脱硫废液制酸装置电除雾器着火事故分析

李庆生，陈 淼，李俊玲

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250000）

某焦化厂脱硫废液和硫泡沫制酸装置采用富氧燃烧+二转二吸工艺将焦化HPF脱硫单元产生的含硫废料转化为产品硫酸，净化工序设置了1台电除雾器，除去焚烧炉出口烟气中的酸雾。电除雾器在国内的工业运用中，曾经出现由于焚烧工序燃烧不充分使过量的一氧化碳进入到电除雾器内部遇到火花爆炸、净化工序阻力增加、电除雾器在高压下爆炸等情况[1-2]，目前新型导电玻璃钢电除雾器进行了大量的改进，非以上原因出现的事故非常少见。

笔者对某焦化企业脱硫废液和硫泡沫制酸装置的导电玻璃钢电除雾器着火事故进行了原因分析，对目前在建及在运行制酸企业具有较好的借鉴意义。

1 电除雾器的工作原理

电除雾器是净化工序除去酸雾的关键设备，通过整流控制装置和直流高压发生装置，将交流电变成直流电送至除雾装置中[3]。在阴极线（阴极）和酸雾捕集板（阳极）之间形成强大的电场，使空气分子被电离，瞬间产生大量的电子和正、负离子。按照同性相斥异性相吸的原理，荷电后的尘、雾颗粒向极性相反的电极移动，正离子向阴极线移动，而电子和负离子则移向酸雾捕集板。分散在气体中的尘、雾与带电离子相碰而荷电，在电场的作用下，带电的酸雾颗粒移向沉淀极内壁，靠自重顺壁而下，使气体得到净化。导电型玻璃钢电除雾器的六角形管呈蜂窝状排列，结构紧凑，大部分管壁都是相邻两管共用的，具有占地面积小、制作安装便利、二次电流和二次电压高、耐腐蚀性能好及除雾效率高等优点，对冶炼和脱硫废液制酸的烟气流量、SO2浓度波动的适应性较强，具有广阔的应用市场。

2 电除雾器着火事故概况

某焦化企业脱硫废液及硫泡沫制酸装置在经历了近1个月的停产检修后，于2018年6 月19日焚烧炉点火升温，6月23日19∶30进料，20∶00净化工序电除雾器送高压（二次电压55 kV，二次电流 50 mA），约21∶07中控室发现进干燥塔的过程气温度由 30～40 ℃迅速升高至 90～100 ℃。随后操作工到现场巡检，发现净化工序电除雾器底部的侧面局部已被烧红，但此时位于设备底部与之相连的过程气进口的玻璃钢管道尚未着火，随后值班主任关闭了电除雾器至干燥塔过程气管道上的阀门。21∶09电除雾器底部的玻璃钢管道着火燃烧，现场开始出现明火，值班主任随即组织停机操作并通知相关领导。21∶17公司开始组织人员灭火，21∶27明火被扑灭。事后由监控视频记录发现，在21∶07电除雾器内曾有几次较大弧光经电除雾器顶部出口的玻璃钢管道进入到电除雾器下部。

经现场检查，洗涤塔至净化工序电除雾器底部进口的DN600、长约 3 m的玻璃钢材质过程气管道除洗涤塔出口和电除雾器底进口各一段短管残留外，其余全部被烧毁。损毁的电除雾器过程气入口管道见图1。

打开电除雾器人孔发现：①顶部的清洗喷洒管烧毁碳化；②靠近过程气进口侧第一排酸雾捕集板内锯齿状电晕极线外部的包铅全部烧毁，只剩中间钢线；后面几排电晕极线烧损较轻，除第二排个别电晕极线外部的包铅全被烧毁外，其余电晕极线全部完好；③由阻燃耐腐蚀材料制作的进口气体分布板、铅锤表面绝缘板、电晕极底部垂线控制板等内部配件全部烧毁碳化；④电除雾器底部两侧局部区域碳化损坏，过程气进口侧的表面局部区域烧损，露出纤维。

