RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式焚燒爐）系統(tǒng)在VOCs治理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開的事故調(diào)查報告，爆炸原因不明，同類事故時有發(fā)生，令人心痛。
本文分享三起典型的RTO爆炸事故原因分析及整改措施，供大家參考借鑒。
江蘇某化工企業(yè)ＲTO 裝置于2015 年3 月8日和3 月27 日發(fā)生兩次爆炸。事故沒有造成人員傷亡，但廢氣引風機損壞，現(xiàn)場儀表燒毀，ＲTO裝置損毀嚴重。該企業(yè)ＲTO 裝置主要處理儲罐廢氣，廢氣經(jīng)壓縮冷凝后再用空氣稀釋后燃燒處理。此次事故發(fā)生的直接原因是氣體冷凝溫度較高，冷凝后氣相中的有機化合物含量增高，廢氣收集管道上稀釋的配風空氣不足，導致進入ＲTO廢氣的濃度達到爆炸極限。發(fā)生的間接原因是廢氣收集管道上未設(shè)置在線廢氣濃度檢測儀及防爆泄壓設(shè)施。整改措施:
①在廢氣收集管道上安裝在線廢氣濃度檢測儀，濃度控制在1 000 - 5 000 mg /m3 ;
②在廢氣收集管道等節(jié)點上安裝泄爆膜片。
2019 年5 月，山東某企業(yè)ＲTO 裝置在運行過程中因廢氣濃度突然升高引發(fā)了爆炸，事故沒有造成人員傷亡，ＲTO 爐體本身未損壞，但引風機及進爐管道全部爆裂損壞。該裝置廢氣來源包括儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣，并設(shè)有在線廢氣濃度檢測儀，管道直徑600 mm，在線廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離為38 m，閥門關(guān)閉與在線廢氣濃度檢測儀分析時間總和約3 s；引風機材質(zhì)為玻璃鋼。在廢氣進ＲTO 爐前設(shè)有1個DN150 mm 爆破片，廢氣進ＲTO 爐前設(shè)置了阻火器，但阻火器阻火性能未經(jīng)驗證合格。事故發(fā)生的直接原因是廢氣濃度突然升高。從爆炸后現(xiàn)場的情況分析推出事故發(fā)生的間接原因:①廢氣切斷閥閥板明顯受到靠近爐側(cè)的沖擊壓力而彎曲，說明高濃度廢氣通過在線廢氣濃度檢測儀后，雖引發(fā)停車聯(lián)鎖，但廢氣切斷閥未全部關(guān)閉;
②阻火器性能不符合要求，未能有效隔離能量，造成閃爆事件的發(fā)生;
③由于風機材質(zhì)為玻璃鋼材質(zhì)，高濃度廢氣與高速旋轉(zhuǎn)的風機葉輪摩擦產(chǎn)生靜電，引起風機及入口管道粉碎性損壞。整改措施:
①從源頭上將儲罐高濃度的罐頂廢氣與污水池的廢氣分開，高濃度罐頂廢氣另行處理; ②將在線廢氣濃度檢測儀距離廢氣切斷閥距離延長為60 m，確保出現(xiàn)高濃度廢氣后廢氣切斷閥有足夠的關(guān)閉時間; ⑤阻火器改為經(jīng)過認證的產(chǎn)品。2019 年9 月份改造后開工，在后續(xù)引發(fā)聯(lián)鎖停車的情況下未發(fā)生次生事故。
3、安徽某制藥廠RTO 裝置爆炸事故
2019 年6 月16 日安徽某制藥廠ＲTO 裝置因廢氣中甲醇濃度突然升高導致爆炸，爆炸聲前后2 次，間隔時間較短，一處位于ＲTO 爐及相鄰風機，另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導致ＲTO 右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、保溫棉、蓄熱陶瓷和ＲTO 近端的引風機、風管嚴重損壞。分析認為:①該裝置未安裝實時廢氣濃度檢測儀，不能及時檢測并切斷高濃度廢氣，造成高濃度廢氣在爐內(nèi)蓄熱材料中升溫過程發(fā)生爆炸;
②該裝置未安裝阻火器，不能阻斷爆燃的廢氣回火至廢氣收集部分;
③廢氣輸送管道及風機均未采用可導電材質(zhì)，廢氣與高速旋轉(zhuǎn)的風機葉輪摩擦產(chǎn)生靜電且靜電無法導出，引發(fā)了系統(tǒng)前端廢氣的爆炸。①增加在線廢氣濃度檢測儀，并與廢氣切斷閥、放空閥聯(lián)鎖;
②在ＲTO 前端和廢氣收集端設(shè)置阻火器，廢氣管道每隔一定距離必須設(shè)置爆破片，爆破片壓力低于廢氣管道承受的壓力，以便爆炸發(fā)生后及時泄壓，減少損失;
③風機、風管等輸氣設(shè)備在防腐蝕的情況下考慮靜電接地。事故調(diào)查報告：廢氣導入RTO系統(tǒng)2h后爆燃
