廢氣處理環(huán)保設(shè)施安全事故案例分析

廢氣處理環(huán)保設(shè)施安全事故案例分析

工業(yè)廢氣種類繁多，主要包括有機(jī)廢氣、燃料廢氣、粉塵廢氣、酸霧廢氣、油煙等。工業(yè)廢氣根據(jù)其排風(fēng)量、溫度、濃度及本身化學(xué)物理性質(zhì)，其治理方法各不相同，有機(jī)廢氣采用活性炭纖維有機(jī)廢氣凈化器、催化燃燒、RTO、低溫低離子、光催化氧化等；酸堿廢氣采用酸堿中和方法，酸堿廢氣凈化塔；硅烷廢氣一般采用不銹鋼硅烷燃燒塔處理；惡臭廢氣處理一般采用生物除臭以及光催化氧化或者活性炭吸附等。

以VOCs治理為例，目前常見的VOCs末端治理工藝有蓄熱式燃燒（RTO）、催化燃燒（RCO）、直接燃燒（TO）、活性炭吸附脫附、低溫等離子等。但VOCs廢氣成分復(fù)雜，通常為多種易燃易爆的混合有機(jī)氣體，前期的技術(shù)工藝選擇不到位或這些裝置的投入使用不加以專業(yè)管理和控制，往往會帶來新的安全事故。比如低溫等離子裝置電暈放電著火問題；RTO裝置問題；活性炭裝置自燃以及危廢處理問題。

1 低溫等離子體處理VOCs事故案例

低溫等離子體是通過電子束照射、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、沿面放電、輝光放電、孤光放電、微波放電、射頻放電等方式產(chǎn)生的，而低溫等離子體處理VOCs電極結(jié)構(gòu)形式主要為電暈放電和介質(zhì)阻擋放電，且兩者放電的原理都是高壓放電，在處理易燃易爆的揮發(fā)性有機(jī)物氣體及所處電氣防爆區(qū)域使用，都極其危險(xiǎn)。所以，原國家環(huán)保部2013第31號文《揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)政策》第27條明確規(guī)定，使用低溫等離子技術(shù)要注意、火災(zāi)等安全因素。

事故原因

合成樹脂生產(chǎn)廢氣的排放環(huán)節(jié)主要有：

①原料投加及投料孔(處)若密閉性不好，原料投加過程將會發(fā)生逸漏，逸漏出來的物質(zhì)無組織揮發(fā)、擴(kuò)散；

②聚合反應(yīng)過程中未參與反應(yīng)的原料和有機(jī)溶劑將以廢氣形式排出反應(yīng)釜，未參與反應(yīng)的原料以及有機(jī)溶劑將從廢氣排放口處排出，有組織揮發(fā)、擴(kuò)散；

③產(chǎn)品及中間產(chǎn)品卸放時(shí)，若密閉性不好，或卸放過程自動化水平不高，將會發(fā)生逸漏，逸漏出來的物質(zhì)無組織揮發(fā)、擴(kuò)散；

④原料和有機(jī)溶劑儲存過程中發(fā)生泄漏，以及原料和溶劑儲罐發(fā)生大、小呼吸排氣，作無組織揮發(fā)和擴(kuò)散。由此可見未聚合的物料、溶劑的不凝氣及樹脂粉塵均可能引起。

該樹脂有限公司使用的低溫等離子體廢氣處理設(shè)備，屬于電暈放電，其原理是當(dāng)氣體擊穿后絕緣破壞，其內(nèi)阻降低，放電迅速越過自持電流區(qū)后便立即出現(xiàn)電極間電壓減小的現(xiàn)象，并同時(shí)在電極周圍產(chǎn)生昏暗輝光。

