李慶生，陳 淼，李俊玲

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南 250000）

某焦化廠脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置采用富氧燃燒+二轉(zhuǎn)二吸工藝將焦化HPF脫硫單元產(chǎn)生的含硫廢料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品硫酸，凈化工序設(shè)置了1臺(tái)電除霧器，除去焚燒爐出口煙氣中的酸霧。電除霧器在國(guó)內(nèi)的工業(yè)運(yùn)用中，曾經(jīng)出現(xiàn)由于焚燒工序燃燒不充分使過(guò)量的一氧化碳進(jìn)入到電除霧器內(nèi)部遇到火花爆炸、凈化工序阻力增加、電除霧器在高壓下爆炸等情況[1-2]，目前新型導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器進(jìn)行了大量的改進(jìn)，非以上原因出現(xiàn)的事故非常少見(jiàn)。

筆者對(duì)某焦化企業(yè)脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置的導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器著火事故進(jìn)行了原因分析，對(duì)目前在建及在運(yùn)行制酸企業(yè)具有較好的借鑒意義。

1 電除霧器的工作原理

電除霧器是凈化工序除去酸霧的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)整流控制裝置和直流高壓發(fā)生裝置，將交流電變成直流電送至除霧裝置中[3]。在陰極線（陰極）和酸霧捕集板（陽(yáng)極）之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，使空氣分子被電離，瞬間產(chǎn)生大量的電子和正、負(fù)離子。按照同性相斥異性相吸的原理，荷電后的塵、霧顆粒向極性相反的電極移動(dòng)，正離子向陰極線移動(dòng)，而電子和負(fù)離子則移向酸霧捕集板。分散在氣體中的塵、霧與帶電離子相碰而荷電，在電場(chǎng)的作用下，帶電的酸霧顆粒移向沉淀極內(nèi)壁，靠自重順壁而下，使氣體得到凈化。導(dǎo)電型玻璃鋼電除霧器的六角形管呈蜂窩狀排列，結(jié)構(gòu)緊湊，大部分管壁都是相鄰兩管共用的，具有占地面積小、制作安裝便利、二次電流和二次電壓高、耐腐蝕性能好及除霧效率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)冶煉和脫硫廢液制酸的煙氣流量、SO2濃度波動(dòng)的適應(yīng)性較強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

2 電除霧器著火事故概況

某焦化企業(yè)脫硫廢液及硫泡沫制酸裝置在經(jīng)歷了近1個(gè)月的停產(chǎn)檢修后，于2018年6 月19日焚燒爐點(diǎn)火升溫，6月23日19∶30進(jìn)料，20∶00凈化工序電除霧器送高壓（二次電壓55 kV，二次電流 50 mA），約21∶07中控室發(fā)現(xiàn)進(jìn)干燥塔的過(guò)程氣溫度由 30～40 ℃迅速升高至 90～100 ℃。隨后操作工到現(xiàn)場(chǎng)巡檢，發(fā)現(xiàn)凈化工序電除霧器底部的側(cè)面局部已被燒紅，但此時(shí)位于設(shè)備底部與之相連的過(guò)程氣進(jìn)口的玻璃鋼管道尚未著火，隨后值班主任關(guān)閉了電除霧器至干燥塔過(guò)程氣管道上的閥門。21∶09電除霧器底部的玻璃鋼管道著火燃燒，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)明火，值班主任隨即組織停機(jī)操作并通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)。21∶17公司開(kāi)始組織人員滅火，21∶27明火被撲滅。事后由監(jiān)控視頻記錄發(fā)現(xiàn)，在21∶07電除霧器內(nèi)曾有幾次較大弧光經(jīng)電除霧器頂部出口的玻璃鋼管道進(jìn)入到電除霧器下部。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，洗滌塔至凈化工序電除霧器底部進(jìn)口的DN600、長(zhǎng)約 3 m的玻璃鋼材質(zhì)過(guò)程氣管道除洗滌塔出口和電除霧器底進(jìn)口各一段短管殘留外，其余全部被燒毀。損毀的電除霧器過(guò)程氣入口管道見(jiàn)圖1。

