儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

錢豐瑜

(寧波天大工程設(shè)計(jì)有限公司)

一、前 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革的深化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,化工生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)不斷得到發(fā)展,尤其是寧波等沿海地區(qū)儲(chǔ)罐作為現(xiàn)代工業(yè)的常用設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用,對(duì)地方國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了無可替代的重要作用。儲(chǔ)罐具有儲(chǔ)量大、物料進(jìn)出方便且安全系數(shù)相對(duì)較高的優(yōu)點(diǎn),但儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的物料大多為危險(xiǎn)化學(xué)品,其產(chǎn)生的廢氣具有濃度高、危害性大、危害范圍廣、難以預(yù)測(cè)和控制等特點(diǎn),如丙烯腈、對(duì)二甲苯等揮發(fā)蒸氣都具有很高的毒害性,且易燃易爆,一旦泄漏就有可能發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸,帶來極大的人身安全、環(huán)境污染問題。因此,近年來儲(chǔ)罐儲(chǔ)存化學(xué)品廢氣釋放逐漸被環(huán)境保護(hù)部門重視,企業(yè)被要求設(shè)置儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)。廢氣處理系統(tǒng)是由廢氣處理設(shè)備和對(duì)應(yīng)的配套工藝所實(shí)現(xiàn),其正確的設(shè)置能有效地去除廢氣中的有害成分,降低對(duì)罐區(qū)及周邊環(huán)境造成的污染和安全隱患,減少?gòu)U氣排放的同時(shí)也改善了安全勞動(dòng)條件。

目前化工生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)過程中,由于化學(xué)品種類較多,儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)不可能與儲(chǔ)罐一一對(duì)應(yīng),對(duì)儲(chǔ)罐廢氣處理帶來了一定的難度,尤其是近期廢氣處理系統(tǒng)發(fā)生了安全生產(chǎn)事故,引起了相關(guān)監(jiān)管部門的高度重視,如何對(duì)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行安全設(shè)計(jì)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的高速發(fā)展,安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)應(yīng)同時(shí)得到保障,而安全設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)是確保安全環(huán)保的本質(zhì),并且隨著廢氣處理技術(shù)工藝的不斷發(fā)展,儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)更加完善可靠,有利于倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)安全發(fā)展并促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

二、儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)

(一)儲(chǔ)罐廢氣處理常用方法

儲(chǔ)罐廢氣處理常用方法分為水吸收法、吸附法、藥液吸收法。

水吸收法：利用廢氣中某些物質(zhì)易溶于水的特性,使廢氣成分直接和水接觸,從而使某些物質(zhì)溶解于水并達(dá)到處理目的。適用于具有水溶性的有害氣體。

吸附法：利用吸附劑的吸附功能使廢氣由氣相轉(zhuǎn)移至固相,便于收集和排出。適用于處理低濃度、高凈化要求的部分有害廢氣。

藥液吸收法：利用廢氣中某些物質(zhì)和其他化學(xué)物品產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的特性,如酸堿中和、催化氧化、催化燃燒、等離子去除等去除某些廢氣成分,具有針對(duì)性。適用于處理特定的廢氣成分。

(二)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)工藝

儲(chǔ)罐廢氣主要來源于儲(chǔ)罐裝卸所產(chǎn)生的大小呼吸廢氣,目前大多數(shù)可以根據(jù)廢氣水溶性與不溶性分類,不同性質(zhì)廢氣的處理工藝不同。

1.甲醇等水溶性廢氣處理系統(tǒng)工藝

洗滌廢氣處理系統(tǒng)采用兩個(gè)洗滌塔,經(jīng)過第1個(gè)洗滌塔的塔底循環(huán)吸收后,再經(jīng)第2個(gè)洗滌塔用清水吸收。處理后的水通過液位控制污水泵排往相關(guān)污水廠進(jìn)行處理。

