VOCs回收处理系统安全风险控制——爆燃及爆轰的风险控制

李志强1，2 Steven Ryan2

1.精凯（天津）阀门制造有限公司 天津 300252

2.Finekay Tehchnologies corporation  Brandon  

摘要：安装蒸汽回收处理系统有可能导致安全风险，查找这些安全风险进行控制至关重要，从而在不间断地运营中，保证工厂的安全并最终达到改善环境的目的。

关键词：防爆轰管道阻火器 防爆燃管道阻火器 VOCs回收 安全风险

Ｓａｆｅｔｙ　ｒｉｓｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＶＯＣｓ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ——Ｒｉｓｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ－

Li Zhiqiang 1，2 ，Steven Ryan2

（1 Jing Kai （Tianjin） valve manufacturing Co.，Ltd. Tianjin 300252

2 Finekay Tehchnologies Corporation.Brandon ）

Abstract：The installation of a steam recovery system can lead to a safety risk，and it is important to understand that it is important to find these safety risks. Thus in the uninterrupted operation，to ensure the safety of the factory and ultimately achieve the purpose of improving the environment.

Keywords：Detonation flame arrester，Deflagration flame arrester，VOCs safety risk随着大中华地区工业向更为清洁、更加绿色环保的目标迈进，为达到挥发性有机化合物（VOCs）的排放标准，越来越多的工厂开始选择使用“末端回收处理方式”的环境技术治理解决方案。通常情况下，蒸汽回收处理系统通过收集管道系统蒸汽并将之送入处理设备来达到环保限制的排放要求。当然蒸汽中通常含有可燃性或反应性气体，这可能会导致可燃蒸汽流入处理系统与空气混合导致火灾、爆燃、爆炸以及化学反应和操作安全问题。2）回收管道中的易燃混合物有导致爆燃或爆炸的风险；3）火灾或爆炸会经过回收系统传播到工厂的其它地方。3 安全风险

易燃混合物在蒸汽回收处理系统内引燃会导致从起火点回火，导致爆燃，爆燃经过足够距离或特殊管道加速加压形成爆轰。1 技术基础

在很多情况下，要达到“大气污染防治法规”中关于挥发性有机化合物排放的限制标准，需把蒸汽收集后，集中到处理装置处理后排放。挥发性有机化合物（VOCs）回收处理技术可大体概括为：回收再利用技术和消除技术。3.1 爆燃

爆燃是一种燃烧波，以小于音速的速度通过热传递传播。易燃混合物在废气回收处理系统中引燃会导致10倍初始压力的爆燃，传播速度一般可达10～300 m/s。参见图1。1.1 回收再利用技术

该技术包括吸收、吸附、冷凝。1.2 消除技术

该技术包括热氧化、催化氧化、生物性、焚烧。当回收的蒸汽含有易燃或反应性蒸汽时，产生的爆燃、爆炸或化学反应带来相关的安全和操作的风险。这些风险对于含有氧化剂输送以及同时存在的众多火源的蒸汽回收处理系统是个尤为重要的问题。必须强调的是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。本文将概述一些与蒸汽回收系统有关的风险及安全风险控制。图1 压力与管道长度的变化

3.2 爆燃形成爆轰

在爆燃后，很可能会导致爆燃至爆轰的转变，爆燃火焰通过燃烧生成的湍流压缩并加热管道内蒸汽最终导致爆轰的形成。在爆燃—爆轰转变期间，假设初始压力为大气压力，则可观测到爆轰峰值压力高达100bar。2 背景

蒸汽回收处理系统通常具备一个回收系统从工艺容器（包括反应器和储罐）中回收蒸汽物质。很多时候蒸汽收集系统往往被认为只是有一套管道系统。因此不会进行专门的风险研究和评估，也不会做详细的安全准则说明，此系统不被当作工厂的主要组成部分加以管理和操作。而且与工厂普通减压系统的相互作用也常常不在考虑之内。但实际上，蒸汽回收处理系统有可能存在着下列风险：1）回收的蒸汽中可能含有易燃或反应性成分；3.3 稳定爆轰

是完全成形的爆炸轰波的形态，一般以1600~1900 ms-1的传播速度。Finekay®的试验数据（图1）显示，一系列的试验证明，丙烷会造成20~50bar和20~30bar的稳定爆炸压力。图2为火焰通过管边的形态。 56

2017年第7期目前几乎不可能预测爆炸的位置以及蔓延距离。一般来说，应假设最坏情况设计或在可能使用的排放混合物上进行实验，从而确定设计依据以及压力损失。阻火器的测试。工业、生产当然泄爆口也是管道中的风险控制措施之一，用于将压力和火焰释放到大气中。泄爆口的布置间隔应小于预计的爆炸蔓延距离。需要根据释放的火焰和压力格外注意泄爆口的位置。泄爆口将减小压力影响，但不会阻止火焰继续穿过泄爆口。问题的关键在于确定火焰的安全释放位置。在进行爆燃保护时，有必要确定爆燃-爆轰转变点、压力等（图1）。然而如果无法进行量化或无法定位着火点，那就需要假设可能会发生爆轰，则需要进行爆轰保护而不是爆燃保护。有效的爆轰保护要求抑制爆轰传播，限图2 火焰通过管道的形态