图1 烧毁的电除雾器过程气入口管道

3 事故原因分析

根据燃烧机理，物质燃烧需要同时具备3个要素：可燃物、助燃物和着火源。此次事故中，可燃物可能为煤气和硫磺粉，助燃物为过程气里面的氧气。笔者根据工艺运行曲线及DCS曲线对事故原因进行了分析。

3.1 可燃物分析

1）经分析，工艺气中不含煤气。2018年6月23日开工前，该企业更换了安装于焚烧炉后面含氧分析仪的检测探头。在事故发生前后，均采用标准气体对检测探头进行校准，确认仪表功能正常。根据监控视频显示的着火时间查看中控数据可知：着火事故发生时，焚烧炉出口工艺气中φ(O2)为 14.35%，远高于正常操作值 4.5%～5.0%；焚烧炉内的前、中、后3个区域操作温度分别为 979，815和794 ℃，低于正常操作温度 1 100～1 150 ℃。由此推断，焚烧炉内没有发生缺氧燃烧，经焚烧炉燃烧后的工艺气中不应含有煤气。因此，可排除进入净化工序电除雾器的可燃介质中含有煤气。

2）积存在设备及管道内的硫磺粉被引燃。自2018年3月以来，由于富氧机组程控阀损坏次数较多、送入焚烧炉的硫浆负荷变化频繁，以及安装于余热锅炉后的含氧分析仪发生故障等原因，进入焚烧炉的富氧空气及煤气流量波动较大。当富氧空气及煤气流量配比调整不及时时，原料硫浆在焚烧炉内不能完全燃烧，导致大量硫磺及含硫盐类后移，被过程气带入后续系统，积存在设备及管道内。该企业在每次制酸装置停产检修时，都对电除雾器内积存的硫磺进行了清除，但未清除电除雾器之前过程气横管管道内积存的硫磺。2018年5月20日至6月14日，检修人员打开净化工序电除雾器的人孔，对电除雾器内部损毁的部件进行检修、更换。检修期间环境温度较高，管道内积存的硫磺被干燥成为硫磺粉。在装置检修结束重新开工后，随着工艺气体流量的增大及波动，硫磺粉尘可在某个瞬间被气流吹起，随工艺气从电除雾器底部进入内部，当浓度达到一定范围并在电场内遭遇火花时，硫磺粉瞬间被引燃，进而引发管道内的硫磺着火。

3.2 引火源分析

着火事故的发生除了具有可燃物和助燃物，还应具备引火源。电除雾器在高压电场下工作时，多种原因均会导致电极间出现闪络放电，产生电火花或造成局部高温，例如：①进入电除雾器的气体流量瞬间增大，电晕线在酸雾捕集板内位置发生偏移；②电极上附着较多异物（如硫磺及盐类等），若冲洗不及时或不彻底，会导致电极之间距离缩短、工艺气中带入粒径较大或数量较多的杂质等问题。

在正常操作情况下，电除雾器内偶尔出现短时闪络放电不可避免，但长时间连续出现闪络放电则属不正常状态，操作中应严格禁止。

4 安全措施

导电玻璃钢电除雾器由阻燃材料制作而成，不易燃烧，但是在高温情况下会发生碳化。当生产操作控制不佳时，焚烧炉内没有充分燃烧的含硫原料会生成一氧化碳，或导致大量硫磺及含硫盐类后移积存在设备和管道中，遇上热源可能会发生事故。因此，生产企业应采取相应措施确保过程气氧含量合格，保障焚烧炉的充分燃烧，不存在一氧化碳气体和升华硫。笔者从工艺控制、设备管理和生产操作等方面提出以下建议：

1）制酸装置操作负荷需按设计负荷确定。当操作负荷低于50%会产生以下问题：①导致余热锅炉出口的过程气温度过低，炉管容易堵塞；②净化工序动力波洗涤设备除尘效率降低，电除雾器及干燥塔的操作条件恶化；③转化工序热量不平衡，需开启多组电加热器加热过程气，导致电耗高、硫酸产量低等一系列问题。

