脫硫廢液制酸裝置電除霧器著火事故分析

李慶生，陳 淼，李俊玲

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250000）

某焦化廠脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置采用富氧燃燒+二轉二吸工藝將焦化HPF脫硫單元產生的含硫廢料轉化為產品硫酸，凈化工序設置了1臺電除霧器，除去焚燒爐出口煙氣中的酸霧。電除霧器在國內的工業運用中，曾經出現由于焚燒工序燃燒不充分使過量的一氧化碳進入到電除霧器內部遇到火花爆炸、凈化工序阻力增加、電除霧器在高壓下爆炸等情況[1-2]，目前新型導電玻璃鋼電除霧器進行了大量的改進，非以上原因出現的事故非常少見。

筆者對某焦化企業脫硫廢液和硫泡沫制酸裝置的導電玻璃鋼電除霧器著火事故進行了原因分析，對目前在建及在運行制酸企業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鍵設備，通過整流控制裝置和直流高壓發生裝置，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（陽極）之間形成強大的電場，使空氣分子被電離，瞬間產生大量的電子和正、負離子。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，正離子向陰極線移動，而電子和負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，在電場的作用下，帶電的酸霧顆粒移向沉淀極內壁，靠自重順壁而下，使氣體得到凈化。導電型玻璃鋼電除霧器的六角形管呈蜂窩狀排列，結構緊湊，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點，對冶煉和脫硫廢液制酸的煙氣流量、SO2濃度波動的適應性較強，具有廣闊的應用市場。

2 電除霧器著火事故概況

某焦化企業脫硫廢液及硫泡沫制酸裝置在經歷了近1個月的停產檢修后，于2018年6 月19日焚燒爐點火升溫，6月23日19∶30進料，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中控室發現進干燥塔的過程氣溫度由 30～40 ℃迅速升高至 90～100 ℃。隨后操作工到現場巡檢，發現凈化工序電除霧器底部的側面局部已被燒紅，但此時位于設備底部與之相連的過程氣進口的玻璃鋼管道尚未著火，隨后值班主任關閉了電除霧器至干燥塔過程氣管道上的閥門。21∶09電除霧器底部的玻璃鋼管道著火燃燒，現場開始出現明火，值班主任隨即組織停機操作并通知相關領導。21∶17公司開始組織人員滅火，21∶27明火被撲滅。事后由監控視頻記錄發現，在21∶07電除霧器內曾有幾次較大弧光經電除霧器頂部出口的玻璃鋼管道進入到電除霧器下部。

經現場檢查，洗滌塔至凈化工序電除霧器底部進口的DN600、長約 3 m的玻璃鋼材質過程氣管道除洗滌塔出口和電除霧器底進口各一段短管殘留外，其余全部被燒毀。損毀的電除霧器過程氣入口管道見圖1。

打開電除霧器人孔發現：①頂部的清洗噴灑管燒毀碳化；②靠近過程氣進口側第一排酸霧捕集板內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部配件全部燒毀碳化；④電除霧器底部兩側局部區域碳化損壞，過程氣進口側的表面局部區域燒損，露出纖維。

圖1 燒毀的電除霧器過程氣入口管道

3 事故原因分析

根據燃燒機理，物質燃燒需要同時具備3個要素：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，助燃物為過程氣里面的氧氣。筆者根據工藝運行曲線及DCS曲線對事故原因進行了分析。

3.1 可燃物分析

1）經分析，工藝氣中不含煤氣。2018年6月23日開工前，該企業更換了安裝于焚燒爐后面含氧分析儀的檢測探頭。在事故發生前后，均采用標準氣體對檢測探頭進行校準，確認儀表功能正常。根據監控視頻顯示的著火時間查看中控數據可知：著火事故發生時，焚燒爐出口工藝氣中φ(O2)為 14.35%，遠高于正常操作值 4.5%～5.0%；焚燒爐內的前、中、后3個區域操作溫度分別為 979，815和794 ℃，低于正常操作溫度 1 100～1 150 ℃。由此推斷，焚燒爐內沒有發生缺氧燃燒，經焚燒爐燃燒后的工藝氣中不應含有煤氣。因此，可排除進入凈化工序電除霧器的可燃介質中含有煤氣。

2）積存在設備及管道內的硫磺粉被引燃。自2018年3月以來，由于富氧機組程控閥損壞次數較多、送入焚燒爐的硫漿負荷變化頻繁，以及安裝于余熱鍋爐后的含氧分析儀發生故障等原因，進入焚燒爐的富氧空氣及煤氣流量波動較大。當富氧空氣及煤氣流量配比調整不及時時，原料硫漿在焚燒爐內不能完全燃燒，導致大量硫磺及含硫鹽類后移，被過程氣帶入后續系統，積存在設備及管道內。該企業在每次制酸裝置停產檢修時，都對電除霧器內積存的硫磺進行了清除，但未清除電除霧器之前過程氣橫管管道內積存的硫磺。2018年5月20日至6月14日，檢修人員打開凈化工序電除霧器的人孔，對電除霧器內部損毀的部件進行檢修、更換。檢修期間環境溫度較高，管道內積存的硫磺被干燥成為硫磺粉。在裝置檢修結束重新開工后，隨著工藝氣體流量的增大及波動，硫磺粉塵可在某個瞬間被氣流吹起，隨工藝氣從電除霧器底部進入內部，當濃度達到一定范圍并在電場內遭遇火花時，硫磺粉瞬間被引燃，進而引發管道內的硫磺著火。

