某制藥廠RTO催化燃燒設(shè)備爆炸原因分析

RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式焚燒爐）系統(tǒng)在VOCs治理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但爆炸事故頻發(fā)。因缺乏公開的事故調(diào)查報(bào)告，爆炸原因不明，同類事故時(shí)有發(fā)生，令人心痛。

一、事故概況
安徽某制藥廠于2019年6月15日17：00臨時(shí)停產(chǎn)，停產(chǎn)后RTO系統(tǒng)按規(guī)程停機(jī)。該廠于次日8：00投料復(fù)產(chǎn)，RTO系統(tǒng)同時(shí)開機(jī)并升溫，此時(shí)旁通閥開啟、廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，廢氣經(jīng)RTO系統(tǒng)旁路凈化系統(tǒng)處理達(dá)標(biāo)后高空排放；RTO爐經(jīng)吹掃并加熱至800℃后，旁通閥關(guān)閉，廢氣導(dǎo)入閥開啟，廢氣進(jìn)入RTO爐，系統(tǒng)壓力、溫度等一切正常。廢氣導(dǎo)入2h后（11：00）RTO系統(tǒng)發(fā)生爆炸，爆炸聲前后兩次，間隔時(shí)間較短，一處位于RTO爐及相鄰風(fēng)機(jī)，另一處位于系統(tǒng)前端廢氣收集管道。事故導(dǎo)致RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風(fēng)機(jī)、風(fēng)管嚴(yán)重?fù)p壞，較遠(yuǎn)端風(fēng)管脫落，并引燃周邊干燥物，無人員傷亡。
二、事故原因分析
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(yù)混氣，遇到點(diǎn)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(jù)爆炸三要素：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源進(jìn)行排查分析。
      2.1可燃物
該制藥廠進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣主要來源于生產(chǎn)車間、罐區(qū)、污水站、固廢倉庫、原料倉庫以及風(fēng)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(yùn)行1.5h后才發(fā)生安全事故，風(fēng)管內(nèi)應(yīng)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(dá)到爆炸極限的預(yù)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(xué)品或危廢泄漏，也不具備形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣。
事故后排查車間生產(chǎn)裝置時(shí)發(fā)現(xiàn)，某蒸餾釜有殘存甲醇，該釜蒸汽閥未完全關(guān)閉，使該釜一直處于被加熱狀態(tài)。因此，該次事故達(dá)到爆炸極限的可燃物主要來源于甲醇蒸餾釜。
      2.2 助燃物
RTO系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)助燃風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)；而各生產(chǎn)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(fēng)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。
     2.3點(diǎn)火源
（1）明火：當(dāng)進(jìn)入RTO爐內(nèi)的廢氣氧化放熱不足以維持氧化室的設(shè)定溫度時(shí)，位于氧化室內(nèi)的燃燒器會自動(dòng)補(bǔ)入天然氣并點(diǎn)火升溫。事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)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(diǎn)火源。
（2）電火花：位于氧化室內(nèi)的燃燒器采用了電火花點(diǎn)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(fēng)機(jī)均未采用可導(dǎo)靜電材質(zhì)，廢氣高速流通與管壁摩擦及風(fēng)機(jī)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)極易形成靜電且靜電無法導(dǎo)出，但廢氣輸送管道和風(fēng)機(jī)位于RTO爐前端，達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣遇到靜電后即可發(fā)生爆炸，而遠(yuǎn)端管道在事故中僅是脫落，損壞程度低；且風(fēng)機(jī)爆炸后不會將預(yù)混氣輸送至RTO爐內(nèi)。因此，可排除靜電火花因素，同時(shí)說明風(fēng)機(jī)和管道不是第一起爆點(diǎn)。
（4）高熱物：高熱物的溫度高于可爆成分的起燃點(diǎn)時(shí)可引起爆炸，RTO爐高熱物主要為氧化室內(nèi)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(diǎn)火源；事故后打開爐體發(fā)現(xiàn)，RTO右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)坍塌、蓄熱陶瓷破碎、保溫棉脫落，而另外兩個(gè)蓄熱室完好。由此可知，RTO爐右側(cè)蓄熱室為第一起爆點(diǎn)，其高溫蓄熱陶瓷為爆炸事故提供了點(diǎn)火源。
    2.4 事故經(jīng)過還原