打開(kāi)電除霧器人孔發(fā)現(xiàn)：①頂部的清洗噴灑管燒毀碳化；②靠近過(guò)程氣進(jìn)口側(cè)第一排酸霧捕集板內(nèi)鋸齒狀電暈極線外部的包鉛全部燒毀，只剩中間鋼線；后面幾排電暈極線燒損較輕，除第二排個(gè)別電暈極線外部的包鉛全被燒毀外，其余電暈極線全部完好；③由阻燃耐腐蝕材料制作的進(jìn)口氣體分布板、鉛錘表面絕緣板、電暈極底部垂線控制板等內(nèi)部配件全部燒毀碳化；④電除霧器底部?jī)蓚?cè)局部區(qū)域碳化損壞，過(guò)程氣進(jìn)口側(cè)的表面局部區(qū)域燒損，露出纖維。

圖1 燒毀的電除霧器過(guò)程氣入口管道

3 事故原因分析

根據(jù)燃燒機(jī)理，物質(zhì)燃燒需要同時(shí)具備3個(gè)要素：可燃物、助燃物和著火源。此次事故中，可燃物可能為煤氣和硫磺粉，助燃物為過(guò)程氣里面的氧氣。筆者根據(jù)工藝運(yùn)行曲線及DCS曲線對(duì)事故原因進(jìn)行了分析。

3.1 可燃物分析

1）經(jīng)分析，工藝氣中不含煤氣。2018年6月23日開(kāi)工前，該企業(yè)更換了安裝于焚燒爐后面含氧分析儀的檢測(cè)探頭。在事故發(fā)生前后，均采用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)檢測(cè)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，確認(rèn)儀表功能正常。根據(jù)監(jiān)控視頻顯示的著火時(shí)間查看中控?cái)?shù)據(jù)可知：著火事故發(fā)生時(shí)，焚燒爐出口工藝氣中φ(O2)為 14.35%，遠(yuǎn)高于正常操作值 4.5%～5.0%；焚燒爐內(nèi)的前、中、后3個(gè)區(qū)域操作溫度分別為 979，815和794 ℃，低于正常操作溫度 1 100～1 150 ℃。由此推斷，焚燒爐內(nèi)沒(méi)有發(fā)生缺氧燃燒，經(jīng)焚燒爐燃燒后的工藝氣中不應(yīng)含有煤氣。因此，可排除進(jìn)入凈化工序電除霧器的可燃介質(zhì)中含有煤氣。

2）積存在設(shè)備及管道內(nèi)的硫磺粉被引燃。自2018年3月以來(lái)，由于富氧機(jī)組程控閥損壞次數(shù)較多、送入焚燒爐的硫漿負(fù)荷變化頻繁，以及安裝于余熱鍋爐后的含氧分析儀發(fā)生故障等原因，進(jìn)入焚燒爐的富氧空氣及煤氣流量波動(dòng)較大。當(dāng)富氧空氣及煤氣流量配比調(diào)整不及時(shí)時(shí)，原料硫漿在焚燒爐內(nèi)不能完全燃燒，導(dǎo)致大量硫磺及含硫鹽類后移，被過(guò)程氣帶入后續(xù)系統(tǒng)，積存在設(shè)備及管道內(nèi)。該企業(yè)在每次制酸裝置停產(chǎn)檢修時(shí)，都對(duì)電除霧器內(nèi)積存的硫磺進(jìn)行了清除，但未清除電除霧器之前過(guò)程氣橫管管道內(nèi)積存的硫磺。2018年5月20日至6月14日，檢修人員打開(kāi)凈化工序電除霧器的人孔，對(duì)電除霧器內(nèi)部損毀的部件進(jìn)行檢修、更換。檢修期間環(huán)境溫度較高，管道內(nèi)積存的硫磺被干燥成為硫磺粉。在裝置檢修結(jié)束重新開(kāi)工后，隨著工藝氣體流量的增大及波動(dòng)，硫磺粉塵可在某個(gè)瞬間被氣流吹起，隨工藝氣從電除霧器底部進(jìn)入內(nèi)部，當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍并在電場(chǎng)內(nèi)遭遇火花時(shí)，硫磺粉瞬間被引燃，進(jìn)而引發(fā)管道內(nèi)的硫磺著火。

