RTO(Regenerative Thermal Oxidizer,蓄熱式焚燒爐)系統(tǒng)在VOCs治理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開的事故調(diào)查報(bào)告,爆炸原因不明,同類事故時(shí)有發(fā)生,令人心痛。
一、事故概況
安徽某制藥廠于2019年6月15日17:00臨時(shí)停產(chǎn),停產(chǎn)后RTO系統(tǒng)按規(guī)程停機(jī)。該廠于次日8:00投料復(fù)產(chǎn),RTO系統(tǒng)同時(shí)開機(jī)并升溫,此時(shí)旁通閥開啟、廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉,廢氣經(jīng)RTO系統(tǒng)旁路凈化系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后高空排放;RTO爐經(jīng)吹掃并加熱至800℃后,旁通閥關(guān)閉,廢氣導(dǎo)入閥開啟,廢氣進(jìn)入RTO爐,系統(tǒng)壓力、溫度等一切正常。廢氣導(dǎo)入2h后(11:00)RTO系統(tǒng)發(fā)生爆炸,爆炸聲前后兩次,間隔時(shí)間較短,一處位于RTO爐及相鄰風(fēng)機(jī),另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導(dǎo)致RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風(fēng)機(jī)、風(fēng)管嚴(yán)重?fù)p壞,較遠(yuǎn)端風(fēng)管脫落,并引燃周邊干燥物,無人員傷亡。
二、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(yù)混氣,遇到點(diǎn)火源(明火、電火花、靜電火花、高熱物等)會發(fā)生爆炸或燃燒,并釋放大量的熱和氣體。
本文根據(jù)爆炸三要素:可燃物、助燃物和點(diǎn)火源進(jìn)行排查分析。
2.1可燃物
該制藥廠進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣主要來源于生產(chǎn)車間、罐區(qū)、污水站、固廢倉庫、原料倉庫以及風(fēng)管(積液長期未排,積液揮發(fā))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系統(tǒng)運(yùn)行1.5h后才發(fā)生安全事故,風(fēng)管內(nèi)應(yīng)無淤積廢氣;罐區(qū)廢氣采用集氣罩方式收集,事發(fā)前無裝卸料過程,不能形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣;污水站、固廢倉庫、原料倉庫等區(qū)域VOCs揮發(fā)量很小,事發(fā)前無大宗化學(xué)品或危廢泄漏,也不具備形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣。
事故后排查車間生產(chǎn)裝置時(shí)發(fā)現(xiàn),某蒸餾釜有殘存甲醇,該釜蒸汽閥未完全關(guān)閉,使該釜一直處于被加熱狀態(tài)。因此,該次事故達(dá)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系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)助燃風(fēng)機(jī)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(fā)生爆炸,助燃物非來自助燃風(fēng)機(jī);而各生產(chǎn)車間、罐區(qū)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(fēng)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(diǎn)火源
(1)明火:當(dāng)進(jìn)入RTO爐內(nèi)的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設(shè)定溫度時(shí),位于氧化室內(nèi)的燃燒器會自動(dòng)補(bǔ)入天然氣并點(diǎn)火升溫。事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)RTO氧化室完好無損,并未發(fā)生爆炸,可排除明火為該起事故的點(diǎn)火源。
(2)電火花:位于氧化室內(nèi)的燃燒器采用了電火花點(diǎn)火器,但氧化室未發(fā)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(fēng)機(jī)均未采用可導(dǎo)靜電材質(zhì),廢氣高速流通與管壁摩擦及風(fēng)機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)極易形成靜電且靜電無法導(dǎo)出,但廢氣輸送管道和風(fēng)機(jī)位于RTO爐前端,達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣遇到靜電后即可發(fā)生爆炸,而遠(yuǎn)端管道在事故中僅是脫落,損壞程度低;且風(fēng)機(jī)爆炸后不會將預(yù)混氣輸送至RTO爐內(nèi)。因此,可排除靜電火花因素,同時(shí)說明風(fēng)機(jī)和管道不是第一起爆點(diǎn)。
(4)高熱物:高熱物的溫度高于可爆成分的起燃點(diǎn)時(shí)可引起爆炸,RTO爐高熱物主要為氧化室內(nèi)表面和蓄熱陶瓷。其中氧化室未發(fā)生爆炸,可排除氧化室高溫表面為本次事故的點(diǎn)火源;事故后打開爐體發(fā)現(xiàn),RTO右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)坍塌、蓄熱陶瓷破碎、保溫棉脫落,而另外兩個(gè)蓄熱室完好。由此可知,RTO爐右側(cè)蓄熱室為第一起爆點(diǎn),其高溫蓄熱陶瓷為爆炸事故提供了點(diǎn)火源。
2.4 事故經(jīng)過還原
