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廢氣處理環(huán)保設(shè)施安全事故案例分析
時間：2023-07-26
亞德環(huán)保導(dǎo)讀：VOCs廢氣成分復(fù)雜，通常為多種易燃易爆的混合有機氣體，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隱患。工業(yè)廢氣種類繁多，主要包括有機廢氣、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，有機廢氣采用活性炭纖有機廢氣凈化器、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隱患。比如低溫等離子裝置電暈放電著火問題；RTO裝置爆炸問題；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)性有機物氣體及所處電氣防爆區(qū)域使用，都極其危險。所以，原國家環(huán)保部2013第31號文《揮發(fā)性有機物污染防治技術(shù)政策》第27條明確規(guī)定，使用低溫等離子技術(shù)要注意爆炸、火災(zāi)等安全因素。
依據(jù)：《揮發(fā)性有機物污染防治技術(shù)政策》
事故案例
2017年6月20日，天津某樹脂有限公司在安裝調(diào)試環(huán)保設(shè)備過程中，發(fā)生一起爆炸事故。
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；
?、诰酆戏磻?yīng)過程中未參與反應(yīng)的原料和有機溶劑將以廢氣形式排出反應(yīng)釜，未參與反應(yīng)的原料以及有機溶劑將從廢氣排放口處排出，有組織揮發(fā)、擴(kuò)散；
?、郛a(chǎn)品及中間產(chǎn)品卸放時，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；
?、茉虾陀袡C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爆炸。
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，并同時在電極周圍產(chǎn)生昏暗輝光。
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)到爆炸下限時，設(shè)備尚可啟動運行。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，在爆炸后頂蓋完全掀起，側(cè)門全部頂開，設(shè)備本體不能承受內(nèi)部有機氣體或粉塵爆炸的超壓，發(fā)生爆炸時設(shè)備本體嚴(yán)重破壞。
安全建議
?、僭诘蜏氐入x子體設(shè)備聯(lián)鎖方面，應(yīng)設(shè)置入口總烴濃度高低報警和高高聯(lián)鎖等措施；
?、谠诘蜏氐入x子體裝置運行操作方面，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間，待反應(yīng)器內(nèi)氣體濃度低于爆炸下限的25%時方可啟動；
?、墼谶\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)到或超過爆炸下限的25%時必須進(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，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，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，由于操作失誤、設(shè)備缺陷、設(shè)計處理風(fēng)量過小、沉積物清理不夠及時、收集系統(tǒng)設(shè)計不合理等多種原因發(fā)生過生產(chǎn)安全事故。
事故案例
江蘇某化工企業(yè)RTO凈化系統(tǒng)在2015年3月初和3月末兩次發(fā)生爆炸。事故沒有造成人員傷亡，聚合物多元醇車間引風(fēng)機損壞，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、三甲胺、異丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，廢氣收集后通過引風(fēng)機進(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。
事故原因
直接原因：真空泵出口尾氣排放溫度過高，而有機物沸點較低，導(dǎo)致污染物排放濃度過高，同時相應(yīng)的入口空氣補氣不足，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)爆炸極限，從而造成爆炸事故的發(fā)生。
間接原因：
?、偈占到y(tǒng)設(shè)計不合理。調(diào)查過程發(fā)現(xiàn)對于真空泵高濃度有機廢氣，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，正常運行時系統(tǒng)稀釋風(fēng)量難以保證。
