低温等离子、RTO等VOCs废气处理设施安全事故典型案例分析及建议.pdf
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1、低温等离子,RTO等VOCs废气处理设施安全事故典型案例分析及建议目录i.前 言.12.电晕放电治理VOCs典型案例分析.22.1.事故概况.22.2.事故直接原因分析.22.3.事故间接原因分析.32.4.建议和措施.43.介质阻挡放电治理VOCs事故案例分析.43.1.事故概况.43.2.事故直接原因分析.53.3.事故间接原因分析.63.4.建议和措施.64.低温等离子体处理VOCs事故案例.64.1.事故案例.64.2.事故原因.74.3.安全建议.85.RTO焚烧炉及事故案例.85.1.事故案例.85.2.事故原因.95.2.1.直接原因.95.2.2.间接原因.95.3.安全建议.
2、106.活性炭处理技术及案例.116.1.事故案例.126.2.安全建议.127.RTO系统安全建议.138.RTO系统风险防控6 大注意事项.141.前 言第 1 页共15页工业废气种类繁多,主要包括有机废气、燃料废气、粉尘废气、酸雾废气、油烟等。工业废气根据其排风量、温度、浓度及本身化学物理性质,其治理方法各不相同,有机废气采用活性炭纤维有机废气净化器、催化燃烧、RTO、低温低离子、光催化氧化等;酸碱废气采用酸碱中和方法,酸碱废气净化塔;硅烷废气一般采用不锈钢硅烷燃烧塔处理;恶臭废气处理一般采用生物除臭以及光催化氧化或者活性炭吸附等。近年来,随着环保政策的逐步收紧,环保设施安全问题已经成为
3、了大部分工业企业面对的一个重要风险,特别是VOCs废气处理装置系统的防爆安全,目前常见的VOCs末端治理工艺有蓄热式燃烧(RTO)、催化燃烧(RCO)、直接燃烧(TO)、活性炭吸附脱附、低温等离子等。但VOCs废气成分复杂,通常为多种易燃易爆的混合有机气体,前期的技术工艺选择不到位或这些装置的投入使用不加以专业管理和控制,往往会带来新的安全隐患。比如低温等离子装置电晕放电着火问题;RTO装置爆炸问题;活性炭装置自燃以及危废处理问题。2.电晕放电治理VOCS典型案例分析2.1.事故概况2017年6月2 0日,天津某树脂有限公司在安装调试环保设备过程中,发生一起爆炸事故,造成环保设备安装调试人员2
4、人当场死亡、2人受伤。2.2.事故直接原因分析合成树脂生产废气的排放环节主要有:原料投加及投料孔(处)若密闭性不好,原料投加过程将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;聚合反应过程中未参与反应的原料和有机溶剂将以废气形式排出反应釜,未参与反应的原料以及有机溶剂将从废气排放口处排出,有组织挥发、扩散;产品及中间产品卸放时,若密闭性不好,或卸放过程自动化水平不高,将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;原料和有机溶剂储存过程中发生泄漏,以及原料和溶剂储罐发生大、小呼吸排气,作无组织挥发和扩散。由此可见未聚合的物料、溶剂的不凝气及树脂粉尘均可能引起爆炸。该树脂有限公司使用的低温等离子体废
5、气处理设备,属于电晕放电,其原理是当气体击穿后绝缘破坏,其内阻降低,放电迅速越过自持电流区后便立即第2页共15页出现电极间电压减小的现象,并同时在电极周围产生昏暗辉光。电晕放电电压降比辉光放电大(kV数量级),但放电电流较小(u A 数量级),往往发生在电极间电场分布不匀均的条件下,这是因为电极曲率半径很小时,电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场很高的电极附近,放电剧烈,声音较大,放电局部能量较高(高于废气的点火能),但分布不均匀。图 1 为 6 种电晕风电的示意图。图1 6种电晕风电的示意图该树脂有限公司的低温等离子体废气处理设备是在设备调试过程中出现的爆炸事故,可推测事故的经过有两
