VOCs治理项目安全风险与对策措施分析

1VOCs治理项目安全风险与对策措施分析1VOCs治理项目概述炼化企业在含油污水集输和处理、挥发性有机液体罐内储存和装载作业、生产过程以及设备和管阀件泄漏等环节都有挥发性有机物(VOCs)废气排放。为减少炼化行业VOCs排放，促进环境空气质量改善，各炼化企业均开展VOCs综合治理，VOCs综合管控工程建设项目正有序推进。由于VOCs成分复杂，本身具备易燃易爆固有风险属性，在技术工艺选择不到位或者缺乏专业管控情况下极易形成新的安全隐患，甚至导致安全事故的发生。2VOCs的定义及理化性质挥发性有机物(VOCs)是指参与光化学反应的有机物，或者根据规定的方法测量或核算确定的有机化合物1，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物。化工行业常见的VOCs理化性质如下表2-1所示。CAS号名称沸点（℃）蒸汽压（Kpa,20℃）闪点（℃）爆炸极限(％)(在空气中的体积百分数)火灾危险类别毒性下限上限74-85-1乙烯-103.716261.4156-1353.132甲低毒74-86-2乙炔-844328.14193-17.72.372.3甲有毒463-51-4乙烯酮-561214.9276234乙115-07-1丙烯-47.71015.26819-1082.011.1甲75-45-6一氯二氟甲烷-40.8893.92881不燃低毒75-71-8氟里昂-12-29.8560.90507不燃1根据《GB31570-2015》石油炼制工业污染物排放标准、《GB31571-2015》石油化学工业污染物排放标准中的定义275-37-61,1-二氟乙烷-25563.101623.718甲115-10-6甲醚-24.9507.1446-413.427甲74-87-3氯甲烷-24.3492.69151-468.117.2甲有毒50-00-0甲醛-19.5440.0379950773乙有毒71-43-2苯80.19.94523-111.28甲有毒108-88-3甲苯110.6252.8879341.27甲有毒106-89-8环氧氯丙烷116.11.65543405.2317.86乙110-19-0乙酸异丁酯116.81.76652161.8甲106-50-3对苯二胺267.40.0003468丙50-32-8苯并芘495495有毒69-72-7水杨酸2110.000101157丙64-17-5乙醇78.35.83029123.518甲75-36-5乙酰氯5130.7934847.319甲有毒107-02-8丙烯醛5329.48554-262.831甲有毒表2-1化工行业常见的VOCs理化性质3VOCs的危害根据VOCs的理化性质，其主要危险特性表现为对人体的生命健康有一定的危害，会造成光化学污染，另外还具有易燃、易爆的特性，具体分述如下。3.1对人体的危害工业中VOCs对人体的生命健康具有一定的危害，要避免人体与其直接接触。根据相关研究结果表明，工业VOCs对人体的危害主要表现为以下三方面：首先是对人体感官和嗅觉的危害，主要包括使人体产生感觉失常、身体皮肤出现干燥现象等；其次是对黏膜的刺激，主要表现为黏膜受到严重的刺激，影响其正常的功能，例如，对呼吸道黏膜的刺激，导致人体出现频繁的咳嗽，严重者可能会出现呼吸道感染等，从而对人体的呼吸道器官产生严重的危害，而且VOCs还会对人体的神经系统产生一定的影响，使得人们感觉到浑身乏力，甚至出现精神失常等严重现象；此外，VOCs具有一定的毒性和致癌危害，当环境中的VOCs含量超出一定量时，人体会表现出记忆力3下降等直观现象，甚至会对人体的肝脏、神经、大脑等产生严重危害。3.2光化学污染研究发现，工业VOCs可以生成近地层的臭氧，而臭氧作为一种化学氧化剂，具有强烈的氧化性和刺激性，近地层臭氧对人们的生活具有一定影响。