VOCs廢氣吸附裝置火災爆炸風險識別與防范措施研究

摘要：本文針對VOCs廢氣吸附裝置的火災爆炸風險進行了識別與防范措施研究。首先，分析了VOCs裝置在不同行業中的應用情況及其存在的風險，包括石油化工、印刷、電子等行業。通過對典型VOCs治理設施安全事故的統計和分析，發現技術選擇不當、工藝安全設計不足、安全設施驗收不嚴格以及管理方面存在安全隱患是導致事故的主要原因，并提出解決措施。通過這些措施，可以有效減少VOCs裝置的火災爆炸風險，保障企業安全生產。

關鍵詞：VOCs；管理現狀；風險辨識；措施

引言

在化工、金屬冶煉、噴涂等行業中，因需處理生產中產生的有害氣體，VOCs裝置被廣泛應用于機械設備末端排放口以凈化氣體。然而，因工藝選擇不當或管理缺失常導致VOCs系統事故，如廢氣回收罐爆炸、RTO裝置因廢氣濃度升高爆炸等。因此，必須高度重視廢氣凈化設施的安全風險，合理選擇工藝、規范操作，以防患于未然[1]。

一、VOCs裝置的使用場景和風險

VOCs裝置主要用于治理化工、制藥、涂裝、印刷、半導體等行業排放的揮發性有機化合物。不同行業使用VOCs裝置面臨的爆炸火災風險不同?；ば袠I產生的有機氣體易燃易爆，若VOCs裝置故障或操作不當易引發火災爆炸[2]。制藥行業的有機溶劑也是高風險因素。涂裝、印刷行業VOCs排放量相對較小，火災爆炸風險較低，但需加強防范?？傊褂肰OCs裝置旨在減少有機廢氣排放，但必須嚴格遵守安全規定，確保生產安全。

二、典型VOCs治理設施安全事故統計和分析

近年來，相關治理工程安全事故數量呈上升趨勢。在多種常用的治理技術中，蓄熱式焚燒、活性炭吸附和低溫等離子體是事故高發技術[3]。原因是VOCs具有易燃易爆性，事故多為爆炸類性質，破壞范圍廣，傷害性較大，見表1。

VOCs裝置雖為廢氣凈化必選，但常以環保為目的強制安裝，忽視了企業廢氣源與成分。設備多未與企業風險結合，主要原理為活性炭吸附與紫外線分解，對部分危險化學品企業而言，這種單一處理方式未充分考慮燃爆風險，易發生意外。有的VOCs裝置本身設計運行有缺陷，安全冗余不足，存在隱患。事故原因可歸為技術選擇不當、工藝設計缺陷、操作失誤。因此，VOCs治理需謹慎，安全至上[4]。

三、VOCs治理裝置火災爆炸風險辨識分析

在進行VOCs控制措施的安全風險點評估時，應參考事故案例和不同治理技術的特性。VOCs控制系統的主要安全風險來自以下幾個方面。第一，初始設計階段選用了不當的VOCs處理技術，造成設計上的瑕疵。第二，VOCs管理領域的法規不健全，技術規范缺失以及風險點評估不夠全面，導致工藝安全性設計存在漏洞。第三，安全裝置驗收不嚴格，使得原本有效的安全裝置無法正常運作。第四，VOCs控制系統的管理能力不足，給系統帶來管理方面的安全風險。為了有效防范這些安全風險，需要進一步完善法律法規、加強技術標準制定、嚴格安全設施驗收，提升管理水平。

（一）VOCs治理技術選擇不當

1.數據缺失引發設計誤差

在重點VOCs產生企業中，眾多裝置已經運行多年，基礎資料丟失。在技術改造過程中，未能及時收集這些資料，導致提供給設計單位的數據不完整，從而產生了設計偏差。例如，某企業在建設VOCs治理系統時未能說明會產生二甲胺氣體，導致設計單位在設計時沒有考慮到酸洗步驟，進而導致二甲胺的大量揮發[5]。此外，由于引風機葉輪和渦輪采用的是不導電材料，當二甲胺濃度達到爆炸極限時，與高速運轉的引風機葉輪摩擦產生靜電，最終引發爆炸事故。

