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RTO安全运行有哪些现状及如何对策​

2022-08-23  

RTO是蓄热式焚烧处理有机废气装置的简称。笔者针对某精细化工园区12家涉及RTO的企业进行检查,发现在RTO实际设计、施工、运行过程中,企业和供应商更偏重于RTO装置的净化效率和运行成本,而忽视了RTO的安全设计和安全运行的基本要求,导致RTO系统运行过程中存在废气收集、预处理方式设计、运行状态下安全设施未正常投用等安全隐患。
(一)废气预处理设计存在缺陷

1.企业提供的基础数据不全,导致预处理方式存在设计缺陷。《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》要求应根据废气来源、组分、性质(温度、湿度、压力)、流量、爆炸极限等因素,综合分析后选择废气处理工艺流程。而在实际设计过程中,企业主要提供最大废气处理量、VOCs最高含量,不能提供尾气具体的组成。如该园区某企业提供RTO设计依据为废气组分为甲苯和甲醇,VOCs最高含量为5000mg/m3,且具体含量未标明。因此企业在RTO设计时未考虑企业生产过程中能产生二甲胺气体,在预处理系统中没考虑酸洗,只是在车间将废气冷却到10℃左右后,通过总管(DN600)进入碱洗、水洗塔后经引风机进入到RTO系统,这也就为后来发生的事故埋下了隐患。该企业于2021 年6 月3日开始试生产,RTO装置于2021 年6 月6日16:00发生爆炸,整个风机的蜗壳全部粉碎,所幸的是事故没有造成人员伤亡。事故调查显示,由于二甲胺易溶于水(沸点7℃),随着水中二甲胺含量升高及环境温度上升,二甲胺大量挥发,同时因引风机叶轮、蜗壳材质均为玻璃钢材质,虽然有导电涂层,但引风机对地电阻为无穷大,达到爆炸极限的有机废气与高速旋转的风机叶轮摩擦产生静电,导致风机蜗壳粉碎性爆裂。
 

2.RTO安全设施设计有缺陷。(1)设计时未将可燃气体检测信号纳入RTO控制程序系统,当废气浓度达到爆炸极限后,不能及时采取稀释、走旁通等应对措施,高浓度废气直接进入RTO炉体从而引发火灾、爆炸事故。其中部分企业只是在RTO控制程序界面上做了一个显示,且永远显示0%LEL。《大气污染治理工程技术导则》(HJ 2000-2010)第6.5.1条,明确提出“进入热力燃烧工艺的有机废气浓度应控制在其爆炸极限下限的25%以下,对于混合有机化合物,其有机物浓度应根据不同有机化合物的浓度比例和其爆炸下限值进行计算与校核”;《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ1093—2020)第6.5.1条,明确要求“当废气浓度波动较大时,应对废气进行实时监测,并采取稀释、缓冲等措施,确保进入蓄热燃烧装置的废气浓度低于爆炸极限下限的25%”。
 

某企业的在线分析仪显示“Err”,因输出超过20mA,满量程后显示“错误”,但RTO控制界面显示为0%LEL。

(2)设计时不考虑可燃气体在线分析仪的安装位置。一些企业在线分析仪取样位置距RTO炉约30米(RTO炉前有一个碱洗塔和一个水洗塔),该处废气约10s后就能进入到RT0炉,但在线分析仪距取样点约2.5米,经过蠕动泵抽取样品,不计在线分析仪的响应时间,至少需要20s后才能分析出废气中可燃气体的含量,这种设置,即使可燃气体检测信号进入RTO控制程序系统,也达不到保护作用。具体可参考《蓄热焚烧装置安全风险评估指南》第7.3.3的要求。

(3)技术协议书中的P&ID与RTO装置现场不一致,或P&ID中给定的逻辑无法实现。如设计文件中设计有“压缩空气压力低,系统报警停机”,但现场无压缩空气压力远传表;所有企业都不能提供联锁逻辑图;P&ID图中的逻辑关系在实际行动过程无法实现。下图为某企业RTO进料部分的P&ID,设置三个可燃气体检测仪,但现场只安装了一个检测仪,并没有将信号接入程序控制系统;单纯从P&ID给出的信号来看,GICA301A/B应是采用1oo2(二选一的方式),如果达到设定值,打开新风阀门进行稀释,根据GICA302的检测结果判断是否停车,从现场新风阀门与风机位置(约5米),这一逻辑根本无法实现。
 

究其原因是RTO安全设计方面标准不全。《大气污染治理工程技术导则》( HJ 2000-2010)中第“6.5气态污染物热力燃烧”部分可作为RTO设计依据。此外,第6.5.3.3 条明确要求,“进入热力燃烧工艺的有机废气浓度应控制在其爆炸极限下限的25%以下,对于混合有机化合物,其有机物浓度应根据不同有机化合物的浓度比例和其爆炸下限值进行计算与校核” 。《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ1093—2020)其中“6 工艺设计”部分,对工艺流程的选择、工艺设计要求、二次污染控制、安全措施提出了明确要求。除此之外,还没有明确的关于工业有机废气蓄热燃烧法治理工程的设计、施工、验收和运行维护的技术要求。正因为缺少针对RTO及辅助设施(如废气收集处理、燃料油(气))设计的工程技术规范,所以供应商优先考虑的是排放标准。这也是验收与交付的前提,设计依据主要是企业提供的基础资料及要求、同类废气治理工程的成功经验和《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)、《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)等排放标准和要求。

(二)废气输送系统工艺设计未充分考虑精细化工生产过程特点。

1.废气支管段内压力不稳。精细化工行业通常是间歇式生产,废气排放气量随着生产处于不同的阶段出现波动。企业未在车间总出口设置输送风机,或设置废气输送风机,但风机频率未与废气系统压力实现自动控制,全部依靠RTO引风机入口压力(或引风机频率)来控制废气总管的压力,导致废气总管的最前端或废气排放气量大的车间支管段内压力波动大,存在支管段内废气压力不稳而泄漏的风险。