在太阳照射作用下，VOCs会与空气中的碳氢化合物、氮氧化合物等发生一定的化学反应，从而生成具有高度活性的自由基物质，且会产生一定量的烟雾，对环境产生二次污染，影响人们正常的生产、生活，并且会使臭氧的浓度提高，产生雾霾现象，上述这些影响不仅会对人体健康产生影响，还会对农作物的生长产生危害，导致农作物出现大面积死亡。此外，工业VOCs可能会与空气中的悬浮颗粒物质结合形成具有影响空气能见度的有机溶胶，降低空气质量。3.3火灾与爆炸VOCs中包括一定量的乙烯、丙烯等化合物，其是石化工业生产的基本单体，且在生产中被广泛应用。尽管这些化合物的毒性较低，对人体伤害较轻，但是这些化合物属于易燃易爆类，当溶度达到一定量时，容易发生火灾爆炸隐患。44VOCs治理技术5VOCs治理项目案例——沧州富越化工罐区VOCs治理项目5.1油品罐区VOCs治理概述油品静止储存在罐中，随着温差变化，当白天油罐受到阳光辐射，温度上升，罐内油气压力增加，当罐内压力增加到一定值时，呼吸阀的压力阀打开，油蒸气呼出罐外；当气温降低，油罐内压力降低时，部分空气被吸入罐内。周而复始，油罐不断地进行呼吸。油气呼出罐外浪费了能源，降低了石油标号，污染了环境，容易引起火灾事故。国内目前还没有储油罐油气的回收设备，国外虽然有油气回收装置，但成本很高。所以需要罐区VOCs治理装置。沧海富越化工罐区如下图5-1所示蓄热燃烧法催化燃烧法生物降解法光催化降解法等离子体技术冷凝法吸收法吸附法膜分离法成熟技术新型技术吸附浓缩+燃烧吸附浓缩+回收低温冷凝+吸附。。。。。回收利用技术销毁技术组合技术5图5-1沧海富越化工罐区5.2油品罐区VOCs治理方案1）将罐顶挥发的混合甲醇气进行密闭收集；2）罐区VOCs产生时系统风泵获得压力信号自动启动风泵；3）通过变频器转速调节风泵抽气能力，适时跟踪装载速度；4）被集中收集的甲醇气输送到冷凝+活性炭吸附机组；a）罐区VOCs先进入冷凝单元，甲醇气在冷凝单元中通过分梯度“冷凝”的方式将绝大部分甲醇气转化为甲醇，分凝后的低浓度甲醇气和进气进行回热交换至近常温状态；b）出回热交换器的低浓度近常温甲醇气继续进入活性炭吸附单元，气体通过活性炭吸附后，大部分挥发性有机物被吸附，未被吸附6的经排气筒达标排放。5）回收的甲醇通过甲醇泵自动输送至指定储罐。5.3油品罐区VOCs治理工艺原理常温甲醇气沿主气管道，经由防爆风泵（前置或后置）送入冷凝回收装置，风泵和装在甲醇气主管上的压力传感器连锁，根据发醇量的大小自动变频运行。甲醇气直接进入冷凝单元进行多级冷凝：由前置级、第1级初冷、第2级中冷和第3级深冷组成。前置级将第3级深冷后的余气冷量与进入甲醇气回收处理装置的常温甲醇气进行热量交换，使甲醇气降低5～10℃左右。第1级初冷将甲醇气温度从环境温度降至3℃左右，第2级中冷级从3℃左右降到-35℃，第3级深冷级从-35℃降温至-80℃，使97%的甲醇气得到冷凝液化。分离出甲醇后的低温贫甲醇气体再依次回到第一级冷凝箱、回热预冷器进行回热交换，温度回升到20℃左右，进入到活性炭吸附系统，通过活性炭吸附后，大部分挥发性有机物被吸附，未被吸附的经排气筒达标排放。6VOCs治理项目安全风险6.1自然灾害因素及后果分析VOCs处理项目所在地区发生地震等自然灾害时，工艺设备、管道、储罐、塔等遭到破坏可能带来燃烧、爆炸和有毒介质泄露蔓延，引起火灾、爆炸、中毒等次生灾害。装置生产自动化程度较高，地震时一个设备遭到破坏，可能引起整个系统连锁反应，导致生产瘫痪或引起严重的次生灾害。地震时建（构）筑物倒塌，会给避震和抢险救灾带来困难，造成严重的人员财产损失。6.2生产性危害因素及后果分析6.2.1火灾爆炸风险分析VOCs治理项目中往往要新增一套管道系统来收集VOCs蒸汽并将其送入处理设备来达到环保限制的排放要求。由于VOCs蒸汽中通常含有可燃性或反应性气体，且浓度常高于爆炸下限，这可能会导致7可燃蒸汽流入处理系统与空气混合后接触火源，引起火灾、爆燃、爆炸以及化学反应和操作安全问题，并且火灾或爆炸会经过管道系统传播到工厂的其他地方，造成更严重的事故后果。