圖1 事故現(xiàn)場現(xiàn)場圖片

從事故調(diào)查結(jié)論可以看出，低溫等離子體廢氣處理設(shè)備未采取濃度高高聯(lián)鎖，當(dāng)入口廢氣濃度達(dá)到爆下限時(shí)，設(shè)備尚可啟動運(yùn)行。從事故現(xiàn)場照片可以看出，低溫等離子體廢氣處理設(shè)備為常壓設(shè)備，在爆后頂蓋完全掀起，側(cè)門全部頂開，設(shè)備本體不能承受內(nèi)部有機(jī)氣體或粉塵爆的超壓，發(fā)生爆時(shí)設(shè)備本體嚴(yán)重破壞，傷及旁邊正在調(diào)試的工作人員，導(dǎo)致2人當(dāng)場死亡、2人受傷。

安全建議

①在低溫等離子體設(shè)備聯(lián)鎖方面，應(yīng)設(shè)置入口總烴濃度高低報(bào)警和高高聯(lián)鎖等措施；

②在低溫等離子體裝置運(yùn)行操作方面，放電之前必須對反應(yīng)器內(nèi)的氣體用空氣或惰性氣體置換足夠時(shí)間，待反應(yīng)器內(nèi)氣體濃度低于爆下限的25％時(shí)方可啟動；

③在運(yùn)行過程中必須對入口廢氣濃度進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的氣體濃度達(dá)到或超過爆下限的25％時(shí)必須進(jìn)行配風(fēng)稀釋。

2 RTO焚燒爐及事故案例

現(xiàn)在市場上對VOCs的大量處理工藝，例如膜分離、活性炭吸附、高沸點(diǎn)溶液吸收、生物轉(zhuǎn)化、冷凝回收和熱力氧化等方法中，蓄熱室熱力氧化爐(RTO)具有去除效率高、經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)，且熱能利用效率比傳統(tǒng)的直燃式氧化爐提高70%左右等優(yōu)點(diǎn)，是目前企業(yè)解決VOCs的有效手段。但因各企業(yè)情況的不同，RTO應(yīng)用也存在局限性，在投入生產(chǎn)使用時(shí)，由于操作失誤、設(shè)備缺陷、設(shè)計(jì)處理風(fēng)量過小、沉積物清理不夠及時(shí)、收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等多種原因發(fā)生過生產(chǎn)安全事故。

事故案例

某化工企業(yè)RTO凈化系統(tǒng)在2015年3月初和3月末兩次發(fā)生爆。事故沒有造成人員傷亡，聚合物多元醇車間引風(fēng)機(jī)損壞，現(xiàn)場儀表燒毀，RTO 部分裝置損毀嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100余萬元。

根據(jù)相關(guān)資料，該企業(yè)生產(chǎn)方式為間歇性生產(chǎn)，事故發(fā)生時(shí)僅POP、PL1/PL2產(chǎn)品的工藝廢氣通過DN50~DN350不等的金屬管道進(jìn)行了收集(主要污染物為環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、、異丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，廢氣收集后通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入RTO焚燒，該RTO為R-RTO(旋轉(zhuǎn)式蓄熱焚燒爐)。廢氣收集、處理的詳細(xì)流程如圖所示。

圖2 廢氣處理流程圖

事故原因

直接原因：真空泵出口尾氣排放溫度過高，而有機(jī)物沸點(diǎn)較低，導(dǎo)致污染物排放濃度過高，同時(shí)相應(yīng)的入口空氣補(bǔ)氣不足，外加環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷的化學(xué)性質(zhì)活潑，最終導(dǎo)致接入焚燒爐中的廢氣達(dá)到相應(yīng)爆極限，從而造成爆事故的發(fā)生。

圖3 不同溫度下有機(jī)物飽和濃度安全性分析

間接原因：

①收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。調(diào)查過程發(fā)現(xiàn)對于真空泵高濃度有機(jī)廢氣，企業(yè)均未進(jìn)行冷凝回收預(yù)處理，且目前企業(yè)對 PL 系統(tǒng)真空泵出口廢氣所設(shè)計(jì)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，廢氣收集總管僅DN50，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)稀釋風(fēng)量難以保證。

