RTO是蓄熱式焚燒處理裝置的簡稱。現在市場上對VOCs的大量處理工藝，例如膜分離、活性炭吸附、高沸點溶液吸收、生物轉化、冷凝回收和熱力氧化等方法中，蓄熱室熱力氧化爐(RTO)具有去除效率高、經濟適用性強，且熱能利用效率比傳統的直燃式氧化爐提高70%左右等優點，是目前企業解決VOCs的有效手段。
但因各企業情況的不同，RTO套用也存在局限性， 在投入生產使用時，由於操作失誤、裝置缺陷、設計處理風量過小、沈積物清理不夠及時、收集系統設計不合理等多種原因發生過生產安全事故。
一、事故案例
（一）案例概況
江蘇某化工企業RTO凈化系統在2015年3月初和3月末兩次發生爆炸。事故沒有造成人員傷亡，聚合物多元醇車間引風機損壞，現場儀表燒毀，RTO 部份裝置損毀嚴重，直接經濟損失達100余萬元。
根據相關資料，該企業生產方式為間歇性生產，事故發生時僅POP、PL1/PL2產品的工藝廢氣透過DN50~DN350不等的金屬管道進行了收集(主要汙染物為環氧乙烷、環氧丙烷、三甲胺、異丙醇、苯乙烯、丙烯腈等)，廢氣收集後透過引風機進入RTO焚燒，該RTO為R-RTO(旋轉式蓄熱焚燒爐)。廢氣收集、處理的詳細流程如下圖所示。
（二）事故原因分析
1、直接原因
真空泵出口尾氣排放溫度過高，而有機物沸點較低，同時新鮮空氣補充不足，汙染物排放濃度過高，外加環氧丙烷、環氧乙烷的化學性質活潑，最終導致接入焚燒爐中的廢氣達到相應爆炸極限，從而造成爆炸事故的發生。
2、間接原因
（1）收集系統設計不合理
調查過程發現對於真空泵高濃度有機廢氣，企業均未進行冷凝回收預處理，且目前企業對 PL 系統真空泵出口廢氣所設計的收集方式極不合理，真空泵出口所配備的傘形罩集氣量有限，廢氣收集總管僅DN50，正常執行時系統稀釋風量難以保證。
（2）預處理措施不到位
該企業POP、PL1、PL2車間對有機廢氣所采用的活性炭吸附未配備脫附再生系統，基本無效，末端所配置的不銹鋼高壓風機無變頻系統，導致廢氣收集管路系統中負壓值過高，能耗較高且不利於有機物的冷凝回收，所采用的金屬材質水洗塔強度較高，當系統發生爆炸等意外事故時無法起到有效泄爆的效果（無泄爆措施），導致爆炸產生的沖擊波沿著管道進一步往生產車間傳導，加劇了爆炸的次生危害。
（3）RTO爐本體存在問題
本計畫中部份產品含有氯元素，諸多案例表明，蓄熱陶瓷體由於品質較大，支撐件通常要承受較大的應力腐蝕，當體系含氯時(如環氧氯丙烷)高溫焚燒處理過程中將產生HCl等汙染物，對裝置本體、RTO爐旋轉閥易產生較大腐蝕，系統難以穩定、有效執行。
（4）廢氣中存在化學品自聚現象
計畫廢氣中含有部份丙烯腈、苯乙烯等有機物，上述物料在溫度較高時極易發生自聚合，導致RTO爐蓄熱陶瓷體在使用一段時間後裝置阻力變大，同時底部有高沸點有機物粘附現象，易引起火災等安全事故。
案例（二）
安徽某醫藥化工企業RTO裝置
爆炸事故（燃燒法廢棄處理）
安徽某制藥企業於2019年6月15日臨時停產，停產時因工作疏忽忘關閉生產車間甲醇蒸 餾釜蒸汽閥，且放料不徹底，為後續事故埋下隱患。停產後RTO系統按規程停機。企業於次日上午8點投料復產，工人未對崗位裝置進行全面檢查，就開啟RTO系統。RTO爐經吹掃並加熱至800℃後廢氣進入，系統壓力、溫度等一切正常。廢氣匯入2h後RTO系統較短時間內發生兩次爆炸，一處位於RTO爐及相鄰風機，另一處位於系統前端廢氣收集管道。事故導致RTO爐右側蓄熱室鋼結構、保溫棉、蓄熱陶瓷和RTO爐近端的引風機、風管嚴重損壞，較遠端風管脫落，並引燃周邊幹燥物，未造成人員傷亡。
事故原因
直接原因
甲醇蒸餾釜內的甲醇逐漸升溫並沸騰，大量甲醇蒸汽湧入風管後形成達到爆炸極限的預混氣。預混氣進入RTO爐，在流經RTO爐一側蓄熱室時升溫至起燃點後發生爆炸。因爆炸脫落的風管記憶體在燃燒的廢氣，進而引燃周邊的幹燥物。燃燒的廢氣，進而引燃周邊的幹燥物。
