RTO装置运行过程中的9大安全风险及控制措施

 

RTO是Regenerative Thermal Oxidizer的缩写，即再生式热氧化装置。它是一种用于处理废气的设备，主要用于处理VOCs废气。VOCs具有易燃易爆、有毒等特性，因操作不当、设备故障、安全附件缺失等原因容易导致火灾、爆炸、中毒和窒息等事故发生。要防范这些事故的发生，首先要了解事故的原因，针对触发事故的原因来采取控制措施进行控制。下面就从RTO的工作原理来展开分析。

一、RTO工作原理

RTO全名为蓄热式热力焚化炉，又称蓄热式氧化炉。其原理是通过高温氧化将废气中的有机物分解为无害的二氧化碳和水蒸气，从而达到净化废气的目的。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气。从而节省废气升温的燃料消耗。陶瓷蓄热体应分成两个（含两个）以上的区或室，每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。两室RTO主体结构由高温氧化室、两个陶瓷蓄热体和四个切换阀门组成。当有机废气进入蓄热体1后，蓄热体1放热，有机废气被加热到800℃左右后在高温氧化室燃烧，燃烧后的高温洁净气体通过蓄热体2；蓄热体2吸热，高温气体则被蓄热体2冷却后，经过切换阀排放。经过一段时间排放，然后阀门切换，有机废气从蓄热体2进入，蓄热体2放热加热废气，加热的废气进入氧化室被氧化燃烧后通过蓄热体1，蓄热体1吸热，高温气体被冷却后通过切换阀排放。这样周期性地切换，就可连续处理有机废气，同时无需或少量补充能量，达到节能效果。

 

三室RTO主体由高温氧化室、三个陶瓷蓄热体、和三组切换阀组以及引风机组成。当有机废气进入蓄热体1后，蓄热体1放热，有机废气被加热到800℃左右后在高温氧化室燃烧，燃烧后的高温洁净气体通过蓄热体2；蓄热体2吸热，高温气体则被蓄热体2冷却后，经过切换阀排放。部分排放的废气切换到蓄热体3，对蓄热体3进行吹扫，排空残余的废气。蓄热体1放热完毕，废气被切换进入蓄热体2，蓄热体2放热加热废气，加热的废气进入氧化室被氧化燃烧后通过蓄热体3，蓄热体3吸热，高温气体被冷却后通过切换阀排放。部分排放的废气通过吹扫管道回吹到蓄热体1对蓄热体进行吹扫，清除残余在蓄热体1内的废气。蓄热体2放热完毕，废气被切换进入蓄热体3，蓄热体3放热加热废气，加热的废气进入氧化室被氧化燃烧后通过蓄热体1，蓄热体1吸热，高温气体被冷却后通过切换阀排放。部分排放的废气通过吹扫管道回吹到蓄热体2对蓄热体进行吹扫，清除残余在蓄热体2内的废气。这样周期性地切换，就可连续处理有机废气，同时无需或少量补充能量，达到节能效果。三室RTO比二室RTO多了吹扫程序，对废气的去除率更高。

另外一种是旋转式RTO,废气从底部经进气分配器进入预热区，使气体温度预热到一定温度后进入顶部的燃烧室，并完全氧化。净化后的高温气体离开氧化室，进入冷却区，将热量传给蓄热体而气体被冷却，并通过气体分配器排出。而冷却区的陶瓷蓄热体吸热，“贮存”大量的热量（用于下个循环加热废气）。为防止未反应的废气随蓄热体的旋转进入净化气出口去，当蓄热体旋转到净化器出口区之前，设有一扇形区作为冲洗区。

 

二、RTO运行过程中的安全风险及控制措施

从RTO运行的工作原理和处理废气介质的危险特性分析，RTO运行中的主要安全风险是火灾、爆炸，根据以往RTO装置发生的事故来看，主要的事故原因有以下几个方面：

1. 燃烧器缺少相应的联锁保护。

（1）预吹扫。在预吹燃烧器点燃前，必须有一段时间的预吹，以吹走或稀释炉膛和烟道中剩余的空气。由于燃烧器的工作腔内不可避免地存在残余气体，如果不进行预吹就会被点燃，则存在爆炸的危险。剩余的气体必须吹出或稀释，以确保气体浓度不在爆炸限值内。预吹时间与炉膛结构和吹气量有关，一般设定为15-60秒。

