VOCs 治理工程安全研究現(xiàn)狀、經(jīng)驗總結(jié)及案例分析

揮發(fā)性有機化合物在光照條件下會與大氣中的其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成臭氧和二次有機顆粒物，是我國目前區(qū)域性大氣復(fù)合污染的主要污染物之一 。隨著我國經(jīng)濟規(guī)模不斷擴大VOCs 年總排放量將持續(xù)攀升，估 計 2020 年將達到 4100 萬 t 左右 。近年來，我國VOCs 治理行業(yè)蓬勃發(fā)展，但 VOCs 治理工程事故頻發(fā)，其安全性卻并沒有引起足夠重視，其安全研究工作嚴重不足。
本文對近年來國內(nèi)公開報道的典型 VOCs 治理工程安全事故進行了統(tǒng)計，總結(jié)歸納了 VOCs 治理工程安全的研究進展，從安全研究和安全管理兩方面提出了解決 VOCs 治理工程安全問題的建議，以期為國內(nèi)同行提供借鑒。
一、VOCs 治理工程典型事故
近年公開報道的 VOCs 治理工程安全事故統(tǒng)計結(jié)果匯總見下表。由下表可知，這 16 起大小事故共造成了 11 人死亡，超過 30 人不同程度受傷，經(jīng)濟損失達數(shù)千萬元。從地域來看，事故主要集中分布在江蘇、山東、廣東、天津等地區(qū)，這些地區(qū)都是 VOCs 治理工程建設(shè)密度較高的區(qū)域。從發(fā)生頻率來看，VOCs 治理工程安全事故呈逐年上升的態(tài)勢。在多種常用的治理技術(shù)中，蓄熱式焚燒（RTO）、活性炭吸附和低溫等離子體為事故高發(fā)技術(shù)，危險性較高，當然，這與其建設(shè)數(shù)量較多也有一定的關(guān)系。由于 VOCs 具有易燃易爆性，導(dǎo)致絕大多數(shù)事故都為爆炸類事故，所造成的后果往往較嚴重。

二、VOCs 治理工程安全研究
近年來，盡管 VOCs 治理工程的各類安全事故頻發(fā)，但國內(nèi)外針對 VOCs 治理工程安全的研究工作卻鮮有報道。在為數(shù)不多的研究中，絕大部分還停留在經(jīng)驗總結(jié)歸納階段，小部分研究利用工程安全評價方法和工具對 VOCs 治理工程進行了安全分析。
另外，國家或有關(guān)行業(yè)發(fā)布的技術(shù)規(guī)范已對有機廢氣治理技術(shù)的全過程進行了詳細規(guī)定，起到了較好的安全治理指導(dǎo)作用。
2.1治理工程安全經(jīng)驗總結(jié)
目前，大部分關(guān)于 VOCs 治理工程安全的研究都是基于一些具體的技術(shù)和案例開展的，根據(jù)經(jīng)驗分析事故發(fā)生的原因，并提出相應(yīng)的安全改進措施。從這些經(jīng)驗總結(jié)的結(jié)果來看，導(dǎo)致事故發(fā)生的原因大致可分為三類 ：治理技術(shù)選擇不合理、工藝設(shè)計有缺陷、人為操作失誤。
2.1.1技術(shù)選擇不合理
VOCs 排放涉及的行業(yè)眾多，排放特征復(fù)雜，不同行業(yè)排放的有機廢氣組成和理化性質(zhì)差異很大，很多企業(yè)都是由于在選擇治理技術(shù)時未充分考慮待處理有機廢氣的具體情況，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。欒志強等人結(jié)合生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》和 VOCs 的實際排放情況和治理需求，對不同排放條件下 VOCs 的技術(shù)選擇及技術(shù)適用性提出建議 ：
1.高濃度廢氣，優(yōu)先進行溶劑回收，難以回收的，宜采用高溫焚燒、催化燃燒等技術(shù)進行凈化處理 ；
2.低濃度、大風(fēng)量的 VOCs 廢氣，宜采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附、活性炭吸附等濃縮技術(shù)，提高 VOCs 濃度后再凈化處理 ；
3.惡臭異味推薦用低溫等離子體、光催化、光氧化和生物法來治理。