2019年6月15日,該制藥廠停產(chǎn)時(shí)某工人工作疏忽忘記關(guān)閉生產(chǎn)車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥,且放料不徹底;次日8:00復(fù)產(chǎn)時(shí)某工人未對崗位裝置進(jìn)行全面檢查,在廠區(qū)蒸汽總閥開啟后,殘存釜內(nèi)的甲醇逐漸升溫并沸騰,大量甲醇蒸汽涌入風(fēng)管后形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣;RTO系統(tǒng)未安裝實(shí)時(shí)廢氣濃度檢測儀,廢氣導(dǎo)入閥無法連鎖關(guān)閉,預(yù)混氣進(jìn)入RTO爐內(nèi),在流經(jīng)RTO爐右側(cè)蓄熱室過程中升溫至起燃點(diǎn)后發(fā)生爆炸,致使RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴(yán)重?fù)p害;由于RTO系統(tǒng)未安裝阻火器,爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風(fēng)機(jī)和風(fēng)管,并導(dǎo)致風(fēng)機(jī)爆炸、風(fēng)管脫落;脫落的風(fēng)管內(nèi)仍存在燃燒的廢氣,進(jìn)而引燃周邊的干燥物。
三、防范措施
3.1源頭消減
(1)減量:強(qiáng)化車間預(yù)處理,如將常溫循環(huán)水改為冷凍鹽水,提高冷凝效率;增加吸收類循環(huán)液的更換頻次,并設(shè)置自動(dòng)加藥、排污控制,提高吸收效率等,以減少進(jìn)入RTO系統(tǒng)中VOCs的總量,從而降低廢氣達(dá)到爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
(2)降濃:儲罐呼吸氣、冷凝器不凝氣等濃度較高,直接接入風(fēng)管極易形成達(dá)到爆炸極限范圍的預(yù)混氣,可通過計(jì)算一定溫度時(shí)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(shè)計(jì)風(fēng)量;設(shè)置緩沖罐并補(bǔ)充新風(fēng),確保進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣濃度低于其25%LEL。
3.2過程預(yù)防
(1)導(dǎo)靜電:風(fēng)管、風(fēng)機(jī)等廢氣輸送設(shè)備設(shè)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(zhì),并跨接、接地;同時(shí)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(dǎo)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(fēng)管中形成積液,積液中含有VOCs并不斷揮發(fā)至廢氣中,存在濃度升高現(xiàn)象,須定期排出。
(3)測濃度:在RTO系統(tǒng)前一定距離設(shè)置在線(實(shí)時(shí))濃度檢測儀,并與RTO系統(tǒng)廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖控制,距離根據(jù)檢測儀響應(yīng)時(shí)間確定,當(dāng)廢氣濃度超過25%LEL時(shí),廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉,應(yīng)急排空閥開啟,防止高濃廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)。
(4)泄爆:風(fēng)管每隔一定間距設(shè)置泄爆閥,泄爆閥壓力低于風(fēng)管承受應(yīng)力;RTO系統(tǒng)前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強(qiáng)度材質(zhì)制作,以便爆炸發(fā)生時(shí)及時(shí)泄壓,減少爆炸損失。
3.3末端把控
(1)雙旁通設(shè)計(jì):對RTO系統(tǒng)設(shè)置冷旁通、熱旁通,其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖,當(dāng)濃度超過25%LEL時(shí),廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉,廢氣無法進(jìn)入RTO系統(tǒng);應(yīng)急排空閥開啟,廢氣經(jīng)冷旁通處理達(dá)標(biāo)后排放。熱旁通與新風(fēng)閥、溫度儀、壓力計(jì)連鎖,當(dāng)RTO爐內(nèi)溫度、壓力異常時(shí),新風(fēng)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(jīng)混合器降溫冷卻后排至煙囪,確保RTO系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行。
(2)雙流場模擬:RTO爐設(shè)計(jì)時(shí)對廢氣進(jìn)行氣流場和熱流場模擬,其中氣流場模擬確保RTO爐內(nèi)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(chǎn)車間后端風(fēng)管設(shè)置阻火器、水封等,防止RTO爐或風(fēng)管爆炸回火至前端或車間,減少事故損失。
(4)監(jiān)控:將RTO系統(tǒng)與生產(chǎn)、風(fēng)管壓力計(jì)、中級風(fēng)機(jī)、濃度檢測儀等連鎖控制,并納入生產(chǎn)管理監(jiān)控,避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。
四、總結(jié)
通過對某制藥廠RTO系統(tǒng)爆炸因素進(jìn)行逐一排查分析,還原了事故發(fā)生經(jīng)過,確定了該起事故是因工人不當(dāng)操作和RTO系統(tǒng)缺乏相應(yīng)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(guān)單位部門在RTO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經(jīng)驗(yàn)參考。
來源:環(huán)保