精细化工行业RTO系统废气收集管道安全设计优化方案.docx

第12页共10页精细化工行业RTO系统废气收集管道安全设计优化方案目录刖三11 .废气输送管道设计21.1. 生产车间输送系统设计21.2. 废气输送管道坡度和排凝设置2L 3.废气输送管道防静电设置31.4.废气输送管道压力控制设计31. 5.废气输送管道阻火器和压力泄放设置42.关于RTO装置运行安全优化4.42. 1.概述2.2. 近年RTO爆炸部分案例摘录53. RTO优化建议53.2. 源头消减方面63.3. 过程预防方面63. 3. 末端把控方面74. VOCs治理设备督察检查要点84. 1.（蓄热）直接燃烧检查要点94.2.（蓄热）催化氧化检查要点104. 3.要领101刖百众所周知，RTO采用高热容量的蜂窝状陶瓷作为蓄热体，待处理有机废气与蓄热陶瓷体进行换热升温后，在氧化室中升温至760燃烧，使其中的VOCs成分氧化分解成二氧化碳和水，净化后的达标气体与蓄热陶瓷体进行换热降温后经烟囱排入大气。在国外，蓄热式热氧化炉的市场占有份额高达70%。国内VOCs治理常用的技术有冷凝法、吸收法、吸附法、热力破坏法、膜分离法、低温等离子体、光催化氧化、生物处理法等。精细化工行业挥发性有机物（VOCs）具有种类繁多、组分复杂、波动性大等特点。目前常用的处理技术很难保证VOCs废气稳定达标排放。RTO具有净化效率高、可适用组分复杂波动性大的VOCs、热回收效率高、运行稳定性好等优点，是目前适用性最好、净化效率最高的VOCs治理装置，随着国家对VOCs废气排放要求越来越严格，RTO在精细化工行业中得到了广泛应用。然而，在实际运行中，部分企业和供应商仅考虑系统的净化效率和能耗，而忽视了系统的安全性设计，导致RTO系统运行过程中时有安全事故发生。根据大气污染治理工程技术导则、蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范（征求意见稿）等规范，RTO系统主要包括污染气体收集和输送系统、气态污染物热力燃烧系统、控制与安全要求等。针对RTO系统安全设计，本文依据规范要求并结合工程经验，从废气输送管道设计、RTO系统主体设计（含控制与安全要求）、RTO系统调试三个方面提出了以下几点分析和建议，供大家借鉴。1.废气输送管道设计1.1. 生产车间输送系统设计精细化工行业的产品通常是间歇式生产，废气排放气量波动性较大，生产车间输送风机如采用定频控制，车间支管段内压力也会随废气排放气量波动而变化，存在支管段内废气压力不稳而泄漏的风险。因此，车间输送风机前端建议增加压力检测点，并根据现场实际情况设置压力参数，与车间输送风机联锁变频控制，维持车间支管段内压力稳定。1.2. 废气输送管道坡度和排凝设置精细化工行业废气成分复杂，波动性大，车间预净化一般会设置有冷凝和喷淋系统，起到“消谷平峰”的作用，然而，经过冷凝和喷淋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。1.3. 废气输送管道防静电设置废气输送管道一般距离较长、管线复杂，气体流速较快，管道内会有静电产生，如静电大量积聚，会引发爆炸等安全事故。因此，废气输送管道建议采用金属管道，并依据石油化工静电接地设计规范要求，做好管道法兰跨接和静电接地。1.4. 废气输送管道压力控制设计依据大气污染治理工程技术导则要求，废气输送管道整体宜呈微负压状态，可有效避免各管道内废气泄露、相互串气的风险。因此，废气输送管道需要做风压平衡计算，确保管道呈微负压状态。以浙江嘉兴某医药企业为例，计算步骤如下：1）确定计算范围：各单元风机出口到RTO前风机入口。2）参照简明通风设计手册，在614m/s流速范围内根据废气流量计算废气输送管道管径。3）运用风压平衡计算软件：PipeFlowExperto4）选取介质为废气（空气），基本参数如表1所示。5）管道材质选择，该企业管道材质选取PP,绝对粗糙度系数为0.005mm。6）管道走向绘制、管段长度和管径输入。7）各单元废气流量输入、RTO前风机压力拟输入。8）得出该企业全厂风压平衡计算数据，如图1所示。350 Pa-650 Pa JElOOOONmVhJ203车间640 Pa202IO(WVNm54i 640 PaL=51 tnL=36 m®720 PiL=25m -720 PaL=37mISOGO、"上780 Pa-790 PaEsII» SOOONm'li9W. 208，间-710 Pa图I淅江嘉兴某医药企业风压平衡计算rmI* .L.U表I介质空气）基本参数公式"勺1压力/Pa常世(kg m1)粘度/'Pa、空气N/A201.013X10'1.2040.0171.403废气I 000Nmh由图1可知，该企业各节点位置负压最小值为一350Pa,处于微负压状态，满足设计要求。