堿回收爐三次風(fēng)管道爆炸原因分析

何 翔

(廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司，廣西南寧，530031)

1 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

2008年2月某日，廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司 (以下簡(jiǎn)稱鳳凰紙業(yè))堿回收治污分廠的堿回收爐在正常運(yùn)行時(shí)，三次風(fēng)管道曾突然發(fā)生爆炸，位于堿回收爐前后墻及右墻三面約50 m長(zhǎng)的矩形三次風(fēng)管道嚴(yán)重爆裂變形，后墻2個(gè)三次風(fēng)風(fēng)門(mén)、多個(gè)伸縮節(jié)、測(cè)風(fēng)裝置嚴(yán)重破損，三次風(fēng)機(jī)葉輪輕微變形，整個(gè)三次風(fēng)系統(tǒng)已不能使用，堿回收爐緊急停機(jī)，所幸該事故未造成人員傷亡。圖1為事故發(fā)生時(shí)三次風(fēng)管道的損毀情況。

2 堿回收爐總體概況

鳳凰紙業(yè)原設(shè)計(jì)為年產(chǎn)10萬(wàn)t漂白硫酸鹽馬尾松漿及桉木漿，其堿回收治污分廠的堿回收爐是由瑞典卡瓦納公司 (現(xiàn)為美卓動(dòng)力公司)設(shè)計(jì)、四川東方鍋爐股份有限公司合作生產(chǎn)制造的單汽包低臭型鍋爐，關(guān)鍵部件由芬蘭Tampella公司提供，過(guò)熱蒸汽壓力6.8 MPa，溫度480℃，產(chǎn)汽量103 t/h，固形物處理能力為665 t/d(改造前)。2007年7—10月通過(guò)對(duì)原有漿堿生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)能改造和增加部分新的設(shè)備，紙漿產(chǎn)能提高到15萬(wàn)t/a，堿回收爐的固形物處理能力擴(kuò)大到994 t/d。堿回收爐供風(fēng)系統(tǒng)采用三次風(fēng)設(shè)計(jì)，一次、二次風(fēng)采用加熱空氣，三次風(fēng)采用室外自然空氣和從廠區(qū)各區(qū)域收集的低濃臭氣。從蒸煮系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的高濃臭氣通過(guò)加熱送往位于二次風(fēng)位置的臭氣專用燃燒器進(jìn)行燃燒。

3 低濃與高濃臭氣處理系統(tǒng)

硫酸鹽法漿廠有其特殊的臭氣，這些臭氣是由硫化物造成的，為惡臭的不凝性氣體 (NCG)，又稱總還原性硫化物TRS(Total reduced sulfur)，當(dāng)木片與硫酸鹽法制漿藥液一起在蒸煮器中蒸煮時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種化合物。其主要成分為硫化氫 (H2S)、甲硫醇(CH3HS)、二甲硫醚((CH3)2S)、二甲基二硫醚((CH3)2S2)等，這些氣體具有腐蝕性、毒性和爆炸性，如果外逸會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

鳳凰紙業(yè)的制漿生產(chǎn)線 (制漿與堿回收)臭氣處理系統(tǒng)分為低濃臭氣處理系統(tǒng) (DNCG)和高濃臭氣處理系統(tǒng) (CNCG)，兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立分開(kāi)。低濃臭氣處理系統(tǒng)主要是收集制漿分廠洗漿機(jī)、濾液槽以及堿回收治污分廠蒸發(fā)工段、塔羅油工段以及苛化工段開(kāi)敞槽罐及消化提渣機(jī)、苛化器的排氣。高濃臭氣處理系統(tǒng)是把蒸發(fā)工段汽提塔的甲醇系統(tǒng)、真空泵、重污水槽以及制漿分廠的松節(jié)油滌氣器排出的濃臭氣通過(guò)蒸汽噴射器收集起來(lái)，送入堿回收爐低位二次風(fēng)位置的臭氣專用燃燒器、或堿回收爐頂上的火炬燃燒器、或石灰窯復(fù)合燃燒器、或石灰窯備用火炬燃燒器燃燒，防止臭氣外逸，從而杜絕臭氣污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)無(wú)臭硫酸鹽法制漿。低濃臭氣和高濃臭氣還含有硫氧化物

