储罐废气处理系统的安全设计

钱丰瑜

(宁波天大工程设计有限公司)

一、前 言

随着我国经济体制改革的深化、产业结构的调整,化工生产、仓储行业不断得到发展,尤其是宁波等沿海地区储罐作为现代工业的常用设备得到了广泛应用,对地方国民经济发展起到了无可替代的重要作用。储罐具有储量大、物料进出方便且安全系数相对较高的优点,但储罐储存的物料大多为危险化学品,其产生的废气具有浓度高、危害性大、危害范围广、难以预测和控制等特点,如丙烯腈、对二甲苯等挥发蒸气都具有很高的毒害性,且易燃易爆,一旦泄漏就有可能发生火灾甚至爆炸,带来极大的人身安全、环境污染问题。因此,近年来储罐储存化学品废气释放逐渐被环境保护部门重视,企业被要求设置储罐废气处理系统。废气处理系统是由废气处理设备和对应的配套工艺所实现,其正确的设置能有效地去除废气中的有害成分,降低对罐区及周边环境造成的污染和安全隐患,减少废气排放的同时也改善了安全劳动条件。

目前化工生产、仓储过程中,由于化学品种类较多,储罐废气处理系统不可能与储罐一一对应,对储罐废气处理带来了一定的难度,尤其是近期废气处理系统发生了安全生产事故,引起了相关监管部门的高度重视,如何对储罐废气处理系统进行安全设计具有一定的现实意义。我国工业现代化的高速发展,安全生产与环境保护应同时得到保障,而安全设计储罐废气处理系统是确保安全环保的本质,并且随着废气处理技术工艺的不断发展,储罐废气处理系统设计将会更加完善可靠,有利于仓储行业安全发展并促进我国工业生产的可持续发展。

二、储罐废气处理系统

(一)储罐废气处理常用方法

储罐废气处理常用方法分为水吸收法、吸附法、药液吸收法。

水吸收法：利用废气中某些物质易溶于水的特性,使废气成分直接和水接触,从而使某些物质溶解于水并达到处理目的。适用于具有水溶性的有害气体。

吸附法：利用吸附剂的吸附功能使废气由气相转移至固相,便于收集和排出。适用于处理低浓度、高净化要求的部分有害废气。

药液吸收法：利用废气中某些物质和其他化学物品产生化学反应的特性,如酸碱中和、催化氧化、催化燃烧、等离子去除等去除某些废气成分,具有针对性。适用于处理特定的废气成分。

(二)储罐废气处理系统工艺

储罐废气主要来源于储罐装卸所产生的大小呼吸废气,目前大多数可以根据废气水溶性与不溶性分类,不同性质废气的处理工艺不同。

1.甲醇等水溶性废气处理系统工艺

洗涤废气处理系统采用两个洗涤塔,经过第1个洗涤塔的塔底循环吸收后,再经第2个洗涤塔用清水吸收。处理后的水通过液位控制污水泵排往相关污水厂进行处理。

图1 水溶性废气处理系统工艺

2.芳烃类、酮类、酯类等不溶或微溶于水的混合有机废气处理系统工艺

废气用板式换热器冷凝,冷凝液用泵排出回收,未冷凝气体经过活性炭吸附后再生冷凝,二次吸附后达标排放。

3.丙烯腈等危害大的危险化学品废气处理系统工艺

废气用板式换热器冷凝,冷凝液用泵排出回收,未冷凝气体进入一级碱洗塔,处理后通过二级活性炭吸附处理后达标排放。

(三)主要设备设施

1.主要处理设备设施

冷凝系统(冷凝器、冷凝液槽、冷却塔等)：用于冷凝处理。

吸附系统(活性炭吸附床、SAC吸附器)：用于废气吸附。

洗涤塔：用于水吸收。

废气收集、输送管道；防爆引风机；高空排放筒。

2.辅助设备设施

阻火器：一般安装在输送可燃气体的管道中,或者通风的槽罐上。

过滤器：用于分离气相中杂质。

可燃、有毒气体报警仪,气体监测仪：检测废气处理系统废气泄漏情况。循环水泵：循环输送吸收液,有效吸收废气。

三、储罐废气处理系统危险有害性分析

(一)废气物料危险有害性分析

1.火灾爆炸危险性

储罐储存的化学品的废气与空气接触可能会形成爆炸性混合物,遇明火、高温高热容易引起燃烧甚至爆炸。大多数废气易在空气中沉降,能在较低处扩散至远处,遇明火则会引燃,产生火灾甚至爆炸。