安徽某制藥廠于2019年6月15日17：00臨時停產(chǎn)，停產(chǎn)后RTO系統(tǒng)按規(guī)程停機。該廠于次日8：00投料復產(chǎn)，RTO系統(tǒng)同時開機并升溫，此時旁通閥開啟、廢氣導入閥關(guān)閉，廢氣經(jīng)RTO系統(tǒng)旁路凈化系統(tǒng)處理達標后高空排放；RTO爐經(jīng)吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關(guān)閉，廢氣導入閥開啟，廢氣進入RTO爐，系統(tǒng)壓力、溫度等一切正常。廢氣導入2h后（11：00）RTO系統(tǒng)發(fā)生爆炸，爆炸聲前后兩次，間隔時間較短，一處位于RTO爐及相鄰風機，另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導致RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風機、風管嚴重損壞，較遠端風管脫落，并引燃周邊干燥物，無人員傷亡。VOCs作為可燃物，能夠與氧氣在一定的濃度范圍（爆炸濃度的上、下限之間和爆炸上限以上）形成預(yù)混氣，遇到點火源（明火、電火花、靜電火花、高熱物等）會發(fā)生爆炸或燃燒，并釋放大量的熱和氣體。本文根據(jù)爆炸三要素：可燃物、助燃物和點火源進行排查分析。該制藥廠進入RTO系統(tǒng)的廢氣主要來源于生產(chǎn)車間、罐區(qū)、污水站、固廢倉庫、原料倉庫以及風管（積液長期未排，積液揮發(fā)）等，廢氣主要成分為甲醇、乙醇和甲苯等，這些VOCs均為可燃性氣體（可燃物）。由于RTO系統(tǒng)運行1.5h后才發(fā)生安全事故，風管內(nèi)應(yīng)無淤積廢氣；罐區(qū)廢氣采用集氣罩方式收集，事發(fā)前無裝卸料過程，不能形成達到爆炸極限的預(yù)混氣；污水站、固廢倉庫、原料倉庫等區(qū)域VOCs揮發(fā)量很小，事發(fā)前無大宗化學品或危廢泄漏，也不具備形成達到爆炸極限的預(yù)混氣。事故后排查車間生產(chǎn)裝置時發(fā)現(xiàn)，某蒸餾釜有殘存甲醇，該釜蒸汽閥未完全關(guān)閉，使該釜一直處于被加熱狀態(tài)。因此，該次事故達到爆炸極限的可燃物主要來源于甲醇蒸餾釜。RTO系統(tǒng)運行時助燃風機會向氧化室鼓入大量空氣（氧氣），但RTO爐氧化室事故后仍完好無損，說明氧化室未發(fā)生爆炸，助燃物非來自助燃風機；而各生產(chǎn)車間、罐區(qū)等采用集氣罩收集的廢氣，以及污水站、固廢倉庫、原料倉庫的通風換氣，這些廢氣中混有大量的空氣（氧氣），為該起事故提供了助燃物。（1）明火：當進入RTO爐內(nèi)的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設(shè)定溫度時，位于氧化室內(nèi)的燃燒器會自動補入天然氣并點火升溫。事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)RTO氧化室完好無損，并未發(fā)生爆炸，可排除明火為該起事故的點火源。（2）電火花：位于氧化室內(nèi)的燃燒器采用了電火花點火器，但氧化室未發(fā)生爆炸，也排除了電火花因素。（3）靜電火花：該廠廢氣輸送管道及風機均未采用可導靜電材質(zhì)，廢氣高速流通與管壁摩擦及風機葉輪高速轉(zhuǎn)動極易形成靜電且靜電無法導出，但廢氣輸送管道和風機位于RTO爐前端，達到爆炸極限的預(yù)混氣遇到靜電后即可發(fā)生爆炸，而遠端管道在事故中僅是脫落，損壞程度低；且風機爆炸后不會將預(yù)混氣輸送至RTO爐內(nèi)。因此，可排除靜電火花因素，同時說明風機和管道不是第一起爆點。（4）高熱物：高熱物的溫度高于可爆成分的起燃點時可引起爆炸，RTO爐高熱物主要為氧化室內(nèi)表面和蓄熱陶瓷。其中氧化室未發(fā)生爆炸，可排除氧化室高溫表面為本次事故的點火源；事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)，RTO右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)坍塌、蓄熱陶瓷破碎、保溫棉脫落，而另外兩個蓄熱室完好。由此可知，RTO爐右側(cè)蓄熱室為第一起爆點，其高溫蓄熱陶瓷為爆炸事故提供了點火源。