堿回收爐爆炸事故的分析

彭 成 劉一山

(1.四川永豐紙業(yè)有限公司，四川樂山，614500；2.四川理工學(xué)院，四川自貢，643000)

·堿回收爐·

堿回收爐爆炸事故的分析

彭 成1劉一山2

(1.四川永豐紙業(yè)有限公司，四川樂山，614500；2.四川理工學(xué)院，四川自貢，643000)

對某制漿企業(yè)的一次堿回收爐爆炸事故進(jìn)行了闡述，并對該事故的原因進(jìn)行分析。經(jīng)分析考察發(fā)現(xiàn)，高濃臭氣帶水進(jìn)入堿回收爐燃燒是造成這次爆炸事故的直接原因。

堿回收爐；爆炸；臭氣

堿回收爐(黑液燃燒爐)是堿回收系統(tǒng)的核心設(shè)備[1]，濃縮后的黑液在爐內(nèi)燃燒會產(chǎn)生大量的熱能，使?fàn)t內(nèi)的最高溫度達(dá)到1000℃以上。黑液中的無機物(如芒硝、鈉化合物)在高溫下發(fā)生還原、轉(zhuǎn)化等反應(yīng)[2-3]，其中生成的Na2CO3熔融物通過溜槽進(jìn)入溶解槽，與苛化工段送來的稀白液混合形成綠液[4]。與燃煤鍋爐、燃油鍋爐等鍋爐相比，堿回收爐的燃料中含水量高，且還要熔融Na2CO3等無機物和蒸發(fā)工段送來不凝性臭氣，其工況更為復(fù)雜[5- 8]。生產(chǎn)上除了一般鍋爐常見的缺水、滿水、汽水共沸、爐管爆炸[2，9]等事故之外，還會發(fā)生噴射爐特有的水與熔融物接觸爆炸[10]、可燃?xì)怏w爆炸等事故[11-12]。本文對國內(nèi)某制漿企業(yè)堿回收爐的一次爆炸事故進(jìn)行闡述，并對這次爆炸事故的原因進(jìn)行分析。

1 事故概況

2016年6月某日晚班，國內(nèi)某制漿企業(yè)堿回收爐發(fā)生爆炸。事故發(fā)生后調(diào)取了爆炸時段堿回收爐溜槽處的監(jiān)控視頻，還原了爆炸事故的準(zhǔn)確時間及爆炸狀況：當(dāng)日20∶51∶23，在堿回收爐的爐膛內(nèi)發(fā)生了第一次輕度爆炸，在不到一分鐘之內(nèi)又發(fā)生第二次輕度爆炸，緊接著發(fā)生了第三次較大強度的爆炸。事故發(fā)生后操作人員按照相關(guān)程序緊急停運堿回收爐。堿回收車間、設(shè)備維修中心和生產(chǎn)技術(shù)部的相關(guān)人員迅速到場進(jìn)行事故后續(xù)處理。經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，爆炸發(fā)生后，堿回收爐爐膛的側(cè)水冷壁與后水冷壁連接處、用于防止堿回收爐由于正壓運行而造成爆炸的安全角(位于二次風(fēng)以上)爆裂開來，爆裂長度達(dá)15 m左右。第一次輕度爆炸發(fā)生后，當(dāng)班現(xiàn)場操作人員和微機室操作人員都很快發(fā)現(xiàn)堿回收爐的運行出現(xiàn)了異常，現(xiàn)場操作人員立即采取處置措施；在第二次爆炸發(fā)生時，現(xiàn)場操作人員正在關(guān)閉第一根黑液噴槍;第三次爆炸后已經(jīng)關(guān)閉了所有入爐的黑液噴槍；同時，第一次爆炸發(fā)生后，微機室操作人員發(fā)現(xiàn)高濃臭氣入爐導(dǎo)致溫度下降，于是班長判斷應(yīng)該是臭氣帶水入爐引發(fā)爆炸，便立即安排人員將臭氣切換至爐頂火炬燃燒，但由于切換至火炬的自控氣動閥打不開，切換失?。挥谑怯职才湃藛T切換至舊火炬燃燒，而第二次爆炸和第三次爆炸剛好發(fā)生在臭氣系統(tǒng)切換的過程中。

