RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式焚燒爐）系統(tǒng)在VOCs治理領域的應用日益廣泛，但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開的事故調查報告，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置在線廢氣濃度檢測儀及防爆泄壓設施。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；引風機材質為玻璃鋼。在廢氣進ＲTO 爐前設有1個DN150 mm 爆破片，廢氣進ＲTO 爐前設置了阻火器，但阻火器阻火性能未經驗證合格。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)停車聯鎖，但廢氣切斷閥未全部關閉;
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由于風機材質為玻璃鋼材質，高濃度廢氣與高速旋轉的風機葉輪摩擦產生靜電，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，確保出現高濃度廢氣后廢氣切斷閥有足夠的關閉時間; ⑤阻火器改為經過認證的產品。2019 年9 月份改造后開工，在后續(xù)引發(fā)聯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 右側蓄熱室鋼結構、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，廢氣與高速旋轉的風機葉輪摩擦產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、放空閥聯鎖;
②在ＲTO 前端和廢氣收集端設置阻火器，廢氣管道每隔一定距離必須設置爆破片，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、風管等輸氣設備在防腐蝕的情況下考慮靜電接地。事故調查報告：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，停產后RTO系統(tǒng)按規(guī)程停機。該廠于次日8：00投料復產，RTO系統(tǒng)同時開機并升溫，此時旁通閥開啟、廢氣導入閥關閉，廢氣經RTO系統(tǒng)旁路凈化系統(tǒng)處理達標后高空排放；RTO爐經吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關閉，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爐右側蓄熱室鋼結構、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，風管內應無淤積廢氣；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混氣。事故后排查車間生產裝置時發(fā)現，某蒸餾釜有殘存甲醇，該釜蒸汽閥未完全關閉，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爐內的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設定溫度時，位于氧化室內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，廢氣高速流通與管壁摩擦及風機葉輪高速轉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混氣輸送至RTO爐內。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，RTO右側蓄熱室鋼結構坍塌、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，該制藥廠停產時某工人工作疏忽忘記關閉生產車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復產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閉，預混氣進入RTO爐內，在流經RTO爐右側蓄熱室過程中升溫至起燃點后發(fā)生爆炸，致使RTO爐右側蓄熱室鋼結構、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%設計風量；設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、風機等廢氣輸送設備設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，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，存在濃度升高現象，須定期排出。（3）測濃度：在RTO系統(tǒng)前一定距離設置在線（實時）濃度檢測儀，并與RTO系統(tǒng)廢氣導入閥、應急排空閥連鎖控制，距離根據檢測儀響應時間確定，當廢氣濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關閉，應急排空閥開啟，防止高濃廢氣進入RTO系統(tǒng)。（4）泄爆：風管每隔一定間距設置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風管承受應力；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）雙旁通設計：對RTO系統(tǒng)設置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導入閥、應急排空閥連鎖，當濃度超過25%LEL時，廢氣導入閥關閉，廢氣無法進入RTO系統(tǒng)；應急排空閥開啟，廢氣經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爐前端和生產車間后端風管設置阻火器、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、風管壓力計、中級風機、濃度檢測儀等連鎖控制，并納入生產管理監(jiān)控，避免生產與環(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，為相關單位部門在RTO系統(tǒng)的設計生產、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經驗參考。
