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化工企业废气处理系统爆炸原因分析和预防


化工企业废气处理系统爆炸原因分析和预防
有机废气治理常见方法有:冷凝回收法、吸收法吸附法(直接吸附 法、吸附-回收法、新型吸附-催化燃烧法) 、直接燃烧法、催化燃烧法。 目前化工企业最常见的为蓄热式热氧化炉(RTO) ,是一种高效有机 废气治理设备。与传统的催化燃烧、直燃式热氧化炉(TO)相比,具有 热效率高(≥95%) 、运行成本低、能处理大风量低浓度的特点 。其原理

是把有机废气加热到 760 摄氏度以上,使废气中的 VOC 在氧化分解成二 氧化碳和水。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体,使陶瓷体升 温而“蓄热”,此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废 气升温的燃料消耗。陶瓷蓄热体应分成两个(含两个)以上的区或室, 每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序,周而复始,连续工作。蓄 热室“放热”后应立即引入部分已处理合格的洁净排气对该蓄热室进行 清扫(以保证 VOC 去除率在 95%以上) ,只有待清扫完成后才能进入“蓄 热”程序。适用于大风量、低浓度的废气治理,是目前国内治理有机废 气较成熟、实用的方法。 环保部门在推广 RTO 技术,化工企业不得不从。但由于发生过数起 废气处理系统爆炸事故,没有权威的发布事故分析报告,事故原因不明, 使不少企业对废气处理系统心有余悸,不敢使用 RTO 技术。 结合一起废气管道系统爆炸事故分析,来分析废气处理系统爆炸原 因,并提出预防措施。 二、一次有机废气管道爆炸事故原因分析研讨会 201x 年 x 月中旬某化工企业发生有机废气管道爆炸事故,该企业在

查找事故原因时,意见比较分散。 为进一步搞清事故原因,201x 年 x 月 x 日该企业安环部经理带领工 艺员、设备员、车间主任、车间安全员,到 XXX 安全科技有限公司进行 了一次事故原因分析研讨会议,该研讨会使双方对废气处理系统的爆炸 事原因深入的认识。 1、事故简介 201x 年 x 月中旬上午 xx 点 xx 分左右, x 车间主任助理和班组长在 6、 7 车间之间西面的主道路桥架(废气管)下,突然听到一声沉闷声响,紧 接着又听到一声响声,此时发现废气管有点烟雾,声音发在 7 车间与 8 车间之间这段废气管道上,两声响后又连着一声响声,发现 8 车间甲苯 回收装置上的废气管道一头堵板冲开并有火焰冒出。 事故发生后,企业有关部门人员马上到现场(8 车间甲苯回收装置上 的废气管道堵板(泄爆板)冲开)查看和处置。到现场约 2 分钟后发现 5 车间西南角处废气管道发生燃烧。爆炸导致废气管上与车间对接塑料管 道焊接处冲开,经近 20 分钟努力将明火扑灭,无人员受伤,但造成多处 管道破损。 事故发生时,三废操作工正在甲苯回收装置的废气管道堵板冲开处 下面涂设备螺丝黄油,事故过程描述与 6 车间主任助理、班组长的描述 基本一致。 2、事故发生时企业生产状况 8 号车间某产品反应釜用到的原料有:甲苯、硫酸、三氯化铝等。三 氯化铝投料方式采用敞开式的人工投料,反应时在常压情况下进行的。

反应过程中,反应釜不密闭,而是采用料袋将投料口堵塞的方式。8 号车 间废气本来是由甲苯回收装置吸附后,再排入废气总管的。事故发生的 当天,恰好甲苯回收装置检修停用,废气未经过甲苯吸附回收系统而直 接排入废气总管内。 5 号车间用到的原料有:丙酮、三氯氧磷、甲苯、异丙醇等。 6 号、7 号车间停产检修,车间废气管与总废气管道已断开,并有 盲板密封。 当天、当时无任何接近废气管道的动火作业。

图 1:

爆炸管道现场

3、事故原因分析研讨 在事故分析时,首先要搞清是什么物质的爆炸、该物质从哪里来、爆 炸的要素是否都具备? 按爆炸“四要素” (氧化剂、点火源、可燃物及浓度)思路查找事故原 因。 (1)氧化剂为空气 各废气吸入口在吸入废气的同时也吸入空气, 废气管道中有大量空气, 氧气(氧化剂)一直存在。 (2)点火源为静电 因为废气管道为工程塑料,废气支管与总管连通为插入式三通,废气 管道中气体流速很大,在直角三通处因为尖角产生严重的静电(点火源) 。 (3)可燃物为甲苯 通过排除法确认可燃物为来自 8 号车间某产品反应釜原料甲苯蒸汽。 (4)可燃物的浓度 在怀疑是管道中甲苯浓度超标所致的时候,刚好一同前来参加研讨会 的车间工艺员曾于 201X 年 4 月对该反应釜甲苯废气排放浓度的进行过测 试,笔记中测试数据记录表明:8 号车间反应釜废气出口管道中甲苯的含 量在 5-6%左右。 甲苯爆炸下限(V%) 为 1.2, 爆炸上限(V%) 为 7, 8 号车间反应釜废气出口管道中甲苯的含量处于爆炸极限之中。 (5)爆炸发生时间分析: 正常情况下 8 号车间反应釜废气,是先冷凝器冷冻和活性碳吸附回收