3.2 引火源分析

著火事故的發生除了具有可燃物和助燃物，還應具備引火源。電除霧器在高壓電場下工作時，多種原因均會導致電極間出現閃絡放電，產生電火花或造成局部高溫，例如：①進入電除霧器的氣體流量瞬間增大，電暈線在酸霧捕集板內位置發生偏移；②電極上附著較多異物（如硫磺及鹽類等），若沖洗不及時或不徹底，會導致電極之間距離縮短、工藝氣中帶入粒徑較大或數量較多的雜質等問題。

在正常操作情況下，電除霧器內偶爾出現短時閃絡放電不可避免，但長時間連續出現閃絡放電則屬不正常狀態，操作中應嚴格禁止。

4 安全措施

導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發生碳化。當生產操作控制不佳時，焚燒爐內沒有充分燃燒的含硫原料會生成一氧化碳，或導致大量硫磺及含硫鹽類后移積存在設備和管道中，遇上熱源可能會發生事故。因此，生產企業應采取相應措施確保過程氣氧含量合格，保障焚燒爐的充分燃燒，不存在一氧化碳氣體和升華硫。筆者從工藝控制、設備管理和生產操作等方面提出以下建議：

1）制酸裝置操作負荷需按設計負荷確定。當操作負荷低于50%會產生以下問題：①導致余熱鍋爐出口的過程氣溫度過低，爐管容易堵塞；②凈化工序動力波洗滌設備除塵效率降低，電除霧器及干燥塔的操作條件惡化；③轉化工序熱量不平衡，需開啟多組電加熱器加熱過程氣，導致電耗高、硫酸產量低等一系列問題。

該企業曾有一段時間焚燒爐原料負荷不到設計負荷的 30%，系統發生了一系列問題，應引起制酸從業人員足夠重視。

2）確保送入焚燒爐的硫磺和含硫副鹽能夠充分燃燒分解。嚴格控制焚燒爐內的操作溫度在1 100～1 150 ℃，設置下限報警值1 050 ℃、上限報警值1 200 ℃。另外，溫度低于1 050 ℃時要有聲光報警，并及時調整焚燒爐煤氣量。

3）確保含硫原料在焚燒爐內過氧燃燒。根據原料負荷及爐膛操作溫度的變化，及時調整送入爐內的富氧空氣量，保證焚燒爐出口的過程氣中φ(O2)為4.5%～5.0%，下限報警值為 4.0%，上限報警值為 6.0%。

4）焚燒爐與富氧機組設置聯鎖保護。富氧機組是保證焚燒工序安全穩定運行的關鍵設備。焚燒爐使用富氧焚燒操作時，若富氧機組停機，焚燒爐應聯鎖停爐；若富氧機組發現故障或運行參數出現問題，焚燒工序應停止運行。

5）進入焚燒爐的原料負荷及組成應保持相對穩定。原料負荷及組成經常出現波動會導致正常的生產秩序被破壞，調整不及時則易引發生產事故。

6）定期對氧量分析儀進行維護和精度校準。焚燒爐后檢測過程氣的氧量分析儀是制酸工藝的關鍵儀表，出現問題應及時檢修或更換，焚燒工序應停止操作。

7）為保證電除霧器的工作效率，減少意外事故發生，對電除霧器進行如下設置：①正常操作時，電除霧器閃絡保護聯鎖應投入運行；②設置二次電壓低壓報警及電除霧器內高溫聲光報警，一旦發生短路引起二次電壓下降和電除霧器內部溫度升高，高壓系統自動切斷；③將電除霧器電流電壓運行參數引至主控室，方便崗位操作人員及時調整。

8）定期對水平橫管進行清理，增加自動沖洗設備。在洗滌塔至電除霧器入口的水平橫管設置沖洗管道，管道增加2個DN400的人孔。在短期停車期間定期打開人孔對水平橫管進行清理，減少升華硫粉塵進入電除霧器，避免電除霧器發生閃絡時引發著火。該三通管與電除霧器由主控室電腦控制每天定時自動沖洗，以減少人為操作因疏忽而遺漏，還可以在出現異常情況時第一時間加水沖洗，防止事故擴大。

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化器內部。

10）通過觀察凈化稀酸的顏色判斷焚燒操作是否正常。每班操作人員都應對凈化稀酸取樣觀察。當焚燒操作出現偏差時，會有少量硫磺及鹽類隨工藝氣進入凈化稀酸內，稀酸顏色變渾濁，此時應及時對焚燒操作進行調整；當焚燒出現誤操作時，會有大量硫磺及鹽類后移，此時制酸裝置應立即停止運行。在原因未查明、故障未排除、設備和管道內沉積的硫磺未被徹底清除的情況下，制酸裝置應禁止投入運行。

5 結語

該焦化廠對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行了分析，主要是由于原料硫漿在焚燒爐內不能完全燃燒，導致大量硫磺及含硫鹽類后移進入凈化工序積存在設備及管道內，硫磺逐漸干燥成為硫磺粉，當濃度達到一定范圍并在電場內遭遇火花時，硫磺粉被引燃進而引發著火事故。通過改善原料燃燒效果、增加焚燒爐操作溫度監控、設備設置聯鎖保護和報警裝置、及時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，避免了再次發生爆炸、著火等安全事故，提高了生產管理能力和操作人員的技能水平，為制酸裝置長周期穩定運行積累了經驗。