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化工废气处理采用净化系统安全性研究

化工废气含有酸性气体、有机废气等,化工企业对废气先进行收集、预处理、吸附等,最终实现达标排放的目的。化工废气处置如果设计不当,会发生废气泄露,或者浓度过大引发爆炸的风险。化工废气采用RTO系统已经出现多起安全事故,主要原因化工废气处理工艺设计不合理导致的,安峰环保将对化工废气净化系统的安全性进行分析。
  
  1化工废气事故简介
  
  江苏某化工企业RTO净化系统在2015年3月8日9时43分和3月27日3时20分两次发生了爆炸。事故没有造成人员伤亡,聚合物多元醇车间引风机损坏,现场仪表烧毁,RTO部分装置损毁严重,直接经济损失达100余万元。
  
  2事故时车间生产情况
  
  该企业生产方式为间歇性生产,根据企业提供资料,事故发生时仅POP、PL1/PL2产品的工艺废气通过DN50~DN350不等的金属管道进行了收集(主要污染物为环氧乙烷、环氧丙烷、三甲胺、异丙醇、苯乙烯、丙烯腈等),废气收集后通过引风机进入RTO焚烧,该RTO为R—RTO(旋转式蓄热焚烧炉)。废气收集、处理的详细流程如图1所示。
  
  化工废气处理
  
  3事故原因分析
  
  3.1事故直接原因

  
  调查发现,企业真空泵尾气出口温度达73℃以上,根据有机废气冷凝效率计算,公式见式(1)~(3)。
  
  化工废气处理
  
  式中:Cl为气体的冷凝前浓度,g/m;C2为气体的冷凝后浓度,g/m;M为气体物质的分子量;Pl为气体在T1时饱和蒸气压;P2为气体在T2时饱和蒸气压;R为常数,为8.314;P为大气压,101325Pa;r/为冷凝效率。
  
  在75℃时,对应排气中有机物最高饱和质量浓度及爆炸范围相关数据详见表1。
  
  化工废气处理公司
  
  根据表1,通过理论计算,当真空泵出口尾气温度为75℃时,各有机物饱和浓度均极高,如果废气稀释倍数不够极易发生安全事故。现场测得单套PL真空泵中环氧乙烷废气流量约120m/h,3套合计360m/h,事故发生时焚烧炉实际处理风量不超过5000m/h,混合气体中有机物总浓度的对应体积比约7.2%,即使仅接入1套含环氧乙烷尾气,其平均浓度2.4%也处于对应的爆炸范围之内,由此可见,真空泵出口尾气排放温度过高,而有机物沸点较低,导致污染物排放浓度过高,同时相应的稀释倍数不够,外加环氧丙烷、环氧乙烷的化学性质活泼,最终导致接入焚烧炉中的废气达到相应爆炸极限,从而造成爆炸事故的发生。
  
  3.2事故间接原因
  
  1)收集系统设计不合理。调查过程发现对于真空泵高浓度有机废气,企业均未进行冷凝回收预处理,且目前企业对PL系统真空泵出口尾气所设计的收集方式极不合理,真空泵出口所配备的伞形罩集气量有限,尾气收集总管仅DN50,正常运行时系统稀释风量难以保证。
  
  2)预处理措施不到位。该企业POP、PL1、PL2车间对有机废气所采用的活性炭吸附未配备脱附再生系统,基无效,末端所配置的不锈钢高压风机无变频系统,导致废气收集管路系统中负压值过高,能耗较高且不利于有机物的冷凝回收,所采用的金属材质水洗塔强度较高,当系统发生爆炸等意外事故时无法起到有效泄爆的效果,导致爆炸产生的冲击波沿着管道进一步往生产车间传导,加剧了爆炸的次生危害。
  
  3)RTO炉本体存在问题。本项目中部分产品含有氯元素,所采用的设备本体为SUS304,旋转阀材质为SUS316L,诸多案例表明,蓄热陶瓷体由于质量较大,支撑件通常要承受较大的应力腐蚀,当体系含氯时(如环氧氯丙烷)高温焚烧处理过程中将产生HCl等污染物,对设备本体、RTO炉旋转阀易产生较大腐蚀,系统难以稳定、有效运行。
  
  其次项目废气中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有机物,上述物料在温度较高时极易发生自聚合,导致RTO炉蓄热陶瓷体在使用一段时间后设备阻力变大,同时底部有高沸点有机物粘附现象,易引起火灾等安全事故。
  
  4事故预防对策
  
  RTO在正常工况下不易发生火灾、爆炸事故。但由于精细化工行业废气成份复杂多变、浓度波动大,易造成焚烧炉运行稳定性较差,存在一定的安全隐患。建议RTO生产厂家及使用企业采取如下安全措施以防范RTO火灾、爆炸事故:
  
  1)优化收集系统。对吸风罩、风机选用进行规范设计,同时废气收集管线需统筹规划,形成支管一主管一处理装置一总排口的收集处理系统,确保废气收集效果。对于易燃易爆废气在设计收集系统和预处理系统时,不追求过高的强度反而有利于系统安全,不过即使选用强度不高的设备和材料,在RTO炉设备本体、废气收集管道等节点仍需安装泄爆膜片。
  
  2)强化预处理措施。由于精细化工行业废气排放浓度有较大的波动,因此需对各类不同浓度的有机废气进行混匀、缓冲和预处理,建议企业采用PP填料塔对有机废气进行预处理,由于PP填料塔强度不高,在发生事故时极易泄爆,最大限度的保证系统安全。
  
  3)渐进化科学调试。RTO炉调试时理应先进行空载调试,待空载调试稳定后再逐步接入低浓度有机废气,如企业污水池加盖收集后废气、车间换风废气等,最终再逐步接入高浓度废气,同时对拟接入高浓度废气的排放流量、排放浓度进行检测,重点关注峰时浓度,单一排气点有机浓度宜控制在1000ppm以内,最高不得超过5000ppm。
  
  4)安装在线监控系统,设置电控系统操作间。RTO炉净化处理系统是一项人机高度结合的设备,虽然其自动化程度较高,但必须安排专人进行维护与管理,如RTO炉在发生爆炸前有机物浓度常会在短时间内迅速升高,此时系统若有人值守则可提前发出预警并采取必要的措施,避免事故的发生;同时对RTO各系统尾气安装TVOC浓度在线监控系统,为企业管理提供必要的数据支撑。
  

  化工废气处理工艺在保证有机废气浓度,低于空气浓度最低限值25%,如果超过这个浓度就有爆炸的风险。化工废气设备安装完成后要进行调试,确保各项数据在可控范围内,否则容易造成安全事故。


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