?、陬A(yù)處理措施不到位。該企業(yè)POP、PL1、PL2車間對有機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物的冷凝回收，所采用的金屬材質(zhì)水洗塔強度較高，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸等意外事故時無法起到有效泄爆的效果(無泄爆措施)，導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生的沖擊波沿著管道進(jìn)一步往生產(chǎn)車間傳導(dǎo)，加劇了爆炸的次生危害。
③RTO爐本體存在問題。本項目中部分產(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(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、有效運行。
?、軓U氣中存在化學(xué)品自聚現(xiàn)象。項目廢氣中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有機物，上述物料在溫度較高時極易發(fā)生自聚合，導(dǎo)致RTO爐蓄熱陶瓷體在使用一段時間后設(shè)備阻力變大，同時底部有高沸點有機物粘附現(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)、爆炸事故。但由于廢氣成份復(fù)雜多變、濃度波動大，易造成焚燒爐運行穩(wěn)定性較差，存在一定的安全隱患。為了防范RTO火災(zāi)、爆炸事故可以采取如下安全措施：
?、偃孀R別風(fēng)險。對不同廢氣混合集中收集時，應(yīng)對各種廢氣間的相互影響開展風(fēng)險分析，弄清廢氣的危險特性。對廢氣的組分，危險性、爆炸極限、閃點、燃點等進(jìn)行檢定和檢測，全面掌握廢氣的安全風(fēng)險，避免發(fā)生反應(yīng)。對于廢氣成分復(fù)雜的，應(yīng)進(jìn)行安全性分析，例如HAZOP分析，并采取相應(yīng)的安全措施。
?、趦?yōu)化收集系統(tǒng)。對吸風(fēng)罩、風(fēng)機選用進(jìn)行規(guī)范設(shè)計，同時廢氣收集管線需統(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爐入口有機物濃度和流速，保證相對平穩(wěn)、安全運行。
?、蹪u進(jìn)化科學(xué)調(diào)試。RTO爐調(diào)試時理應(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，同時對擬接入高濃度廢氣的排放流量、排放濃度進(jìn)行檢測。
?、馨惭b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)是一項人機高度結(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)生爆炸前有機物濃度常會在短時間內(nèi)迅速升高，此時系統(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，在有機廢氣處理時使用顆?；钚蕴?，讓氣流通過活性炭層進(jìn)行吸附，進(jìn)而降低有機廢氣的濃度。吸附過程是放熱過程，有機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，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。
在工業(yè)廢氣處理的過程中，因為活性炭吸附工藝比較單一，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。
Smisek和Cerry研究了應(yīng)用含有再生裝置的活性碳吸附床著火狀況，當(dāng)含有酮類，醛類或相近化合物時。研究發(fā)現(xiàn)在吸附設(shè)備發(fā)生著火的狀況大多是由于生產(chǎn)狀況安排停機或機械故障關(guān)閉后發(fā)生。停機一段時間后，吸附系統(tǒng)重新啟動時發(fā)生著火狀況，調(diào)查者把這種著火狀況歸于活性碳自發(fā)的氧化反應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)沒有在完全冷卻的狀態(tài)下停機，或者由于未關(guān)閉死的閥門扔滲入少量空氣進(jìn)到活性碳床，這些氣流卻足以引起氧化反應(yīng)所需。而且由于氧化導(dǎo)致的熱量散發(fā)較慢，在活性碳床的某個局部位置可能會引起活性碳的自燃。
事故案例
事故①：某公司塑料PP材質(zhì)的廢氣緩沖罐(利舊，內(nèi)有活性炭，未識別到變更風(fēng)險)發(fā)生爆炸事故。爆炸導(dǎo)致緩沖罐整體被炸碎，部分碎片飛至周邊路面。沖擊波導(dǎo)致冷卻塔塔體剝離脫落、堿洗塔堿液管路泄漏；所幸當(dāng)時周邊沒有行人通過，未造成人員傷害。
事故②：某公司2車間樓頂?shù)幕钚蕴课焦?廢氣預(yù)處理)發(fā)生著火。所幸發(fā)現(xiàn)及時，未造成嚴(yán)重的蔓延，消防隊前來將大火撲滅。