2019年6月15日，該制藥廠停產(chǎn)時(shí)某工人工作疏忽忘記關(guān)閉生產(chǎn)車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底；次日8：00復(fù)產(chǎn)時(shí)某工人未對崗位裝置進(jìn)行全面檢查，在廠區(qū)蒸汽總閥開啟后，殘存釜內(nèi)的甲醇逐漸升溫并沸騰，大量甲醇蒸汽涌入風(fēng)管后形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混氣；RTO系統(tǒng)未安裝實(shí)時(shí)廢氣濃度檢測儀，廢氣導(dǎo)入閥無法連鎖關(guān)閉，預(yù)混氣進(jìn)入RTO爐內(nèi)，在流經(jīng)RTO爐右側(cè)蓄熱室過程中升溫至起燃點(diǎn)后發(fā)生爆炸，致使RTO爐右側(cè)蓄熱室鋼結(jié)構(gòu)、蓄熱陶瓷和保溫棉嚴(yán)重?fù)p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(fēng)機(jī)和風(fēng)管，并導(dǎo)致風(fēng)機(jī)爆炸、風(fēng)管脫落；脫落的風(fēng)管內(nèi)仍存在燃燒的廢氣，進(jìn)而引燃周邊的干燥物。
三、防范措施
3.1源頭消減
（1）減量：強(qiáng)化車間預(yù)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(shè)置自動(dòng)加藥、排污控制，提高吸收效率等，以減少進(jìn)入RTO系統(tǒng)中VOCs的總量，從而降低廢氣達(dá)到爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
（2）降濃：儲罐呼吸氣、冷凝器不凝氣等濃度較高，直接接入風(fēng)管極易形成達(dá)到爆炸極限范圍的預(yù)混氣，可通過計(jì)算一定溫度時(shí)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(shè)計(jì)風(fēng)量；設(shè)置緩沖罐并補(bǔ)充新風(fēng)，確保進(jìn)入RTO系統(tǒng)的廢氣濃度低于其25%LEL。
3.2過程預(yù)防
（1）導(dǎo)靜電：風(fēng)管、風(fēng)機(jī)等廢氣輸送設(shè)備設(shè)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(zhì)，并跨接、接地；同時(shí)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(dǎo)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(fēng)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(xiàn)象，須定期排出。
（3）測濃度：在RTO系統(tǒng)前一定距離設(shè)置在線（實(shí)時(shí)）濃度檢測儀，并與RTO系統(tǒng)廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖控制，距離根據(jù)檢測儀響應(yīng)時(shí)間確定，當(dāng)廢氣濃度超過25%LEL時(shí)，廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，應(yīng)急排空閥開啟，防止高濃廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)。
（4）泄爆：風(fēng)管每隔一定間距設(shè)置泄爆閥，泄爆閥壓力低于風(fēng)管承受應(yīng)力；RTO系統(tǒng)前置洗滌塔在保證有效使用情況下選用低強(qiáng)度材質(zhì)制作，以便爆炸發(fā)生時(shí)及時(shí)泄壓，減少爆炸損失。
3.3末端把控
（1）雙旁通設(shè)計(jì)：對RTO系統(tǒng)設(shè)置冷旁通、熱旁通，其中冷旁通與濃度檢測儀、廢氣導(dǎo)入閥、應(yīng)急排空閥連鎖，當(dāng)濃度超過25%LEL時(shí)，廢氣導(dǎo)入閥關(guān)閉，廢氣無法進(jìn)入RTO系統(tǒng)；應(yīng)急排空閥開啟，廢氣經(jīng)冷旁通處理達(dá)標(biāo)后排放。熱旁通與新風(fēng)閥、溫度儀、壓力計(jì)連鎖，當(dāng)RTO爐內(nèi)溫度、壓力異常時(shí)，新風(fēng)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(jīng)混合器降溫冷卻后排至煙囪，確保RTO系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行。
（2）雙流場模擬：RTO爐設(shè)計(jì)時(shí)對廢氣進(jìn)行氣流場和熱流場模擬，其中氣流場模擬確保RTO爐內(nèi)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(chǎn)車間后端風(fēng)管設(shè)置阻火器、水封等，防止RTO爐或風(fēng)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(chǎn)、風(fēng)管壓力計(jì)、中級風(fēng)機(jī)、濃度檢測儀等連鎖控制，并納入生產(chǎn)管理監(jiān)控，避免生產(chǎn)與環(huán)保脫節(jié)。
四、總結(jié)
通過對某制藥廠RTO系統(tǒng)爆炸因素進(jìn)行逐一排查分析，還原了事故發(fā)生經(jīng)過，確定了該起事故是因工人不當(dāng)操作和RTO系統(tǒng)缺乏相應(yīng)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(guān)單位部門在RTO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)、操作使用、事故分析、隱患排查、安全管理等方面提供經(jīng)驗(yàn)參考。
來源：環(huán)保