②預(yù)處理措施不到位。該企業(yè)POP、PL1、PL2車間對有機(jī)廢氣所采用的活性炭吸附未配備脫附再生系統(tǒng)，基本無效，末端所配置的不銹鋼高壓風(fēng)機(jī)無變頻系統(tǒng)，導(dǎo)致廢氣收集管路系統(tǒng)中負(fù)壓值過高，能耗較高且不利于有機(jī)物的冷凝回收，所采用的金屬材質(zhì)水洗塔強(qiáng)度較高，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆等意外事故時(shí)無法起到有效泄爆的效果（無泄爆措施），導(dǎo)致爆產(chǎn)生的沖擊波沿著管道進(jìn)一步往生產(chǎn)車間傳導(dǎo)，加劇了爆的次生危害。

③RTO爐本體存在問題。本項(xiàng)目中部分產(chǎn)品含有氯元素，諸多案例表明，蓄熱陶瓷體由于質(zhì)量較大，支撐件通常要承受較大的應(yīng)力腐蝕，當(dāng)體系含氯時(shí)(如環(huán)氧氯丙烷)高溫焚燒處理過程中將產(chǎn)生HCl等污染物，對設(shè)備本體、RTO 爐旋轉(zhuǎn)閥易產(chǎn)生較大腐蝕，系統(tǒng)難以穩(wěn)定、有效運(yùn)行。

④廢氣中存在化學(xué)品自聚現(xiàn)象。項(xiàng)目廢氣中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有機(jī)物，上述物料在溫度較高時(shí)極易發(fā)生自聚合，導(dǎo)致RTO爐蓄熱陶瓷體在使用一段時(shí)間后設(shè)備阻力變大，同時(shí)底部有高沸點(diǎn)有機(jī)物粘附現(xiàn)象，易引起火災(zāi)等安全事故。

安全建議

RTO在正常工況下不易發(fā)生火災(zāi)、事故。但由于廢氣成份復(fù)雜多變、濃度波動大，易造成焚燒爐運(yùn)行穩(wěn)定性較差，存在一定的安全事故。為了防范RTO火災(zāi)、事故可以采取如下安全措施：

②優(yōu)化收集系統(tǒng)。對吸風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，同時(shí)廢氣收集管線需統(tǒng)籌規(guī)劃，形成支管→主管→處理裝置→總排口的收集處理系統(tǒng)，確保廢氣收集效果。合理選擇相關(guān)設(shè)備和材料，可通過設(shè)置緩沖罐、調(diào)整風(fēng)量等預(yù)處理設(shè)施，嚴(yán)格控制RTO爐入口有機(jī)物濃度和流速，保證相對平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

③漸進(jìn)化科學(xué)調(diào)試。RTO爐調(diào)試時(shí)理應(yīng)先進(jìn)行空載調(diào)試，待空載調(diào)試穩(wěn)定后再逐步接入低濃度有機(jī)廢氣，如企業(yè)污水池加蓋收集后廢氣、車間換風(fēng)廢氣等，最終再逐步接入高濃度廢氣，同時(shí)對擬接入高濃度廢氣的排放流量、排放濃度進(jìn)行檢測。

④安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置電控系統(tǒng)操作間。RTO 爐凈化處理系統(tǒng)是一項(xiàng)人機(jī)高度結(jié)合的設(shè)備，雖然其自動化程度較高，但必須安排專人進(jìn)行維護(hù)與管理，如 RTO 爐在發(fā)生爆前有機(jī)物濃度常會在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，此時(shí)系統(tǒng)若有人值守則可提前發(fā)出預(yù)警并采取必要的措施，避免事故的發(fā)生;同時(shí)對 RTO 各系統(tǒng)尾氣安裝 TVOC 濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)，為企業(yè)管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