(SOX)、氮氧化物 (NOX)、松節(jié)油、甲醇、水蒸氣、氮、氧、氨等成分。

低濃臭氣的燃燒，要優(yōu)先考慮以下因素:①用空氣有效地稀釋;②氣源的選擇;③水蒸氣的百分比含量最低(冷卻到40～45℃);④冷凝水要從管道系統(tǒng)中排掉;⑤在進(jìn)空氣燃燒系統(tǒng)前需進(jìn)行預(yù)熱以避免冷凝;⑥設(shè)連鎖系統(tǒng)確保安全。高濃臭氣的燃燒，要優(yōu)先考慮以下因素:①與大氣隔絕;②管道冷凝水要排掉;③不凝性氣體用堿液洗滌;④連鎖系統(tǒng)確保安全。圖2和圖3分別為低濃和高濃臭氣處理系統(tǒng)圖(圖2中的虛線為木片倉(cāng)原接入DNCG的排氣管線)。

4 爆炸原因分析

從理論上來(lái)說(shuō)，低濃臭氣因其易爆炸成分濃度很低，流量大，且是與堿回收爐三次風(fēng) (環(huán)境大氣)混合后同時(shí)進(jìn)入爐膛燃燒的，基本上不可能發(fā)生爆炸，但實(shí)際上確實(shí)是發(fā)生了爆炸事故。從工藝的角度和臭氣的性質(zhì)上進(jìn)行分析，認(rèn)為主要是蒸煮工段木片倉(cāng)的汽蒸排氣接入到了低濃臭氣處理系統(tǒng)，木片倉(cāng)排氣含有高濃的臭氣成分并且濃度達(dá)到了爆炸的極限范圍，從而發(fā)生爆炸事故。

木片倉(cāng)有兩個(gè)作用:一方面作為木片喂料的緩沖器，另一方面用閃蒸蒸汽預(yù)熱，排除木片內(nèi)或木片間的空氣及平衡木片間水分，以創(chuàng)造良好的蒸煮條件。木片倉(cāng)產(chǎn)生的低濃臭氣經(jīng)木屑分離器分離掉木屑等雜質(zhì)后由風(fēng)機(jī)送往漂白滌氣塔洗滌處理，然后排入大氣。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，原來(lái)鳳凰紙業(yè)地處的城市郊區(qū)變成了市中心地帶，當(dāng)生產(chǎn)波動(dòng)或不正常時(shí)，就會(huì)引起周邊居民的投訴 (臭氣)，環(huán)保壓力很大。為了妥善解決這個(gè)問(wèn)題，鳳凰紙業(yè)技術(shù)部門(mén)參考了國(guó)內(nèi)外漿廠的一些工藝實(shí)例，決定將木片倉(cāng)的排氣接到低濃臭氣處理系統(tǒng)送入堿回收爐燃燒，解決了木片倉(cāng)排氣直接排空引起的臭氣問(wèn)題，這樣相安無(wú)事運(yùn)行了幾年直至發(fā)生爆炸事故。