間接原因
（一） 企業停產時未關閉車間甲醇蒸餾釜蒸汽閥，且放料不徹底。復產時未對崗位裝置進行全面檢查。
（二） RTO系統未安裝阻火器，爆燃的廢氣回火至RTO爐前端的風機和風管，導致風機爆炸、風管脫落。
（三） RTO系統未安裝即時廢氣濃度檢測儀，廢氣匯入閥無法連鎖關閉。
對應防範措施
01 當廢氣濃度波動較大時，企業應按照【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】（HJ1093）等要求，對廢氣進行即時監測，並采取稀釋、緩沖等措施，確保進入RTO裝置的廢氣濃度低於爆炸極限下限的25%。
02 在進氣管道安裝廢氣濃度即時監測裝置時，應充分考慮監測裝置的響應時間、相關切換閥門動作時間，並結合廢氣流速等確定位置（必要時可延長進氣管道等效長度）。
03 企業應按照【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】等要求，在治理工程與主體生產工藝裝置之間的管道系統中安裝阻火器或防火閥，阻火器應符合GB/T13347的規定，防火閥應符合GB15930的規定。
04 企業應按照【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】的要求，RTO的防爆泄壓設計應符合GB50160的相關規定：安全閥的開啟壓力（定壓），不應大於裝置的設計壓力；安全閥出口泄放管應接至安全泄放設施；安全閥排放管口不得朝向鄰近裝置或有人透過的地方，排放管口應高出8m範圍內的平台或建築物頂3m以上等。
05 醫藥化工企業應對RTO系統設定旁通閥：進氣管線的旁通閥與廢氣濃度即時監測裝置、廢氣匯入閥、應急排空閥聯鎖，當濃度超過爆炸極限下限的25%（且采取稀釋、緩沖等措施無法有效降低濃度時），廢氣匯入閥關閉，廢氣無法進入RTO系統；應急排空閥開啟，廢氣經旁通閥並經應急處理設施處理達標後排放。爐體的旁通閥與新風閥、溫度檢測裝置、壓力檢測裝置聯鎖，當RTO爐內溫度、壓力異常時，新風閥開啟，稀釋濃度降溫降壓，爐體旁通閥開啟，部份高溫廢氣直接從燃燒室排出，與常溫瓦斯混合降溫後排至排氣筒，以確保RTO系統安全連續執行。
06 企業應建設完善RTO系統即時監控設施，將RTO系統與生產、風管壓力計、風機、濃度即時監測裝置等聯鎖控制，並納入生產管理監控，避免生產與環保裝置設施脫節。
三、典型的問題隱患排查
（一）廢氣預處理設計存在缺陷
1、企業提供的基礎數據不全，導致預處理方式存在設計缺陷
【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】要求應根據廢氣來源、組分、性質（溫度、濕度、壓力）、流量、爆炸極限等因素，綜合分析後選擇廢氣處理工藝流程。而在實際設計過程中，企業主要提供最大廢氣處理量、VOCs最高含量，不能提供尾氣具體的組成。
如某園區內企業提供RTO設計依據為廢氣組分為甲苯和甲醇，VOCs最高含量為5000mg/m³，且具體含量未標明。因此企業在RTO設計時未考慮企業生產過程中能產生二甲胺瓦斯，在預處理系統中沒考慮酸洗，只是在車間將廢氣冷卻到10℃左右後，透過總管（DN600）進入堿洗、水洗塔後經引風機進入到RTO系統，這也就為後來發生的事故埋下了隱患。
該企業於2021 年6 月3日開始試生產，RTO裝置於2021 年6 月6日16：00發生爆炸，整個風機的蝸殼全部粉碎，所幸的是事故沒有造成人員傷亡。事故調查顯示，由於二甲胺易溶於水（沸點7℃），隨著水中二甲胺含量升高及環境溫度上升，二甲胺大量揮發，同時因引風機葉輪、蝸殼材質均為玻璃纖維材質，雖然有導電塗層，但引風機對地電阻為無窮大，達到爆炸極限的有機廢氣與高速旋轉的風機葉輪摩擦產生靜電，導致風機蝸殼粉碎性爆裂。
