1 前言

在环保部门推行零排放的理念下，大部分化工企业的废气都通过管网收集去RTO蓄热式热氧化炉、CO催化燃烧炉、TO直燃式热氧化炉等焚烧处理。由于没有进行危险性分析或危险性分析不到位，尤其没有对废气源头进行工艺危险性分析，全国各地发生过无数次RTO等废气收集处理系统废气闪爆事故，且此类事故仍时常发生。由于废气闪爆的能量较小，绝大部分RTO管网爆炸的声响不大，伴随的火灾大部分可以很快扑灭火，没有人员伤亡，只是财产损失和停工损失，所以许多企业RTO管网爆炸事故没有按规定上报，实际事故数量是非常多的。

我们结合2011年浙江某原料药企业RTO废气收集处理系统第２次废气管道爆炸事故内部原因分析研讨会成果，于2013年在浙江省安全生产协会《安全会刊》上发表过《化工废气处理系统爆炸原因分析及预防措施》论文，受到许多同行认同。RTO废气收集处理系统防爆主要工艺安全措施归纳一下，有以下要点：

（1）RTO废气收集处理系统防爆原则：RTO、TO等废气收集处理系统，只能处理浓度低于爆炸下限的废气，即常说的大风量低浓度的有机废气。一旦高于爆炸下限的高浓度废气进入RTO、TO等废气收集处理系统，由于废气管道静电、抽风机橡胶连接件等静电，废气管道就可能先发生爆炸，当然进入RTO炉必定会产生爆炸。这是工艺人员、设计人员、环保设备供应商必须认识到的防爆原则。

（2）应对各废气吸入点进行正常和异常工况下的防爆安全分析。应对各类废气进行分类，如酸性废气应进入碱洗系统；含酸性废气的可燃废气，应先经碱洗再进入RTO管网；含氯废气应先进行脱氯处理才能进入RTO管网，以防产生二噁英；存在禁忌物质的废气应分开处理。

（3）对于临时加料口、离心机间出料废气、桶装加料间等废气，由于会吸入大量的空气，有机废气浓度不太可能达到爆炸下限，是本质安全型的废气，可直接接入RTO、TO等废气总管。

（4）在可能产生高浓度易燃废气的管道上应设置足够冷凝能力的冷凝器，防止高于爆炸下限的废气进入RTO管网，这是RTO等废气收集处理系统防爆的核心工作。

１）应在反应釜冷凝器、蒸（精）馏塔冷凝器等可能产生高浓度废气的出口管道或冷凝液接收罐气相设置温度检测报警设施，温度高限报警、温度高高限联锁停车。

２）对于在减压精（蒸）馏、易燃液体反应釜抽真空中可能产生常温高浓度废气的工序：①操作规程中明确要求操作人员刚开始抽真空时阀门开度必须很缓慢，并设补氮破空管道，防止冲料；或设计安装小口径抽真空管道，用于起始抽真空阶段，即使全开，也不会引起冲料。②真空泵后冷凝器系统，应采用多级低温冷凝器,使排入RTO管网的废气浓度小于其爆炸下限。③真空泵后冷凝器系统废气管道设温度检测报警系统，高高限联锁关闭抽真空系统并紧急停车。

（5）当废气管道内可能沉积危险物质时（如活性碳、叠氮化合物等）时应考虑对废气管道进行定期清洗。

（6）在废气管道设计、安装时须应考虑有一定的斜度，方便积液的排除。

（7）应在废气管道各危险点（如支管接入总管处、转弯处、静电严重处等）设泄爆片。

（8）在各车间废气支管与总管连接处设水（碱）喷淋预处理塔（注：此水喷淋预处理塔能吸收乙醇等水溶性废气，同时还能起到阻火作用，其阻火效果好于阻火器；2019年宁波某企业水喷淋预处理塔之后的阻火器、管道、风机全部炸碎、RTO炉耐火砖破碎及外壳变形，但水喷淋预处理塔完好，成功阻止爆炸向车间扩展；喷淋水应定期检测有机物浓度，超过规定浓度时应及时更换），能阻止废气总管道气体闪爆后的多米诺效应（火灾爆炸沿废气管网向车间扩展）。

