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蓄热式点火技术处置化工行业VOCs 的安全性问题
起源：CA88环保 颁布功夫：2023-08-03
随着对环境�；さ娜找嫫鞒� ，酸雨和雾霾传染已经逐步削减 ，但是臭氧传染仍日益加沉 ，成为影响环境空气质量的沉要传染源 ，近年来我国因臭氧传染导致的人丁殒命数量均匀增长10.7%。臭氧传染的沉要前体物是VOCs ，在紫表线的作用下 ，VOCs 和氮氧化物会产生一系列复杂的光化学反映 ，天生臭氧和雾霾二次颗粒。固然环境空气中氮氧化物的浓杜仔肯定水平的降低 ，但是VOCs 的减排进入了瓶颈期 ，产生臭氧的反映中 ，VOCs 和氮氧化物非线性关系 ，仅通过氮氧化物的减排甚至会导致臭氧浓度的上升。为了降低臭氧传染 ，VOCs减排是沉中之沉�；ば幸凳俏夜ひ迪低车闹е幸� ，也是VOCs 排放的沉要行业。
凭据中国环境规划院的钻研了局 ，我国VOCs 年排放量达到3100 吨 ，我国涉及VOCs 排放的行业超过120 个 ，其中年排放量超过1 万吨的行业超过50 个�；ば幸礦OCs典型特点蕴含：废气浓度高、颠簸性大、净化效能要求高。
蓄热式点火技术（RTO）重要道理是：挥发性有机废气经过预热室升温后 ，进入点火室高温点火（升温到800℃） ，在富氧的前提下进行彻底的氧化分化 ，有机物氧化成水和二氧化碳 ，在经过另表一个蓄热室的蓄热体存储热量 ，存储的热量能够用于下一轮预热新进入的有机废气 ，经过周期性地扭转气流方向从而维持炉膛温度的不变。RTO 工艺流程图见图1。
由于蓄热式点火是一种彻底的氧化分化技术 ，净化效能高 ，目前宽泛利用于化工行业的VOCs 净化。但由于化工行业VOCs 废气浓度高 ，且颠簸性大 ，存在燃爆的可能性。2015 年3 月江苏某化工企业RTO 净化舷陆续两次产生爆炸 ，经济损失达数百万元；2020 年8 月19 日 ，浙江某化工企业RTO 净扮装置废气管路爆裂 ，导致出产中断；2019 年6 月15 日 ，安徽某化工企业RTO 净化系统短功夫两次产生爆炸 ，净化系统损毁严沉。
化工行业的VOCs 废气浓度通常比力高 ，在非正常工况下有可能会超过爆炸限；固然VOCs 传染物浓度比力高 ，但是废气中的氧含量齐全能够满足点火爆炸的要求；在不合理设计或者装置非正常运行 ，而预防措施不到位时 ，RTO 装置自身的明火、高热物以及电火花和静电等均可能成为点火源�；ば幸笛∪⌒钊仁降慊鸺际醮χ肰OCs 废气时 ，必要沉点关注安全问题。
1. 化工行业RTO 处置技术过程中爆炸身分分析凭据爆炸三身分：可燃物、助燃物和点火源进行发展分析。
1.1 可燃物
（1）化工行业废气浓度高、颠簸性大 ，在某些工况前提下 ，好比真空泵其中开启时 ，可能存在VOCs 废气浓度超过爆炸下限的情况出现。
（2）部门出产设备好比蒸馏釜处于故障状态 ，VOCs 物料被加热导致极高浓度的鼓和有机物蒸汽进入RTO 净扮装置 ，导致混合废气浓度超过爆炸下限的情况。
（3）部门高沸点VOCs 废气在网络处置系统低温处冷凝 ，RTO 处置系统启动时 ，冷凝的液态有机物直接进入RTO ，或者在后期温度升高时 ，冷凝的液态有机物挥发至气相 ，进入RTO ，导致RTO 内部混合废气浓度超过爆炸下限的情况。
