VOCs焚烧RTO系统爆炸原因分析

RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄热式焚烧炉）系统在VOCs治理领域的应用日益广泛，但爆炸事故频发。

1、事故概况
       安徽某制药厂于2019年6月15日17：00临时停产，停产后RTO系统按规程停机。该厂于次日8：00投料复产，RTO系统同时开机并升温，此时旁通阀开启、废气导入阀关闭，废气经RTO系统旁路净化系统处理达标后高空排放；RTO炉经吹扫并加热至800℃后，旁通阀关闭，废气导入阀开启，废气进入RTO炉，系统压力、温度等一切正常。废气导入2h后（11：00）RTO系统发生爆炸，爆炸声前后两次，间隔时间较短，一处位于RTO炉及相邻风机，另一处位于系统前端废气收集管道。事故导致RTO炉右侧蓄热室钢结构、保温棉、蓄热陶瓷和RTO炉近端的引风机、风管严重损坏，较远端风管脱落，并引燃周边干燥物，无人员伤亡。

智者明 发表于 2020-4-2 21:06
1、事故概况
       安徽某制药厂于2019年6月15日17：00临时停产，停产后RTO系统按规程停机。该厂于次日8 ...

2、事故原因分析
      VOCs作为可燃物，能够与氧气在一定的浓度范围（爆炸浓度的上、下限之间和爆炸上限以上）形成预混气，遇到点火源（明火、电火花、静电火花、高热物等）会发生爆炸或燃烧，并释放大量的热和气体。

2.1可燃物
       制药厂进入RTO系统的废气主要来源于生产车间、罐区、污水站、固废仓库、原料仓库以及风管（积液长期未排，积液挥发）等，废气主要成分为甲醇、乙醇和甲苯等，这些VOCs均为可燃性气体（可燃物）。
      由于RTO系统运行1.5h后才发生安全事故，风管内应无淤积废气；罐区废气采用集气罩方式收集，事发前无装卸料过程，不能形成达到爆炸极限的预混气；污水站、固废仓库、原料仓库等区域VOCs挥发量很小，事发前无大宗化学品或危废泄漏，也不具备形成达到爆炸极限的预混气。
      事故后排查车间生产装置时发现，某蒸馏釜有残存甲醇，该釜蒸汽阀未完全关闭，使该釜一直处于被加热状态。因此，该次事故达到爆炸极限的可燃物主要来源于甲醇蒸馏釜。

智者明 发表于 2020-4-2 21:08
2、事故原因分析
      VOCs作为可燃物，能够与氧气在一定的浓度范围（爆炸浓度的上、下限之间和爆炸上 ...

2.2 助燃物
        RTO系统运行时助燃风机会向氧化室鼓入大量空气（氧气），但RTO炉氧化室事故后仍完好无损，说明氧化室未发生爆炸，助燃物非来自助燃风机；而各生产车间、罐区等采用集气罩收集的废气，以及污水站、固废仓库、原料仓库的通风换气，这些废气中混有大量的空气（氧气），为该起事故提供了助燃物。

智者明 发表于 2020-4-2 21:08
2.2 助燃物
        RTO系统运行时助燃风机会向氧化室鼓入大量空气（氧气），但RTO炉氧化室事故后仍完好 ...

2.3点火源
（1）明火：当进入RTO炉内的废气氧化放热不足以维持氧化室的设定温度时，位于氧化室内的燃烧器会自动补入天然气并点火升温。事故后打开炉体发现RTO氧化室完好无损，并未发生爆炸，可排除明火为该起事故的点火源。
（2）电火花：位于氧化室内的燃烧器采用了电火花点火器，但氧化室未发生爆炸，也排除了电火花因素。
（3）静电火花：该厂废气输送管道及风机均未采用可导静电材质，废气高速流通与管壁摩擦及风机叶轮高速转动极易形成静电且静电无法导出，但废气输送管道和风机位于RTO炉前端，达到爆炸极限的预混气遇到静电后即可发生爆炸，而远端管道在事故中仅是脱落，损坏程度低；且风机爆炸后不会将预混气输送至RTO炉内。因此，可排除静电火花因素，同时说明风机和管道不是第一起爆点。
（4）高热物：高热物的温度高于可爆成分的起燃点时可引起爆炸，RTO炉高热物主要为氧化室内表面和蓄热陶瓷。其中氧化室未发生爆炸，可排除氧化室高温表面为本次事故的点火源；事故后打开炉体发现，RTO右侧蓄热室钢结构坍塌、蓄热陶瓷破碎、保温棉脱落，而另外两个蓄热室完好。由此可知，RTO炉右侧蓄热室为第一起爆点，其高温蓄热陶瓷为爆炸事故提供了点火源。

智者明 发表于 2020-4-2 21:09
2.3点火源
（1）明火：当进入RTO炉内的废气氧化放热不足以维持氧化室的设定温度时，位于氧化室内的燃烧 ...

