吸附回收系統(tǒng)直接排入廢氣總管內(nèi)。此段管道為塑料管道，與總管連接為直角三通，8車間反應(yīng)釜廢氣出口管道中甲苯的含量在5%～6%(v/v)左右。由于廢氣管道中甲苯氣體濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)；廢氣管道內(nèi)氣體流速較快，廢氣管道材質(zhì)為易產(chǎn)生靜電的塑料，而且有直角三通等處易產(chǎn)生靜電，具備了氣體爆炸發(fā)生的四個要素，因此發(fā)生了廢氣爆炸。

蓄熱式熱氧化爐（RTO）

預(yù)防廢氣處理系統(tǒng)爆炸的安全對策

直接燃燒法、催化燃燒法、蓄熱式熱氧化爐(RTO)設(shè)備本身，只有在點火時，如果違反操作規(guī)程，先送氣后點火才會產(chǎn)生爆炸。

冷凝回收法、吸收、吸附法(直接吸附法、吸附-回收法、新型吸附-催化燃燒法)、直接燃燒法、催化燃燒法等廢氣處理設(shè)施本身一般不會產(chǎn)生爆炸。

廢氣處理系統(tǒng)爆炸的根本原因是廢氣中可燃?xì)怏w的濃度處于爆炸極限同時存在點火源。

因此防止廢氣處理系統(tǒng)爆炸的主要措施，是要控制各廢氣吸入點吸入的各有機氣體濃度小于爆炸下限，建議以爆炸下限30%(v/v)為設(shè)防值(我們在此稱之為安全濃度)。

如果某點吸入的有機氣體濃度過高，則應(yīng)采取冷卻或冷凍的方法，采用金屬換熱器械(如板式冷凝器)和金屬管道(要防靜電接地)，使其中的有機氣體安全地冷卻成液體回流或收集到某容器，使進入廢氣收集系統(tǒng)的廢氣濃度降低到安全濃度。

以蓄熱式熱氧化爐(RTO)為例，仔細(xì)閱讀其使用說明中，RTO設(shè)備生產(chǎn)廠家均提到只適用于低濃度(低于30%LFL)、大風(fēng)量。

化工企業(yè)不僅要關(guān)注正常狀況下，各廢氣吸入點吸入的廢氣濃度；更要關(guān)注非正常狀態(tài)下，各廢氣吸入點吸入的廢氣濃度，例如要考慮反應(yīng)器沖料、安全泄放等高濃度有機氣體，大大高于爆炸下限，切不可排入只適用于低濃度有機廢氣處理系統(tǒng)，以防產(chǎn)生廢氣管道系統(tǒng)和處理設(shè)施發(fā)生爆炸事故。由于廢氣管道連接許多設(shè)備和車間，廢氣處理系統(tǒng)的爆炸事故，嚴(yán)重時會引起其他設(shè)備或車間的連鎖反應(yīng)。

對有可能產(chǎn)生沖料和反應(yīng)失控的反應(yīng)器，企業(yè)應(yīng)預(yù)先研究采取安全排放的措施，首先應(yīng)采取溫度和壓力的檢測報警或連鎖等安全自動化手段，防止沖料和反應(yīng)失控制現(xiàn)象的發(fā)生；其次應(yīng)設(shè)計安全泄料設(shè)施，以滿足萬一發(fā)生沖料事故或反應(yīng)失控制安全泄放系統(tǒng)動作，大量有機體氣體的安全泄放和處理，例如設(shè)計事故緩沖罐，甚至高空排放設(shè)施。

為防止有機廢氣處理系統(tǒng)爆炸事故，我們建議企業(yè)應(yīng)從以下幾個方面采取具體的安全對策措施：

蓄熱式熱氧化爐（RTO）

1、要對高濃度廢氣進行預(yù)處理，降低排入廢氣處理系統(tǒng)的可燃物濃度，如對反應(yīng)釜廢氣排放口設(shè)冷卻或冷凍回收裝置，或活性碳纖維吸附回收裝置；禁止高于爆炸下限的可燃蒸汽和可燃?xì)怏w排入廢氣管道系統(tǒng)。

2、在廢氣系統(tǒng)設(shè)計前，要對各廢氣吸入點的可燃物濃度進行檢測分析，控制各廢氣吸入點的易燃物質(zhì)的濃度低于爆炸下限，并要進行正常工作狀態(tài)或非正常工作狀態(tài)下的可燃?xì)怏w濃度檢測。當(dāng)某廢氣吸入點各種工況可能吸入的可燃物濃度超過安全濃度時，要改變工藝或設(shè)備，如補充新風(fēng)或進行惰性化處理。對可能會產(chǎn)生廢氣濃度接近爆炸下限的廢氣支管道設(shè)置在線可燃?xì)怏w濃度檢測報警器和新風(fēng)補充設(shè)施，在線可燃?xì)怏w濃度檢測報警器應(yīng)和新風(fēng)補充設(shè)施聯(lián)鎖。

3、反應(yīng)釜應(yīng)盡可能采用密閉式，避免有空氣(氧氣)進入反應(yīng)釜和廢氣管道，降低高濃度廢氣中氧氣含量，當(dāng)然能惰性化(如充氮)更好。

4、對各車間內(nèi)產(chǎn)生的廢氣進行分析，存在禁忌物質(zhì)的廢氣應(yīng)分開處理。

5、當(dāng)廢氣管道內(nèi)可能沉積危險物質(zhì)時(如活性碳、疊氮化合物等)時應(yīng)考慮對廢氣管道進行定期清洗。

6、在廢氣管道設(shè)計、安裝時須應(yīng)考慮有一定的斜度，方便積液的排除，避免積液積聚過多而導(dǎo)致廢氣管變形和殘留的混合物過多，引起二次爆炸；并對廢氣總管內(nèi)的積液進行定時排液。

7、廢氣管道在各危險點(如支管接入總管處)設(shè)泄爆板，以減少爆炸氣體大量回沖反應(yīng)釜，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

8、在各車間廢氣支管與總管連接處采用軟連接，方便事故狀態(tài)下的緊急切斷，或在各車間廢氣支管上加裝阻火器，也可以在各車間設(shè)置水噴淋預(yù)處理塔(注：此水噴淋預(yù)處理塔同時還能起到阻火作用；此噴淋水應(yīng)定期檢測，超過規(guī)定濃度時應(yīng)及時更換)，預(yù)處理后排到廢氣總管，以防故狀態(tài)下的火災(zāi)蔓延。如經(jīng)濟實力許可，廢氣管道應(yīng)優(yōu)先采用不銹鋼材料，以便更好地消除廢氣管道的靜電。

當(dāng)企業(yè)不能承接全部廢氣管道采用不銹鋼材料時，建議廢氣管道上的三通、四通(含流動方向20倍管徑長度范圍內(nèi))應(yīng)盡可能采用不銹鋼材料，并要做好防靜電接地工作。

支管接入總管等三通入口，應(yīng)傾斜一定角度，以使氣流平緩和減少氣體流動阻力，既能減小靜電，也能降低消耗。