化工废气RTO净化系统爆炸原因分析研究

摘 要：随着精细化工行业 VOCs 整治要求的不断提高，蓄热式废气焚烧炉 (RTO ) 在医药、化工等间歇生产企业有机废气处理中得到了更为广泛的应用，但精细化工行业废气成份复杂多变、浓度波动大，个别企业废气收集系统、预处理系统、RTO 炉设计不当，导致 RTO 生产安全事故时有发生。通过分析一起RTO爆炸事故的产生原因，总结RTO 焚烧系统收集、处理的管理要点，按照本质安全和日常管理相结合的原则，提出了四条事故防范措施，供广大RTO 生产厂家及使用单位借鉴。

关键词：蓄热式热力焚烧炉;废气净化;安全设计;管理

随着精细化工行业面临环保压力、VOCs 整治压力的不断增大 ，VOCs 整治要求提高 。废气进行收集、汇总后集中处理成为很多化工企业的选择。蓄热式废气焚烧炉 (Regenerative Thermal Oxidizer，简称RTO )作为末端控制技术在石油化工、精细化工、汽车涂装等行业得到 了广泛应用，为医药、化工等间歇生产企业的有机废气净化治理开启了新的篇章。

废气焚烧装置投资较高，企业一般不会配备多套焚烧装置，而汇总后的废气种类多，成分复杂，产生源头多，加之 RTO厂商和企业安全设计经验匮乏，导致RTO设备在投入使用后 ，发生 了不少生产安全事故。如何正确选用、安全使用RTO 成为VOCs整治过程中一个新的课题。笔者根据多年的精细化工行业挥发性有机废气整治工作经验 ，对江苏某化工企业RTO 爆炸事件进行事故原因分析，并由此提出了RTO焚烧系统收集、处理的管理要点，按照本质安全和 日常管理相结合的原则，提出事故预防对策，供广大RTO生产厂家及使用单位借鉴。

1 事故简介

江苏某化工企业RTO 净化系统在2015年3月8 日9 时43 分和3月27 日3 时20 分两次发生了爆炸。事故没有造成人员伤亡，聚合物多元醇车间引风机损坏，现场仪表烧毁，RTO 部分装置损毁严重，直接经济损失达100 余万元。

2 事故时车间生产情况

该企业生产方式为间歇性生产，根据企业提供资料，事故发生时仅 POP、PL 1/PL 2 产品的工艺废气通过DN 50～D N 350 不等 的金属管道进行了收集 (主要污染物为环氧 乙烷、环氧丙烷、三甲胺、异丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，废气收集后通过引风机进入RTO 焚烧，该RTO 为R — R TO (旋转式蓄热焚烧炉 )。废气收集、处理的详细流程如图1 所示。

3 事故原因分析

3.1 事故直接原因

调查发现，企业真空泵尾气出口温度达73℃ 以上，根据有机废气冷凝效率计算，公式见式 (1) ～ (3)。

式中：C l 为气体的冷凝前浓度，g/m ;C2 为气体的冷凝后浓度，g/m;M 为气体物质的分子量;P l为气体在T1 时饱和蒸气压;P2为气体在T2时饱和蒸气压;R 为常数 ，为 8.314;P 为大气压，101325 Pa;r/为冷凝效率 。

在75℃时，对应排气中有机物最高饱和质量浓度及爆炸范围相关数据详见表1。

根据表1，通过理论计算，当真空泵出口尾气温度为75℃时，各有机物饱和浓度均极高，如果废气稀释倍数不够极易发生安全事故。现场测得单套 PL 真空泵中环氧乙烷废气流量约120 m /h，3 套合计360 m /h ，事故发生时焚烧炉实际处理风量不超过5000 m /h ，混合气体中有机物总浓度的对应体积比约7.2%，即使仅接入1 套含环氧乙烷尾气，其平均浓度2.4%也处于对应的爆炸范围之内，由此可见，真空泵出口尾气排放温度过高，而有机物沸点较低，导致污染物排放浓度过高，同时相应的稀释倍数不够，外加环氧丙烷、环氧乙烷的化学性质活泼，最终导致接入焚烧炉 中的废气达到相应爆炸极限，从而造成爆炸事故的发生。