3.2 引火源分析

著火事故的發(fā)生除了具有可燃物和助燃物，還應(yīng)具備引火源。電除霧器在高壓電場(chǎng)下工作時(shí)，多種原因均會(huì)導(dǎo)致電極間出現(xiàn)閃絡(luò)放電，產(chǎn)生電火花或造成局部高溫，例如：①進(jìn)入電除霧器的氣體流量瞬間增大，電暈線在酸霧捕集板內(nèi)位置發(fā)生偏移；②電極上附著較多異物（如硫磺及鹽類等），若沖洗不及時(shí)或不徹底，會(huì)導(dǎo)致電極之間距離縮短、工藝氣中帶入粒徑較大或數(shù)量較多的雜質(zhì)等問(wèn)題。

在正常操作情況下，電除霧器內(nèi)偶爾出現(xiàn)短時(shí)閃絡(luò)放電不可避免，但長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)出現(xiàn)閃絡(luò)放電則屬不正常狀態(tài)，操作中應(yīng)嚴(yán)格禁止。

4 安全措施

導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器由阻燃材料制作而成，不易燃燒，但是在高溫情況下會(huì)發(fā)生碳化。當(dāng)生產(chǎn)操作控制不佳時(shí)，焚燒爐內(nèi)沒(méi)有充分燃燒的含硫原料會(huì)生成一氧化碳，或?qū)е麓罅苛蚧羌昂螓}類后移積存在設(shè)備和管道中，遇上熱源可能會(huì)發(fā)生事故。因此，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)采取相應(yīng)措施確保過(guò)程氣氧含量合格，保障焚燒爐的充分燃燒，不存在一氧化碳?xì)怏w和升華硫。筆者從工藝控制、設(shè)備管理和生產(chǎn)操作等方面提出以下建議：

1）制酸裝置操作負(fù)荷需按設(shè)計(jì)負(fù)荷確定。當(dāng)操作負(fù)荷低于50%會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：①導(dǎo)致余熱鍋爐出口的過(guò)程氣溫度過(guò)低，爐管容易堵塞；②凈化工序動(dòng)力波洗滌設(shè)備除塵效率降低，電除霧器及干燥塔的操作條件惡化；③轉(zhuǎn)化工序熱量不平衡，需開(kāi)啟多組電加熱器加熱過(guò)程氣，導(dǎo)致電耗高、硫酸產(chǎn)量低等一系列問(wèn)題。

該企業(yè)曾有一段時(shí)間焚燒爐原料負(fù)荷不到設(shè)計(jì)負(fù)荷的 30%，系統(tǒng)發(fā)生了一系列問(wèn)題，應(yīng)引起制酸從業(yè)人員足夠重視。

2）確保送入焚燒爐的硫磺和含硫副鹽能夠充分燃燒分解。嚴(yán)格控制焚燒爐內(nèi)的操作溫度在1 100～1 150 ℃，設(shè)置下限報(bào)警值1 050 ℃、上限報(bào)警值1 200 ℃。另外，溫度低于1 050 ℃時(shí)要有聲光報(bào)警，并及時(shí)調(diào)整焚燒爐煤氣量。

3）確保含硫原料在焚燒爐內(nèi)過(guò)氧燃燒。根據(jù)原料負(fù)荷及爐膛操作溫度的變化，及時(shí)調(diào)整送入爐內(nèi)的富氧空氣量，保證焚燒爐出口的過(guò)程氣中φ(O2)為4.5%～5.0%，下限報(bào)警值為 4.0%，上限報(bào)警值為 6.0%。

4）焚燒爐與富氧機(jī)組設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)。富氧機(jī)組是保證焚燒工序安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。焚燒爐使用富氧焚燒操作時(shí)，若富氧機(jī)組停機(jī)，焚燒爐應(yīng)聯(lián)鎖停爐；若富氧機(jī)組發(fā)現(xiàn)故障或運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，焚燒工序應(yīng)停止運(yùn)行。