6、种可能:一是低温等离子体废气处理设备在调试过程中设备正常运行时风机突然引入了超过爆炸下限有机物废气或含粉尘废气,且电晕放电的能量达到此废气的最小点火能,未能对入口废气浓度进行实时快速有效监测,设备瞬间起火爆炸;二是低温等离子体设备在调试过程中,时而通电运行,时而断电调试,但每次通电运行前并未用空气或惰性气体对设备内存留的有机废气或高粉尘废气进行置换,电晕放电的能量达到滞留在低温等离子体废气处理设备内的有机废气或含粉尘废气的最小点火能,从而导致爆炸事故的发生。2.3.事故间接原因分析从事故调查结论可以看出,低温等离子体废气处理设备未采取浓度高高联锁,当入口废气浓度达到爆炸下限时,设备尚可启动运行
7、。从事故现场照片(图 2)可以看出,低温等离子体废气处理设备为常压设备,在爆炸后顶盖完全掀起,侧门全部顶开,设备本体不能承受内部有机气体或粉尘爆炸的超压,发生爆炸时设备本体严重破坏,伤及旁边正在调试的工作人员,导致2 人当场死亡、2 人受伤。第 3 页共15页图2天津某树脂有限公司等离子体废气处理设备爆炸后现场三/“语 理 或 我 技 才图2天津某树脂有限公司在安装调试环保设备过程事故现场照片2.4.建议和措施在低温等离子体设备联锁方面,应设置入口总煌浓度高低报警和高高联锁等措施。在低温等离子体装置运行操作方面,放电之前必须对反应器内的气体用空气或惰性气体置换足够时间,待反应器内气体浓度低于爆
8、炸下限的25%时方可启动;在运行过程中必须对入口废气总烧浓度或粉尘浓度进行在线监测,当进入反应器的气体浓度达到爆炸下限的25%时必须进行配风稀释。3.介质阻挡放电治理VOCs事故案例分析3.1.事故概况2018年 3 月,山东某化工厂在生产石油树脂产品的结片造粒时未闪蒸出的高沸点溶剂和树脂中的低分子聚合物被风机抽入VOCs废气处理设施后发生着火爆炸,事故未造成人员伤亡,设备损坏严重,见 图 3。第4页共15页图3山东某化工厂等离子体废气处理设备爆炸后现场图3山东某化工厂等离子废气处理设备爆炸后的现场3.2.事故直接原因分析该化工厂是一家以生产石油化工深加工产品为主业的企业,主要从事改性石油树脂
9、、分散剂、储分稀释剂等产品的生产与销售,高沸点溶剂组分主要有甲基苯乙烯和芳煌。其VOCs废气处理设施采用的低温等离子体设备,属于介质阻挡放电,又称无声放电,其原理是在气压为104106Pa、介质包裹的正负电极之间施加频率从50Hz至数MHz数量级的高压电,气体被击穿,在介质之间形成微通道放电,即通过放电间隙的电流由大量快脉冲电流细丝组成,在空间和时间上均为随机分布。图4为介质阻挡放电原理图。图4介质阻挡放电原理法意匚带衿阳才图4介质阻挡放电原理图该化工厂的低温等离子体废气处理设备是在运行过程中出现的爆炸事故,可推测事故的经过有两种可能:一是介质阻挡放电设备容易在高压电接入端产生沿面放电和爬电,
10、局部过热而起火,进而将反应器内高浓度废气引爆;二是苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等高沸点芳妙类化合物在低温等离子体的作用下发第5页共15页生脱氢反应形成焦油,容易粘附在电极外层的阻挡介质上,积累到一定程度,会改变电极阻挡介质之间的介电常数,放电将反复发生在介电常数较小的地方,从而造成局部过热引起焦油燃烧,进而将反应器内高浓度废气引爆。3.3.事故间接原因分析废气进入低温等离子体反应器前虽设有静电除油设备,去除效率难以保证,进入低温等离子体设备前并没有实现有效预处理;低温等离子体反应器入口虽设有光电离式(PID)总姓在线分析仪,但废气成分中有树脂的低聚物和高沸点溶剂挥发气,粘性较大,容易导致分析仪探头