（9）RTO废气管道应优先采用不锈钢材料，以降低废气管道的静电点火风险。

（10）氢气、甲烷（含厌氧池产生的沼气）、环氧乙烷、乙炔等易爆气体，在未经HAZOP分析和SIL定级并采取可靠的防爆措施（正常和任何异常工况下废气浓度须低于爆炸下限）前，严禁排入RTO 废气管网。

（11）RTO、TO等炉前管道LEL在线检测仪和新鲜空气补充稀释阀，应尽可能安装在远离RTO、TO等废气处理炉的废气总管上，为RTO、TO等炉前管道LEL在线检测联锁系统提供足够的响应时间。

2 闪点、爆炸下限、冷凝器出口温度与RTO等废气收集处理系统防爆

RTO等管网防爆的核心，是反应釜、蒸（精）馏装置或抽真空系统、储罐或中间罐的气体冷凝器有足够的冷凝能力，使其进入RTO管网的废气浓度低于其爆炸下限，且在接近爆炸下限时能有可靠的检测报警设施。如何确定冷凝器有足够的冷凝能力和采用何种可靠的检测报警设施，是我们许多人没研究透彻的一个工艺安全技术问题。

对于检测RTO管网的废气浓度是否低于其爆炸下限，大家都会想到安装在线可燃气体检测系统。但很遗憾的是，由于废气成份复杂、湿度大、常含腐蚀性物质、有机废气浓度高，导致昂贵的在线可燃气体检测仪往往寿命很短，实际上形同虚设。由于没想到其他的可靠检测方法，大家都知道RTO系统的LEL在线检测连锁系统可靠性差，但又不得不设。

2020年我们对宁波石化区某化工企业2个苯乙烯储罐（5000m3、8500m3各1个）废气系统（苯乙烯储罐伴冷30℃以下贮存，底部加压缩空气鼓泡保持阻聚剂活性，2个苯乙烯储罐气相管道直接连通到总管至焚烧炉）进行防爆分析评价时认识到：可燃液体在闪点时的气相浓度接近其爆炸下限。当冷凝器出口废气温度低于闪点时，其废气浓度就低于其爆炸下限，属于本质安全型废气；我们只要在冷凝器出口设置温度检测报警联锁设施，就能控制反应系统、抽真空系统、冷凝系统的工艺偏差，就能从源头上控制RTO等废气收集处理系统的废气闪爆事故。

（1）闪点

闪点的定义：在规定的试验条件下，可燃性液体或固体表面产生的蒸气与空气形成的混合物，遇火源能够闪燃的液体或固体的最低温度（采用闭杯法测定）。

闪点，又称闪火点，是可燃液体加热到开始被火苗引起闪火时的温度。物质闪点的高低主要与其蒸发性有关；馏分愈轻，愈易蒸发，闪点就愈低。物质的闪点愈低，就愈容易被火苗点燃引起燃烧，火灾爆炸的危险性就愈大。所以，闪点是防火防爆安全指标之一，可燃液体的火灾危险性类别就是根据其闪点分类的。

（2）爆炸下限

爆炸下限（简称LEL），其定义：可燃的蒸气、气体或粉尘与空气组成的混合物，遇火源即能发生爆炸的最低浓度。

当可燃气体（蒸汽）浓度（与空气（氧气）混合比例）低于该值时，可燃气体既不会燃烧又不会爆炸。可燃气体与空气混合着火燃烧，这种燃烧反应激烈而速度快，一般会产生巨大的压力和声响，又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分，通常我们将超过音速的燃烧称为爆炸。低于爆炸下限时，混合气中的可燃气体的含量不足，不能引起燃烧或爆炸；高于爆炸上限时，混合气中的氧气的含量不足，也不能引起燃烧或爆炸。

（3）闪点与爆炸下限的关系探讨

以苯乙烯为例:苯乙烯的闪点为32℃、爆炸下限1.1%。苯乙烯在30℃的饱和蒸汽压为1.0985KPa，标准大气压为101.3 KPa，苯乙烯贮罐气相空间苯乙烯浓度为1.0985/101.3=1.084%。苯乙烯在32℃的饱和蒸汽压为1.2328KPa，苯乙烯贮罐气相空间苯乙烯浓度为1.2328/101.3=1.21%。