（4）易聚合物质 ，如苯乙烯等 ，容易产生聚合沉积在RTO 下室体温度相对较低的蓄热体处 ，聚合物随着温度的变动 ，可能产生二次挥发 ，导致RTO 内部部门浓度过高明过爆炸下限的情况。
1.2 助燃物
（1）化工行业有机液体存储与装卸废气以及进出料和反映过程的放空废气 ，为降低物料的损失 ，通常采取大管套幼管的废气捕集方式 ，该部门废气网络时 ，会引入肯定量的空气。
（2）反映釜的投料口、放料口和取样口以及灌装工位 ，通常选取集气罩的废气网络方式 ，网络废气中除了少量的VOCs 表 ，根基以空气为主。
（3）固液分离设备和干燥设备 ，通常通过密关的设备或者增设密关隔间网络废气 ，废气中会引入大量室内空气。
（4）废水集输和处置系统以及固废贮存场所 ，通常通过全面换风的方式网络废气 ，网络废气中除了少量的VOCs 表 ，根基以空气为主。
1.3 点火源
（1）RTO 点火室内明火：当进入RTO 内的VOCs 点火开释的潜热不及以维持RTO 正常运行所必要的温度时 ，必要额表补充天然气并点火升温。RTO 炉内一向维持着高温明火状态 ，是变乱产生时*要思考的点火源。
（2）电火花：通常RTO 的辅助加热系统选取电火花点火器 ，在RTO 炉初始升温时 ，若是炉内有机物超过爆炸限 ，该电火花也可能成为点火源。
（3）高热物：RTO 升温后 ，氧化炉内的蓄热陶瓷以及从氧化炉中取热的废气均为高热物 ，如因系统故障 ，高热物回火逆流遇到可燃物 ，或者高于可爆炸成分的起燃点时 ，高热物也会成为点火源。
2. 安全防控分析
RTO 处置系统爆炸的产生 ，必要满足三身分 ，即可燃物、助燃物和点火源 ，所以安全防控措施重要针对以上三身分的防控。
2.1 严控可燃物浓度
思考到RTO 自身拥有明火 ，若是进口浓度超过爆炸下限 ，任何防控措施都杯水车薪 ，应严格节造RTO进口有机物的浓度 ，使其节造在对应气体爆炸下限的25% 以内。防控措施重要有：RTO 进气管路上设置气体浓度检测 ，一级报警点为10%LEL ，二级报警点为20% ，达到二级报警点时 ，堵截废气进气 ，打开新风补气阀 ，对RTO 进行�；�；对于高浓度废气 ，RTO 入口加稀释风阀；废气入口加缓冲罐 ，缓冲罐的体积要设计切当；浓度监测仪、稀释风阀、RTO 风机等仪器设备之间的连锁节造 ，对突发问题*功夫做出正确的作为。
2.2 安全风险评估
RTO 处置系统的安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用 ，化工行业废气成分复杂 ，应进行安全风险评估论证 ，选取HAZOP 等软件分析并采取相应的安全措施。
2.3 强化预处置措施
化工行业废气排放浓度颠簸性大 ，通常会含有酸雾和颗粒物 ，在进入RTO 点火时 ，必要进行混匀和去除酸雾和颗粒物。建议企业选取PP 碱洗塔对有机废气进行预处置 ，由于PP 填料塔强度不高 ，在发滋变乱时极易泄爆 ，*大限度地保障系统安全。
2.4 增设必要的防火、防爆和泄爆等措施
废气网络总管中装置防火阀 ，防火阀应切合GB15930 的有关划定；在RTO 入口加装阻火器 ，阻火器应切合GB/T13347的有关划定；在RTO 点火室、缓冲罐、管路拐弯处加泄爆片 ，防爆泄压设计应切合GB 50160 的有关划定；在RTO 设备左近设置一些消防设施；风机、电机和置于现场的电气仪表等设备的防爆等级应不低于现场级别。
2.5 优化网络系统