2.儲罐技術參數不當潛藏安全風險

在VOCs處理系統的設計階段，部分企業為了節約成本和簡化操作，決定不安裝引風機等輔助設備，轉而采用儲罐廢氣自然流入VOCs處理系統的方案。然而，在儲罐的選擇上，企業未能充分考慮到與VOCs系統之間的壓力匹配問題，導致技術參數選擇有誤，儲罐承受壓力的能力不足。另外，一些企業在現有生產裝置中添加VOCs處理系統時，錯誤使用原始設計數據代替實際運行數據，導致廢氣儲罐的技術參數設計不當，選型不合適。這種情況在實際操作中可能導致儲罐超壓破裂或密封故障，進而泄漏可燃氣體或液體，增加安全事故風險。

（二）工藝安全設計不足

1.多裝置廢氣合并處理的安全設計疏漏

在多套生產設備共享同一VOCs處理系統時，原設計未充分考慮各種緊急情況下的安全性。例如，各分支管線接入主管道前未安裝緊急切斷閥和阻火器，一旦某管線異常，可能引發連鎖反應，導致閃爆或爆炸，威脅整個系統及其他設備安全。設計常忽視廢氣高含水量及流速、壓力波動對冷凝液的影響，省略冷凝液儲罐設置，未在廢氣入VOCs系統前安裝緩沖罐和液位監控，導致運行異常。

2.氮氣密封系統的設計缺陷

在工業制造中，氮氣經常用于置換和密封操作，特別是對于含有高濃度VOCs和硫化物的甲B、乙A類原料儲罐，采用氮氣密封技術是必要的。然而，在實際應用中，通常每3個至5個儲罐共用一個氮氣自動調節閥，可能導致儲罐間壓力不平衡。調節閥可能因安裝位置不當、維護不善或磨損腐蝕而出現操作不靈敏、調節不準確的問題，進而引起廢氣流量和濃度的波動，影響VOCs處理系統的穩定運行，甚至可能引發安全事故。此外，如果在操作現場或密閉空間中對氮氣的調節控制不當，還可能導致人員缺氧窒息事故[6]。

3.控制系統的安全設計不足

在控制系統初步設計階段，未充分考慮整合氧氣濃度分析和可燃氣體檢測的報警信號，導致VOCs濃度達爆炸臨界點時，系統無法及時觸發警報并實施安全措施。此外，可燃氣體在線分析儀安裝位置不合理可能引發安全隱患。例如，某事故企業的生產設備上，在線氧含量分析儀離蓄熱式氧化爐（RTO）僅30米，氣體流入RTO時間僅需10秒，高氧氣體一旦進入RTO，有立即爆炸風險。然而，在線分析儀與采樣點距離僅為25米，通過取樣泵分析需20秒，這樣的設計顯然無法提供有效的安全防護。

（三）安全設施驗收不嚴格

在VOCs處理系統啟動前，如果安全設施的驗收不夠嚴格，可能會遺留安全隱患。例如，如果技術協議中的P&ID圖與現場實際不符、聯鎖邏輯未能正確實施、報警和檢測儀表的位置和數量存在差異，都可能影響到系統的安全穩定運行。有事故企業因驗收不嚴，未能發現RTO控制系統缺少壓縮空氣壓力低報警的聯鎖停機功能，從而導致了爆炸事故。這一事件突顯了安全設施驗收的重要性以及核對圖紙與現場實際安裝情況的必要性。

（四）管理方面存在安全隱患

1.相關人員安全意識薄弱

VOCs管理系統的安全風險主要源于安全意識不足、重視經濟效益多于安全以及安全措施執行不力。企業未配備足夠人員負責環保設施的運行，導致安全管理不到位。安全隱患排查不充分，操作人員缺乏經驗和能力，未能及時發現和解決異常及隱患，從而影響了系統的穩定運行。VOCs治理起步晚，管理水平需提高。操作規程編寫質量參差不齊，異常工況處理說明不明確。操作人員的主動學習和協同操作能力需要加強。此外，應急處置能力訓練被忽視，操作人員缺乏針對異常工況的處理技能學習和應急演練[7]。

2.操作人員經驗不足、能力不強

我國在VOCs治理方面起步較晚，導致管理和操作人員經驗不足，可參考的資料有限，對VOCs治理的認識尚處于初級階段，管理水平有待提高。操作規程編寫質量參差不齊，異常工況處理說明不夠明確，難以提供有效指導。操作人員主動學習能力不足，個人和協同操作技能需加強。在實際操作中，因能力不足可能出現隨意操作，如未對系統進行置換，壓力平衡控制不恰當可能導致介質互竄的風險。同時，應急處理能力的培訓被忽略，操作人員缺乏處理異常情況的學習和演練，面對突發情況時處理能力不足。