3 活性炭處理技術(shù)及案例

活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，活性炭表面的微孔直徑大多在2～50nm之間，有巨大的表面積，每克活性炭的表面積為500~1500m2，正是基于這一點(diǎn)，在有機(jī)廢氣處理時(shí)使用顆粒活性炭，讓氣流通過活性炭層進(jìn)行吸附，進(jìn)而降低有機(jī)廢氣的濃度。吸附過程是放熱過程，有機(jī)廢氣在活性炭中除了有物理吸附現(xiàn)象外，活性炭本身以及吸附的有機(jī)物還會與氧氣發(fā)生緩慢氧化，其較大的比表面積會也會加劇這一氧化的過程。此外當(dāng)廢氣中含有一些不相容的化學(xué)物質(zhì)時(shí)，其不相容反應(yīng)在活性炭的催化下也會加速。這些都是放熱的過程，同樣會引起活性炭的熱積聚風(fēng)險(xiǎn)。

在工業(yè)廢氣處理的過程中，因?yàn)榛钚蕴课焦に嚤容^單一，所以會造成活性炭飽和的速度比較快，處理的效果也不夠穩(wěn)定。因此，在工業(yè)中大多情況下還會采取其他處理工藝相組合的方法，例如旋流板塔＋UV光解＋活性炭吸附、水噴淋＋干式過濾器＋活性炭吸附＋催化燃燒等。

事故案例

圖4 事故現(xiàn)場圖

安全建議

針對活性炭自燃的情況，為了防范活性炭火災(zāi)事故，首要考慮對活性炭進(jìn)行升級替換，比如采用沸石轉(zhuǎn)輪吸咐材料，沸石轉(zhuǎn)輪等吸咐材料屬于無機(jī)材料，天然的不燃性；設(shè)計(jì)階段，活性炭廢氣處理法設(shè)計(jì)前期輸入條件要準(zhǔn)確確認(rèn)，對于含有酮類、醛類等有機(jī)物組分時(shí)需要特別注意；盡量避免采用活性炭廢氣處理法。活性炭廢氣處理法廢氣處理設(shè)備的自控程序要完善，建議采用分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及預(yù)防措施的分析。具體有以下幾點(diǎn)措施可以參考：

①確保有機(jī)廢氣的預(yù)處理裝置滿足生產(chǎn)負(fù)荷，所有的廢氣組分必須經(jīng)過有效的預(yù)處理，不相容的廢氣應(yīng)單獨(dú)預(yù)處理后再排入吸附罐中吸附處理；

②活性炭選材：使用點(diǎn)火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料；

③條件允許的話對吸附裝置進(jìn)行降溫；定期檢查處理裝置、廢氣管路是否有不完整漏風(fēng)的情況，要保證管路不漏氣，定期更換活性炭；

⑤吸附處理裝置前的廢氣管路安裝管路阻火器（阻爆轟型）；管路上(分段)安裝泄爆片，廢氣緩沖罐上安裝泄爆板，泄爆板要有固定裝置；

⑥吸附裝置內(nèi)安裝噴淋滅火裝置，用來撲滅初期火災(zāi)；

⑦在吸附床層安裝溫度探頭，監(jiān)測活性炭層的溫度發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)處置；

⑧應(yīng)急反應(yīng)與人員培訓(xùn)。培訓(xùn)人員發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)急處置能力，要能及時(shí)撲滅吸附處理裝置的火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延。

RTO系統(tǒng)安全建議

RTO在正常工況下不易發(fā)生火災(zāi)、事故。但由于廢氣成分復(fù)雜多變、濃度波動大，易造成焚燒爐運(yùn)行穩(wěn)定性較差，存在一定的安全事故。為了防范RTO火災(zāi)、事故可以采取如下安全措施：

2、優(yōu)化收集系統(tǒng)。對吸風(fēng)罩、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，同時(shí)廢氣收集管線需統(tǒng)籌規(guī)劃，形成支管→主管→處理裝置→總排口的收集處理系統(tǒng)，確保廢氣收集效果。合理選擇相關(guān)設(shè)備和材料，可通過設(shè)置緩沖罐、調(diào)整風(fēng)量等預(yù)處理設(shè)施，嚴(yán)格控制RTO爐入口有機(jī)物濃度和流速，保證相對平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