甲苯后,再排入废气总管。甲苯吸附回收装置设备和管道金属材料制作, 电气防爆、设备管道作防静电接地。由于没有点火源,故甲苯吸附回收装 置设备和管道没有发生过爆炸事故。 经过甲苯吸附回收装置后的废气甲苯浓度很低,故废气总管也没有发 生过爆炸事故。 事故发生的当天,恰好 8 号车间废气甲苯吸附件回收装置检修停用, 废气未经过甲苯吸附回收系统直接排入废气总管内。此段管道为塑料管 道,与总管为直角三通, 8 号车间反应釜废气出口管道中甲苯的含量在 5-6%左右,处于甲苯爆炸极限范围内。由于废气管道中甲苯气体浓度处于 爆炸极限范围内;废气管道内气体流速快,废气管道材质为易产生静电的 塑料, 而且有直角三通易产生静电放电, 具备了气体爆炸发生的四个要素, 因此发生了废气爆炸。 三、防止废气处理系统爆炸的安全对策研究 直接燃烧法、催化燃烧法、蓄热式热氧化炉(RTO)设备本身,只 有在点火时,如果违反操作规程,先送气后点火才会产生爆炸。 冷凝回收法、吸收法吸附法(直接吸附法、吸附-回收法、新型吸附 -催化燃烧法) 、直接燃烧法、催化燃烧法等废气处理设施本身一般不会 产生爆炸。 防止废气处理系统爆炸的根本原因是废气中可燃气体的浓度过高和 静电。 因此防止废气处理系统爆炸的主要措施,是要控制各废气吸入点吸 入的各有机气体浓度小于爆炸下限,建议以爆炸下限 30%为设防值(称

之为安全浓度) 。 如果某点吸入的有机气体浓度过高,则应采取冷却或冷冻的方法, 采用金属换热器械(如板式冷凝器)和金属管道(要防静电接地) ,使其 中的有机气体安全地冷却成液体回流或收集到某容器,使进入废气收集 系统的废气浓度降低到安全浓度。 以蓄热式热氧化炉(RTO)为例,仔细阅读其使用说明中,RTO 设备 生产厂家均提到只适用于低浓度(低于 30%LFL)、大风量。 企业不仅要关注正常状况下,各废气吸入点吸入的废气浓度;更要 关注非正常状态下,各废气吸入点吸入的废气浓度,例如要考虑反应器 冲料、安全泄放等高浓度有机气体,大大高于爆炸下限,切不可排入只 适用于低浓度有机废气处理系统,以防产生废气管道系统和处理设施发 生爆炸事故。由于废气管道连接许多设备和车间,废气处理系统的爆炸 事故,严重时会引起其他设备或车间的连锁反应。 对有可能产生冲料和反应失控的反应器,企业应预先研究采取安全 排放的措施,首先应采取温度和压力的检测报警或连锁等安全自动化手 段,防止冲料现象和反应失控制的现象发生;其次应设计安全泄料设施, 以满足万一产生冲料事故发生,或反应失控制安全泄放系统动作,大量 有机体气体的安全泄放和处理, 例如设计事故缓冲罐和活性碳吸附系统, 甚至高空排放设施。 为防止有机废气处理系统爆炸事故,建议应从以下 9 个方面采取具 体安全对策措施 : 1、要对高浓度废气进行预处理,降低排入废气处理系统的可燃物浓

度,如对反应釜废气排放口设冷却或冷冻回收装置,或活性碳回收装置; 禁止高于爆炸下限的可燃蒸汽和可燃气体排入废气管道系统。 2、要对废气中可燃物浓度进行检测、试验,控制各废气中易燃物质 的浓度低于爆炸下限,进行正常工作状态或非正常工作状态下的可燃气 体浓度检测。 3、废气中可燃物浓度处于爆炸极限范围时,要改变工艺或设备、或 进行惰性化处理、并要做好防静电工作(消除一切可点火能量和物质) 。 4、对可能会产生废气浓度接近爆炸下限的气体管道设置在线可燃气 体浓度检测报警器。 5、反应釜应尽可能采用密闭式,避免有空气(氧气)进入反应釜和 废气管道,降低高浓度废气中氧气含量,当然能惰性化(如充氮)更好。 6、对各车间内产生的废气进行分析,有可能产生禁忌物质的废气应 分开处理。 7、 当废气管道内可能沉积危险物质时(如活性碳、叠氮酸)时应 考虑对废气管道进行定期清洗。 8、在废气管道设计、安装时须应考虑有一定的斜度,方便积液的排 除,避免积液积聚过多而导致废气管变形和残留的混合物过多,引起二 次爆炸;并对废气总管内的积液进行定时排液。 9、废气管道在各危险点(如支管接入总管处)设泄爆板,以减少爆 炸气体大量回冲反应釜,产生连锁反应。 10、如经济实力许可,废气管道应优先采用不锈钢材料,并采取消 除静电的措施。

四、小结 1、RTO 蓄热式热力焚烧炉和催化氧化等废气处理设备一样,本身一 般不会产生爆炸事故。 2、废气处理系统产生爆炸(废气管道爆炸、RTO 蓄热式热力焚烧炉 或催化氧化装置爆炸) ,其本质原因是其中的有机废气浓度高于爆炸下限, 并存在静电、高热或明火等点火源。 3、在重视 RTO 蓄热式热力焚烧炉安全自动化功能(有机废气的浓度 检测和连锁)时,更应重视各废气吸入点有机废气浓度的检测和预处理, 并考虑冲料和失控状态时的紧急排放和处理,确保整个废气收集系统所有 废气吸入点吸入的有机废气浓度处于安全浓度以下,从源头上消除废气收 集系统发生气体爆炸的根源。


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