關(guān)超敏對常用 VOCs廢氣處理工藝的優(yōu)缺點進行了總結(jié)，并提出在進行技術(shù)選擇時應(yīng)綜合考慮物理性質(zhì)、濃度、排放量、排放標準以及有無回收價值等因素，在取得較好治理效果的同時，保證運行安全 。在上述治理技術(shù)中，低溫等離子體是近年來飛速發(fā)展的新興技術(shù)，具有裝置簡單、動力消耗低、易啟動和關(guān)閉、占地面積小、抗干擾能力強等優(yōu)點。但一系列爆炸事故的發(fā)生，不得不讓人們重新審視該技術(shù)的適用性和安全性。
郭亞逢結(jié)合兩起低溫等離子體治理 VOCs 的安全事故，從工程設(shè)計要求、技術(shù)選擇、設(shè)備運行、安全防護措施等方面進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致事故發(fā)生的根本原因在于治理技術(shù)選擇不恰當，相關(guān)企業(yè)利用低溫等離子體技術(shù)處理含有大量高沸點物質(zhì)和固體微粒的廢氣，這些物質(zhì)和微粒在設(shè)備內(nèi)部不斷積累，最終導(dǎo)致設(shè)備高壓電極短路，起火爆炸。許銘楊等人在總結(jié)低溫等離子體處理VOCs的進展時，再次強調(diào)設(shè)備積碳是導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生最主要的原因之一 ?；钚蕴课绞墙?jīng)典的有機廢氣凈化技術(shù)，但由于活性炭本身不耐高溫且具有一定催化活性，在使用時尤應(yīng)注重安全問題。
黃維秋等人根據(jù)國內(nèi)外的工程案例，詳細總結(jié)了活性炭治理 VOCs 時存在的一些安全注意事項 ：
1）活性炭本身的耐火性較差，在實際操作中需將溫度控制在 120℃以下 ；
2）吸附熱效應(yīng)高，在吸附高濃度的 VOCs 時，床層升溫可達50℃以上，在設(shè)置溫度參數(shù)時，應(yīng)充分考慮這一因
素 ；
3）活性炭本身具有一定的催化活性，一些酮類物質(zhì)（如環(huán)己酮）在活性炭表面會發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量的反應(yīng)熱，導(dǎo)致床層局部升溫過快，引發(fā)著火甚至爆炸。
許偉、李守信等人在探討活性炭在揮發(fā)性有機物治理中的應(yīng)用時，也進行了類似的總結(jié)。
2.1.2工藝設(shè)計有缺陷
除了技術(shù)選擇不合理，工藝本身的設(shè)計缺陷也是引發(fā)事故的重要原因之一。由于技術(shù)、資金門檻相對較低，近年來涉足 VOCs 治理的企業(yè)數(shù)不勝數(shù)，市場競爭十分激烈。個別企業(yè)通過不斷壓低價格來爭取項目，工藝設(shè)計有缺陷，運行安全難以保證。其中，較常見的設(shè)計缺陷包括 ：收集系統(tǒng)設(shè)計不合理、設(shè)備主體材質(zhì)不合格、儀表控制不可靠、報警裝置和防爆設(shè)施不足、安全冗余不夠等。
RTO 憑借處理效率高、二次污染小、熱效率高、操作方便等優(yōu)點，受到企業(yè)的熱捧，常見的 RTO 工藝流程如下圖所示。

但在近年來的使用過程中，RTO 暴露出的失火、爆炸等安全問題較突出，且大部分事故都是因工藝設(shè)計缺陷導(dǎo)致的。
2.1.3人為操作失誤
目前，絕大多數(shù) VOCs 治理工藝系統(tǒng)都已實現(xiàn)了自動化，但仍需安排專人進行安裝、調(diào)試、運維等現(xiàn)場作業(yè)。不同于其他大型過程工程，VOCs 治理的規(guī)模普遍較小，治理業(yè)務(wù)常常外包給第三方技術(shù)服務(wù)公司，業(yè)主普遍對 VOCs 治理工藝不熟悉，對系統(tǒng)潛在的安全隱患也并不了解，這都增加了業(yè)主工作人員不按安全規(guī)章操作或出現(xiàn)操作失誤的概率。

2.2VOCs 治理工程安全評價
除了上述的經(jīng)驗性總結(jié)，還有少數(shù)研究人員嘗試將一些工程安全評價方法、工具應(yīng)用到 VOCs 治理工程中。白亞龍等人利用危險與可操作性分析（HAZOP） 對 RTO 裝置進行了安全評價，系統(tǒng)地識別出 RTO 運行過程中存在的風(fēng)險及保護措施，提出了具有安全性和經(jīng)濟合理性的建議措施 。