3.安全管理松懈

安全管理體系尚需健全。在人員管理上，安全培訓和專業技能教育不足，缺少持續的培訓和評估制度，勞動紀律和操作規范遵守不嚴格，影響了對員工績效的準確評價。在物理設施管理上，安全檢查和整改措施執行不力，對設施故障的處理反應遲緩，記錄不全，設備維護和操作未達到標準，小隱患可能發展成為嚴重的安全問題。另外，環保設施的安全管理措施尚未完善，責任劃分不清晰，可能會對VOCs處理系統的安全穩定運行造成不利影響。

四、VOCs治理系統的安全管理措施

（一）源頭設計控制，降低安全風險

在規劃VOCs處理體系時，企業須詳盡搜集廢氣的基礎數據，包括排放量和組成，確保生產設備與治理系統的無縫對接。重要信號應與中央控制系統相連，對電氣和閥門信號進行精確管理，以實現操作的自動化與智能化。執行SIL鑒定和HAZOP研究，以符合法規要求。通過事故情景模擬，構建既高效又安全的系統。此外，采用低VOCs原料，優化工藝流程，減少排放源頭和總量，從而減少安全威脅。

（二）嚴格驗收工作與系統調試，控制不安全因素

在VOCs處理系統正式運行前，須進行“三查四定”的安全檢查，深入排查和修正潛在的安全隱患及設計不足，保證系統和設備的安裝符合標準。為了提升系統的安全性，建議在集氣管路上安裝氧氣濃度監測器，一旦檢測到異常，自動注入氮氣以降低氧氣濃度，避免安全事故的發生。同時，參照技術服務指南，制定試運行方案和詳細的安全操作流程，合理安排試運行階段，全面評估潛在風險，執行嚴格的安全管理措施，確保工藝參數的準確性和系統的穩定安全運行。

（三）加強運行管理與維護，消除安全風險

為確保VOCs治理系統的高效與安全運行，必須制定詳細而精確的操作指南和管理體系，并基于實際運行情況及時進行調整和優化。進行全面風險評估是系統技術改造項目的關鍵一步，確保操作和控制要求迅速傳達至相關管理和操作人員。構建完善的安全設施維護和檢測記錄體系，對關鍵部件實施定期檢查和維護至關重要。在生產調度層面，應全面考慮整個系統，避免廢氣的壓力、流量和濃度出現劇烈波動，以降低潛在風險。此外，必須建立設備的定期維護計劃，執行預防性維護工作，避免設備故障和系統失效。在設備維護期間，強化直接作業環節的安全管理，對于高風險活動執行嚴格的安全風險控制措施，確保作業人員和設備的安全。

（四）加強運行管理與維護，以消除安全風險

在VOCs治理系統的管理中，必須糾正管理層的認識偏差，明確其重要性。不應削減投入，而應全面重視其運行和管理。加強操作人員的安全知識與技能培訓，提升應急處理能力。推廣基層事故案例教育，預防類似事故再次發生。開展安全管理評比與交流活動，激發班組在安全生產中的主動性和創造性，形成良好的安全管理文化。

結語

VOCs廢氣吸附裝置在各行業中廣泛應用，但其存在的火災爆炸風險不容忽視。為了確保企業的安全生產，需要從源頭設計開始，嚴格控制技術選擇和工藝安全設計，確保設備安全運行。加強安全設施的驗收工作和系統調試，提高相關人員的安全意識和操作能力，加強安全管理和維護工作，以消除潛在的安全風險。只有通過全面的安全管理措施，才能有效預防和減少VOCs裝置的火災爆炸事故，保障企業穩定發展。參考文獻

[1]熊建軍，陳啟軍，陳志強，等.一種VOCs廢氣處理用活性炭吸附與催化燃燒裝置：CN202010277934.5[P].CN111330406A[2020-06-26].

[2]康娟，張音波.表面涂裝工藝中揮發性有機物（VOCs）污染防治措施研究[C].2013中國環境科學學會學術年會論文集，2013.

[3]趙富春，孫銘璞，畢文，等.活性炭吸附VOCs安全事故剖析及防范建議[J].山東化工，2023，52（05）：223-225.

[4]范劍明，武新崗.化工行業VOCs治理系統安全風險評估及安全設計對策研究[J].內蒙古石油化工，2022，48（12）：5-8.

[5]馬江濤.VOCs治理系統安全風險辨識及安全管理措施[J].中氮肥，2023（03）：72-75.

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[7]杜勤海.電廠安全風險辨識及防范措施研究[J].環球市場，2019（29）：208.