2、RTO安全設施設計有缺陷
（1）設計時未將可燃瓦斯檢測訊號納入RTO控制程式系統，當廢氣濃度達到爆炸極限後，不能及時采取稀釋、走旁通等應對措施，高濃度廢氣直接進入RTO爐體從而引發火災、爆炸事故。
其中部份企業只是在RTO控制程式界面上做了一個顯示，且永遠顯示0%LEL。【大氣汙染治理工程技術導則】（HJ 2000-2010）第6.5.1條，明確提出「進入熱力燃燒工藝的有機廢氣濃度應控制在其爆炸極限下限的25%以下，對於混合有機化合物，其有機物濃度應根據不同有機化合物的濃度比例和其爆炸下限值進行計算與校核」；【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】（HJ1093—2020）第6.5.1條，明確要求「當廢氣濃度波動較大時，應對廢氣進行即時監測，並采取稀釋、緩沖等措施，確保進入蓄熱燃燒裝置的廢氣濃度低於爆炸極限下限的25%」。
圖為某企業的線上分析儀顯示「Err」，因輸出超過20mA，滿量程後顯示「錯誤」，但RTO控制界面顯示為0%LEL。
（2）設計時不考慮可燃瓦斯線上分析儀的安裝位置。如某企業線上分析儀取樣位置距RTO爐約30公尺（RTO爐前有一個堿洗塔和一個水洗塔），該處廢氣約10s後就能進入到RT0爐，但線上分析儀距取樣點約2.5公尺，經過蠕動泵抽取樣品，不計線上分析儀的響應時間，至少需要20s後才能分析出廢氣中可燃瓦斯的含量，這種設定，即使可燃瓦斯檢測訊號進入RTO控制程式系統，也達不到保護作用。具體可參考【蓄熱焚燒裝置安全風險評估指南】第7.3.3的要求。
（3）技術協定書中的P&ID與RTO裝置現場不一致，或P&ID中給定的邏輯無法實作。
如設計檔中設計有「壓縮空氣壓力低，系統報警停機」，但現場無壓縮空氣壓力遠傳表；所有企業都不能提供聯鎖邏輯圖；P&ID圖中的邏輯關系在實際行動過程無法實作。
（二）廢氣輸送系統工藝設計未充分考慮精細化工生產過程特點
1.廢氣支管段內壓力不穩。精細化工行業通常是間歇式生產，廢氣排放氣量隨著生產處於不同的階段出現波動。企業未在車間總出口設定輸送風機或設定廢氣輸送風機，且風機頻率未與廢氣系統壓力實作自動控制，全部依靠RTO引風機入口壓力（或引風機頻率）來控制廢氣總管的壓力，導致廢氣總管的最前端或廢氣排放氣量大的車間支管段內壓力波動大，存在支管段內廢氣壓力不穩而泄漏的風險。
2.車間廢氣采用噴淋吸收預處理工藝的，易帶有大量飽和水蒸氣，廢氣輸送管道應依據【石油化工金屬管道布置設計規範】要求，設計管道坡度，並在管道拐角和低點設定排凝點，定期排凝，避免管道內積液現象的產生。
3.產生VOCs廢氣含有酸性或堿性組分的企業，為防腐需要采用玻璃纖維、PP、PE管材輸送廢氣，並在RTO引風機前才進行酸/堿處理，在上述過程中，廢氣輸送管道一般距離較長、瓦斯流速較快，管道內可能因產生的靜電大量積聚易引發爆炸等安全事故。此類廢氣宜在各車間先進行酸堿預處理，然後采用金屬管道，並依據【石油化工靜電接地設計規範】（SH/T 3097-2017）的要求，做好管道法蘭跨接和靜電接地。
（四）RTO裝置操作、維護不到位
裝置設施完好，是RTO裝置安全穩定執行的物質基礎。【安全生產法】第三十六條明確規定「生產經營單位必須對安全裝置進行經常性維護、保養，並定期檢測，保證正常運轉。維護、保養、檢測應當做好記錄，並由有關人員簽字」。在實際執行過程中，存在安全設施不能正常投用、操作記錄與實際執行狀態不一致、裝置設施檢查維護缺失、操作方式不當等隱患。
1、新風閥門不能正常投用
如某些企業存在正常投用的RTO，新風閥門無氣源、電源，即使可燃瓦斯檢測儀訊號接入RTO程式控制系統，在聯鎖動作時新風閥門也不能及時開啟進行稀釋。（如下圖所示）