（2）燃烧状态监测。燃烧状态必须动态监测，一旦火焰探测器感应到熄火信号，必须在很短的时间内将其反馈给燃烧器，燃烧器将进入保护状态并同时切断供气。火焰探测器必须能够正常感知火焰信号，既不敏感也不沉闷。由于其灵敏度高，如果燃烧状态波动，容易造成故障和迟钝，反馈火焰信号滞后，不利于安全运行。一般要求火焰探测器发出的从熄火信号到熄火信号的响应时间不应超过0.2秒。

（3）防燃保护。当燃烧器被点燃时，气体被引入，气体被点燃和燃烧。点火动作要求在气体引入之前形成点火温度场，以利于点火和燃烧。如果点火失败，火焰探测器无法感知火焰信号，燃烧器进入保护状态。从点火到进入保护状态的时间要适当，既不能太短也不能太长。如果太短，就没有时间形成稳定的火焰;如果时间过长，当无法点燃时，会有大量的气体进入炉子。通常，要求燃烧器在气体打开后2-3秒内判断火焰探测器检测到的火焰信号。如果它没有着火，它将进入保护状态，如果它着火，它将保持燃烧。

（4）燃料压力监测。气体压力上下限，保护燃气燃烧器在一定范围内稳定燃烧，只允许气体压力在一定范围内波动。限制气体高低压的目的是保证火焰的稳定性：无熄火、无熄火或逆火，同时限制燃烧器的输出热功率，保证设备安全经济运行。当气体压力超过此范围时，应锁定燃烧器工作。燃烧器的设计一般采用气体压力开关来感测压力信号，输出开关信号来控制燃烧器的相应工作。气压保护不足。燃气燃烧器设计热强度高，其燃烧方式采用强制空气爆破。如果风扇发生故障，空气中断或空气不足，立即切断气体，否则炉子会爆燃或闪回风扇。因此，在提高风机质量的同时，气体控制必须与气压互锁。当气压不足时，应立即切断供气。通常，气体压力开关用于感测气压信号并输出开关量信号，以控制气体电磁阀的相应操作。

（5）断电保护。当燃烧器在工作过程中突然断电时，必须立即切断供气，以保护设备的安全。气体控制电磁阀必须常闭。一旦断电，它将自动关闭并切断气体供应。电磁阀关闭响应时间≤5s。

（6）防止气体泄漏事故的措施。气体泄漏包括两个方面，一个是指气体通过管道泄漏到环境中，另一个是指气体泄漏通过面向炉子的电磁阀芯端。环境泄漏可能导致工地人员中毒和爆炸事故，必须认真对待。首先，确保管道密封，并定期检查管道是否有泄漏。如果必须消除管道泄漏，则可以使用。其次，为避免可能引起中毒和爆炸的气体浓度，要求工作现场通风良好：需要永久性通风孔和强制通风。安装固定式可燃、有毒气体监测报警仪，并与机械通风联锁;此外，要求禁止在工作现场使用明火和非防爆电气部件。

2.RTO 废气组分的安全风险。

废气组分复杂，如相互禁忌发生反应存在一定的安全风险。另外，挥发性可燃液体储罐一般采用氮封保护，并设置呼吸阀。储罐排空气组分主要是罐内VOCs 和氮气，不含氧气。来自污水处理装置的废气主要是空气，还含有少量( 一定量) 的挥发性气体。当储罐排放的废气与污水池废气混合后，有可能达到VOCs 的爆炸范围和氧含量的范围要求，在一定的能量或温度下，就会发生爆炸。因此，设计过程中应组织进行HAZOP分析，对废气混合及处理过程中的操作风险进行分析，并采取相应的安全措施。

