精细化工行业RTO系统废气收集管道安全设计优化方案

VOCs减排工作站 · 公众号 · · 2020-01-16 22:41

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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 6 ～ 14m/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： PipeFlowExpert 。

4 ）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。

由图 1 可知，该企业各节点位置负压最小值为－ 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 RTO 系统回火。