从闪点、爆炸下限定义和上述计算示例可以看出：① 从闪点和爆炸下限的定义可以看出，闪点是低于这个温度不会燃烧，爆炸下限是低于这个浓度就不会爆炸。由于燃烧与爆炸没有严格的区分，对于可燃液体，我们可以认为闪点时闪火现象也是一种爆炸，即可燃液体在闪点时的气相浓度就是其爆炸下限。② 可燃液体出现爆炸下限时的温度虽然与闪点不完全一致，但很相近，其误差可能是测试方法差异和实验误差所致。

（4）冷凝器出口温度设定值

从理论上说，低于闪点就不会形成爆炸性混合物；但因为闪点是实验室检测的结果，总是有误差，所以保守一点是用闪点减去15℃ 作为控制依据，也有减去9℃的做法，与具体的工艺过程相关。在对反应釜、蒸（精）馏装置或抽真空系统、储罐或中间罐的气体冷凝器出口废气进行防爆安全分析时，我们可以认为可燃液体在闪点时的气相浓度就是其爆炸下限。考虑安全裕度并从节能角度出发，我们可将冷凝器出口温度设定为闪点减去9℃作为工艺控制值。对于苯乙烯储罐而言，我们应控制其物料温度在23℃以下为宜。

（5）当冷凝器出口温度无法控制在闪点减去9℃以下时的风险控制措施探讨

有些甲类易燃液体闪点很低，如丙酮的闪点为-20℃，要将丙酮废气冷到-29℃以下，许多企业可能没有这样的冷媒。当冷凝器出口温度无法控制在闪点减去9℃以下时，其冷凝器出口废气的浓度高于其爆炸下限，如有空气存在，并在静电等点火能量触发下可能产生废气闪爆事故。即当冷凝器出口温度无法控制在闪点减去9℃以下，该冷凝器出口废气不得直接接入RTO等废气收集处理系统。这种情况下我们应对冷凝器出口废气进一步采取工艺安全措施，如从惰性化、水洗、更换废气处理方式等安全措施控制废气收集和处理的风险。举例分析如下：

3 结论

（1）RTO等废气收集处理系统突然产生气体闪爆，其主要原因是高于爆炸下限的废气排入管网，遇静电（管道静电和抽风机橡胶连接件静电）或RTO等炉膛明火产生气体爆炸。该高于爆炸下限的废气，绝大部分是反应釜或抽真空系统冲料，以及反应釜、蒸（精）馏装置或抽真空系统、储罐或中间罐的气体等冷凝器故障或冷凝能力不足所产生的高浓度废气。

（2）在对反应釜、蒸（精）馏装置或抽真空系统、储罐或中间罐的气体冷凝器废气进行防爆安全分析时，根据可燃液体在闪点时的气相浓度很接近其爆炸下限的情形，考虑安全裕度和节能，我们可将冷凝器出口温度设定为闪点减去9℃ 作为工艺控制值，并设置冷凝器出口温度检测报警系统，高限报警、高高限联锁停车，以实现RTO等废气收集处理系统的工艺本质安全性。

（3）当受闪点很低或无所需低温冷媒等条件限制时，即当冷凝器出口温度无法控制在闪点减去9℃以下，该冷凝器出口废气浓度高于爆炸下限，该冷凝器出口废气不得直接接入RTO等废气收集处理系统。对此我们应对冷凝器出口废气采取进一步工艺安全措施，如惰性化、水洗、新鲜风稀释、更换废气处理方式等安全措施，控制废气收集和处理的工艺安全风险。

（4）当我们从事RTO等废气收集处理系统防爆安全评估时，我们还应对各废气点按“火灾爆炸三要素原理”，从工艺、废气产生过程和温度控制方式、闪点、是否含空气、废气管道材质、废气管道是否有回火风险、废气预处理方法和冷媒温度等进行综合分析，尤其要识别反应失控、冲料、冷凝器故障等工艺偏差，确保RTO等废气收集处理系统工艺安全。