2、日常操作記錄與實際執行狀態不一致
如某企業2022年7月2日從18:53開始到23:50，燃燒器一直持續故障報警，但操作記錄均為「正常」。
3、裝置設施檢查維護缺失
如某企業堿洗塔pH計外殼腐蝕嚴重，無法觀察顯示的數值。可能因堿液濃度低影響處理效果，造成RTO內部腐蝕，帶來RTO裝置變形、坍塌、廢氣泄漏等安全風險。pH計因長期在酸（堿）環境中工作，一般連續使用2個月後顯示就會出現較大的誤差，需要人工分析（或標註溶液校準）。
另外，某企業燃料油泵過濾器裝錯方向，可能造成燃燒器噴嘴堵塞，影響RTO正常執行。
4、操作方式不當等，部份企業將廢氣引風機頻率設定了「手動」狀態
該操作方式無法滿足精細化工企業間歇生產的特點，可能造成廢氣總管壓力劇烈波動。若車間未設定引風機，廢氣可能會反串；車間設定了引風機，可能造成廢氣總管超壓泄漏。
三、RTO執行使用有哪些安全註意事項？
面對可能存在的隱患企業該怎麽應對？筆者認為可以考慮以下對策：
①收集資料，嚴格新建RTO裝置的安全設計
RTO供應商根據【蓄熱燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規範】（HJ 1093—2020）的要求，收集的工業有機廢氣理化性質等原始資料至少包括：
廢氣風量（正常值、最大值、最小值）
廢氣溫度（正常值、最大值、最小值）
廢氣的壓力和濕度及含氧量
廢氣中 VOCs 組分及濃度（正常值、最大值、最小值）
廢氣中無機瓦斯的組分及濃度（正常值、最大值、最小值）
廢氣中顆粒物濃度
產生汙染物裝置情況及工作制度
廢氣排放方式（連續、間歇、波動周期）
對RTO主體及輔助工程同步進行設計，設定符合HJ 1093—2020要求的工藝控制相關參數和安全措施，完善主體工程及輔助工程（廢氣收集系統的壓力、可燃瓦斯檢測訊號、燃料油（氣）壓力、儀表氣源壓力、電力等）之間的邏輯控制關系，實作整個系統程式控制。
RTO爐系統應納入全廠安全風險辨識、全廠安全風險評估論證，對於廢氣成分復雜的，應進行HAZOP分析並采取相應的安全措施。企業在RTO治理設施驗收或交付前須經過第三方專業機構開展安全評價或相關鑒定。
②完善目前執行的RTO程式控制、聯鎖系統
將可燃瓦斯檢測儀分析訊號、燃料油（氣）壓力訊號、壓縮空氣壓力訊號接入RTO的程式控制系統並正常投用相關邏輯，完善各程式控制閥門的程式控制的電、氣訊號，並嚴格控制可燃瓦斯濃度應低於最易爆組分或混合瓦斯爆炸極限下限最低值的25%，否則應采用空氣強制稀釋或直接排放；
偵錯好各參數設定，RTO應處於自動執行狀態。
③企業加強RTO執行維護
編制符合企業實際的生產狀況的安全操作規程和執行管理制度，並對員工進行開、停工及緊急狀態的操作進行培訓；
建立維護檢測記錄，對接地線、跨接線、阻火器、酸（堿）處理單元、RTO的公用工程等檢查、維護；
同時統籌生產過程中工作，避免各車間（工序）同時加料、同時蒸（精）餾，導致含有機物料的廢氣集中排放，盡量保持廢氣濃度、氣量相對穩定；
定期對各傳感器（如溫度、壓力、液位、pH計、可燃瓦斯檢測儀等）進行校驗（準）,確保RTO的執行處於程式控制狀態。
目前RTO系統在執行使用過程中既有因設計基礎資料不全，導致設計本身存在缺陷，程式控制主要集中在RTO本體而未包含可燃瓦斯檢測訊號；也有由於操作不當，管理不善導致發生火災、爆炸等安全問題。
因此企業與RTO供應商在設計初期應該做好基礎資料的收集、確認、利用，提高RTO本質安全設計水平，同時，企業加強對RTO的操作、維護、管理，及時消除隱患，確保RTO安全執行。
來源： 安全下午茶，長三角VOCs治理產學研用聯盟
編輯：上海嬰鳥環保
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