深度 | 18台RTO,218个超标情况对比分析
阅读导语: RTO是目前VOCs末端治理中运行最广泛且高效的技术之一,也是近些年来增加较快的治理设施。虽然RTO的治理效率高,但因系统的复杂性及其他客观因素导致RTO运行过程中超标的频率还是较高。 笔者收集了18台正在服役运行的RTO,从废气工况、RTO系统本身、公用工程、仪表故障、配套系统及其他问题等6个大指标体系梳理了218次超标情况,重点分析了超标原因及预防措施。
指标解释
废气工况:主要是分析进入RTO时的废气浓度,风量等数据变化引起的超标现象。废气工况变化主要影响的是RTO的燃烧温度,停留时间及因安全考虑直接旁路排放; RTO系统本身:主要是分析RTO本身设施运行状态引起的超标现象。重点集中在点火系统,各类阀门,空压系统(仅考虑RTO系统内部的空压系统),各类风机,蓄热体等核心材料方面; 公用工程:主要是研究公用工程变化引起的超标现象。主要是从电力系统、压力系统(仅考虑进入RTO前的公用系统)、能源系统等三方面分析; 仪表故障:主要是分析末端治理系统中的仪表故障引起的设备连锁导致的超标现象。主要分为LEL仪表故障和RTO内部的仪表故障; 配套系统:主要是分析末端治理系统中的其他配套系统的故障引起的超标现场。主要分析控制系统和风机(系统主风机)等两方面; 其他问题:主要是分析末端治理系统在运行过程中的其他问题导致的超标现场。主要是考虑设备的密封性,员工的日常操作等。
数据分析
1) 超标情况分析:主要分析六大指标体系及细分指标的超标情况等。 从笔者获取的数据中可知:18台RTO,共出现218次超标现象。 其中,RTO系统本身和公用工程超标次数最多,分别为89次和45次,占比分别在40.83%和20.64%。 进一步表明,RTO系统本身的质量设计和运行效果是保障RTO的稳定达标的关键。
进一步将6大类指标体系,按照实际的超标原因细分到各个核心部件,共17个二级指标。 从分析的数据来看,阀门类的故障引起的超标次数最多,接近60次,占了所有超标原因的27%以上,与实际情况也相符。 令人意外的是,因电力系统导致的RTO治理系统超标,排在第二,达到33次。 电力系统的稳定性,也是制约末端治理系统稳定的关键因素。
2) 超标浓度分析:主要二级指标的超标的浓度情况。 将18台RTO中的218个超标数据,从17个二级指标出发,按照最高浓度和平均浓度进行归类和对比,分析各指标出现故障所导致的超标浓度峰值。 从获得数据分析发现:浓度瞬高,直接通过应急安全旁路排出的废气,是所有超标情况下浓度最高,而且平均值也是最高,与实际情况下相吻合。 根据监测到的数据分析,平均值浓度达到500mg/m3。 值得注意的是因LEL仪表故障和蓄热体故障所导致的超标浓度:LEL仪表故障,导致废气未经任何人处理直接从旁路排放,相对排放浓度较高。 而蓄热体故障或者堵塞,废气换热效率不佳,直接影响RTO的燃烧问题及效率,从而导致排放浓度较高。 从获取的数据中进一步来看,阀门故障是不可忽视的一点,虽然阀门引起的可能是部分废气的泄漏,但整体的排放浓度,尤其是瞬时最高浓度值高达1200mg/m3。 3)同故障的频率分析:主要是统计2021-2023年期间,同一台设备出现同一故障的频率和次数,分析故障率的频发情况。由于对比分析数据较多,本文仅选取几台设备进行对比分析。
从整体数据来看,从2021年的11次,到2023年的46次,说明了随着设备的运行时间增加,设备的故障次数也再逐年增加。 从单一故障的重复率来看,呈现极强的重复性。即:当某一种故障出现后,只是做一定改善后再次出现相同的故障概率比较高。 阀门故障,LEL仪表故障与运行有着极强的关联,当两者一旦出现故障后,再次出现故障的可能性极强,而且随着运行时间增加,出现故障的频率明显加快。
原因分析