废气的网络以及风机选用需进行规范化设计 ，废气网络管线需两全规划 ，形成支管－主管－处置装置－总排口的网络处置系统 ，确保废气网络成效 ，网络管网应试虑必要的防火和泄爆。选取金属材质的网络管网时 ，应试虑静电跨接、系统接地等措施 ，实时导出静电 ，预防积累 ，接地电阻应幼于4Q ，防雷设计应切合GB 50057、SH/T3038 的有关划定；预防管路中存在直角和尖角 ，削减因摩擦而导致的静电。
2.6 优化处置系统
RTO 炉设计时对废气进行气流场和热流场仿照 ，其中气流场仿照确保RTO 炉内无死角 ，废气可能均匀流畅通过 ，预防部门湍流或浓度过高；热流场仿照确定陶瓷装填量 ，选择合适热回收效能 ，预防RTO 炉蓄热室冷端温度过高 ，削减安全隐患。
2.7 优化运维措施
处置系统合理有效的运维是保障正常不变运行的必要前提 ，应定期对处置系统进行点检维建和排查隐患 ，好比实时排出网络管网中的积液 ，预防积液中的VOCs 再次挥发至气相 ，导致气相中浓度过高；确保预处置设施的运行效能 ，预防RTO炉中填料梗塞 ，引发断流造成安全隐患。
2.8 设置各类安全预警措施
燃料供给系统应设置凹凸压�；ず托孤┍ň爸�；压缩空气系统应设置低压�；ず捅ň爸�；设置UPS 备用电源和压缩空气储气罐；设置应急排空管路 ，严禁与高温排空管路共用烟囱排放；处置系统应设置安全仪表系统 ，对风机、阀门、点火器、炉膛和废气管路等设备设施的关键参数进行实时监控和联锁；关键设备安全仪表系统应不低于SIL2 尺度设计。
2.9 渐进化科学调试
RTO 炉调试时理当先进行空载调试 ，待空载调试不变后再逐步接入低浓杜仔机废气 ，如企业污水池加盖网络后废气、车间换风废气等 ，*终再逐步接入高浓度废气。同时对拟接入高浓度废气的排放流量、排放浓度进行检测 ，沉点关注峰时浓度 ，峰值浓度不得超高混合废气爆炸下限的25%。
3. 现实案例分析
某化工行业废气风量为30000 m3/h ，废气中含有盐酸、颗粒物和VOCs ，选取碱洗+ 干式过滤+RTO 处置企业混合废气 ，RTO 为三室RTO ，VOCs 进气浓度为1250mg/m3 ，综合净化效能能够达到99%。目前已陆续不变运行5 年 ，该处置系统的安全节造措施详见下表。
凭据中国环境规划院的钻研了局 ，我国VOCs 年排放量达到3100 吨 ，我国涉及VOCs 排放的行业超过120 个 ，其中年排放量超过1 万吨的行业超过50 个�；ば幸礦OCs典型特点蕴含：废气浓度高、颠簸性大、净化效能要求高。
蓄热式点火技术（RTO）重要道理是：挥发性有机废气经过预热室升温后 ，进入点火室高温点火（升温到800℃） ，在富氧的前提下进行彻底的氧化分化 ，有机物氧化成水和二氧化碳 ，在经过另表一个蓄热室的蓄热体存储热量 ，存储的热量能够用于下一轮预热新进入的有机废气 ，经过周期性地扭转气流方向从而维持炉膛温度的不变。RTO 工艺流程图见图1。
图1 RTO 工艺流程图
由于蓄热式点火是一种彻底的氧化分化技术 ，净化效能高 ，目前宽泛利用于化工行业的VOCs 净化。但由于化工行业VOCs 废气浓度高 ，且颠簸性大 ，存在燃爆的可能性。2015 年3 月江苏某化工企业RTO 净化舷陆续两次产生爆炸 ，经济损失达数百万元；2020 年8 月19 日 ，浙江某化工企业RTO 净扮装置废气管路爆裂 ，导致出产中断；2019 年6 月15 日 ，安徽某化工企业RTO 净化系统短功夫两次产生爆炸 ，净化系统损毁严沉。