圖1 水溶性廢氣處理系統(tǒng)工藝

2.芳烴類、酮類、酯類等不溶或微溶于水的混合有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)工藝

廢氣用板式換熱器冷凝,冷凝液用泵排出回收,未冷凝氣體經(jīng)過活性炭吸附后再生冷凝,二次吸附后達(dá)標(biāo)排放。

3.丙烯腈等危害大的危險(xiǎn)化學(xué)品廢氣處理系統(tǒng)工藝

廢氣用板式換熱器冷凝,冷凝液用泵排出回收,未冷凝氣體進(jìn)入一級(jí)堿洗塔,處理后通過二級(jí)活性炭吸附處理后達(dá)標(biāo)排放。

(三)主要設(shè)備設(shè)施

1.主要處理設(shè)備設(shè)施

冷凝系統(tǒng)(冷凝器、冷凝液槽、冷卻塔等)：用于冷凝處理。

吸附系統(tǒng)(活性炭吸附床、SAC吸附器)：用于廢氣吸附。

洗滌塔：用于水吸收。

廢氣收集、輸送管道；防爆引風(fēng)機(jī)；高空排放筒。

2.輔助設(shè)備設(shè)施

阻火器：一般安裝在輸送可燃?xì)怏w的管道中,或者通風(fēng)的槽罐上。

過濾器：用于分離氣相中雜質(zhì)。

可燃、有毒氣體報(bào)警儀,氣體監(jiān)測(cè)儀：檢測(cè)廢氣處理系統(tǒng)廢氣泄漏情況。循環(huán)水泵：循環(huán)輸送吸收液,有效吸收廢氣。

三、儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)危險(xiǎn)有害性分析

(一)廢氣物料危險(xiǎn)有害性分析

1.火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性

儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的化學(xué)品的廢氣與空氣接觸可能會(huì)形成爆炸性混合物,遇明火、高溫高熱容易引起燃燒甚至爆炸。大多數(shù)廢氣易在空氣中沉降,能在較低處擴(kuò)散至遠(yuǎn)處,遇明火則會(huì)引燃,產(chǎn)生火災(zāi)甚至爆炸。

2.毒害性

儲(chǔ)罐產(chǎn)生的廢氣相當(dāng)部分為有毒有害氣體,一旦泄漏會(huì)引起操作人員中毒,污染周邊環(huán)境。

3.易產(chǎn)生和積聚靜電

部分廢氣容易產(chǎn)生靜電聚集,在廢氣處理的管道輸送過程中,與管壁摩擦,容易在管道、閥門等處產(chǎn)生和積聚靜電,靜電易引起火災(zāi)和爆炸事故發(fā)生。

4.混合氣爆炸

由于儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)往往處理多個(gè)儲(chǔ)罐廢氣。因此廢氣有可能出現(xiàn)混合氣,尤其出現(xiàn)禁配物混合氣,處理不當(dāng)易引起爆炸。

(二)廢氣處理過程危險(xiǎn)有害性分析

1.廢氣收集過程火災(zāi)爆炸中毒事故

廢氣收集過程中,可燃物且濃度達(dá)到爆炸極限、空氣或氧氣助燃、明火、靜電等這些因素綜合,極有可能引發(fā)火災(zāi)爆炸中毒事故發(fā)生。

2.廢氣處理過程火災(zāi)爆炸中毒事故

因吸收藥液或吸附劑失效,而導(dǎo)致不能有效處理排放的情況下,易引起中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故發(fā)生；吸收液處理、吸附劑再生過程中,工作人員操作不當(dāng)也易引起中毒、火災(zāi)事故。

(三)廢氣處理設(shè)備設(shè)施危險(xiǎn)有害性分析

1.廢氣收集口、管道設(shè)施

廢氣處理系統(tǒng)設(shè)有廢氣收集口包括儲(chǔ)罐呼吸閥等。這些廢氣收集口可能存在廢氣泄漏。

廢氣收集輸送管道,包括閥門、法蘭等多處地方均有發(fā)生泄漏的可能。

2.洗滌塔、冷凝器、吸附裝置

洗滌塔：洗滌塔的損壞及故障,造成廢氣不能有效吸收排放,易引起中毒與火災(zāi)。

冷凝器：冷凝器的損壞、冷凝水溫度過高可致進(jìn)入后續(xù)廢氣處理設(shè)施的廢氣濃度過高,無法有效處理而較高濃度排放,導(dǎo)致火災(zāi)等事故。

吸附裝置：吸附未及時(shí)更換,將影響吸附效果,使排放廢氣濃度過高,存在風(fēng)險(xiǎn)。

3.電氣設(shè)備設(shè)施

廢氣處理系統(tǒng)涉及電氣設(shè)施主要有引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等,在爆炸區(qū)域內(nèi),如電氣不滿足相應(yīng)防爆要求,一旦產(chǎn)生電氣火花,可能引起火災(zāi)、爆炸。

廢氣輸送的管道需有可靠的防靜電接地措施,否則會(huì)使產(chǎn)生的靜電無處釋放。

(四)檢維修過程危險(xiǎn)有害性分析

(1)對(duì)廢氣系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí),必須要有相應(yīng)的防護(hù)措施,否則可能發(fā)生廢氣泄漏、高處墜落、觸電事故等。

(2)使用氮?dú)獯祾卟划?dāng)也可引起人員窒息中毒等。

四、儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

(一)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)平面布置安全設(shè)計(jì)