该企业曾有一段时间焚烧炉原料负荷不到设计负荷的 30%，系统发生了一系列问题，应引起制酸从业人员足够重视。

2）确保送入焚烧炉的硫磺和含硫副盐能够充分燃烧分解。严格控制焚烧炉内的操作温度在1 100～1 150 ℃，设置下限报警值1 050 ℃、上限报警值1 200 ℃。另外，温度低于1 050 ℃时要有声光报警，并及时调整焚烧炉煤气量。

3）确保含硫原料在焚烧炉内过氧燃烧。根据原料负荷及炉膛操作温度的变化，及时调整送入炉内的富氧空气量，保证焚烧炉出口的过程气中φ(O2)为4.5%～5.0%，下限报警值为 4.0%，上限报警值为 6.0%。

4）焚烧炉与富氧机组设置联锁保护。富氧机组是保证焚烧工序安全稳定运行的关键设备。焚烧炉使用富氧焚烧操作时，若富氧机组停机，焚烧炉应联锁停炉；若富氧机组发现故障或运行参数出现问题，焚烧工序应停止运行。

5）进入焚烧炉的原料负荷及组成应保持相对稳定。原料负荷及组成经常出现波动会导致正常的生产秩序被破坏，调整不及时则易引发生产事故。

6）定期对氧量分析仪进行维护和精度校准。焚烧炉后检测过程气的氧量分析仪是制酸工艺的关键仪表，出现问题应及时检修或更换，焚烧工序应停止操作。

7）为保证电除雾器的工作效率，减少意外事故发生，对电除雾器进行如下设置：①正常操作时，电除雾器闪络保护联锁应投入运行；②设置二次电压低压报警及电除雾器内高温声光报警，一旦发生短路引起二次电压下降和电除雾器内部温度升高，高压系统自动切断；③将电除雾器电流电压运行参数引至主控室，方便岗位操作人员及时调整。

8）定期对水平横管进行清理，增加自动冲洗设备。在洗涤塔至电除雾器入口的水平横管设置冲洗管道，管道增加2个DN400的人孔。在短期停车期间定期打开人孔对水平横管进行清理，减少升华硫粉尘进入电除雾器，避免电除雾器发生闪络时引发着火。该三通管与电除雾器由主控室电脑控制每天定时自动冲洗，以减少人为操作因疏忽而遗漏，还可以在出现异常情况时第一时间加水冲洗，防止事故扩大。

9）减少集中清灰，采用少量多次在线清灰，避免升华硫被带入电除雾器或转化器内部。

10）通过观察净化稀酸的颜色判断焚烧操作是否正常。每班操作人员都应对净化稀酸取样观察。当焚烧操作出现偏差时，会有少量硫磺及盐类随工艺气进入净化稀酸内，稀酸颜色变浑浊，此时应及时对焚烧操作进行调整；当焚烧出现误操作时，会有大量硫磺及盐类后移，此时制酸装置应立即停止运行。在原因未查明、故障未排除、设备和管道内沉积的硫磺未被彻底清除的情况下，制酸装置应禁止投入运行。

5 结语

该焦化厂对脱硫废液及硫泡沫废液制酸装置的电除雾器着火事故的原因进行了分析，主要是由于原料硫浆在焚烧炉内不能完全燃烧，导致大量硫磺及含硫盐类后移进入净化工序积存在设备及管道内，硫磺逐渐干燥成为硫磺粉，当浓度达到一定范围并在电场内遭遇火花时，硫磺粉被引燃进而引发着火事故。通过改善原料燃烧效果、增加焚烧炉操作温度监控、设备设置联锁保护和报警装置、及时清理升华硫以及观察稀酸颜色判断焚烧操作状况等措施，使制酸装置的电除雾器操作条件得以保障，避免了再次发生爆炸、着火等安全事故，提高了生产管理能力和操作人员的技能水平，为制酸装置长周期稳定运行积累了经验。