化工行业的VOCs 废气浓度通常比力高 ，在非正常工况下有可能会超过爆炸限；固然VOCs 传染物浓度比力高 ，但是废气中的氧含量齐全能够满足点火爆炸的要求；在不合理设计或者装置非正常运行 ，而预防措施不到位时 ，RTO 装置自身的明火、高热物以及电火花和静电等均可能成为点火源�；ば幸笛∪⌒钊仁降慊鸺际醮χ肰OCs 废气时 ，必要沉点关注安全问题。
1. 化工行业RTO 处置技术过程中爆炸身分分析凭据爆炸三身分：可燃物、助燃物和点火源进行发展分析。
1.1 可燃物
（1）化工行业废气浓度高、颠簸性大 ，在某些工况前提下 ，好比真空泵其中开启时 ，可能存在VOCs 废气浓度超过爆炸下限的情况出现。
（2）部门出产设备好比蒸馏釜处于故障状态 ，VOCs 物料被加热导致极高浓度的鼓和有机物蒸汽进入RTO 净扮装置 ，导致混合废气浓度超过爆炸下限的情况。
（3）部门高沸点VOCs 废气在网络处置系统低温处冷凝 ，RTO 处置系统启动时 ，冷凝的液态有机物直接进入RTO ，或者在后期温度升高时 ，冷凝的液态有机物挥发至气相 ，进入RTO ，导致RTO 内部混合废气浓度超过爆炸下限的情况。
（4）易聚合物质 ，如苯乙烯等 ，容易产生聚合沉积在RTO 下室体温度相对较低的蓄热体处 ，聚合物随着温度的变动 ，可能产生二次挥发 ，导致RTO 内部部门浓度过高明过爆炸下限的情况。
1.2 助燃物
（1）化工行业有机液体存储与装卸废气以及进出料和反映过程的放空废气 ，为降低物料的损失 ，通常采取大管套幼管的废气捕集方式 ，该部门废气网络时 ，会引入肯定量的空气。
（2）反映釜的投料口、放料口和取样口以及灌装工位 ，通常选取集气罩的废气网络方式 ，网络废气中除了少量的VOCs 表 ，根基以空气为主。
（3）固液分离设备和干燥设备 ，通常通过密关的设备或者增设密关隔间网络废气 ，废气中会引入大量室内空气。
（4）废水集输和处置系统以及固废贮存场所 ，通常通过全面换风的方式网络废气 ，网络废气中除了少量的VOCs 表 ，根基以空气为主。
1.3 点火源
（1）RTO 点火室内明火：当进入RTO 内的VOCs 点火开释的潜热不及以维持RTO 正常运行所必要的温度时 ，必要额表补充天然气并点火升温。RTO 炉内一向维持着高温明火状态 ，是变乱产生时*要思考的点火源。
（2）电火花：通常RTO 的辅助加热系统选取电火花点火器 ，在RTO 炉初始升温时 ，若是炉内有机物超过爆炸限 ，该电火花也可能成为点火源。
（3）高热物：RTO 升温后 ，氧化炉内的蓄热陶瓷以及从氧化炉中取热的废气均为高热物 ，如因系统故障 ，高热物回火逆流遇到可燃物 ，或者高于可爆炸成分的起燃点时 ，高热物也会成为点火源。
2. 安全防控分析
RTO 处置系统爆炸的产生 ，必要满足三身分 ，即可燃物、助燃物和点火源 ，所以安全防控措施重要针对以上三身分的防控。
2.1 严控可燃物浓度
思考到RTO 自身拥有明火 ，若是进口浓度超过爆炸下限 ，任何防控措施都杯水车薪 ，应严格节造RTO进口有机物的浓度 ，使其节造在对应气体爆炸下限的25% 以内。防控措施重要有：RTO 进气管路上设置气体浓度检测 ，一级报警点为10%LEL ，二级报警点为20% ，达到二级报警点时 ，堵截废气进气 ，打开新风补气阀 ，对RTO 进行�；�；对于高浓度废气 ，RTO 入口加稀释风阀；废气入口加缓冲罐 ，缓冲罐的体积要设计切当；浓度监测仪、稀释风阀、RTO 风机等仪器设备之间的连锁节造 ，对突发问题*功夫做出正确的作为。