5）進(jìn)入焚燒爐的原料負(fù)荷及組成應(yīng)保持相對(duì)穩(wěn)定。原料負(fù)荷及組成經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致正常的生產(chǎn)秩序被破壞，調(diào)整不及時(shí)則易引發(fā)生產(chǎn)事故。

6）定期對(duì)氧量分析儀進(jìn)行維護(hù)和精度校準(zhǔn)。焚燒爐后檢測(cè)過(guò)程氣的氧量分析儀是制酸工藝的關(guān)鍵儀表，出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)檢修或更換，焚燒工序應(yīng)停止操作。

7）為保證電除霧器的工作效率，減少意外事故發(fā)生，對(duì)電除霧器進(jìn)行如下設(shè)置：①正常操作時(shí)，電除霧器閃絡(luò)保護(hù)聯(lián)鎖應(yīng)投入運(yùn)行；②設(shè)置二次電壓低壓報(bào)警及電除霧器內(nèi)高溫聲光報(bào)警，一旦發(fā)生短路引起二次電壓下降和電除霧器內(nèi)部溫度升高，高壓系統(tǒng)自動(dòng)切斷；③將電除霧器電流電壓運(yùn)行參數(shù)引至主控室，方便崗位操作人員及時(shí)調(diào)整。

8）定期對(duì)水平橫管進(jìn)行清理，增加自動(dòng)沖洗設(shè)備。在洗滌塔至電除霧器入口的水平橫管設(shè)置沖洗管道，管道增加2個(gè)DN400的人孔。在短期停車期間定期打開(kāi)人孔對(duì)水平橫管進(jìn)行清理，減少升華硫粉塵進(jìn)入電除霧器，避免電除霧器發(fā)生閃絡(luò)時(shí)引發(fā)著火。該三通管與電除霧器由主控室電腦控制每天定時(shí)自動(dòng)沖洗，以減少人為操作因疏忽而遺漏，還可以在出現(xiàn)異常情況時(shí)第一時(shí)間加水沖洗，防止事故擴(kuò)大。

9）減少集中清灰，采用少量多次在線清灰，避免升華硫被帶入電除霧器或轉(zhuǎn)化器內(nèi)部。

10）通過(guò)觀察凈化稀酸的顏色判斷焚燒操作是否正常。每班操作人員都應(yīng)對(duì)凈化稀酸取樣觀察。當(dāng)焚燒操作出現(xiàn)偏差時(shí)，會(huì)有少量硫磺及鹽類隨工藝氣進(jìn)入凈化稀酸內(nèi)，稀酸顏色變渾濁，此時(shí)應(yīng)及時(shí)對(duì)焚燒操作進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)焚燒出現(xiàn)誤操作時(shí)，會(huì)有大量硫磺及鹽類后移，此時(shí)制酸裝置應(yīng)立即停止運(yùn)行。在原因未查明、故障未排除、設(shè)備和管道內(nèi)沉積的硫磺未被徹底清除的情況下，制酸裝置應(yīng)禁止投入運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

該焦化廠對(duì)脫硫廢液及硫泡沫廢液制酸裝置的電除霧器著火事故的原因進(jìn)行了分析，主要是由于原料硫漿在焚燒爐內(nèi)不能完全燃燒，導(dǎo)致大量硫磺及含硫鹽類后移進(jìn)入凈化工序積存在設(shè)備及管道內(nèi)，硫磺逐漸干燥成為硫磺粉，當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍并在電場(chǎng)內(nèi)遭遇火花時(shí)，硫磺粉被引燃進(jìn)而引發(fā)著火事故。通過(guò)改善原料燃燒效果、增加焚燒爐操作溫度監(jiān)控、設(shè)備設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警裝置、及時(shí)清理升華硫以及觀察稀酸顏色判斷焚燒操作狀況等措施，使制酸裝置的電除霧器操作條件得以保障，避免了再次發(fā)生爆炸、著火等安全事故，提高了生產(chǎn)管理能力和操作人員的技能水平，為制酸裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。