前文已从多个角度分析,废气超标与各个指标的关联。而每个指标的故障其实存在多种原因,本节主要重点分析造成指标故障的一些典型原因。 因统计调研时,企业所给的原因相对较模糊,故只针对描述比较清晰的原因进行对比分析。
从上述统计数据来看,阀门出现故障的原因比较多,主要集中在卡壳/卡顿与腐蚀为主,与实际运行工况相吻合。 令人意外的是,电力系统中由于电厂跳闸或者是供电不足导致的设备停机的次数居然高达15次,当然电力系统与属地关联性比较强。 而控制系统也出现12次故障,这也是出乎意料。 同时得重点关注仪器仪表的故障,LEL、温度和压力变送器都出现不同程度的损坏,仪器仪表是设备正常运行的关键,是量化参数的核心,日常管理当中必须加强对仪表的监管。 当然除了常规性的故障原因外,表格中标黄的原因是少见而且容易被忽视的。 以空压系统为例,日常的管理或者维修重点关注都在空压机上,但此次出现了“空压管道因低温出现结冰状况”的原因,基本上在日常管理中不会关注;再比如主风机故障的原因中,日常排查中很少会关注风扇/散热系统的问题,这也导致很少能排查到“风扇/散热系统故障”的原因。 最后,人工的误操作导致的故障也不可忽视,虽然人工误操作的概率很低,但在实际运行过程中确实存在,故在日常管理中必须重视。
结论与建议
结论1:RTO系统本身的故障所引起的废气超标是所有指标当中影响最大,也是减少超标现象主要的攻克点,进一步说明RTO系统本身的质量设计和运行效果是保障RTO的稳定达标的关键。 结论2:RTO系统本身的故障中,因各类阀门而导致的故障是最为常见的,也是所有故障中占比最大的,进一步分析发现:阀门卡顿/卡壳及阀门腐蚀所导致的泄漏是造成阀门出现故障的主要元凶。 结论3:根据调研数据,电力系统出现的故障较高,而从数据分析来看:电厂跳闸或者是供电不足是电力系统出现问题的关键点。 结论4:工况发生变化,浓度骤高或者风量骤增,或因安全旁路排出,或因停留时间不足燃烧不充分等原因,都会导致废气超标。而从所有的超标数据来看:浓度骤高,废气通过旁路进入尾气系统,导致超标浓度最高。 结论5:从故障发生的年份数据可以得出:随着设备的运行时间越长,末端治理系统出现故障的概率越高。而进一步分析故障发生的特点可以发现:同一设备发生同一故障的概率非常高,尤其是发生在LEL、仪器仪表、阀门等一些核心元器件。 结论6:随着RTO的运行管理经验的积累,日常运维和监管上基本覆盖了常见的故障原因,但仍有一些“少见”的原因被忽略。如:空压管道因低温出现结冰状况,风扇/散热系统故障等。 针对于RTO末端治理系统出现的超标现象,提出以下建议: 1)加强前期方案设计:再新建RTO治理设施前,必须考虑各个工况下的废气条件,尤其是兼顾特殊生产的废气,尽量避免风量骤增,浓度骤高的频率或者峰值。 2)考虑旁路废气治理:因安全因素考虑,浓度达到一定条件下,旁路排出。可适当在旁路增设相对有效的治理系统或者缓冲系统。 3)加强重点故障监管:阀门、LEL、仪器仪表、蓄热体等都是影响RTO末端治理系统治理效率的关键所在,必须纳入日常重点监管对象,不应仅停留在定性的点检方式,可适当考虑标定,测定等定量方法。 4)增设保养排查体系:RTO设备从本质角度仍是设备,设备本身随着服役时间的延长,故障率就是增加。对设备定时的“年检”、“体检”至关重要,防微杜渐。 5)适当关注罕见病因:RTO末端治理系统的日常管理主要集中在常见的故障原因,常忽略一些外界/边缘原因,必须结合实际运行情况(如:温度、压力等),应当关注全生命周期运行条件下,外界条件变化引起的一些特殊故障。 6)重视根治重复故障:阀门、LEL、仪器仪表、元器件控制系统等经常会重复性的发生故障,针对此类故障问题,应该采取根治办法,考虑直接更换LEL、仪器仪表等,从源头解决问题,避免重复性故障发生。