事故③：某公司1車間樓頂活性炭吸附罐(廢氣預(yù)處理)發(fā)生著火。因車間人員及時發(fā)現(xiàn)火情，火勢在初期被撲滅。
結(jié)合事故發(fā)生時的現(xiàn)場調(diào)查、生產(chǎn)情況、以往異常情況分析，推測這幾起活性炭吸附罐著火和爆炸的直接原因：氣溫較高的情況下，工況復(fù)雜的廢氣經(jīng)過活性炭處理(吸附)過程中發(fā)熱(物理和化學(xué))。由于活性炭長時間未更換，灰分較高，床層散熱較差，不利于對流散熱。致使熱量在床層中積聚，在其中形成局部熱點。導(dǎo)致其溫度達(dá)到活性炭的自燃點或溫度達(dá)到了混合有機物氣體的閃點。同時部分空氣進(jìn)入廢氣中與可燃物形成爆炸性混合氣體，最終導(dǎo)致了事故的發(fā)生。
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材料，天然的不燃性；設(shè)計階段，活性炭廢氣處理法設(shè)計前期輸入條件要準(zhǔn)確確認(rèn)，對于含有酮類、醛類等有機物組分時需要特別注意；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HAZOP分析法進(jìn)行風(fēng)險點及預(yù)防措施的分析。具體有以下幾點措施可以參考：
?、俅_保有機廢氣的預(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)單獨預(yù)處理后再排入吸附罐中吸附處理；
?、诨钚蕴窟x材：使用點火溫度高，灰分低的活性炭作為吸附材料；
?、蹢l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；
?、菸教幚硌b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)；
?、咴谖酱矊影惭b溫度探頭，監(jiān)測活性炭層的溫度發(fā)現(xiàn)異常時及時處置；
?、鄳?yīng)急反應(yīng)與人員培訓(xùn)。培訓(xùn)人員發(fā)生火災(zāi)時的應(yīng)急處置能力，要能及時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)、爆炸事故。但由于廢氣成分復(fù)雜多變、濃度波動大，易造成焚燒爐運行穩(wěn)定性較差，存在一定的安全隱患。為了防范RTO火災(zāi)、爆炸事故可以采取如下安全措施：
1、全面識別風(fēng)險。對不同廢氣混合集中收集時，應(yīng)對各種廢氣間的相互影響開展風(fēng)險分析，弄清廢氣的危險特性。對廢氣的組分，危險性、爆炸極限、閃點、燃點等進(jìn)行檢定和檢測，全面掌握廢氣的安全風(fēng)險，避免發(fā)生反應(yīng)。對于廢氣成分復(fù)雜的，應(yīng)進(jìn)行安全性分析，例如HAZOP分析，并采取相應(yīng)的安全措施。
2、優(yōu)化收集系統(tǒng)。對吸風(fēng)罩、風(fēng)機選用進(jìn)行規(guī)范設(shè)計，同時廢氣收集管線需統(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爐入口有機物濃度和流速，保證相對平穩(wěn)、安全運行。
3、漸進(jìn)化科學(xué)調(diào)試。RTO爐調(diào)試時理應(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)是一項人機高度結(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)生爆炸前有機物濃度常會在短時間內(nèi)迅速升高，此時系統(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)險防控6大注意事項
1、RTO爐系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行安全風(fēng)險評估論證，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)計單位應(yīng)具備相應(yīng)行業(yè)專業(yè)甲級設(shè)計資質(zhì)或環(huán)境工程(大氣污染防治工程)專項乙級以上設(shè)計資質(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)具有自動報警功能的多點溫度檢測、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)置三級溫度報警點：當(dāng)爐內(nèi)溫度升高，超過一級報警點報警提示，高溫旁通閥打開，排放多余的熱量；達(dá)到二級報警點設(shè)定值時，新風(fēng)閥打開；當(dāng)RTO爐溫度超過三級報警點設(shè)定值時，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。
亞德環(huán)保在三廢（廢氣、廢液和固廢）管理、無害化和資源化方面擁有全面的技術(shù)儲備，以及豐富的項目業(yè)績和建設(shè)運營經(jīng)驗。
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