2.4 事故经过还原
      2019年6月15日，该制药厂停产时某工人工作疏忽忘记关闭生产车间甲醇蒸馏釜蒸汽阀，且放料不彻底；次日8：00复产时某工人未对岗位装置进行全面检查，在厂区蒸汽总阀开启后，残存釜内的甲醇逐渐升温并沸腾，大量甲醇蒸汽涌入风管后形成达到爆炸极限的预混气；RTO系统未安装实时废气浓度检测仪，废气导入阀无法连锁关闭，预混气进入RTO炉内，在流经RTO炉右侧蓄热室过程中升温至起燃点后发生爆炸，致使RTO炉右侧蓄热室钢结构、蓄热陶瓷和保温棉严重损害；由于RTO系统未安装阻火器，爆燃的废气回火至RTO炉前端的风机和风管，并导致风机爆炸、风管脱落；脱落的风管内仍存在燃烧的废气，进而引燃周边的干燥物。

智者明 发表于 2020-4-2 21:10
2.4 事故经过还原
      2019年6月15日，该制药厂停产时某工人工作疏忽忘记关闭生产车间甲醇蒸馏釜蒸汽 ...

3 防范措施
3.1源头消减
（1）减量：强化车间预处理，如将常温循环水改为冷冻盐水，提高冷凝效率；增加吸收类循环液的更换频次，并设置自动加药、排污控制，提高吸收效率等，以减少进入RTO系统中VOCs的总量，从而降低废气达到爆炸的风险。
（2）降浓：储罐呼吸气、冷凝器不凝气等浓度较高，直接接入风管极易形成达到爆炸极限范围的预混气，可通过计算一定温度时某成分饱和蒸气压下的浓度，并将其稀释至爆炸下限（LEL）的25%设计风量；设置缓冲罐并补充新风，确保进入RTO系统的废气浓度低于其25%LEL。

智者明 发表于 2020-4-2 21:11
3 防范措施
3.1源头消减
（1）减量：强化车间预处理，如将常温循环水改为冷冻盐水，提高冷凝效率；增加 ...

3.2过程预防
（1）导静电：风管、风机等废气输送设备设施在不腐蚀情况下尽量选择刷有石墨涂层的玻璃钢、碳钢或不锈钢材质，并跨接、接地；同时避免直角弯头及弯头处尖角，防止废气输送过程中因摩擦起静电而无法导出。
（2）排积液：废气常因洗涤塔除雾效果不佳或冷却作用而在风管中形成积液，积液中含有VOCs并不断挥发至废气中，存在浓度升高现象，须定期排出。
（3）测浓度：在RTO系统前一定距离设置在线（实时）浓度检测仪，并与RTO系统废气导入阀、应急排空阀连锁控制，距离根据检测仪响应时间确定，当废气浓度超过25%LEL时，废气导入阀关闭，应急排空阀开启，防止高浓废气进入RTO系统。
（4）泄爆：风管每隔一定间距设置泄爆阀，泄爆阀压力低于风管承受应力；RTO系统前置洗涤塔在保证有效使用情况下选用低强度材质制作，以便爆炸发生时及时泄压，减少爆炸损失。

智者明 发表于 2020-4-2 21:11
3.2过程预防
（1）导静电：风管、风机等废气输送设备设施在不腐蚀情况下尽量选择刷有石墨涂层的玻璃钢、 ...

3.3末端把控
（1）双旁通设计：对RTO系统设置冷旁通、热旁通，其中冷旁通与浓度检测仪、废气导入阀、应急排空阀连锁，当浓度超过25%LEL时，废气导入阀关闭，废气无法进入RTO系统；应急排空阀开启，废气经冷旁通处理达标后排放。热旁通与新风阀、温度仪、压力计连锁，当RTO炉内温度、压力异常时，新风阀开启，稀释浓度降温降压，热旁通阀开启，部分高温废气直接从氧化室排出，经混合器降温冷却后排至烟囱，确保RTO系统安全连续运行。
（2）双流场模拟：RTO炉设计时对废气进行气流场和热流场模拟，其中气流场模拟确保RTO炉内无死角，废气能够均匀流畅通过，避免局部湍流或浓度过高；热流场模拟确定陶瓷装填量，选择适宜热回收效率，避免RTO炉蓄热室冷端温度过高，减少安全隐患。
（3）阻火：在RTO炉前端和生产车间后端风管设置阻火器、水封等，防止RTO炉或风管爆炸回火至前端或车间，减少事故损失。

（4）监控：将RTO系统与生产、风管压力计、中级风机、浓度检测仪等连锁控制，并纳入生产管理监控，避免生产与环保脱节。

智者明 发表于 2020-4-2 21:12
3.3末端把控
（1）双旁通设计：对RTO系统设置冷旁通、热旁通，其中冷旁通与浓度检测仪、废气导入阀、应 ...

4 结语
      通过对某制药厂RTO系统爆炸因素进行逐一排查分析，还原了事故发生经过，确定了该起事故是因工人不当操作和RTO系统缺乏相应安全连锁装置所致，并从源头消减等方面提出诸多安全防范措施，为相关单位部门在RTO系统的设计生产、操作使用、事故分析、隐患排查、安全管理等方面提供经验参考。

警惕燃烧爆炸极限，最重要还是防范未然，系统控制安全范围运行

写的很好，谢谢。