RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式焚燒爐）系統在VOCs治理領(lǐng)域的應用日益廣泛，但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開(kāi)的事故調查報告，爆炸原因不明，同類(lèi)事故時(shí)有發(fā)生，令人心痛。
本文分享三起典型的RTO爆炸事故原因分析及整改措施，供大家參考借鑒。
江蘇某化工企業(yè)ＲTO 裝置于2015 年3 月8日和3 月27 日發(fā)生兩次爆炸。事故沒(méi)有造成人員傷亡，但廢氣引風(fēng)機損壞，現場(chǎng)儀表燒毀，ＲTO裝置損毀嚴重。該企業(yè)ＲTO 裝置主要處理儲罐廢氣，廢氣經(jīng)壓縮冷凝后再用空氣稀釋后燃燒處理。此次事故發(fā)生的直接原因是氣體冷凝溫度較高，冷凝后氣相中的有機化合物含量增高，廢氣收集管道上稀釋的配風(fēng)空氣不足，導致進(jìn)入ＲTO廢氣的濃度達到爆炸極限。發(fā)生的間接原因是廢氣收集管道上未設置在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀及防爆泄壓設施。整改措施:
①在廢氣收集管道上安裝在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀，濃度控制在1 000 - 5 000 mg /m3 ;
②在廢氣收集管道等節點(diǎn)上安裝泄爆膜片。
2019 年5 月，山東某企業(yè)ＲTO 裝置在運行過(guò)程中因廢氣濃度突然升高引發(fā)了爆炸，事故沒(méi)有造成人員傷亡，ＲTO 爐體本身未損壞，但引風(fēng)機及進(jìn)爐管道全部爆裂損壞。該裝置廢氣來(lái)源包括儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣，并設有在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀，管道直徑600 mm，在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離為38 m，閥門(mén)關(guān)閉與在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀分析時(shí)間總和約3 s；引風(fēng)機材質(zhì)為玻璃鋼。在廢氣進(jìn)ＲTO 爐前設有1個(gè)DN150 mm 爆破片，廢氣進(jìn)ＲTO 爐前設置了阻火器，但阻火器阻火性能未經(jīng)驗證合格。事故發(fā)生的直接原因是廢氣濃度突然升高。從爆炸后現場(chǎng)的情況分析推出事故發(fā)生的間接原因:①廢氣切斷閥閥板明顯受到靠近爐側的沖擊壓力而彎曲，說(shuō)明高濃度廢氣通過(guò)在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀后，雖引發(fā)停車(chē)聯(lián)鎖，但廢氣切斷閥未全部關(guān)閉;
②阻火器性能不符合要求，未能有效隔離能量，造成閃爆事件的發(fā)生;
③由于風(fēng)機材質(zhì)為玻璃鋼材質(zhì)，高濃度廢氣與高速旋轉的風(fēng)機葉輪摩擦產(chǎn)生靜電，引起風(fēng)機及入口管道粉碎性損壞。整改措施:
①從源頭上將儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣分開(kāi)，高濃度罐頂廢氣另行處理; ②將在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離延長(cháng)為60 m，確保出現高濃度廢氣后廢氣切斷閥有足夠的關(guān)閉時(shí)間; ⑤阻火器改為經(jīng)過(guò)認證的產(chǎn)品。2019 年9 月份改造后開(kāi)工，在后續引發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)的情況下未發(fā)生次生事故。
3、安徽某制藥廠(chǎng)RTO 裝置爆炸事故
2019 年6 月16 日安徽某制藥廠(chǎng)ＲTO 裝置因廢氣中甲醇濃度突然升高導致爆炸，爆炸聲前后2 次，間隔時(shí)間較短，一處位于ＲTO 爐及相鄰風(fēng)機，另一處位于系統前端廢氣收集管道。事故導致ＲTO 右側蓄熱室鋼結構、保溫棉、蓄熱陶瓷和ＲTO 近端的引風(fēng)機、風(fēng)管?chē)乐負p壞。分析認為:①該裝置未安裝實(shí)時(shí)廢氣濃度檢測儀，不能及時(shí)檢測并切斷高濃度廢氣，造成高濃度廢氣在爐內蓄熱材料中升溫過(guò)程發(fā)生爆炸;
②該裝置未安裝阻火器，不能阻斷爆燃的廢氣回火至廢氣收集部分;
③廢氣輸送管道及風(fēng)機均未采用可導電材質(zhì)，廢氣與高速旋轉的風(fēng)機葉輪摩擦產(chǎn)生靜電且靜電無(wú)法導出，引發(fā)了系統前端廢氣的爆炸。①增加在線(xiàn)廢氣濃度檢測儀，并與廢氣切斷閥、放空閥聯(lián)鎖;