(1)廢氣處理系統(tǒng)工藝裝置、設(shè)施宜布置在人員集中場(chǎng)所及明火或散發(fā)火花地點(diǎn)的全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。

(2)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)與周邊相鄰建筑物的防火間距應(yīng)符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50160—2008)等相關(guān)要求。

(3)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)設(shè)備與變配電所、化驗(yàn)室等的防火間距不得小于15m。

(4)罐區(qū)廢氣處理系統(tǒng)附近應(yīng)設(shè)消防車專用通道,并保持暢通。道路周圍應(yīng)設(shè)置地上式消火栓,消火栓距路面邊不宜大于5m,距建筑物外墻不宜小于5m；地上式消火栓的大口徑出水口應(yīng)面向道路。當(dāng)其設(shè)置場(chǎng)所有可能受到車輛沖撞時(shí),應(yīng)在其周圍設(shè)置防護(hù)設(shè)施。

(二)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)建構(gòu)筑物安全設(shè)計(jì)

(1)設(shè)備本體及其基礎(chǔ),管道及其支、吊架應(yīng)采用不燃燒材料；相關(guān)建筑物的耐火極限應(yīng)達(dá)到二級(jí)以上。

(2)支承設(shè)備鋼構(gòu)架、在爆炸危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)鋼管架應(yīng)采取耐火保護(hù)措施。

(3)洗滌塔、循環(huán)泵等設(shè)備基礎(chǔ)高于地面150—300mm,防止雨水腐蝕設(shè)施。管廊、設(shè)備基礎(chǔ)等應(yīng)采取防沉降措施及防腐處理。

(4)所有登高作業(yè)操作平臺(tái)應(yīng)做護(hù)欄防護(hù)。

(三)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)工藝系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

(1)儲(chǔ)罐物料采用密閉裝卸：裝卸前進(jìn)行氮?dú)獯祾?降低廢氣含氧量,避免廢氣收集點(diǎn)形成爆炸性混合氣體。

(2)根據(jù)物料特性、儲(chǔ)罐容量、物料儲(chǔ)存及裝卸時(shí)所產(chǎn)生大、小呼吸廢氣量,選擇處理工藝、設(shè)備選型及處理量、風(fēng)機(jī)規(guī)格等。

(3)設(shè)備和管道根據(jù)其內(nèi)部物料的火災(zāi)危險(xiǎn)性和操作條件,設(shè)置相應(yīng)的儀表、自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

(4)引風(fēng)機(jī)宜設(shè)置在吸收(吸附)塔后,保護(hù)風(fēng)機(jī),防止廢氣泄漏。

(5)各廢氣支管匯入總管前設(shè)置止回閥,防止異常情況下相互串氣。

(6)廢氣收集管線出入口均設(shè)緊急切斷閥。

(7)廢氣進(jìn)入廢氣處置裝置之前廢氣支管均設(shè)阻火器,有效避免回火可能。

(四)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施安全設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)廢氣特性、壓力、溫度等選擇設(shè)備、管道材質(zhì)、閥門、密封材料?？紤]最苛刻條件下對(duì)設(shè)備的安全要求,對(duì)設(shè)備設(shè)施、管道設(shè)計(jì)配置相關(guān)安全設(shè)施附件(呼吸閥、壓力表、液位計(jì)等),做到預(yù)防、減少、消除危害或?qū)⑽ｋU(xiǎn)因素、有害因素控制在安全范圍內(nèi)。

(2)管線材質(zhì)宜采用內(nèi)襯PTEF鋼管,以避免鋼管腐蝕。

(3)所有廢氣處理設(shè)備設(shè)施應(yīng)做可靠防雷防靜電接地。

(4)設(shè)備、管道安裝施工及驗(yàn)收嚴(yán)格按照《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》等的有關(guān)規(guī)定。管道安裝中的管道、管件、閥門等均須有材質(zhì)證明或產(chǎn)品質(zhì)量合格證。

(5)廢氣管道宜架空；除需要采用法蘭連接外,盡可能采用焊接連接。

(6)設(shè)備和管道的保溫層應(yīng)采用不燃燒材料；閥門連接處及排空口設(shè)置防雨罩,防雨罩選擇耐高溫耐腐蝕的材料。

(7)公用工程管道如氮?dú)馀c廢氣管道或處理設(shè)備連接時(shí)應(yīng)在間歇使用的公用工程管道上設(shè)止回閥和一道切斷閥或設(shè)兩道切斷閥,并在兩切斷閥間設(shè)檢查閥。

(8)廢氣管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)兩道排液閥,排出的液體應(yīng)排放至密閉系統(tǒng)；僅在開停工時(shí)使用的排液閥,可設(shè)一道閥門并加絲堵、管帽、盲板或法蘭蓋。