2.精细化工行业废气成分复杂,波动性大,车间设置预净化装置一般都是冷凝或喷淋吸收系统,一方面起到降低VOCs的含量或减小废气的腐蚀性,另一方面对废气总管压力起到"缓冲"作用,然而,经过喷淋吸收后的废气含有大量饱和水蒸气,如设计不合理,废气输送管道的拐点和低点会有积液凝聚,夏季积液挥发可能引发VOCs浓度超爆炸下限的风险,冬季积液冻结则可能造成管道损坏引发废气泄露的风险。因此,废气输送管道应依据《石油化工金属管道布置设计规范》要求,设计管道坡度,并在管道拐角和低点设置排凝点,定期排凝,避免管道内积液现象的产生。

3.因企业废气带有酸性或碱性,在车间出口处未进行中和处理,为了防腐而使用玻璃钢、PP、PE管材输送废气,在RTO引风机前再进行酸/碱处理,但废气输送管道一般距离较长、气体流速较快,管道内会有静电产生,如静电大量积聚放电,会引发爆炸等安全事故,因此,需要在各车间先进行处理,然后采用金属管道,并依据《石油化工静电接地设计规范》(SH/T 3097-2017)的要求,做好管道法兰跨接和静电接地。

(三)RTO装置操作、维护不到位。

  设备设施完好,是RTO装置安全稳定运行的物质基础。《安全生产法》第三十六条明确规定“生产经营单位必须对安全设备进行经常性维护、保养,并定期检测,保证正常运转。维护、保养、检测应当做好记录,并由有关人员签字”。在实际运行过程中,存在安全设施不能正常投用、操作记录与实际运行状态不一致、设备设施检查维护缺失、操作方式不当等隐患。

1.新风阀门不能正常投用。如某些企业存在正常投用的RTO,新风阀门无气源、电源,即使可燃气体检测仪信号接入RTO程序控制系统,在联锁动作时新风阀门也不能及时打开进行稀释。(如下图所示)
 


 2.日常操作记录与实际运行状态不一致。如某企业2022年7月2日从18:53开始到23:50,燃烧器一直持续故障报警,但操作记录均为“正常”。
 

3.设备设施检查维护缺失。如某企业碱洗塔pH计外壳腐蚀严重,无法观察显示的数值。可能因碱液浓度低影响处理效果,造成RTO内部腐蚀,带来RTO设备变形、坍塌、废气泄漏等安全风险。pH计因长期在酸(碱)环境中工作,一般连续使用2个月后显示就会出现较大的误差,需要人工分析(或标注溶液校准)。另外,某企业燃料油泵过滤器装错方向,可能造成燃烧器喷嘴堵塞,影响RTO正常运行。

4.操作方式不当等,部分企业将废气引风机频率设置了“手动”状态。该操作方式无法满足精细化工企业间歇生产的特点,可能造成废气总管压力剧烈波动。若车间未设置引风机,废气可能会反串;车间设置了引风机,可能造成废气总管超压泄漏。

二、RTO装置安全运行对策

(一)收集资料,严格新建RTO的安全设计。

RTO供应商根据《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ 1093—2020)的要求,收集的工业有机废气理化性质等原始资料至少包括废气风量(正常值、最大值、最小值)、废气温度(正常值、最大值、最小值)、废气的压力和湿度及含氧量、废气中 VOCs 组分及浓度(正常值、最大值、最小值)、废气中无机气体的组分及浓度(正常值、最大值、最小值)、废气中颗粒物浓度、产生污染物设备情况及工作制度、废气排放方式(连续、间歇、波动周期),对RTO主体及辅助工程同步进行设计,设置符合HJ 1093—2020要求的工艺控制相关参数和安全措施,完善主体工程及辅助工程(废气收集系统的压力、可燃气体检测信号、燃料油(气)压力、仪表气源压力、电力等)之间的逻辑控制关系,实现整个系统程序控制。

(二)完善目前运行的RTO程序控制、联锁系统。

将可燃气体检测仪分析信号、燃料油(气)压力信号、压缩空气压力信号接入RTO的程序控制系统并正常投用相关逻辑,完善各程序控制阀门的程序控制的电、气信号,并严格控制可燃气体浓度应低于最易爆组分或混合气体爆炸极限下限最低值的 25 %,否则应采用空气强制稀释或直接排放;调试好各参数设置,RTO应处于自动运行状态。

(三)企业加强RTO运行维护。

编制符合企业实际的生产状况的安全操作规程和运行管理制度,并对员工进行开、停工及紧急状态的操作进行培训;建立维护检测记录,对接地线、跨接线、阻火器、酸(碱)处理单元、RTO的公用工程等检查、维护;同时统筹生产过程中工作,避免各车间(工序)同时加料、同时蒸(精)馏,导致含有机物料的废气集中排放,尽量保持废气浓度、气量相对稳定;定期对各传感器(如温度、压力、液位、pH计、可燃气体检测仪等)进行校验(准),确保RTO的运行处于程序控制状态。

目前RTO系统在运行使用过程中既有因设计基础资料不全,导致设计本身存在缺陷,程序控制主要集中在RTO本体而未包含可燃气体检测信号;也有由于操作不当,管理不善导致发生火灾、爆炸等安全问题,因此,企业与RTO供应商在设计初期应该做好基础资料的收集、确认、利用,提高RTO本质安全设计水平,同时,企业加强对RTO的操作、维护、管理,及时消除隐患,确保RTO安全运行。

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