②在ＲTO 前端和廢氣收集端設置阻火器，廢氣管道每隔一定距離必須設置爆破片，爆破片壓力低于廢氣管道承受的壓力，以便爆炸發(fā)生后及時(shí)泄壓，減少損失;
③風(fēng)機、風(fēng)管等輸氣設備在防腐蝕的情況下考慮靜電接地。安徽某制藥廠(chǎng)于2019年6月15日17：00臨時(shí)停產(chǎn)，停產(chǎn)后RTO系統按規程停機。該廠(chǎng)于次日8：00投料復產(chǎn)，RTO系統同時(shí)開(kāi)機并升溫，此時(shí)旁通閥開(kāi)啟、廢氣導入閥關(guān)閉，廢氣經(jīng)RTO系統旁路凈化系統處理達標后高空排放；RTO爐經(jīng)吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關(guān)閉，廢氣導入閥開(kāi)啟，廢氣進(jìn)入RTO爐，系統壓力、溫度等一切正常。廢氣導入2h后（11：00）RTO系統發(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，另一處位于系統前端廢氣收集管道。事故導致RTO爐右側蓄熱室鋼結構、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風(fēng)機、風(fēng)管?chē)乐負p壞，較遠端風(fēng)管脫落，并引燃周邊干燥物，無(wú)人員傷亡。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）形成預混氣，遇到點(diǎn)火源（明火、電火花、靜電火花、高熱物等）會(huì )發(fā)生爆炸或燃燒，并釋放大量的熱和氣體。本文根據爆炸三要素：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源進(jìn)行排查分析。該制藥廠(chǎng)進(jìn)入RTO系統的廢氣主要來(lái)源于生產(chǎn)車(chē)間、罐區、污水站、固廢倉庫、原料倉庫以及風(fēng)管（積液長(cháng)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系統運行1.5h后才發(fā)生安全事故，風(fēng)管內應無(wú)淤積廢氣；罐區廢氣采用集氣罩方式收集，事發(fā)前無(wú)裝卸料過(guò)程，不能形成達到爆炸極限的預混氣；污水站、固廢倉庫、原料倉庫等區域VOCs揮發(fā)量很小，事發(fā)前無(wú)大宗化學(xué)品或危廢泄漏，也不具備形成達到爆炸極限的預混氣。事故后排查車(chē)間生產(chǎn)裝置時(shí)發(fā)現，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，該次事故達到爆炸極限的可燃物主要來(lái)源于甲醇蒸餾釜。RTO系統運行時(shí)助燃風(fēng)機會(huì )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(wú)損，說(shuō)明氧化室未發(fā)生爆炸，助燃物非來(lái)自助燃風(fēng)機；而各生產(chǎn)車(chē)間、罐區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。（1）明火：當進(jìn)入RTO爐內的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設定溫度時(shí)，位于氧化室內的燃燒器會(huì )自動(dòng)補入天然氣并點(diǎn)火升溫。事故后打開(kāi)爐體發(fā)現RTO氧化室完好無(wú)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(chǎng)廢氣輸送管道及風(fēng)機均未采用可導靜電材質(zhì)，廢氣高速流通與管壁摩擦及風(fēng)機葉輪高速轉動(dòng)極易形成靜電且靜電無(wú)法導出，但廢氣輸送管道和風(fēng)機位于RTO爐前端，達到爆炸極限的預混氣遇到靜電后即可發(fā)生爆炸，而遠端管道在事故中僅是脫落，損壞程度低；且風(fēng)機爆炸后不會(huì )將預混氣輸送至RTO爐內。因此，可排除靜電火花因素，同時(shí)說(shuō)明風(fēng)機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(kāi)爐體發(fā)現，RTO右側蓄熱室鋼結構坍塌、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。