孫 浩

浙江天地環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

0 前言

隨著各地?fù)]發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放要求的提高，各個(gè)地方和企業(yè)都在不斷地加大環(huán)保投入，多數(shù)企業(yè)通過安裝末端治理設(shè)施實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。實(shí)用的VOCs末端治理技術(shù)眾多，主要包括吸附、燃燒（蓄熱式燃燒［RTO］、催化燃燒［RCO］、直接燃燒［TO］）、吸收、冷凝、生物處理和組合技術(shù)。VOCs廢氣成分復(fù)雜多樣，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、考慮不充分或廢氣處理裝置的投用管理和控制不專業(yè)，往往會(huì)帶來新的安全隱患。比如，活性炭吸附箱內(nèi)活性炭自燃以及危廢處理問題、RTO裝置爆炸問題、低溫等離子裝置電暈放電著火問題。RTO作為一種高效的有機(jī)廢氣處理技術(shù)，受到多地環(huán)保部門和企業(yè)的熱捧。RTO技術(shù)適用于中高濃度、成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣處理，具有處理效率較高、基本無二次污染、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、化學(xué)制藥、噴涂等行業(yè)。但在RTO使用過程中，因安全設(shè)計(jì)考慮不足和操作運(yùn)行不當(dāng)，也出現(xiàn)例如RTO失火、爆炸等安全問題。本文根據(jù)RTO項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及以往RTO安全事故分析，就RTO主要安全措施設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

1 安全措施設(shè)計(jì)

有機(jī)廢氣中大部分成分具有易燃性和爆炸性，在有機(jī)廢氣治理中安全性是首先需要考慮的因素。RTO爐安全設(shè)施應(yīng)與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。在用RTO爐時(shí)應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估論證，對(duì)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。RTO技術(shù)應(yīng)用上的局限性及環(huán)保企業(yè)設(shè)計(jì)水平參差不齊，在安全設(shè)計(jì)上考慮不足，造成了安全事故的發(fā)生。為了防止RTO安全事故的發(fā)生、降低事故損失，進(jìn)行RTO安全設(shè)計(jì)的時(shí)候從以下幾個(gè)方面考慮。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料收集

企業(yè)有機(jī)廢氣成分復(fù)雜多樣、氣量不穩(wěn)定，尤其精細(xì)化工等企業(yè)間歇性生產(chǎn)的特點(diǎn)，使得有機(jī)廢氣濃度和廢氣量都會(huì)有間歇性變化。因此，在技術(shù)資料搜集時(shí)，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際，充分了解企業(yè)生產(chǎn)工藝和廢氣主要來源，合理選擇設(shè)備設(shè)施。必須要了解廢氣正常、最大和最小濃度，明確工藝過程中有機(jī)廢氣的排放特點(diǎn)及可能存在的突發(fā)因素。

易反應(yīng)、易聚合的有機(jī)物（例如苯乙烯）不宜采用蓄熱氧化技術(shù)。

1.2 RTO裝置總圖位置選擇

目前，對(duì)于新建企業(yè)有機(jī)廢氣處理設(shè)施，在整體總圖布置上已考慮用RTO裝置布置，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生安全生產(chǎn)事故。但絕大部分企業(yè)屬于提高有機(jī)廢氣治理效果，如新增RTO裝置，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，將RTO定義為明火設(shè)備，并嚴(yán)格按照GB50016-2014（2018版）、GB50160-2018復(fù)核RTO設(shè)備與企業(yè)內(nèi)部各類設(shè)施的防火距離。新增的RTO裝置可與廠內(nèi)化工工藝裝置視為聯(lián)合裝置，其設(shè)備、建筑物的防火間距應(yīng)按相鄰設(shè)備、建筑物的防火間距確定，其防火間距應(yīng)符合國(guó)標(biāo)規(guī)定。如果防火間距確無法滿足國(guó)標(biāo)規(guī)定，可考慮設(shè)置防火墻，或?qū)υㄖ镩T窗洞口封堵，形成不燃燒實(shí)體墻，其防火間距可小于國(guó)標(biāo)規(guī)定，但不得小于15 m。

1.3 有機(jī)廢氣收集及輸送

對(duì)罐區(qū)儲(chǔ)罐大小呼吸有機(jī)廢氣收集，要按照防火類別分類收集，并設(shè)水封罐，以保證整個(gè)儲(chǔ)罐系統(tǒng)的安全。

由于有機(jī)物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會(huì)大幅降低，同時(shí)化工企業(yè)有機(jī)廢氣的突發(fā)性排放，廢氣輸送管道應(yīng)在管道拐彎處加泄爆片，在裝置界區(qū)處設(shè)置管道阻火器。廢氣輸送管道材料的選擇要考慮腐蝕、靜電、成本等因素，金屬管道應(yīng)考慮防靜電設(shè)計(jì)。

1.4 有機(jī)廢氣的前處理

對(duì)含有酸性氣體的有機(jī)廢氣，需要通過二級(jí)洗滌塔去除廢氣中酸性氣體，減少酸性氣體對(duì)RTO爐體、閥門等設(shè)備腐蝕，同時(shí)洗滌塔也起到緩沖罐作用，避免有機(jī)廢氣局部區(qū)域出現(xiàn)混合不均勻，有機(jī)物濃度偏高。RTO蓄熱體承重支架盡可能選擇316L材質(zhì)。

對(duì)于不含酸性氣體的有機(jī)廢氣，要根據(jù)原始廢氣濃度，在廢氣入爐前設(shè)置緩沖箱，并在緩沖箱上設(shè)置應(yīng)急稀釋閥。RTO爐通過設(shè)置緩沖罐、調(diào)整風(fēng)量等預(yù)處理設(shè)施，就可以嚴(yán)格控制RTO爐入口有機(jī)物濃度和流速，保證相對(duì)平穩(wěn)、安全運(yùn)行。