3、漸進(jìn)化科學(xué)調(diào)試。RTO爐調(diào)試時(shí)理應(yīng)先進(jìn)行空載調(diào)試，待空載調(diào)試穩(wěn)定后再逐步接入低濃度有機(jī)廢氣，如企業(yè)污水池加蓋收集后廢氣、車間換風(fēng)廢氣等，最終再逐步接入高濃度廢氣，同時(shí)對擬接入高濃度廢氣的排放流量、排放濃度進(jìn)行檢測。

4、安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置電控系統(tǒng)操作間。RTO 爐凈化處理系統(tǒng)是一項(xiàng)人機(jī)高度結(jié)合的設(shè)備，雖然其自動化程度較高，但必須安排專人進(jìn)行維護(hù)與管理，如 RTO 爐在發(fā)生前有機(jī)物濃度常會在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，此時(shí)系統(tǒng)若有人值守則可提前發(fā)出預(yù)警并采取必要的措施，避免事故的發(fā)生;同時(shí)對 RTO 各系統(tǒng)尾氣安裝 TVOC 濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)，為企業(yè)管理提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

RTO系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)防控6大注意事項(xiàng)

1、RTO爐系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評估論證，對于廢氣成分復(fù)雜的，應(yīng)進(jìn)行HAZOP分析并采取相應(yīng)的安全措施；

2、設(shè)計(jì)單位應(yīng)具備相應(yīng)行業(yè)專業(yè)甲級設(shè)計(jì)資質(zhì)或環(huán)境工程（大氣污染防治工程）專項(xiàng)乙級以上設(shè)計(jì)資質(zhì)；安裝單位應(yīng)具備環(huán)保工程安裝專業(yè)承包資質(zhì)。廢氣處理量大于3萬Nm3/h的應(yīng)具備專業(yè)承包二級以上資質(zhì)。安裝單位具備相關(guān)行業(yè)工程施工總承包二級以上資質(zhì)或環(huán)保工程工程施工總承包二級以上資質(zhì)；

3、對于濃度較高且含有低燃點(diǎn)物質(zhì)的應(yīng)急排空管道，嚴(yán)禁與高溫排空管道共用煙囪排放；

4、換向閥宜采用提升閥、旋轉(zhuǎn)閥、蝶閥等類型，其材質(zhì)應(yīng)具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕等性能，適應(yīng)頻繁切換。高溫旁通閥泄露率應(yīng)不高于1%，并宜設(shè)置冷氣保護(hù)措施；

5、在RTO爐系統(tǒng)氣體進(jìn)出口、燃燒室、蓄熱室和換熱器均應(yīng)設(shè)具有自動報(bào)警功能的多點(diǎn)溫度檢測、壓力檢測裝置；燃燒室應(yīng)設(shè)置燃燒溫度和極限溫度檢測報(bào)警裝置，蓄熱體上下層應(yīng)分別設(shè)置溫度、壓差檢測裝置；每臺燃燒器宜配置不低于2支火焰檢測器；

6、燃燒室溫度檢測至少應(yīng)設(shè)置3支熱電偶（雙支），并宜設(shè)置三級溫度報(bào)警點(diǎn)：當(dāng)爐內(nèi)溫度升高，超過一級報(bào)警點(diǎn)報(bào)警提示，高溫旁通閥打開，排放多余的熱量；達(dá)到二級報(bào)警點(diǎn)設(shè)定值時(shí)，新風(fēng)閥打開；當(dāng)RTO爐溫度超過三級報(bào)警點(diǎn)設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉RTO爐系統(tǒng)進(jìn)口廢氣閥，全開緊急排放閥和新風(fēng)閥，使RTO爐設(shè)備完全通過新鮮風(fēng)降溫。