2.2 安全风险评估
RTO 处置系统的安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用 ，化工行业废气成分复杂 ，应进行安全风险评估论证 ，选取HAZOP 等软件分析并采取相应的安全措施。
2.3 强化预处置措施
化工行业废气排放浓度颠簸性大 ，通常会含有酸雾和颗粒物 ，在进入RTO 点火时 ，必要进行混匀和去除酸雾和颗粒物。建议企业选取PP 碱洗塔对有机废气进行预处置 ，由于PP 填料塔强度不高 ，在发滋变乱时极易泄爆 ，*大限度地保障系统安全。
2.4 增设必要的防火、防爆和泄爆等措施
废气网络总管中装置防火阀 ，防火阀应切合GB15930 的有关划定；在RTO 入口加装阻火器 ，阻火器应切合GB/T13347的有关划定；在RTO 点火室、缓冲罐、管路拐弯处加泄爆片 ，防爆泄压设计应切合GB 50160 的有关划定；在RTO 设备左近设置一些消防设施；风机、电机和置于现场的电气仪表等设备的防爆等级应不低于现场级别。
2.5 优化网络系统
废气的网络以及风机选用需进行规范化设计 ，废气网络管线需两全规划 ，形成支管－主管－处置装置－总排口的网络处置系统 ，确保废气网络成效 ，网络管网应试虑必要的防火和泄爆。选取金属材质的网络管网时 ，应试虑静电跨接、系统接地等措施 ，实时导出静电 ，预防积累 ，接地电阻应幼于4Q ，防雷设计应切合GB 50057、SH/T3038 的有关划定；预防管路中存在直角和尖角 ，削减因摩擦而导致的静电。
2.6 优化处置系统
RTO 炉设计时对废气进行气流场和热流场仿照 ，其中气流场仿照确保RTO 炉内无死角 ，废气可能均匀流畅通过 ，预防部门湍流或浓度过高；热流场仿照确定陶瓷装填量 ，选择合适热回收效能 ，预防RTO 炉蓄热室冷端温度过高 ，削减安全隐患。
2.7 优化运维措施
处置系统合理有效的运维是保障正常不变运行的必要前提 ，应定期对处置系统进行点检维建和排查隐患 ，好比实时排出网络管网中的积液 ，预防积液中的VOCs 再次挥发至气相 ，导致气相中浓度过高；确保预处置设施的运行效能 ，预防RTO炉中填料梗塞 ，引发断流造成安全隐患。
2.8 设置各类安全预警措施
燃料供给系统应设置凹凸压�；ず托孤┍ň爸�；压缩空气系统应设置低压�；ず捅ň爸�；设置UPS 备用电源和压缩空气储气罐；设置应急排空管路 ，严禁与高温排空管路共用烟囱排放；处置系统应设置安全仪表系统 ，对风机、阀门、点火器、炉膛和废气管路等设备设施的关键参数进行实时监控和联锁；关键设备安全仪表系统应不低于SIL2 尺度设计。
2.9 渐进化科学调试
RTO 炉调试时理当先进行空载调试 ，待空载调试不变后再逐步接入低浓杜仔机废气 ，如企业污水池加盖网络后废气、车间换风废气等 ，*终再逐步接入高浓度废气。同时对拟接入高浓度废气的排放流量、排放浓度进行检测 ，沉点关注峰时浓度 ，峰值浓度不得超高混合废气爆炸下限的25%。
3. 现实案例分析
某化工行业废气风量为30000 m3/h ，废气中含有盐酸、颗粒物和VOCs ，选取碱洗+ 干式过滤+RTO 处置企业混合废气 ，RTO 为三室RTO ，VOCs 进气浓度为1250mg/m3 ，综合净化效能能够达到99%。目前已陆续不变运行5 年 ，该处置系统的安全节造措施详见下表。
4. 结语