另外，活性碳蒸汽处理装置同样也是一个潜在的火源，活性炭内部因吸收而导致温度上升会释放过量的热，增加了潜在的安全风险。6.2.2腐蚀性物质及危害VOCs气体中（如含硫有机物等）具有一定腐蚀性，在生产过程中会腐蚀设备、管道。6.2.3噪声危害因素分析VOCs治理项目中产生连续噪声的设备主要是风机。长期接触噪声对听觉系统产生损伤，从暂时性听力下降直至病理永久性听力损失，还可引起头痛、头晕、耳鸣、心悸和睡眠障碍等神经衰弱综合征。此外对神经系统、心血管系统、消化系统、内分泌系统等产生非特异性损害，同时对心理也有影响作用，使工人操作时的注意力、身体灵敏性和协调性下降，工作效率低，容易发生生产和工伤事故。6.2.4静电危害因素分析当化工物料在管道、设备、储罐中的流动时，接触、分离现象时有发生，使得被输送的物料带有静电。当静电火花的能量达到或大于周围VOCs可燃物的最小点火能量，并且可燃物在空气中的浓度或含量在爆炸极限范围以内时，可引起燃烧或爆炸。6.2.5中毒危害因素分析空气中VOCs浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐等症状，重者可能肝中毒甚至昏迷。长期生活在此环境下，可引起慢性中毒、损伤肝脏和神经系统。87VOCs治理项目安全对策措施7.1平面布置平面布置在满足有关防火、防爆及安全卫生标准和规范的前提下，尽量采用露天化、集中化和按流程布置，并考虑同类设备集中，以达到减少占地、节约投资、降低能耗、便于安全生产操作和检修管理。在流程顺畅、方便管理、保证安全、便于检修、符合规划并尽量少影响原有装置生产的前提下，根据流程及各组成部分的生产特点和火灾危险特征，结合周边情况、现状地形、地质、风向等条件，按功能分区、紧凑布局，将单元性质相近、功能联系密切的单元集中联合布置。7.2防火防爆措施VOCs治理项目中的防火设计应严格执行《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-2008）和《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）等的有关规定。设备平面布置工艺设备间距符合消防要求，装置与周围装置及设施的间距符合防火间距的要求。在VOCs治理设备中可采取结构保护，安装管道爆燃、爆轰阻火器，在储罐上使用超压值10%的呼吸阀。VOCs治理项目中所有正常不带电的金属外壳及爆炸危险区域内的工艺金属设备均应可靠接地，并安装防雷防静电设施，以及危险物料检测、高温高压报警装置等。建（构）筑物抗震根据项目所在地区的抗震设防烈度，按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)的要求进行设防。7.3噪声防治措施机泵在设计中选用低噪声系列产品，并根据具体情况采取消声降噪措施，减少噪声对操作人员的危害。在高噪声操作岗位配备防护用品，如耳罩或耳塞等。7.4设备、管道防腐措施根据VOCs治理项目所处理废气的组成及腐蚀性，选择合理的防9腐方案。7.5安全管理措施建立健全的HSE管理机构，明确主要人员的职责。按国家有关规定，设置专门的安全卫生管理机构，配置专职安全卫生人员和必要的检测仪器和设备，进行必要的安全卫生教育和安全卫生监察。制定各种作业的安全技术操作规程。规程应包括紧急停车及异常情况处理等项内容。严格工艺管理，定期对使用设备进行维修检查，强化操作纪律和劳动纪律。为了防止各类事故的发生、发生事故后有效地控制事故、最大限度地减少事故伤亡和经济损失，VOCs治理项目所属各级组织应建立一套系统的、完整的、针对性和操作性强的事故应急预案，并应定期进行培训和演练。8总结VOCs治理项目由于本身的特性，存在各种危险有害因素，在安全方面存在一定的风险。因此，在项目设计、施工、运行过程中应严格遵循有关安全法律、法规及规范、标准，严格按照安全设施“三同时”管理要求，采取合理有效的对策措施，预防安全事故的发生。