3.2 事故间接原因

1) 收集系统设计不合理 。调查过程发现对于真空泵高浓度有机废气，企业均未进行冷凝回收预处理 ，且 目前企业对 PL 系统真空泵出口尾气所设计的收集方式极不合理 ，真空泵出口所配备的伞形罩集气量有限，尾气收集总管仅 D N 50，正常运行时系统稀释 风量难以保证。

2) 预处理措施不到位 。该企业 P O P 、PL 1、PL 2 车间对有机废气所采用的活性炭吸附未配备脱附再生系统，基无效，末端所配置的不锈钢高压风机无变频系统 ，导致废气收集管路系统中负压值过高，能耗较高且不利于有机物的冷凝 回收，所采用的金属材质水洗塔强度较高，当系统发生爆炸等意外事故时无法起到有效泄爆的效果，导致爆炸产生的冲击波沿着管道进一步往生产车间传导，加剧 了爆炸的次生危害。

3 ) RTO 炉本体存在问题。本项目中部分产品含有氯元素，所采用的设备本体为SUS304，旋转阀材质为SUS3 16L ，诸多案例表明，蓄热陶瓷体由于质量较大，支撑件通常要承受较大的应力腐蚀，当体系含氯时(如环氧氯丙烷 ) 高温焚烧处理过程中将产生HCl等污染物，对设备本体、RTO 炉旋转阀易产生较大腐蚀，系统难以稳定、有效运行 。

其次项目废气中含有部分丙烯腈、苯乙烯等有机物，上述物料在温度较高时极易发生自聚合，导致RTO炉蓄热陶瓷体在使用一段时间后设备阻力变大，同时底部有高沸点有机物粘附现象，易引起火灾等安全事故。

4 事故预防对策

RTO 在正常工况下不易发生火灾、爆炸事故。但由于精细化工行业废气成份复杂多变、浓度波动大，易造成焚烧炉运行稳定性较差，存在一定 的安全隐患。建议 R TO 生产厂家及使用企业采取如下安全措施以防范 RTO 火灾、爆炸事故 ：

1) 优化收集系统。对吸风罩、风机选用进行规范设计，同时废气收集管线需统筹规划，形成支管一主管一处理装置一总排口的收集处理系统，确保废气收集效果。对于易燃易爆废气在设计收集系统和预处理系统时，不追求过高的强度反而有利于系统安全，不过即使选用强度不高的设备和材料，在 RT O 炉设备本体、废气收集管道等节点仍需安装泄爆膜片 。

2 ) 强化预处理措施。由于精细化工行业废气排放浓度有较大的波动，因此 需对各类不同浓度的有机废气进行混匀、缓冲和预处理，建议企业采用 PP 填料塔对有机废气进行预处理，由于 PP 填料塔强度不高，在发生事故时极易泄爆，最大 限度的保证系统安全。

3 ) 渐进化科学调试。RTO 炉调试时理应先进行空载调试，待空载调试稳定后再逐步接入低浓度有机废气，如企业污水池加盖收集后废气、车间换风废气等，最终再逐步接入高浓度废气，同时对拟接入高浓度废气的排放流量、排放浓度进行检测，重点关注峰时浓度，单一排气点有机浓度宜控制在1000 ppm 以内，最高不得超过5000 ppm 。

4) 安装在线监控系统，设置电控系统操作间。RTO 炉净化处理系统是一项人机高度结合的设备，虽然其自动化程度较高，但必须安排专人进行维护与管理，如RTO 炉在发生爆炸前有机物浓度常会在短时间内迅速升高，此时系统若有人值守则可提前发出预警并采取必要的措施，避免事故的发生;同时对RTO各系统尾气安装TVOC浓度在线监控系统，为企业管理提供必要的数据支撑 。

5 总论

综上所述，在详细调研生产工艺，充分了解工艺过程中有机废气的排放特征的基础上，确保RTO 进口有机物的浓度低于爆炸极限下限的25%，是精细化工企业安全有效使用RTO 处理有机废气的关键要素。从2011 年6月至今，笔者主持设计、调试的 20 余台RTO 设备均未发生过安全事故。