3.废气浓度和压力不稳定的风险。

废气浓度过高如达到爆炸极限，容易被蓄热体高高温引爆，因此应对废气组分浓度进行监测，严格控制废气浓度在爆炸下限（LEL）的25%以下。ＲTO装置在线废气浓度检测仪一般都设置2个，并且在在线废气浓度检测仪后一定距离处设置废气切断阀。当高浓度气体经过在线废气浓度检测仪后，废气切断阀应在高浓度气体到达前完全关闭。即在线废气浓度检测仪到切断阀的距离应大于在线废气浓度检测响应时间和废气切断阀关闭时间总和内气体流经的管道长度。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，经混合器降温冷却后排至烟囱，确保RTO系统安全连续运行。

4.废气中高沸点组分的风险。

废气高分点组分容易在输送管道中冷凝，随着废气进入RTO炉后，遇高温气化，气相组分浓度突增到爆炸极限，容易引发爆炸事故。因此，在进入RTO前，应采取有效措施，防止管道及RTO炉下室体中的冷凝和沉积产生。

5.高浓度有机废气容易形成爆炸性气体环境，通入RTO容易被引爆。因此，为降低爆炸风险，ＲTO 装置应增加相应的逻辑控制，即当检测到高浓度气体时，ＲTO 装置触发联锁停车，即废气紧急排放阀打开，废气切断阀关闭，新鲜空气阀门打开，主风机降低风量运行，确保炉内一直进入较低浓度的气体。

6.由于RTO处理废气为易燃、易爆有机废气，容易形成火灾爆炸性危险环境。如处于爆炸危险区域的电气设备不具备防爆功能，容易引发火灾爆炸事故。因此，RTO炉现场电气仪表设备应严格按照防爆等级设计，管道或炉膛内应设置泄爆片；RTO炉应设置短路保护和接地保护功能，废气管线选材要注意防静电。当系统风管道采用金属材质时应采用光滑内壁金属管,采取可靠防静电接地措施,风管内壁禁止涂刷非导电防腐涂层,防止静电产生和积聚.风管采用非金属材质时应增加导静电设施。皮带传动的引风机需装配防静电皮带。

7.当RTO进气管道压力偏低，因RTO蓄热体吹扫，有可能导致高温烟气回串入进气管道引发事故。为防止RTO进气管道回火，在进气管道上设置阻火器是非常必要的。阻火器作为重要的安全附件，必须经过安全鉴定，确定其是否符合要求，不合格的阻火器将不能有效隔离能量的传播，而导致闪爆事件。另外为防止意外的闪爆事故发生，设置多个爆破片也是有效的防范措施。若爆破片爆破压力和爆破面积不当，不能有效释放能量，从而造成设备爆炸损坏等事故后果。较低的爆破压力以及废气管道上多个爆破片的泄能部位，能有效防止设备和管道损坏，减少事故的发生。

8.RTO异常断电情况下，需要对生产系统来气进行及时排空，否则容易造成生产系统事故。因此，RTO 炉应设置UPS 备用电源和压缩空气储气罐，保证在突然停电状态下能够实施紧急排空操作。对于浓度较高且含有低燃点物质的应急排空管道，严禁与高温排空管道共用烟囱排放。另外突然停电，炉膛内的高温无法快速散去，导致很多防腐材料或者其他设备被高温损坏。设计一台应急压缩空气储气罐、UPS和手自动控制的泄爆门，一旦突然停电，UPS和应急压缩空气储气罐会将所有风门打到安全位置，比如新风风门开启，吹扫风门开启，泄爆门打开等；应急压缩空气会进入燃烧器管道，避免高温烟气从燃烧器泄露出来，导致点火管路的危险和损坏燃烧器。但压缩空气罐仅能支撑15-20min左右，需要配置备用电源给压缩空气或助燃风机。

9.RTO超温危害。炉膛温度不能超过980℃，否则内部的蓄热陶瓷和陶瓷纤维组块的使用寿命会受影响。炉膛内应设置有2支热电偶，每支热电偶都是双支的，如果一支出现问题，还有一支备用，保证炉膛内温度控制均匀。温度监测与燃烧器燃料切断阀联锁，当炉膛温度超过一定值时，燃油管路的双电磁阀会自动关闭，避免燃料泄漏进入炉膛。炉膛温度再高就要打开新风风门去降温，当炉膛温度发生高高报警，RTO焚烧炉自动切断与生产线的联机，工艺废气直接进入排放系统。