2.毒害性

储罐产生的废气相当部分为有毒有害气体,一旦泄漏会引起操作人员中毒,污染周边环境。

3.易产生和积聚静电

部分废气容易产生静电聚集,在废气处理的管道输送过程中,与管壁摩擦,容易在管道、阀门等处产生和积聚静电,静电易引起火灾和爆炸事故发生。

4.混合气爆炸

由于储罐废气处理系统往往处理多个储罐废气。因此废气有可能出现混合气,尤其出现禁配物混合气,处理不当易引起爆炸。

(二)废气处理过程危险有害性分析

1.废气收集过程火灾爆炸中毒事故

废气收集过程中,可燃物且浓度达到爆炸极限、空气或氧气助燃、明火、静电等这些因素综合,极有可能引发火灾爆炸中毒事故发生。

2.废气处理过程火灾爆炸中毒事故

因吸收药液或吸附剂失效,而导致不能有效处理排放的情况下,易引起中毒、火灾甚至爆炸事故发生；吸收液处理、吸附剂再生过程中,工作人员操作不当也易引起中毒、火灾事故。

(三)废气处理设备设施危险有害性分析

1.废气收集口、管道设施

废气处理系统设有废气收集口包括储罐呼吸阀等。这些废气收集口可能存在废气泄漏。

废气收集输送管道,包括阀门、法兰等多处地方均有发生泄漏的可能。

2.洗涤塔、冷凝器、吸附装置

洗涤塔：洗涤塔的损坏及故障,造成废气不能有效吸收排放,易引起中毒与火灾。

冷凝器：冷凝器的损坏、冷凝水温度过高可致进入后续废气处理设施的废气浓度过高,无法有效处理而较高浓度排放,导致火灾等事故。

吸附装置：吸附未及时更换,将影响吸附效果,使排放废气浓度过高,存在风险。

3.电气设备设施

废气处理系统涉及电气设施主要有引风机、循环泵等,在爆炸区域内,如电气不满足相应防爆要求,一旦产生电气火花,可能引起火灾、爆炸。

废气输送的管道需有可靠的防静电接地措施,否则会使产生的静电无处释放。

(四)检维修过程危险有害性分析

(1)对废气系统设备进行检修时,必须要有相应的防护措施,否则可能发生废气泄漏、高处坠落、触电事故等。

(2)使用氮气吹扫不当也可引起人员窒息中毒等。

四、储罐废气处理系统安全设计

(一)储罐废气处理系统平面布置安全设计

(1)废气处理系统工艺装置、设施宜布置在人员集中场所及明火或散发火花地点的全年最小频率风向的上风侧。

(2)储罐废气处理系统与周边相邻建筑物的防火间距应符合《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)、《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160—2008)等相关要求。

(3)储罐废气处理系统设备与变配电所、化验室等的防火间距不得小于15m。

(4)罐区废气处理系统附近应设消防车专用通道,并保持畅通。道路周围应设置地上式消火栓,消火栓距路面边不宜大于5m,距建筑物外墙不宜小于5m；地上式消火栓的大口径出水口应面向道路。当其设置场所有可能受到车辆冲撞时,应在其周围设置防护设施。

(二)储罐废气处理系统建构筑物安全设计

(1)设备本体及其基础,管道及其支、吊架应采用不燃烧材料；相关建筑物的耐火极限应达到二级以上。

(2)支承设备钢构架、在爆炸危险区范围内钢管架应采取耐火保护措施。

(3)洗涤塔、循环泵等设备基础高于地面150—300mm,防止雨水腐蚀设施。管廊、设备基础等应采取防沉降措施及防腐处理。

(4)所有登高作业操作平台应做护栏防护。

(三)储罐废气处理系统工艺系统安全设计

(1)储罐物料采用密闭装卸：装卸前进行氮气吹扫,降低废气含氧量,避免废气收集点形成爆炸性混合气体。

(2)根据物料特性、储罐容量、物料储存及装卸时所产生大、小呼吸废气量,选择处理工艺、设备选型及处理量、风机规格等。

(3)设备和管道根据其内部物料的火灾危险性和操作条件,设置相应的仪表、自动联锁保护系统。

(4)引风机宜设置在吸收(吸附)塔后,保护风机,防止废气泄漏。

(5)各废气支管汇入总管前设置止回阀,防止异常情况下相互串气。

(6)废气收集管线出入口均设紧急切断阀。

(7)废气进入废气处置装置之前废气支管均设阻火器,有效避免回火可能。

(四)储罐废气处理系统设备设施安全设计

(1)根据废气特性、压力、温度等选择设备、管道材质、阀门、密封材料。考虑最苛刻条件下对设备的安全要求,对设备设施、管道设计配置相关安全设施附件(呼吸阀、压力表、液位计等),做到预防、减少、消除危害或将危险因素、有害因素控制在安全范围内。