木片倉(cāng)的排氣成分是復(fù)雜和不穩(wěn)定的，尤其是使用馬尾松時(shí)，木片進(jìn)入汽蒸器前，在木片倉(cāng)先進(jìn)行汽蒸，蒸汽把揮發(fā)物 (如松節(jié)油)從木片中驅(qū)出。如條件不良，將耗用較多的蒸汽，當(dāng)木片倉(cāng)中木片料位較低時(shí)，蒸汽可穿透木片層驅(qū)出松節(jié)油。無(wú)論任何情況，木片倉(cāng)中含有大量松節(jié)油蒸汽，松節(jié)油中的α-蒎烯蒸汽足以構(gòu)成爆炸混合物。另外也與木片的種類、樹(shù)齡的長(zhǎng)短、木片的新舊程度以及當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)工藝情況有關(guān)，生產(chǎn)馬尾松漿時(shí)，當(dāng)尾氣中總還原性硫化物、揮發(fā)性有機(jī)物即上述的松節(jié)油成分和甲醇等成分聚集到高濃度時(shí)，就有可能遇明火發(fā)生爆炸?？諝庵谢煊锌扇夹詺怏w爆炸的原因，一是可燃性氣體的濃度達(dá)到極限值，二是要有火花引燃，這里的火花點(diǎn)就是三次風(fēng)風(fēng)門(mén)爐膛內(nèi)的火焰。另外的原因有:木片倉(cāng)排氣未能足夠稀釋，管道冷凝水未排干凈 (里面有松節(jié)油和甲醇成分)，堿回收爐供風(fēng)系統(tǒng)冷凝水受污染，安全連鎖設(shè)計(jì)不足。木片倉(cāng)排氣接入低濃臭氣處理系統(tǒng)運(yùn)行幾年都沒(méi)出現(xiàn)問(wèn)題，主要是在運(yùn)行過(guò)程中，木片倉(cāng)排氣在送入堿回收爐之前已得到了大量的稀釋(與各收集點(diǎn)空氣進(jìn)入的大小有關(guān))，未達(dá)到爆炸極限。其實(shí)在此之前，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)低濃臭氣風(fēng)機(jī)防爆膜發(fā)生爆裂和風(fēng)機(jī)機(jī)殼燒紅的情況，只是未引起重視。

因此，在氣源的收集上，要非常注意以下的問(wèn)題:①由于木片倉(cāng)的溫度一般控制在50～90℃之間，在系統(tǒng)使用閃蒸蒸汽且原材料是馬尾松時(shí)，很難控制其不凝性氣體和揮發(fā)性有機(jī)成分的含量，此時(shí)已有松節(jié)油和甲醇餾分離析出來(lái)，因此千萬(wàn)不要接到低濃臭氣處理系統(tǒng);②蒸發(fā)工段溢流槽的氣體需要進(jìn)行足夠的稀釋;③高濃黑液壓力貯槽冷卻后去往高濃臭氣處理系統(tǒng)。

表1所列為不凝性氣體成分的性能。

表1 不凝性氣體組分

5 采取的改進(jìn)措施

(1)切斷木片倉(cāng)至低濃臭氣處理系統(tǒng)的管道，增加木片倉(cāng)排氣冷卻器和滌氣器，洗滌后的低濃臭氣通過(guò)風(fēng)機(jī)輸送到堿回收爐120 m高的煙囪與燃燒煙氣混合排入大氣。有關(guān)資料顯示，目前高煙囪在臭氣控制方面仍占據(jù)一席之地 (圖4所示)。

圖4 木片倉(cāng)尾氣改造流程圖

(2)設(shè)法稀釋三次風(fēng)系統(tǒng)中不凝性氣體和揮發(fā)性有機(jī)成分。

(3)低濃臭氣處理系統(tǒng)增加冷卻滌氣器，清潔入爐前的空氣，減少在三次風(fēng)風(fēng)門(mén)燃燒的危險(xiǎn)。

(4)定期檢查堿回收爐區(qū)域的低濃臭氣管道和加熱器，觀察輸氣管道污染的情況。

(5)增加冷凝水排放點(diǎn)。

(6)檢測(cè)不同點(diǎn)的氣體成分，確保低于爆炸極限。

(7)完善安全連鎖系統(tǒng)。

6 結(jié)語(yǔ)

制漿企業(yè)，特別是松木漿生產(chǎn)企業(yè)，低濃與高濃臭氣的處理，涉及到生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全以及環(huán)保要求，工藝和設(shè)備的選型很重要，不凝性氣體的輸送和燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行都必須謹(jǐn)慎。如果處理不當(dāng)，會(huì)引發(fā)事故、環(huán)保投訴甚至社會(huì)矛盾，各企業(yè)應(yīng)引起相當(dāng)足夠的重視。

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