2 事故分析

圖1 事故當(dāng)日臭氣系統(tǒng)的溫度變化記錄

2.1事故原因

事故后對堿回收爐進(jìn)行了水壓檢查，沒有發(fā)現(xiàn)水冷壁管等有漏水的現(xiàn)象，因此可以排除水冷壁管泄漏引發(fā)爆炸的可能；水壓檢查時發(fā)現(xiàn)汽冷屏有一個漏點，但汽冷屏的漏點不會引發(fā)爐膛爆炸。

通過對堿回收爐溜槽處的監(jiān)控視頻反復(fù)觀看，發(fā)現(xiàn)在第一次爆炸之前曾發(fā)生過兩次很輕微的爆炸，在監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)溜槽口有明顯的往外噴濺現(xiàn)象，同時，爐膛內(nèi)的壓力已降至-38.94 Pa，此時堿回收爐運行已出現(xiàn)異常。第一次爆炸發(fā)生后堿回收爐溫度急劇下降，操作人員將臭氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至爐頂火炬燃燒時，由于氣動閥的氣管漏氣未能順利切換，使臭氣繼續(xù)進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒。于是，在第一次爆炸后43 s發(fā)生了第二次爆炸，從堿回收爐溜槽處的監(jiān)控視頻分析，第二次爆炸與第一次爆炸的強度相當(dāng)。第一次爆炸后堿回收爐膛的壓力從-219.95 Pa上升到第二次爆炸時的90.73 Pa，但第二次爆炸發(fā)生后操作人員未明確下達(dá)關(guān)閉臭氣送入爐內(nèi)的指令。第二次爆炸發(fā)生后堿回收爐爐膛在正壓狀況下運行，臭氣繼續(xù)進(jìn)入爐膛，黑液噴槍沒有斷液，黑液繼續(xù)噴入爐膛，所以在50 s后發(fā)生第三次爆炸，第三次爆炸強度相對較大。

根據(jù)入爐臭氣的溫度分析，經(jīng)初步判斷三次爆炸都應(yīng)該屬于臭氣帶水所致，這類事故在相關(guān)的文獻(xiàn)[11]中也有報道。臭氣為硫酸鹽制漿生產(chǎn)中產(chǎn)生的不凝結(jié)氣(NCG 或者TRS)，其主要成分為硫化氫、甲硫醇、甲硫醚及二甲基二硫化物等，這些均是有害氣體，具有腐蝕性、毒性和爆炸性，對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染[2]。硫酸鹽漿廠的很多工段都會產(chǎn)生臭氣，如蒸煮、洗漿、黑液蒸發(fā)等，為了消除臭氣的危害，通常采用燃燒的方法進(jìn)行處理，目前一般都是在堿回收爐中進(jìn)行。臭氣在收集的過程中經(jīng)常會夾雜水分，如果采用堿回收爐進(jìn)行燃燒，必須進(jìn)行除濕處理，以去除臭氣中尺寸為15 μm的99%以上水滴，否則臭氣中的水滴與爐中的高溫熔融物接觸會發(fā)生爆炸，對生產(chǎn)、設(shè)備，甚至操作人員產(chǎn)生危害[12]。

2.2爆炸時段高濃臭氣系統(tǒng)的參數(shù)變化

堿回收爐發(fā)生爆炸事故后，技術(shù)人員從計算機中調(diào)取爆炸發(fā)生前當(dāng)日臭氣燃燒的工藝參數(shù)，并進(jìn)行了分析。