對(duì)于含塵廢氣要進(jìn)行除塵，否則廢氣進(jìn)入RTO爐內(nèi)，造成爐內(nèi)蓄熱體阻塞，影響換熱效率。

1.5 RTO裝置安全設(shè)施及控制連鎖設(shè)計(jì)

RTO爐是有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)的核心設(shè)備，RTO安全性能指標(biāo)的高低直接決定了系統(tǒng)的安全性的強(qiáng)弱，可重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面的安全設(shè)計(jì)。

1）嚴(yán)格控制進(jìn)入RTO爐的有機(jī)物濃度，入口濃度必須低于爆炸下限25%，這是預(yù)防爆炸的一個(gè)最直接有效的措施。進(jìn)RTO系統(tǒng)前廢氣管道上裝有廢氣濃度檢測(cè)儀，儀表的位置需考慮RTO入口氣動(dòng)閥門的反應(yīng)時(shí)間。濃度監(jiān)測(cè)儀與稀釋風(fēng)閥、RTO風(fēng)機(jī)、應(yīng)急旁通閥、RTO入口氣動(dòng)閥等儀器設(shè)備之間設(shè)置必要的控制連鎖。

2）RTO爐燃燒室設(shè)防爆口，以防止爆燃對(duì)爐體的損壞，起到瞬間泄壓作用。

3）RTO爐燃燒室設(shè)熱旁通，連鎖控制中設(shè)置超溫緊急打開熱旁通閥，防止?fàn)t內(nèi)溫度過高導(dǎo)致爆炸。

4）燃燒器的選擇。

燃燒器燃料有柴油、生產(chǎn)冷凝廢液和天然氣。當(dāng)采用柴油和廢液燃料時(shí)，需設(shè)二級(jí)過濾器，以防止燃燒器噴嘴堵塞，過濾網(wǎng)可以選100目不銹鋼網(wǎng)。廢液燃燒器燒嘴安裝要設(shè)計(jì)一定的向下傾斜角度，防止燃燒后廢液中顆粒雜鹽堵塞耐火磚出火口。

5)RTO爐現(xiàn)場(chǎng)電氣儀表設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照防爆等級(jí)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備安全儀表系統(tǒng)應(yīng)不低于SIL2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，閥門根據(jù)工藝要求可選擇氣動(dòng)閥。

6)RTO爐應(yīng)設(shè)置PLC或DCS控制系統(tǒng)（視情況可設(shè)置安全儀表系統(tǒng)），對(duì)風(fēng)機(jī)、閥門、燃燒器、爐膛和廢氣管道等設(shè)備設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和連鎖。

7）RTO爐應(yīng)設(shè)置斷電斷氣后進(jìn)氣閥、排氣閥緊急關(guān)閉，防止煙囪效應(yīng)引起蓄熱層下部溫度上升。

8）RTO爐應(yīng)設(shè)置UPS備用電源和壓縮空氣儲(chǔ)氣罐。

1.6 廢氣應(yīng)急旁路設(shè)置

RTO爐設(shè)計(jì)有濃度設(shè)計(jì)上限要求，為保證裝置的安全運(yùn)行常設(shè)計(jì)應(yīng)急旁路，在廢氣濃度超出上限時(shí)，廢氣由應(yīng)急旁路從煙囪排出。有機(jī)廢氣濃度短時(shí)間內(nèi)超高，導(dǎo)致燃燒室溫度急劇升高，在連鎖切斷有機(jī)廢氣后從旁路直接排至煙囪，高溫尾氣與高濃度有機(jī)廢氣直接混合，導(dǎo)致有機(jī)廢氣在排空管內(nèi)有發(fā)生閃爆的可能，進(jìn)而引發(fā)安全事故。

因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝、廢氣濃度和成分綜合考慮，是否設(shè)置應(yīng)急旁路。如設(shè)置應(yīng)急旁路，在邏輯控制上，要避免熱旁通打開后，煙囪處于高溫狀態(tài)，廢氣由煙囪排放的工況存在。對(duì)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。設(shè)置應(yīng)急旁路時(shí)，要保證氣動(dòng)旁路閥的密封性，否則會(huì)影響廢氣總排口的在線檢測(cè)指標(biāo)。應(yīng)急旁路廢氣管線選材要注意防靜電。

1.7 企業(yè)生產(chǎn)管理調(diào)整

對(duì)于企業(yè)新增RTO裝置，有必要調(diào)整部分生產(chǎn)工藝，例如適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)釜排氣閥門開啟時(shí)間、減少真空泵同時(shí)開啟臺(tái)數(shù)等，避免廢氣濃度陡然升高。

在調(diào)試、RTO爐啟、停操作時(shí)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，建立生產(chǎn)車間與RTO裝置值班人員之間的信息互通，在可預(yù)判廢氣高濃度時(shí)段出現(xiàn)時(shí)，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。

2 總結(jié)

綜上所述，本文對(duì)VOCs治理技術(shù)中RTO安全設(shè)計(jì)和應(yīng)用管理進(jìn)行深入總結(jié)，為RTO設(shè)計(jì)企業(yè)和使用企業(yè)在完善設(shè)計(jì)、使用方面提出參考性意見。只要做好、做足相應(yīng)的安全預(yù)防措施工作，就能夠?qū)⑦@種技術(shù)安全、成功地應(yīng)用于廢氣處理適用領(lǐng)域。RTO技術(shù)將具有更廣泛的推廣前景。