(2)管线材质宜采用内衬PTEF钢管,以避免钢管腐蚀。

(3)所有废气处理设备设施应做可靠防雷防静电接地。

(4)设备、管道安装施工及验收严格按照《工业金属管道工程施工规范》《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》等的有关规定。管道安装中的管道、管件、阀门等均须有材质证明或产品质量合格证。

(5)废气管道宜架空；除需要采用法兰连接外,尽可能采用焊接连接。

(6)设备和管道的保温层应采用不燃烧材料；阀门连接处及排空口设置防雨罩,防雨罩选择耐高温耐腐蚀的材料。

(7)公用工程管道如氮气与废气管道或处理设备连接时应在间歇使用的公用工程管道上设止回阀和一道切断阀或设两道切断阀,并在两切断阀间设检查阀。

(8)废气管道的低点应设两道排液阀,排出的液体应排放至密闭系统；仅在开停工时使用的排液阀,可设一道阀门并加丝堵、管帽、盲板或法兰盖。

(五)储罐废气处理系统电气、仪表控制系统安全设计

(1)电气设备供电应符合《供配电系统设计规范》(GB 50052—2009)有关规定。

(2)废气处理工艺装置的防雷措施应按《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)的有关规定执行。

(3)根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058—2014),对废气处理设施区域进行爆炸区域划分,泄漏释放源15m范围内划分为2区,由废气特性选择防爆电气。

(4)对爆炸、火灾危险场所内可能产生静电危险的设备和管道,均应采取静电接地措施。

(5)距散发比空气重的可燃气体设备30m以内的电缆沟等采取防止可燃气体窜入和积聚的措施。

(6)在废气处理系统作业场所入口处设置消除人体静电装置。

(7)对废气处理设备的参数如温度、压力、浓度、液位等进行现场检测、控制及报警。现场安装可燃气体或有毒气体泄漏报警仪。

(8)风机开启采用延时设计并连锁,处理设备未运行情况下风机应无法启动。循环吸收泵与吸收液浓度检测仪、废气进气控制阀连锁。

(六)储罐废气处理系统消防设施安全设计

(1)根据《建筑灭火器配置设计规范》(GB 50140)规定及建设项目的火灾危险等级配置相应类型、数量的灭火器用以扑救小型初始火灾。灭火器稳固设置在明显方便的地点,铭牌朝外。

(2)废气处理区内宜设置干粉型或泡沫型灭火器,控制室、化验室等宜设置气体型灭火器。

(3)每一配置点的灭火器数量不应少于两个,多层构架应分层配置；危险的重要场所宜增设推车式灭火器。灭火器的最大保护距离不宜超过9m。

(七)储罐废气处理系统其他安全设计

(1)储罐废气处理系统周围设安全警示标志,泵电机端设置防护罩。

(2)管道应根据管内介质、流向进行流向标色,刷色应符合《工业管路的基本识别色和识别符合》规定。

(2)废气处理系统及罐区附近设置洗眼器,水平保护半径为15m,10s内应取到。

(4)主要操作通道口设置供突然停电或火警时人员疏散用的应急照明和疏散通道的诱导灯。

(5)在废气处理装置附近配备应急工具箱,其中包括应急照明灯、防毒面具等装备,10s内应取到。

五、储罐废气处理系统运行过程中安全措施

(1)严格按照操作规程进行作业,特别是在处理水溶性及非水溶性废气间进行切换时,正确操作切换阀门,防止错误操作。

(2)新设备运作前或检修后,必须根据工艺要求进行测试,保证各种联锁保护控制动作灵敏、可靠。

(3)定期对冷凝装置、吸附塔、洗涤塔、风机等设施进行检查,确保其正常运行。

(4)定期进行防雷防静电检测、防爆电气检测、气体泄漏报警仪检测、压力容器管道及其安全附件(安全阀、压力表、流量计等)检测。

(5)定期进行应急演练,提高相关人员应急能力。

六、结束语

综上所述,安全设计是储罐废气处理系统实现安全生产的关键,严格按照国家有关法律法规、标准规范进行安全设计,既能满足环境保护要求又能使企业得到安全发展,从而促使整个国民经济健康安全发展。