RTO廢氣處理設備爆炸分析

RTO廢氣處理設備是當下廣泛應用在工業生產上的環保設備，但是環保設備爆炸的現象屢見不鮮，那么該設備爆炸的原因有哪些呢
RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式焚燒爐）系統在VOCs治理領域的應用日益廣泛，但爆炸事故頻發。因缺乏公開的事故調查報告，爆炸原因不明，同類事故時有發生，令人心痛。
1、事故概況
安徽某制藥廠于2019年6月15日17：00臨時停產，停產后RTO廢氣處理設備按規程停機。該廠于次日8：00投料復產，RTO廢氣處理設備同時開機并升溫，此時旁通閥開啟、廢氣導入閥關閉，廢氣經RTO廢氣處理設備旁路凈化系統處理達標后高空排放；RTO爐經吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關閉，廢氣導入閥開啟，廢氣進入RTO爐，系統壓力、溫度等一切正常。廢氣導入2h后（11：00）RTO廢氣處理設備發生爆炸，爆炸聲前后兩次，間隔時間較短，一處位于RTO爐及相鄰風機，另一處位于系統前端廢氣收集管道。事故導致RTO爐右側蓄熱室鋼結構、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風機、風管嚴重損壞，較遠端風管脫落，并引燃周邊干燥物，無人員傷亡。
2、事故原因分析
VOCs作為可燃物，能夠與氧氣在一定的濃度范圍（爆炸濃度的上、下限之間和爆炸上限以上）形成預混氣，遇到點火源（明火、電火花、靜電火花、高熱物等）會發生爆炸或燃燒，并釋放大量的熱和氣體。
本文根據爆炸三要素：可燃物、助燃物和點火源進行排查分析。
2.1可燃物
該制藥廠進入RTO廢氣處理設備的廢氣主要來源于生產車間、罐區、污水站、固廢倉庫、原料倉庫以及風管（積液長期未排，積液揮發）等，廢氣主要成分為甲醇、乙醇和甲苯等，這些VOCs均為可燃性氣體（可燃物）。
由于RTO廢氣處理設備運行1.5h后才發生安全事故，風管內應無淤積廢氣；罐區廢氣采用集氣罩方式收集，事發前無裝卸料過程，不能形成達到爆炸極限的預混氣；污水站、固廢倉庫、原料倉庫等區域VOCs揮發量很小，事發前無大宗化學品或危廢泄漏，也不具備形成達到爆炸極限的預混氣。
事故后排查車間生產裝置時發現，某蒸餾釜有殘存甲醇，該釜蒸汽閥未完全關閉，使該釜一直處于被加熱狀態。因此，該次事故達到爆炸極限的可燃物主要來源于甲醇蒸餾釜。
2.2 助燃物
RTO廢氣處理設備運行時助燃風機會向氧化室鼓入大量空氣（氧氣），但RTO爐氧化室事故后仍完好無損，說明氧化室未發生爆炸，助燃物非來自助燃風機；而各生產車間、罐區等采用集氣罩收集的廢氣，以及污水站、固廢倉庫、原料倉庫的通風換氣，這些廢氣中混有大量的空氣（氧氣），為該起事故提供了助燃物。
2.3點火源
（1）明火：當進入RTO爐內的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設定溫度時，位于氧化室內的燃燒器會自動補入天然氣并點火升溫。事故后打開爐體發現RTO氧化室完好無損，并未發生爆炸，可排除明火為該起事故的點火源。
（2）電火花：位于氧化室內的燃燒器采用了電火花點火器，但氧化室未發生爆炸，也排除了電火花因素。
（3）靜電火花：該廠廢氣輸送管道及風機均未采用可導靜電材質，廢氣高速流通與管壁摩擦及風機葉輪高速轉動極易形成靜電且靜電無法導出，但廢氣輸送管道和風機位于RTO爐前端，達到爆炸極限的預混氣遇到靜電后即可發生爆炸，而遠端管道在事故中僅是脫落，損壞程度低；且風機爆炸后不會將預混氣輸送至RTO爐內。因此，可排除靜電火花因素，同時說明風機和管道不是第一起爆點。
（4）高熱物：高熱物的溫度高于可爆成分的起燃點時可引起爆炸，RTO爐高熱物主要為氧化室內表面和蓄熱陶瓷。其中氧化室未發生爆炸，可排除氧化室高溫表面為本次事故的點火源；事故后打開爐體發現，RTO右側蓄熱室鋼結構坍塌、蓄熱陶瓷破碎、保溫棉脫落，而另外兩個蓄熱室完好。由此可知，RTO爐右側蓄熱室為第一起爆點，其高溫蓄熱陶瓷為爆炸事故提供了點火源。
2.4 事故經過還原