(五)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)電氣、儀表控制系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

(1)電氣設(shè)備供電應(yīng)符合《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50052—2009)有關(guān)規(guī)定。

(2)廢氣處理工藝裝置的防雷措施應(yīng)按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057—2010)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

(3)根據(jù)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50058—2014),對(duì)廢氣處理設(shè)施區(qū)域進(jìn)行爆炸區(qū)域劃分,泄漏釋放源15m范圍內(nèi)劃分為2區(qū),由廢氣特性選擇防爆電氣。

(4)對(duì)爆炸、火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危險(xiǎn)的設(shè)備和管道,均應(yīng)采取靜電接地措施。

(5)距散發(fā)比空氣重的可燃?xì)怏w設(shè)備30m以內(nèi)的電纜溝等采取防止可燃?xì)怏w竄入和積聚的措施。

(6)在廢氣處理系統(tǒng)作業(yè)場(chǎng)所入口處設(shè)置消除人體靜電裝置。

(7)對(duì)廢氣處理設(shè)備的參數(shù)如溫度、壓力、濃度、液位等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、控制及報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)安裝可燃?xì)怏w或有毒氣體泄漏報(bào)警儀。

(8)風(fēng)機(jī)開啟采用延時(shí)設(shè)計(jì)并連鎖,處理設(shè)備未運(yùn)行情況下風(fēng)機(jī)應(yīng)無法啟動(dòng)。循環(huán)吸收泵與吸收液濃度檢測(cè)儀、廢氣進(jìn)氣控制閥連鎖。

(六)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)消防設(shè)施安全設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50140)規(guī)定及建設(shè)項(xiàng)目的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)配置相應(yīng)類型、數(shù)量的滅火器用以撲救小型初始火災(zāi)。滅火器穩(wěn)固設(shè)置在明顯方便的地點(diǎn),銘牌朝外。

(2)廢氣處理區(qū)內(nèi)宜設(shè)置干粉型或泡沫型滅火器,控制室、化驗(yàn)室等宜設(shè)置氣體型滅火器。

(3)每一配置點(diǎn)的滅火器數(shù)量不應(yīng)少于兩個(gè),多層構(gòu)架應(yīng)分層配置；危險(xiǎn)的重要場(chǎng)所宜增設(shè)推車式滅火器。滅火器的最大保護(hù)距離不宜超過9m。

(七)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)其他安全設(shè)計(jì)

(1)儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)周圍設(shè)安全警示標(biāo)志,泵電機(jī)端設(shè)置防護(hù)罩。

(2)管道應(yīng)根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)、流向進(jìn)行流向標(biāo)色,刷色應(yīng)符合《工業(yè)管路的基本識(shí)別色和識(shí)別符合》規(guī)定。

(2)廢氣處理系統(tǒng)及罐區(qū)附近設(shè)置洗眼器,水平保護(hù)半徑為15m,10s內(nèi)應(yīng)取到。

(4)主要操作通道口設(shè)置供突然停電或火警時(shí)人員疏散用的應(yīng)急照明和疏散通道的誘導(dǎo)燈。

(5)在廢氣處理裝置附近配備應(yīng)急工具箱,其中包括應(yīng)急照明燈、防毒面具等裝備,10s內(nèi)應(yīng)取到。

五、儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中安全措施

(1)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè),特別是在處理水溶性及非水溶性廢氣間進(jìn)行切換時(shí),正確操作切換閥門,防止錯(cuò)誤操作。

(2)新設(shè)備運(yùn)作前或檢修后,必須根據(jù)工藝要求進(jìn)行測(cè)試,保證各種聯(lián)鎖保護(hù)控制動(dòng)作靈敏、可靠。

(3)定期對(duì)冷凝裝置、吸附塔、洗滌塔、風(fēng)機(jī)等設(shè)施進(jìn)行檢查,確保其正常運(yùn)行。

(4)定期進(jìn)行防雷防靜電檢測(cè)、防爆電氣檢測(cè)、氣體泄漏報(bào)警儀檢測(cè)、壓力容器管道及其安全附件(安全閥、壓力表、流量計(jì)等)檢測(cè)。

(5)定期進(jìn)行應(yīng)急演練,提高相關(guān)人員應(yīng)急能力。

六、結(jié)束語

綜上所述,安全設(shè)計(jì)是儲(chǔ)罐廢氣處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵,嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行安全設(shè)計(jì),既能滿足環(huán)境保護(hù)要求又能使企業(yè)得到安全發(fā)展,從而促使整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康安全發(fā)展。