彭光強等人提出將啟動前安全檢查（PSSR）應(yīng)用到 VOCs 治理項目中，分析了 VOCs 處理裝置在安裝、使用過程中常見的安全風(fēng)險及產(chǎn)生的原因。
Zhu 等詳細介紹了目前國內(nèi)外液體儲罐中揮發(fā)性有機物的處理方法及存在的不足，基于人機環(huán)境管理系統(tǒng)工程（MMEMSE）理論建立了包含有 13 個基本元素的油輪安全系統(tǒng)圖，系統(tǒng)分析了包括 VOCs 的擴散、燃燒和爆炸，船體的碰撞和晃動以及原油泄漏等主要危險的形成過程與危害 。
Lee 等人利用危險與可操作性分析（HAZOP）和保護層分析（LOPA）對油輪 VOCs 回收系統(tǒng)進行了安全分析，確定了初始原因和現(xiàn)有保護措施，定量估計了各獨立保護層的失效概率，提出改進措施以將風(fēng)險降低到可接受的水平。
由此可見，目前針對 VOCs 治理工程安全評價的相關(guān)研究還較少，尚處于起步階段，采用的評價方法也較為單一，不能形成體系。
2.3 行業(yè)技術(shù)規(guī)范
目前，國家及行業(yè)發(fā)布的一些技術(shù)規(guī)范，對有機廢氣技術(shù)治理技術(shù)的適用范圍、污染物要求、工程設(shè)計、工藝設(shè)計、安全措施、工程建設(shè)、運行與維護等全過程進行了詳細規(guī)定，起到了安全治理指導(dǎo)作用。但現(xiàn)已正式發(fā)布的僅有《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2026—2013）、《催化燃燒法工業(yè)有機廢氣治理技術(shù)規(guī)范》（HJ 2027—2013）、《蓄熱燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 1093—2020），其他技術(shù)規(guī)范尚在制定中。
三、VOCs 治理工程安全的建議
3.1 安全研究的建議
從近幾年的情況來看，盡管 VOCs 治理工程的事故時有發(fā)生，造成了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，但人們對 VOCs 治理工程的安全性仍然不夠重視，相關(guān)研究還在起步階段。目前，大量經(jīng)驗性總結(jié)對于復(fù)雜的VOCs治理工藝系統(tǒng)并沒有很好的安全指導(dǎo)作用。眾所周知，保證安全的最好方式是杜絕事故發(fā)生，這就需要做到對事故的提前發(fā)現(xiàn)、提前處理。
VOCs 治理工程要從根本上解決安全問題，就需要以實現(xiàn)本質(zhì)安全為目標，開發(fā)出符合 VOCs 治理工程特點的理論、方法和工具，對工藝系統(tǒng)進行危險識別與風(fēng)險評估，找到安全隱患并提出改進措施，最大程度減少技術(shù)選擇不合理、工藝設(shè)計有缺陷等情況的出現(xiàn)。
3.2 安全管理的建議
從事故統(tǒng)計結(jié)果可看出，人為操作失誤是導(dǎo)致VOCs 治理工程事故發(fā)生的主要原因之一，這與企業(yè)的安全管理工作不到位有很大的關(guān)系。對于 VOCs 治理工程來說，應(yīng)尤其重視專業(yè)培訓(xùn)，增加員工安全意識，熟悉操作規(guī)程，減少操作失誤的概率。在新建工程試車前、設(shè)備檢修后、裝置變更后以及發(fā)生過事故的設(shè)施再次投入使用前，都要進行開車前的安全審查，避免系統(tǒng)內(nèi)的有機物濃度過高，進而引發(fā)燃燒爆炸事故。編制應(yīng)急預(yù)案，開展應(yīng)急演練，增強員工對突發(fā)事件的處理能力。
四、結(jié)語
目前，針對 VOCs 治理工程安全的研究大都還處于經(jīng)驗總結(jié)階段，僅有少數(shù)研究人員應(yīng)用工程安全評價方法和工具進行安全評價，且所用方法不成體系，面對復(fù)雜的 VOCs 治理工藝系統(tǒng)，難以保障其安全運行。因此，要從根本上解決安全問題，需加大研究力度，開發(fā)出具有系統(tǒng)性和科學(xué)性的安全理論、方法和工具，實現(xiàn) VOCs 治理工程的本質(zhì)安全化。相關(guān)企業(yè)也應(yīng)當強化安全管理，降低員工操作失誤的概率，提高應(yīng)急處理能力。
來源：環(huán)保