此外，建议在废气输送管道与车间各支管节点位置设置压力检测点，远传操作界面，实时监控，确保废气输送管道与车间支管节点位置负压，避免各节点位置泄漏、串气。1. 5.废气输送管道阻火器和压力泄放设置通过对江苏多家医药化工企业RTO炉的安全事故调查分析，发现废气输送管道是目前发生爆炸事故的重灾区，因此，各生产车间出口管道上建议设置阻火器，避免爆炸事故扩散到各生产车间，并在废气输送管道的关键位置设置泄爆口，保证整个系统能够及时、有效的泄爆。依据石油化工企业设计防火规范要求，RTO属于明火设备，如RTO系统回火，会引发废气输送管道起火或爆炸等安全事故，因此，废气输送管道与RTO系统主体对接位置需设置阻火器，防止并阻断RT。系统回火。2. 关于RTO装置运行安全优化2.1. 概述焚烧技术目前来看还是治理VOCs效率最高、最彻底的治理技术，其中RTO治理技术因治理效果好、运行稳定、成本较低，被广泛应用于各行各业的有机废气治理中。但与此同时，RTO的应用也出现了一些安全问题，尤其是RTO爆炸影响尤为恶劣，下图摘录了近几年RTO爆炸的部分典型案例：3. 2.近年RTO爆炸部分案例摘录典型VOCs治理工程安全事故统计.、k治理技术日期（年/月/日） 施点故朦因事故后果. 八2019/06/16安发作失谡、ififiRKI2017/12/10山布设过处理风过小2016/10/12广东沉积税清理不及时2015/03/27江答气幡问倍数不第2015/03/08江芳收集累统设计不合理2011/03/13宁波正压运行发生回火爆炸、设务严损热式«烧技术爆蚱,3人贵伤爆炸，多人受饬爆炸，蝮济根失100余万元爆炸.短济榻失30余万元爆炸，般济携失10。余万元eo OMw ?可以看出RTO设备风险主要存在以下几方面:1部分企业主体装置设计时未考虑使用RTO,存在设计上安全措施不到位、自动化程度不足、实际工况与设备负荷不匹配。2企业有机废气的成份比较多元化、气量不稳定。精细化工等企业间歇生产的特点，使得有机废气浓度和废气量都会有间歇性变化。3部分企.业未充分根据自身企业实际，合理选择使用设备设施，导致生产后实际工况与RTO理想状况相差较大。4仪表报警、连锁设置不足，未严格控制RTO进口有机物的浓度。对化工企业有机废气的突发性排放等突发情况连锁设置不足。5技术及运维人员素质导致操纵不当、运维不当。面对发生突发问题时应对不得当、不及时。4. RTO优化建议仪表报警、连锁设施不足众所周知，RTO用于VOCs焚烧处理，因VOCs具有可燃性，再加上运行中的高温、明火等特点，当浓度超过爆炸下限时，易发生爆炸。此外，氧化炉内热量超过限值，也会发生超温爆炸。另一方面，系统的仪表、阀门等设备出现故障或突发停电、停气等，导致系统安全自控设计失效，系统也会发生超温爆炸。为了防止RTO安全事故的发生、降低事故损失，就必须把安全问题放在第一位来考虑，从源头消减、过程预防、末端把控三方面梳理出14条优化建议。3.1.源头消减方面1、去除：了解用户的工艺，明确工艺过程中有机废气的排放特点及可能存在的突发因素去除不宜进入RTO的有机废气组分如采用冷凝方式回收部分高浓度有机废气组分;设置水喷淋装置吸收洗涤酸、碱类气体，保证进入RTO有机气体达到进气指标要求，从源头开始风险防范。2、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。3、降浓：废气入口及必要的废气支路入口处安装浓度监测仪，在储罐呼吸气、冷凝器不凝气等浓度较高时，RTO入口加稀释风阀，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；废气入口加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%LELo3. 2.过程预防方面4、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。5、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。6、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。7、通风：通过强制通风措施，满足最低通风量要求，避免可燃物积聚、回火等。8、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。天然气烟囱9、闭阀：RTO炉应设置断电断气后进气阀、排气阀紧急关闭，防止烟囱效应引起蓄热层下部温度上升。助燃风机-11紧急排放新空气 燃烧器一£ I ,紧急排放阀；： 口.空气阀晔有机废气J6废气切断阀主双机在线废气浓度检测仪紧急阀门布置示意图3. 3.末端把控方面10、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，经淮合器降温冷却后排至烟囱，确保RTO系统安全连续运行