隨著《化學工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標準(江蘇省)DB32-3151-2016》(2017年2月1日實施)、《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準GB37822-2019》(2019年7月1日實施)以及《制藥工業(yè)大氣污染物排放標準GB37823—2019》、《涂料、油墨及膠黏劑工業(yè)大氣污染物排放標準GB37824—2019》等一系列行業(yè)大氣污染物排放標準的頒布和實施,同時諸如《惡臭污染物排放標準》、《農藥工業(yè)大氣污染物排放標準》、《印刷工業(yè)大氣污染物排放標準》等排放標準已經處于征求意見稿的階段。這些新頒布和即將頒布的標準對化工行業(yè)企業(yè)的廢氣治理提出了更高的要求。其中針對化工企業(yè)有機廢氣排放標準中的非甲烷總烴和臭氣濃度指標，如《化學工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標準(江蘇省)DB32-3151-2016》規(guī)定了80mg/m3，臭氣濃度1500(無量綱)的排放限值要求，以及《惡臭污染物排放標準(征求意見稿)》中1000(無量綱)的排放限值要求。這些標準的排放限值均和排氣筒高度無關，且相比《大氣污染物綜合排放標準GB16297-1996》中非甲烷總烴120mg/m3的排放限值，排放指標均有了大幅度的提升。為此，化工企業(yè)在進行全廠廢氣整治過程中，普遍采用了高溫氧化(如RTO)作為廢氣末端治理設施，以達到有效去除廢氣中有機組分的目的。但是由于部分企業(yè)在采用RTO進行廢氣處理時，未能理解RTO的安全設計及運行理念，致使在設備運行過程中出現(xiàn)了較多的安全事故。為此，本文以某化工企業(yè)RTO運行事故為例進行分析，提出了化工企業(yè)全廠廢氣管道的設計以及RTO的安全設計措施，以供化工企業(yè)參考。
2.案例情況
本文參照的事故案例為江蘇某化工企業(yè)，該企業(yè)各車間廢氣收集后匯集于全廠廢氣總管，經二級堿液洗滌塔處理，去蓄熱焚燒爐(RTO)進行處理后排放。企業(yè)廢氣總管采用玻璃鋼材質，但接入廢氣總管的支管道比較雜亂，未按照每個車間一根總管進行匯總。
某天生產過程中,廢氣處理設施出現(xiàn)閃爆,導致RTO旁路風機出口軟連接及二級堿洗塔內部連接管道爆裂。事故未出現(xiàn)人員傷亡,但企業(yè)因此停產整頓。
3.事故原因分析
通過分析事故情形，不難得出事故的原因，即廢氣濃度過高，超過了爆炸極限，同時有引火源和氧化劑，導致了閃爆出現(xiàn)。再分析企業(yè)廢氣設施的現(xiàn)場情況，可以得出企業(yè)在廢氣收集上出現(xiàn)了以下一些問題:
(1)廢氣收集管道采用玻璃鋼材質，無法有效導出靜電;
(2)車間接入廢氣總管情況雜亂，存在部分廢氣管道直接從真空泵、活性炭吸附脫附裝置出口直接接入總管的情況;
(3)廢氣總管上未安裝濃度監(jiān)控儀表，RTO系統(tǒng)雖設置了安全泄放，但并未與廢氣濃度進行聯(lián)鎖。
4.安全改造措施
針對以上問題，本文提出該化工企業(yè)應在廢氣收集處理、RTO安全聯(lián)鎖上進行改進，主要依據《建筑設計防火規(guī)范GB50016—2014(2018年版)》、《石油化工企業(yè)設計防火標準(2018年版)GB50160—2008》、《精細化工企業(yè)工程設計防火標準GB51283—2020》、《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術規(guī)范HJ1093—2020》等相關安全標準和規(guī)范，采取如下安全措施以防范安全事故:
首先，化工企業(yè)應盡量控制每一個車間排放的廢氣濃度，做到有組織與無組織廢氣合理分配。生產車間內因使用真空進行減壓蒸餾、輸送含有機溶劑物料而產生的真空泵尾氣嚴禁直接接入廢氣總管。
其次，由車間生產過程較長，廢氣排放濃度波動較大，車間有機廢氣應設置緩沖裝置(洗滌塔)對有機廢氣進行預處理,以達到以下目的：(3)吸收部分有機物，減輕高濃度廢氣對后續(xù)系統(tǒng)的沖擊。
第三，輸送含有易燃易爆成分的有機廢氣的管道宜采用金屬材質，并做好靜電跨接與接地，防止靜電產生。管道內廢氣流速控制在10~15m/s范圍內，防止廢氣流速過高產生靜電。
根據《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(GB50160-2008)、《大氣污染治理工程技術導則》(HJ2000—2010)等規(guī)范要求，應在廢氣收集管道的必要位置設置泄壓裝置，如泄爆片。
第四，全廠有機廢氣進入RTO等處理設施前，宜設置吸收裝置(PP填料塔)對有機廢氣進行預處理。閃爆事故情形下，填料塔可作為局部薄弱點進行壓力泄爆，減少對焚燒爐體的沖擊。
第五，增加廢氣管道上濃度檢測儀表的設置。對于化工企業(yè)來說,生產中多使用諸如甲苯、二氯甲烷、甲醇等易揮發(fā)有機溶劑，如果廢氣收集系統(tǒng)未經過專業(yè)設計，容易導致車間內有組織廢氣管道內廢氣濃度過高，進入RTO系統(tǒng)時會產生安全風險。化工企業(yè)應設置廢氣濃度檢測儀器，以監(jiān)測廢氣管道中的廢氣濃度。廢氣濃度檢測可在各車間廢氣總管和全廠廢氣總管上進行安裝，具體如下:(1)如果某車間使用了大量易揮發(fā)的有機溶劑，為了保證裝置廢氣出口濃度在安全范圍內(比如在爆炸下限的25%以下)，建議企業(yè)在車間廢氣出口管道加裝廢氣濃度檢測，可采用IR(紅外分析)，并增加聯(lián)鎖切斷設施，在廢氣濃度過高時阻止裝置廢氣進入廢氣總管。系統(tǒng)設計可參照圖1。
(2)根據《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術規(guī)范HJ1093—2020》,進入RTO的廢氣濃度應低于爆炸下限的25%。因此，RTO系統(tǒng)管道前應設置LEL檢測系統(tǒng)。
根據相關工程經驗，RTO前LEL檢測設備一般選擇FID(氫離子火焰)或FTA(火焰溫度分析)型。其中FID型儀器對碳氫化合物較為靈敏，對CO/CS2/NH3/H2等可燃物基本不響應，而FTA型儀器靈敏度最高，應用范圍最廣，但價格也較貴。企業(yè)可根據自身情況選擇合適的儀器類型。RTO前LEL的設置一般有兩種設計方案，見圖2和圖3:
以上兩種方案均能有效保護RTO系統(tǒng)的運行安全，區(qū)別在于第二種方案對全廠廢氣管道的距離有一定的要求。各企業(yè)可根據廠內實際情況選擇合適的方案。
綜上所述，化工企業(yè)在處理廠內有機廢氣時，應注重安全防范措施的設計。應重點關注廢氣管道除靜電措施、廢氣濃度監(jiān)控措施，應注重全廠廢氣的系統(tǒng)性設計。