2019年6月15日，該制藥廠(chǎng)停產(chǎn)時(shí)某工人工作疏忽忘記關(guān)閉生產(chǎn)車(chē)間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復產(chǎn)時(shí)某工人未對崗位裝置進(jìn)行全面檢查，在廠(chǎng)區蒸汽總閥開(kāi)啟后，殘存釜內的甲醇逐漸升溫并沸騰，大量甲醇蒸汽涌入風(fēng)管后形成達到爆炸極限的預混氣；RTO系統未安裝實(shí)時(shí)廢氣濃度檢測儀，廢氣導入閥無(wú)法連鎖關(guān)閉，預混氣進(jìn)入RTO爐內，在流經(jīng)RTO爐右側蓄熱室過(guò)程中升溫至起燃點(diǎn)后發(fā)生爆炸，致使RTO爐右側蓄熱室鋼結構、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴重損害；由于RTO系統未安裝阻火器，爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風(fēng)機和風(fēng)管，并導致風(fēng)機爆炸、風(fēng)管脫落；脫落的風(fēng)管內仍存在燃燒的廢氣，進(jìn)而引燃周邊的干燥物。（1）減量：強化車(chē)間預處理，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(lèi)循環(huán)液的更換頻次，并設置自動(dòng)加藥、排污控制，提高吸收效率等，以減少進(jìn)入RTO系統中VOCs的總量，從而降低廢氣達到爆炸的風(fēng)險。（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)管極易形成達到爆炸極限范圍的預混氣，可通過(guò)計算一定溫度時(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%設計風(fēng)量；設置緩沖罐并補充新風(fēng)，確保進(jìn)入RTO系統的廢氣濃度低于其25%LEL。（1）導靜電：風(fēng)管、風(fēng)機等廢氣輸送設備設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(guò)程中因摩擦起靜電而無(wú)法導出。（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，存在濃度升高現象，須定期排出。（3）測濃度：在RTO系統前一定距離設置在線(xiàn)（實(shí)時(shí)）濃度檢測儀，并與RTO系統廢氣導入閥、應急排空閥連鎖控制，距離根據檢測儀響應時(shí)間確定，當廢氣濃度超過(guò)25%LEL時(shí)，廢氣導入閥關(guān)閉，應急排空閥開(kāi)啟，防止高濃廢氣進(jìn)入RTO系統。（4）泄爆：風(fēng)管每隔一定間距設置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風(fēng)管承受應力；RTO系統前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強度材質(zhì)制作，以便爆炸發(fā)生時(shí)及時(shí)泄壓，減少爆炸損失。（1）雙旁通設計：對RTO系統設置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導入閥、應急排空閥連鎖，當濃度超過(guò)25%LEL時(shí)，廢氣導入閥關(guān)閉，廢氣無(wú)法進(jìn)入RTO系統；應急排空閥開(kāi)啟，廢氣經(jīng)冷旁通處理達標后排放。熱旁通與新風(fēng)閥、溫度儀、壓力計連鎖，當RTO爐內溫度、壓力異常時(shí)，新風(fēng)閥開(kāi)啟，稀釋濃度降溫降壓，熱旁通閥開(kāi)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系統安全連續運行。（2）雙流場(chǎng)模擬：RTO爐設計時(shí)對廢氣進(jìn)行氣流場(chǎng)和熱流場(chǎng)模擬，其中氣流場(chǎng)模擬確保RTO爐內無(wú)死角，廢氣能夠均勻流暢通過(guò)，避免局部湍流或濃度過(guò)高；熱流場(chǎng)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(guò)高，減少安全隱患。（3）阻火：在RTO爐前端和生產(chǎn)車(chē)間后端風(fēng)管設置阻火器、水封等，防止RTO爐或風(fēng)管爆炸回火至前端或車(chē)間，減少事故損失。（4）監控：將RTO系統與生產(chǎn)、風(fēng)管壓力計、中級風(fēng)機、濃度檢測儀等連鎖控制，并納入生產(chǎn)管理監控，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節。通過(guò)對某制藥廠(chǎng)RTO系統爆炸因素進(jìn)行逐一排查分析，還原了事故發(fā)生經(jīng)過(guò)，確定了該起事故是因工人不當操作和RTO系統缺乏相應安全連鎖裝置所致，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(mén)在RTO系統的設計生產(chǎn)、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經(jīng)驗參考。