圖1為事故當(dāng)日臭氧系統(tǒng)的溫度變化記錄。從圖1中發(fā)現(xiàn)，臭氣系統(tǒng)1#液滴分離器后的溫度(A)和1#火焰阻火器后溫度(B)，在爆炸前，間隔一定時間會快速下降、然后恢復(fù)正常，其間隔時間為1 h 至10 h不等。正常運行中液滴分離器后臭氣溫度一般高于阻火器后的溫度，如果液滴分離器后的臭氣溫度低于阻火器后溫度，說明臭氣中含有較多的水分。當(dāng)含有大量水蒸氣和臭氣的混合填料，從低二次風(fēng)臭氣燃燒器下降到墊層，且未完全蒸發(fā)時會導(dǎo)致堿回收爐爆炸[3]。于是，通過計算機調(diào)出爆炸時段臭氣系統(tǒng)的工藝參數(shù)，如表1所示。

從表1可以看出，在第一次爆炸發(fā)生前4 min左右的時間內(nèi)，液滴分離器、火焰阻火器后臭氣溫度快速下降。液滴分離器后高濃臭氣溫度從正常情況下的133.54℃開始下降，到第一次爆炸時降至80.57℃；火焰阻火器后臭氣溫度從130.76℃開始下降，到第一次爆炸時降至80.06℃。在距離第一次爆炸的4 min內(nèi)液滴分離器后溫度下降了52.97℃、火焰阻火器溫度下降了50.7℃；第二次爆炸時液滴分離器后臭氣溫度降至77.15℃，阻火器后臭氣溫度降至78.46℃；第三次爆炸時液滴分離器后臭氣溫度降至75.58℃，阻火器后臭氣溫度降至72.28℃，臭氣溫度的急劇下降表明入爐的臭氣中夾雜了不少的水分。

表1 爆炸前后臭氣燃燒的工藝參數(shù)

圖3 液滴分離器的疏水裝置

2.3臭氣水分增加的原因分析

2.3.1臭氣燃燒系統(tǒng)的流程

該廠臭氣系統(tǒng)的流程如圖2所示。從圖2可見，制漿和蒸發(fā)產(chǎn)生的高濃臭氣經(jīng)水封槽、蒸汽噴射器、液滴分離器、阻火器、堿回收爐，然后進(jìn)入堿回收爐低二次風(fēng)區(qū)進(jìn)行燃燒。堿回收爐在啟動、停止及異常情況下，臭氣系統(tǒng)需切換到爐頂火炬進(jìn)行燃燒。

鎖相放大器的理論輸出信號為直流信號,則數(shù)字鎖相放大器中數(shù)字低通濾波器的截止頻率越低,系統(tǒng)的信噪比越高。對于普通IIR濾波器,需要根據(jù)MTALAB仿真得到收斂的量化系數(shù)來調(diào)整程序和寄存器的位數(shù),調(diào)節(jié)過程繁瑣[6]。截止頻率越低需要的濾波器階數(shù)越高,加之算法復(fù)雜,導(dǎo)致PFGA資源占用過多,在增加系統(tǒng)功耗的同時增加了調(diào)節(jié)的復(fù)雜程度,因此,為了充分利用FPGA內(nèi)部資源,需要針對不同的噪聲帶寬對其階數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 臭氣系統(tǒng)流程圖

2.3.2臭氣入爐帶水的原因

(1)水封管臭氣的壓力過低

正常情況下水封管出口的壓力一般在-2.5～-5.5 kPa之間，如果壓力過低或真空度過高，臭氣在排出的時候由于流速加快會夾雜更多的冷凝水，從而加重液滴分離器運行負(fù)荷。在19∶27至20∶45時間段內(nèi)，水封槽出口的壓力降至-8.15～-9.35 kPa之間，高負(fù)壓持續(xù)的時間長達(dá)48 min，從而導(dǎo)致高濃臭氣夾雜較多的水分進(jìn)入液滴分離器。

