VOC蒸汽收集系统的安全设计的结构化方法

概述

随着全球工业迈向更为清洁、更加绿色环保的目标。为达到挥发性有机化合物的排放标准，越来越多的工厂使用“末端回收处理方式”的环境治理方案。在通常情况下，蒸汽回收系统通过收集管道系统废气并将其送入处理设备来达到环保限制的要求。当燃废气中通常会含有易燃性或反应性蒸汽，这可能会导致可燃蒸汽流入处理系统与空气混合造成火灾、爆燃、爆炸或化学反应等其他安全和操作安全问题。

挥发性有机化合物回收处理技术可大体概括为：

回收利用技术

1.吸收 2.吸附 3.冷凝

消除技术

1.热氧化 2.催化氧化 3.生物性 4.焚烧

当回收的蒸汽含有易燃或反应性蒸汽时，伴随的爆燃、爆炸或化学反应会带来相关的安全和操作的风险。这些风险对于含有氧化剂输送或其它点火源的蒸汽回收处理系统尤其是个问题。但必须着重强调的是活性碳废气处理系统也是一个潜在的火源，吸收会导致内部温度上升，然后释放过量的热。

很多时候，蒸汽收集系统被认为只是又一套管道系统。因此，不会进行专门的风险研究和评估，也不会详细说明其安全准则，此系统不被当作工厂的主要组成部分加以管理/操作。而且，与工厂普通减压系统的相互作用也常常不在考虑之内。

但实际上，蒸汽回收处理系统有可能会存在着下列风险:

1.回收的蒸汽中可能含有易燃或反应性成分

2.回收管道中的易燃混合物有导致爆燃或爆炸的风险

3.火灾/爆炸会经过回收系统传播到工厂的其它地方

4.排气收集系统的安装和运行可能造价不菲

事故

在北美蒸汽回收处理系统曾出现过很多起与爆燃/爆炸有关的危险事件。其中很多起发生在上世纪六十年代的美国石油工业，当时的环境立法要求从船只卸载设施收集蒸汽，并运送到焚烧系统。这些再加上工业制造带来的环境压力的不断增强，导致了大量事故的频繁出现如:

在距离休斯敦扯城区不远的一个化学品仓储区，一个蒸汽焚烧装置的废气回收管出现了压力波，结果导致了大面积的损坏。精心设计的系统就这样被一连串“未预料到的”故障毁坏了。虽然自动装置和操作人员一起将废气进路关闭，但富含燃气的气流还是突然涌入了焚烧装置。火焰前缘产生的压力波炸开了阻火器、管道以及相关的设备。如果有管线内爆轰阻火器的话，损坏可以降到最低。这次事故毁坏了1个巨型流体水压式成型器，63个储罐。调查者未发现爆炸通过管道系统传播的迹象，但据估计速度达到了1000~2000ms-1，压力达到了28ber。在回收系统与焚烧装置连接处，出现了回火。管道内的阻火器未能阻止随后的火焰进入排气罐。废气焚烧装置内出现了回火，抽气式回收系统内出现了压力波。导致回收系统的风机、阀门和管道以及装置出现了大范围损坏。  

如上所述，对于挥发性有机化合物处理的需求，引发了对蒸汽回收处理装置的需要。在着手挥发性有机化合物减排计划前，应考虑基于源头减量还是末端消减，而且以系统化而结构化的方式回收是必要的。这些工作可能会消耗较长的时间，尤其是对于那些有着大量排放的大型站点来说更是如此。由于生产周期、加工作业和产品的不同，回收系统的设计具有一定复杂性。搜集准确的排放数据对于评估最少、最大和常规排放是必不可少的。

蒸汽收集系统安全准则方法建立

通常为维护或监控蒸汽，需安装一台氧气或易燃性气体分析仪（监控气体含量，浓度控制在%爆炸下限）。在确定建议的（蒸汽收集系统）初步“安全准则”（即惰化）后，有必要进行风险评估，根据可能的后续结果来判断风险水平是否可接受。

作为此评估的结果，应制定操作和维护程序，制定时要考虑到确认的危害，以便保证蒸汽收集系统的安全调试和运行。最终结果应包含完整记录的设计、质量平衡以及量化的风险评估信息。对于蒸汽收集系统的操作，应确定一个负责人，负责安全操作与维护。

*爆燃/爆炸防护

在很多情况下，消除点火源并阻止所有氧气源进入集管是不切实际的，因此需要评估爆燃/爆炸保护措施。目前可采取的措施是在爆燃/爆炸中保护蒸汽收集系统，加装爆轰型阻火器。爆轰型阻火器可在爆燃——爆炸转变（DDT）前熄灭火焰。

阻火器利用了一种名为最大试验安全间隙（MESG）的特性，根据试验标准进行的试验表明，该间隙为火焰不会传播的最大间隙。阻火器在设计上具备小于最大试验安全间隙的单元，随着火焰前缘穿过各单元，火焰前缘与单元壁之间进行能量传递。通过边界层向单元壁的热传递会将燃烧气体冷却到火焰前缘的未燃烧气体的自燃温度。有关爆燃和爆轰阻火器测试参考欧洲标准ISO16852草案。美国海岸警卫队（USCG）标准涵盖爆轰阻火器。

结论

从本文中可见，蒸汽收集系统的安装会对设备或工艺的安全运行造成重大风险。消除或最小化源头排放是首选，在线路终端应尽量避免安装蒸汽收集系统。安全风险包括蒸汽收集系统可能会引燃，导致爆燃/爆炸和后续破坏。蒸汽收集系统的安装和运行成本也很高，会降低设备可靠性。为保证蒸汽收集系统安全设计，需要保证蒸汽源数据准确，因为错误会导致燃烧可能性评估以及安全蒸汽收集系统设计不准确。总体来说，需要采用有组织的方法，实现蒸汽收集系统安全设计。

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