11、堵死,难以实现对废气浓度实时准确测定。3.4.建议和措施在高压电传输方面,要防止爬电和沿面放电。在低温等离子体装置运行操作方面,如若处理的废气含苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等高沸点VOCs时,需要定期清洗粘附在电极上的焦油,清洗周期依据处理废气的浓度而定,一般不超过6 个月;在线监测含胶粒、粉尘的VOCs气体浓度时必须对废气进行过滤,并定期更换滤芯、反吹管路、校准监测探头。4.低温等离子体处理VOCs事故案例低温等离子体是通过电子束照射、电晕放电、介质阻挡放电、沿面放电、辉光放电、孤光放电、微波放电、射频放电等方式产生的,而低温等离子体处理 VOCs电极结构形式主要为电晕放电和介质阻挡放电,且两者
12、放电的原理都是高压放电,在处理易燃易爆的挥发性有机物气体及所处电气防爆区域使用,都极其危险。所以,原国家环保部2013第 31号 文 挥发性有机物污染防治技术政策第 27条明确规定,使用低温等离子技术要注意爆炸、火灾等安全因素。依据:挥发性有机物污染防治技术政策(二十七)当果用阪附H收(快始)、催化燃烧、热力焚燃.等离子体等方法进行木胡治周时.应嘱酎本单位事故火灾.爆炸等应急救援Hi案.配备应急效援人员和器材,并开发应急演缥.4.1.事故案例2017年 6 月20日,天津某树脂有限公司在安装调试环保设备过程中,发第6页共15页生一起爆炸事故,造成环保设备安装调试人员2人当场死亡、2人受伤。4.
13、2.事故原因合成树脂生产废气的排放环节主要有:原料投加及投料孔(处)若密闭性不好,原料投加过程将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;聚合反应过程中未参与反应的原料和有机溶剂将以废气形式排出反应釜,未参与反应的原料以及有机溶剂将从废气排放口处排出,有组织挥发、扩散;产品及中间产品卸放时,若密闭性不好,或卸放过程自动化水平不高,将会发生逸漏,逸漏出来的物质无组织挥发、扩散;原料和有机溶剂储存过程中发生泄漏,以及原料和溶剂储罐发生大、小呼吸排气,作无组织挥发和扩散。由此可见未聚合的物料、溶剂的不凝气及树脂粉尘均可能引起爆炸。该树脂有限公司使用的低温等离子体废气处理设备,属于电晕放电,其原理是
14、当气体击穿后绝缘破坏,其内阻降低,放电迅速越过自持电流区后便立即出现电极间电压减小的现象,并同时在电极周围产生昏暗辉光。图5低温等离子体处理VOCs事故现场现场图片从事故调查结论可以看出,低温等离子体废气处理设备未采取浓度高高联第7页共15页锁,当入口废气浓度达到爆炸下限时,设备尚可启动运行。从事故现场照片可以看出,低温等离子体废气处理设备为常压设备,在爆炸后顶盖完全掀起,侧门全部顶开,设备本体不能承受内部有机气体或粉尘爆炸的超压,发生爆炸时设备本体严重破坏,伤及旁边正在调试的工作人员,导致2人当场死亡、2人受伤。4.3.安全建议在低温等离子体设备联锁方面,应设置入口总炫浓度高低报警和高高联锁
15、等措施;在低温等离子体装置运行操作方面,放电之前必须对反应器内的气体用空气或惰性气体置换足够时间,待反应器内气体浓度低于爆炸下限的25%时方可启动;在运行过程中必须对入口废气浓度进行在线监测,当进入反应器的气体浓度达到或超过爆炸下限的25%时必须进行配风稀释。5.RTO焚烧炉及事故案例现在市场上对VOCs的大量处理工艺,例如膜分离、活性炭吸附、高沸点溶液吸收、生物转化、冷凝回收和热力氧化等方法中,蓄热室热力氧化炉(RTO)具有去除效率高、经济适用性强,且热能利用效率比传统的直燃式氧化炉提高70%左右等优点,是目前企业解决VOCs的有效手段。但因各企业情况的不同,RTO应用也存在局限性,在投入生
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