2019年6月15日，該制藥廠停產時某工人工作疏忽忘記關閉生產車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復產時某工人未對崗位裝置進行全面檢查，在廠區蒸汽總閥開啟后，殘存釜內的甲醇逐漸升溫并沸騰，大量甲醇蒸汽涌入風管后形成達到爆炸極限的預混氣；RTO廢氣處理設備未安裝實時廢氣濃度檢測儀，廢氣導入閥無法連鎖關閉，預混氣進入RTO爐內，在流經RTO爐右側蓄熱室過程中升溫至起燃點后發生爆炸，致使RTO爐右側蓄熱室鋼結構、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴重損害；由于RTO廢氣處理設備未安裝阻火器，爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風機和風管，并導致風機爆炸、風管脫落；脫落的風管內仍存在燃燒的廢氣，進而引燃周邊的干燥物。
3 防范措施
3.1源頭消減
（1）減量：強化車間預處理，如將常溫循環水改為冷凍鹽水，提高冷凝效率；增加吸收類循環液的更換頻次，并設置自動加藥、排污控制，提高吸收效率等，以減少進入RTO廢氣處理設備中VOCs的總量，從而降低廢氣達到爆炸的風險。
（2）降濃：儲罐呼吸氣、冷凝器不凝氣等濃度較高，直接接入風管極易形成達到爆炸極限范圍的預混氣，可通過計算一定溫度時某成分飽和蒸氣壓下的濃度，并將其稀釋至爆炸下限（LEL）的25%設計風量；設置緩沖罐并補充新風，確保進入RTO廢氣處理設備的廢氣濃度低于其25%LEL。
3.2過程預防
（1）導靜電：風管、風機等廢氣輸送設備設施在不腐蝕情況下盡量選擇刷有石墨涂層的玻璃鋼、碳鋼或不銹鋼材質，并跨接、接地；同時避免直角彎頭及彎頭處尖角，防止廢氣輸送過程中因摩擦起靜電而無法導出。
（2）排積液：廢氣常因洗滌塔除霧效果不佳或冷卻作用而在風管中形成積液，積液中含有VOCs并不斷揮發至廢氣中，存在濃度升高現象，須定期排出。
（3）測濃度：在RTO廢氣處理設備前一定距離設置在線（實時）濃度檢測儀，并與RTO廢氣處理設備廢氣導入閥、應急排空閥連鎖控制，距離根據檢測儀響應時間確定，當廢氣濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關閉，應急排空閥開啟，防止高濃廢氣進入RTO廢氣處理設備。
（4）泄爆：風管每隔一定間距設置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風管承受應力；RTO廢氣處理設備前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強度材質制作，以便爆炸發生時及時泄壓，減少爆炸損失。
3.3末端把控
（1）雙旁通設計：對RTO廢氣處理設備設置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導入閥、應急排空閥連鎖，當濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關閉，廢氣無法進入RTO廢氣處理設備；應急排空閥開啟，廢氣經冷旁通處理達標后排放。熱旁通與新風閥、溫度儀、壓力計連鎖，當RTO爐內溫度、壓力異常時，新風閥開啟，稀釋濃度降溫降壓，熱旁通閥開啟，部分高溫廢氣直接從氧化室排出，經混合器降溫冷卻后排至煙囪，確保RTO廢氣處理設備安全連續運行。
（2）雙流場模擬：RTO爐設計時對廢氣進行氣流場和熱流場模擬，其中氣流場模擬確保RTO爐內無死角，廢氣能夠均勻流暢通過，避免局部湍流或濃度過高；熱流場模擬確定陶瓷裝填量，選擇適宜熱回收效率，避免RTO爐蓄熱室冷端溫度過高，減少安全隱患。
（3）阻火：在RTO爐前端和生產車間后端風管設置阻火器、水封等，防止RTO爐或風管爆炸回火至前端或車間，減少事故損失。
（4）監控：將RTO廢氣處理設備與生產、風管壓力計、中級風機、濃度檢測儀等連鎖控制，并納入生產管理監控，避免生產與環保脫節。
4、結語
通過對某制藥廠RTO廢氣處理設備爆炸因素進行逐一排查分析，還原了事故發生經過，確定了該起事故是因工人不當操作和RTO廢氣處理設備缺乏相應安全連鎖裝置所致，并從源頭消減等方面提出諸多安全防范措施，為相關單位部門在RTO廢氣處理設備的設計生產、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經驗參考。
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