制压力冲击波的破坏力和阻止火焰传播。关于蒸汽回收处理系统内易燃混合物引燃，有可能发生爆燃并加速形成爆轰。在排气收集系统内，阻塞、弯曲和凸缘会促进湍流并增加加速度。表1为典型爆燃-爆轰现象。表1 典型爆燃-爆轰现象

爆燃

最大压力/bar～l0时间尺度/ms

不稳定爆轰～150≤1

稳定爆轰～20～50>1

4.3 爆轰保护

管道爆轰阻火器一般可以抑制双向火焰前沿压力波。阻火器通常存在这样的问题它可能会发生阻塞的现象。管道爆轰阻火器可以安装温度变送器探测器，这样系统可以检测到传播中的火焰前缘，并激活蒸汽切断阀，从而阻止火焰传播。这些系统已经拥有高度完整的保护程序，专门为此用途设计。切断阀位于关键性位置，并配备泄压阀。当存在阻塞问题时可以考虑切换系统，已经在大量蒸汽回收系统上使用。4 解决方案

在很多情况下，限制火源并阻止所有氧气源进入收集管是不切实际的，因此需要爆燃或爆轰保护措施。目前可采取的措施是限制爆燃/爆轰在蒸汽收集系统中穿行，解决方案包括：5 结束语

从文中可见，蒸汽回收处理系统的使用会对设备或工艺的安全运行造成一定的安全风险。消除或最小化源头排放是首选。总体来说VOCs的减排需要采用系统化的方法以及综合性的减排方案。至于如何降低或者说消除管道爆燃以及爆轰的安全风险是一个需要长期关注的并引起重视的问题。4.1 结构保护

这种方法要求整个设备的结构可以抵抗爆燃、爆轰和稳定爆轰压力。尽管本方法可用，但成本很高，除了可以承受大于100bar压力的小直径管道外其他设备通常不可行。参考文献

[1]易燃危险物质或油的传送设备USCG 33 CFR 154[2]阻火器.性能要求，试验方法和使用限制 ISO 16852[3]安全工程设计指南CCPS AIChE 1993。[4]Lapp，K.“燃气瓦斯燃烧期间保护切割罐爆炸危险”技术[J].油气杂志，1989.

[5]霍华德，W.B.“阻火器的使用注意事项，选择、安装和操作[J].“化学工程进展，1992

[6]约翰逊OW.“从石油产业角度管道阻火器”工厂/运作进度.

4.2 爆燃保护

要求火焰的传播限制在初期阶段（如在亚音速流动期间），可以采用防爆燃管道阻火器。防爆燃管道阻火器可在爆燃-爆轰转变前熄灭火焰。阻火器利用了名为最大试验安全间隙（MESG）的特性，根据试验标准进行的试验表明，该间隙为火焰不会传播的最大间隙。阻火器在设计制造上应具备小于最大试验安全间隙的单元，随着火焰前缘穿过各单元，火焰前缘与单元壁之间进行热量传递。通过边界层向单元壁的热传递会将燃烧气体冷却直至熄灭。有关爆燃和爆轰阻火器测试的现行指南，可参考标准ISO16852美国海岸警卫队（USCG）的标准只涵盖了爆轰作者简介

李志强，男（1990-），福建省厦门，精凯（天津）阀门制造有限公司工程师，主要从事低压安全系统的产品开发教学与研究工作。

（上接第59页）

内。无论是电泵钻井设备的开启还是停止，都应在得到控压人员的准许后有序进行[3]。步提升对新型钻井技术应用的重视程度，才能最终实现钻井作业时效性的飞速发展。3 结束语

总而言之，精细控压钻井技术在实际作业过程之中应用的时间较短。相比西方发达资本主义的经济大国，我国在相应技术的应用和探究方面所累积的工作经验较少。各企业单位在钻井作业的过程之中，遇到突发性井喷现象时，不能及时采取有效的处理措施加以应对。技术人员应当将复杂预探井的实际作业环境作为主要的研究对象，逐参考文献 

[1]晏凌，吴会胜，晏琰. 精细控压钻井技术在喷漏同存复杂井中的应用[J]. 天然气工业，2015（2）：59-63. 

[2]左星，杨玻，海显贵. 精细控压钻井技术在磨溪-高石梯海相地层应用可行性分析[J]. 钻采工艺，2015（4）：15-17；6. 

[3]刘伟，王瑛，郭庆丰，等. 精细控压钻井技术创新与实践[J]. 石油科技论坛，2016（4）：32-37. 

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