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    蓄熱式熱氧化廢氣處理工藝的安全設(shè)計問題探討

    2020-12-10 07:43:45
    上海節(jié)能 2020年11期
    關(guān)鍵詞:旁路廢氣有機

    孫 浩

    浙江天地環(huán)保科技股份有限公司

    0 前言

    隨著各地揮發(fā)性有機化合物(VOCs)排放要求的提高,各個地方和企業(yè)都在不斷地加大環(huán)保投入,多數(shù)企業(yè)通過安裝末端治理設(shè)施實現(xiàn)達標排放。實用的VOCs末端治理技術(shù)眾多,主要包括吸附、燃燒(蓄熱式燃燒[RTO]、催化燃燒[RCO]、直接燃燒[TO])、吸收、冷凝、生物處理和組合技術(shù)。VOCs廢氣成分復(fù)雜多樣,通常為多種易燃、易爆的混合有機氣體,前期的技術(shù)工藝選擇不到位、考慮不充分或廢氣處理裝置的投用管理和控制不專業(yè),往往會帶來新的安全隱患。比如,活性炭吸附箱內(nèi)活性炭自燃以及危廢處理問題、RTO裝置爆炸問題、低溫等離子裝置電暈放電著火問題。RTO作為一種高效的有機廢氣處理技術(shù),受到多地環(huán)保部門和企業(yè)的熱捧。RTO技術(shù)適用于中高濃度、成分復(fù)雜的有機廢氣處理,具有處理效率較高、基本無二次污染、運行穩(wěn)定等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于石油化工、化學制藥、噴涂等行業(yè)。但在RTO使用過程中,因安全設(shè)計考慮不足和操作運行不當,也出現(xiàn)例如RTO失火、爆炸等安全問題。本文根據(jù)RTO項目設(shè)計經(jīng)驗及以往RTO安全事故分析,就RTO主要安全措施設(shè)計進行討論。

    1 安全措施設(shè)計

    有機廢氣中大部分成分具有易燃性和爆炸性,在有機廢氣治理中安全性是首先需要考慮的因素。RTO爐安全設(shè)施應(yīng)與主體工程同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用。在用RTO爐時應(yīng)補充進行安全風險評估論證,對于廢氣成分復(fù)雜的,應(yīng)進行HAZOP分析并采取相應(yīng)的安全措施。RTO技術(shù)應(yīng)用上的局限性及環(huán)保企業(yè)設(shè)計水平參差不齊,在安全設(shè)計上考慮不足,造成了安全事故的發(fā)生。為了防止RTO安全事故的發(fā)生、降低事故損失,進行RTO安全設(shè)計的時候從以下幾個方面考慮。

    1.1 基礎(chǔ)設(shè)計資料收集

    企業(yè)有機廢氣成分復(fù)雜多樣、氣量不穩(wěn)定,尤其精細化工等企業(yè)間歇性生產(chǎn)的特點,使得有機廢氣濃度和廢氣量都會有間歇性變化。因此,在技術(shù)資料搜集時,應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際,充分了解企業(yè)生產(chǎn)工藝和廢氣主要來源,合理選擇設(shè)備設(shè)施。必須要了解廢氣正常、最大和最小濃度,明確工藝過程中有機廢氣的排放特點及可能存在的突發(fā)因素。

    易反應(yīng)、易聚合的有機物(例如苯乙烯)不宜采用蓄熱氧化技術(shù)。

    1.2 RTO裝置總圖位置選擇

    目前,對于新建企業(yè)有機廢氣處理設(shè)施,在整體總圖布置上已考慮用RTO裝置布置,設(shè)備運行穩(wěn)定,未發(fā)生安全生產(chǎn)事故。但絕大部分企業(yè)屬于提高有機廢氣治理效果,如新增RTO裝置,因此在設(shè)計時,將RTO定義為明火設(shè)備,并嚴格按照GB50016-2014(2018版)、GB50160-2018復(fù)核RTO設(shè)備與企業(yè)內(nèi)部各類設(shè)施的防火距離。新增的RTO裝置可與廠內(nèi)化工工藝裝置視為聯(lián)合裝置,其設(shè)備、建筑物的防火間距應(yīng)按相鄰設(shè)備、建筑物的防火間距確定,其防火間距應(yīng)符合國標規(guī)定。如果防火間距確無法滿足國標規(guī)定,可考慮設(shè)置防火墻,或?qū)υㄖ镩T窗洞口封堵,形成不燃燒實體墻,其防火間距可小于國標規(guī)定,但不得小于15 m。

    1.3 有機廢氣收集及輸送

    對罐區(qū)儲罐大小呼吸有機廢氣收集,要按照防火類別分類收集,并設(shè)水封罐,以保證整個儲罐系統(tǒng)的安全。

    由于有機物的爆炸下限隨著氣體溫度的提高會大幅降低,同時化工企業(yè)有機廢氣的突發(fā)性排放,廢氣輸送管道應(yīng)在管道拐彎處加泄爆片,在裝置界區(qū)處設(shè)置管道阻火器。廢氣輸送管道材料的選擇要考慮腐蝕、靜電、成本等因素,金屬管道應(yīng)考慮防靜電設(shè)計。

    1.4 有機廢氣的前處理

    對含有酸性氣體的有機廢氣,需要通過二級洗滌塔去除廢氣中酸性氣體,減少酸性氣體對RTO爐體、閥門等設(shè)備腐蝕,同時洗滌塔也起到緩沖罐作用,避免有機廢氣局部區(qū)域出現(xiàn)混合不均勻,有機物濃度偏高。RTO蓄熱體承重支架盡可能選擇316L材質(zhì)。