2019年6月15日，該制藥廠停產(chǎn)時某工人工作疏忽忘記關(guān)閉生產(chǎn)車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復產(chǎn)時某工人未對崗位裝置進行全面檢查，在廠區(qū)蒸汽總閥開啟后，殘存釜內(nèi)的甲醇逐漸升溫并沸騰，大量甲醇蒸汽涌入風管后形成達到爆炸極限的預(yù)混氣；RTO系統(tǒng)未安裝實時廢氣濃度檢測儀，廢氣導入閥無法連鎖關(guān)閉，預(yù)混氣進入RTO爐內(nèi)，在流經(jīng)RTO爐右側(cè)蓄熱室過程中升溫至起燃點后發(fā)生爆炸，致使RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴重損害；由于RTO系統(tǒng)未安裝阻火器，爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風機和風管，并導致風機爆炸、風管脫落；脫落的風管內(nèi)仍存在燃燒的廢氣，進而引燃周邊的干燥物。（1）減量：強化車間預(yù)處理，如將常溫循環(huán)水改為冷凍鹽水，提高冷凝效率；增加吸收類循環(huán)液的更換頻次，并設(shè)置自動加藥、排污控制，提高吸收效率等，以減少進入RTO系統(tǒng)中VOCs的總量，從而降低廢氣達到爆炸的風險。（2）降濃：儲罐呼吸氣、冷凝器不凝氣等濃度較高，直接接入風管極易形成達到爆炸極限范圍的預(yù)混氣，可通過計算一定溫度時某成分飽和蒸氣壓下的濃度，并將其稀釋至爆炸下限（LEL）的25%設(shè)計風量；設(shè)置緩沖罐并補充新風，確保進入RTO系統(tǒng)的廢氣濃度低于其25%LEL。（1）導靜電：風管、風機等廢氣輸送設(shè)備設(shè)施在不腐蝕情況下盡量選擇刷有石墨涂層的玻璃鋼、碳鋼或不銹鋼材質(zhì)，并跨接、接地；同時避免直角彎頭及彎頭處尖角，防止廢氣輸送過程中因摩擦起靜電而無法導出。（2）排積液：廢氣常因洗滌塔除霧效果不佳或冷卻作用而在風管中形成積液，積液中含有VOCs并不斷揮發(fā)至廢氣中，存在濃度升高現(xiàn)象，須定期排出。（3）測濃度：在RTO系統(tǒng)前一定距離設(shè)置在線（實時）濃度檢測儀，并與RTO系統(tǒng)廢氣導入閥、應(yīng)急排空閥連鎖控制，距離根據(jù)檢測儀響應(yīng)時間確定，當廢氣濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關(guān)閉，應(yīng)急排空閥開啟，防止高濃廢氣進入RTO系統(tǒng)。（4）泄爆：風管每隔一定間距設(shè)置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風管承受應(yīng)力；RTO系統(tǒng)前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強度材質(zhì)制作，以便爆炸發(fā)生時及時泄壓，減少爆炸損失。（1）雙旁通設(shè)計：對RTO系統(tǒng)設(shè)置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導入閥、應(yīng)急排空閥連鎖，當濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關(guān)閉，廢氣無法進入RTO系統(tǒng)；應(yīng)急排空閥開啟，廢氣經(jīng)冷旁通處理達標后排放。熱旁通與新風閥、溫度儀、壓力計連鎖，當RTO爐內(nèi)溫度、壓力異常時，新風閥開啟，稀釋濃度降溫降壓，熱旁通閥開啟，部分高溫廢氣直接從氧化室排出，經(jīng)混合器降溫冷卻后排至煙囪，確保RTO系統(tǒng)安全連續(xù)運行。（2）雙流場模擬：RTO爐設(shè)計時對廢氣進行氣流場和熱流場模擬，其中氣流場模擬確保RTO爐內(nèi)無死角，廢氣能夠均勻流暢通過，避免局部湍流或濃度過高；熱流場模擬確定陶瓷裝填量，選擇適宜熱回收效率，避免RTO爐蓄熱室冷端溫度過高，減少安全隱患。（3）阻火：在RTO爐前端和生產(chǎn)車間后端風管設(shè)置阻火器、水封等，防止RTO爐或風管爆炸回火至前端或車間，減少事故損失。（4）監(jiān)控：將RTO系統(tǒng)與生產(chǎn)、風管壓力計、中級風機、濃度檢測儀等連鎖控制，并納入生產(chǎn)管理監(jiān)控，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。通過對某制藥廠RTO系統(tǒng)爆炸因素進行逐一排查分析，還原了事故發(fā)生經(jīng)過，確定了該起事故是因工人不當操作和RTO系統(tǒng)缺乏相應(yīng)安全連鎖裝置所致，并從源頭消減等方面提出諸多安全防范措施，為相關(guān)單位部門在RTO系統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經(jīng)驗參考。