(2)液滴分離器的疏水設(shè)計存在缺陷

圖3為液滴分離器的疏水裝置，通常有兩種類型。圖3(a)中的疏水系統(tǒng)，分離出來的水接入U型水封管后排出，這種結(jié)構(gòu)的排水阻力較大，當(dāng)臭氣大量帶水時會出現(xiàn)疏水不暢，會造成過多冷凝水混入臭氣中。圖3(b)為一種新型的疏水系統(tǒng)，液滴分離器所分離的冷凝水進(jìn)入冷凝水收集罐，這樣可大大降低冷凝水排出的阻力，從而減少了臭氣中水分含量。該廠所采用的疏水系統(tǒng)與圖3(a)相同，在設(shè)計上存在一定的缺陷，排水阻力較大，易造成冷凝水混入臭氣中。

3 事故總結(jié)

(2)在系統(tǒng)運行及人員操作方面，關(guān)于臭氣系統(tǒng)的應(yīng)急操作控制的培訓(xùn)不細(xì)致，堿回收爐在熄火狀態(tài)下對臭氣繼續(xù)進(jìn)入堿回收爐的風(fēng)險認(rèn)識不足，是造成堿回收爐爆炸損壞的間接原因之一。另外，當(dāng)爐頂火炬切換失敗時，仍應(yīng)緊急關(guān)閉入爐臭氣閥，在壓力大于100 kPa的情況下， 臭氣通過緊急泄壓組件泄壓排空(臭氣至氣沖管路上的爆破片爆破泄壓，臭氣排入爐頂空氣)，這樣可切斷臭氣入爐，因此在操作上存在失誤。

(3)在設(shè)備管理方面，沒有及時發(fā)現(xiàn)臭氣至爐頂火炬的控制閥門漏氣，導(dǎo)致緊急情況下不能實現(xiàn)系統(tǒng)切換，是造成事故擴大的又一間接原因。

(4)水封槽出口壓力在爆炸前48 min負(fù)壓值持續(xù)偏低，導(dǎo)致高濃臭氣多帶水進(jìn)入液滴分離器，加之高濃臭氣系統(tǒng)存在疏水不暢的情況，這兩個問題累加是造成本次事故的又一間接原因。

4 結(jié) 語

根據(jù)事故發(fā)生前后相關(guān)的視頻資料以及控制系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄，通過多方面的綜合分析，筆者認(rèn)為造成這次堿回收爐爆炸的直接原因是高濃臭氣中含有過多水分，當(dāng)進(jìn)入堿回收爐時，與爐內(nèi)高溫介質(zhì)接觸后引起爆炸。高濃臭氣為黑液蒸發(fā)系統(tǒng)的不凝結(jié)氣體，其中含有硫化物及其他可燃?xì)怏w，如果處理不當(dāng)(如含有較多水分)、或供風(fēng)量不當(dāng)(在爆炸極限內(nèi))等，都有可能引起堿回收爐發(fā)生爆炸。因此，在操作中應(yīng)密切關(guān)注堿回收爐運行數(shù)據(jù)的異常變化，以準(zhǔn)確判斷爆炸事故的原因，并且采取有效措施排除故障，防止損失擴大。同時應(yīng)該選擇正確臭氣入爐燃燒系統(tǒng)流程，并加強系統(tǒng)的管理和操作人員的培訓(xùn)，才能有效杜絕該類事故的再次發(fā)生。

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(責(zé)任編輯：吳博士)

ExplosionAccidentAnalysisoftheRecoveryBoiler

PENG Cheng1,*LIU Yi-shan2
(1.SichuanYongfengPaperCo.,Ltd.,Leshan,SichuanProvince, 614500 ;2.SichuanUniversityofScienceandEngineering,Zigong,SichuanProvince, 643000)(*E-mail: 196276384@qq.com)

The explosion accident of a recovery boiler was introduced, and the reasous of this explosion were analyzed. It was found that the accident was mainly caused by the combustion of high concentration oder mixing with water vapor in the boiler.

recover boiler; explosion; odor

彭 成先生，工程師；主要從事竹材制漿造紙技術(shù)管理工作。

TS733+.9

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.11.013

2017- 06- 21(修改稿)