    對于不含酸性氣體的有機廢氣,要根據(jù)原始廢氣濃度,在廢氣入爐前設(shè)置緩沖箱,并在緩沖箱上設(shè)置應(yīng)急稀釋閥。RTO爐通過設(shè)置緩沖罐、調(diào)整風量等預(yù)處理設(shè)施,就可以嚴格控制RTO爐入口有機物濃度和流速,保證相對平穩(wěn)、安全運行。

    對于含塵廢氣要進行除塵,否則廢氣進入RTO爐內(nèi),造成爐內(nèi)蓄熱體阻塞,影響換熱效率。

    1.5 RTO裝置安全設(shè)施及控制連鎖設(shè)計

    RTO爐是有機廢氣處理系統(tǒng)的核心設(shè)備,RTO安全性能指標的高低直接決定了系統(tǒng)的安全性的強弱,可重點關(guān)注以下幾個方面的安全設(shè)計。

    1)嚴格控制進入RTO爐的有機物濃度,入口濃度必須低于爆炸下限25%,這是預(yù)防爆炸的一個最直接有效的措施。進RTO系統(tǒng)前廢氣管道上裝有廢氣濃度檢測儀,儀表的位置需考慮RTO入口氣動閥門的反應(yīng)時間。濃度監(jiān)測儀與稀釋風閥、RTO風機、應(yīng)急旁通閥、RTO入口氣動閥等儀器設(shè)備之間設(shè)置必要的控制連鎖。

    2)RTO爐燃燒室設(shè)防爆口,以防止爆燃對爐體的損壞,起到瞬間泄壓作用。

    3)RTO爐燃燒室設(shè)熱旁通,連鎖控制中設(shè)置超溫緊急打開熱旁通閥,防止爐內(nèi)溫度過高導(dǎo)致爆炸。

    4)燃燒器的選擇。

    燃燒器燃料有柴油、生產(chǎn)冷凝廢液和天然氣。當采用柴油和廢液燃料時,需設(shè)二級過濾器,以防止燃燒器噴嘴堵塞,過濾網(wǎng)可以選100目不銹鋼網(wǎng)。廢液燃燒器燒嘴安裝要設(shè)計一定的向下傾斜角度,防止燃燒后廢液中顆粒雜鹽堵塞耐火磚出火口。

    5)RTO爐現(xiàn)場電氣儀表設(shè)備應(yīng)嚴格按照防爆等級設(shè)計,關(guān)鍵設(shè)備安全儀表系統(tǒng)應(yīng)不低于SIL2標準設(shè)計,閥門根據(jù)工藝要求可選擇氣動閥。

    6)RTO爐應(yīng)設(shè)置PLC或DCS控制系統(tǒng)(視情況可設(shè)置安全儀表系統(tǒng)),對風機、閥門、燃燒器、爐膛和廢氣管道等設(shè)備設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控和連鎖。

    7)RTO爐應(yīng)設(shè)置斷電斷氣后進氣閥、排氣閥緊急關(guān)閉,防止煙囪效應(yīng)引起蓄熱層下部溫度上升。

    8)RTO爐應(yīng)設(shè)置UPS備用電源和壓縮空氣儲氣罐。

    1.6 廢氣應(yīng)急旁路設(shè)置

    RTO爐設(shè)計有濃度設(shè)計上限要求,為保證裝置的安全運行常設(shè)計應(yīng)急旁路,在廢氣濃度超出上限時,廢氣由應(yīng)急旁路從煙囪排出。有機廢氣濃度短時間內(nèi)超高,導(dǎo)致燃燒室溫度急劇升高,在連鎖切斷有機廢氣后從旁路直接排至煙囪,高溫尾氣與高濃度有機廢氣直接混合,導(dǎo)致有機廢氣在排空管內(nèi)有發(fā)生閃爆的可能,進而引發(fā)安全事故。

    因此,在設(shè)計的時候,要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)工藝、廢氣濃度和成分綜合考慮,是否設(shè)置應(yīng)急旁路。如設(shè)置應(yīng)急旁路,在邏輯控制上,要避免熱旁通打開后,煙囪處于高溫狀態(tài),廢氣由煙囪排放的工況存在。對于濃度較高且含有低燃點物質(zhì)的應(yīng)急排空管道,嚴禁與高溫排空管道共用煙囪排放。設(shè)置應(yīng)急旁路時,要保證氣動旁路閥的密封性,否則會影響廢氣總排口的在線檢測指標。應(yīng)急旁路廢氣管線選材要注意防靜電。

    1.7 企業(yè)生產(chǎn)管理調(diào)整

    對于企業(yè)新增RTO裝置,有必要調(diào)整部分生產(chǎn)工藝,例如適當延長反應(yīng)釜排氣閥門開啟時間、減少真空泵同時開啟臺數(shù)等,避免廢氣濃度陡然升高。

    在調(diào)試、RTO爐啟、停操作時,嚴格按照操作規(guī)程執(zhí)行,建立生產(chǎn)車間與RTO裝置值班人員之間的信息互通,在可預(yù)判廢氣高濃度時段出現(xiàn)時,避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。

    2 總結(jié)

    綜上所述,本文對VOCs治理技術(shù)中RTO安全設(shè)計和應(yīng)用管理進行深入總結(jié),為RTO設(shè)計企業(yè)和使用企業(yè)在完善設(shè)計、使用方面提出參考性意見。只要做好、做足相應(yīng)的安全預(yù)防措施工作,就能夠?qū)⑦@種技術(shù)安全、成功地應(yīng)用于廢氣處理適用領(lǐng)域。RTO技術(shù)將具有更廣泛的推廣前景。

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