低溫等離子體技術(shù)是近年發(fā)展起來的廢氣處理新技術(shù)，其工作原理為采用高壓電極對(duì)氣體的放電擊穿氣體，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，以達(dá)到降解污染物的目的。
由于該技術(shù)原理簡單，設(shè)計(jì)安裝門檻較低，同時(shí)相比活性炭吸附工藝，產(chǎn)廢量小，一度作為新型處理技術(shù)大力推廣，目前廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)的廢氣治理。但是該技術(shù)基于高壓放電原理，對(duì)涉及產(chǎn)生易燃易爆物質(zhì)的行業(yè)具有極大風(fēng)險(xiǎn)。
下面看幾個(gè)事故案例：
事故案例一：2017年6月20日，天津某樹脂有限公司在安裝調(diào)試環(huán)保設(shè)備過程中，發(fā)生一起爆炸事故，造成環(huán)保設(shè)備安裝調(diào)試人員2人當(dāng)場死亡、2人受傷。
事故直接原因分析
合成樹脂生產(chǎn)廢氣的排放環(huán)節(jié)主要有:
①原料投加及投料孔(處)若密閉性不好，原料投加過程將會(huì)發(fā)生逸漏，逸漏出來的物質(zhì)無組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
②聚合反應(yīng)過程中未參與反應(yīng)的原料和有機(jī)溶劑將以廢氣形式排出反應(yīng)釜，未參與反應(yīng)的原料以及有機(jī)溶劑將從廢氣排放口處排出，有組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
③產(chǎn)品及中間產(chǎn)品卸放時(shí)，若密閉性不好，或卸放過程自動(dòng)化水平不高，將會(huì)發(fā)生逸漏，逸漏出來的物質(zhì)無組織揮發(fā)、擴(kuò)散;
④原料和有機(jī)溶劑儲(chǔ)存過程中發(fā)生泄漏，以及原料和溶劑儲(chǔ)罐發(fā)生大、小呼吸排氣，作無組織揮發(fā)和擴(kuò)散。由此可見未聚合的物料、溶劑的不凝氣及樹脂粉塵均可能引起爆炸。
該樹脂有限公司使用的低溫等離子體廢氣處理設(shè)備，屬于電暈放電，其原理是當(dāng)氣體擊穿后絕緣破壞，其內(nèi)阻降低，放電迅速越過自持電流區(qū)后便立即出現(xiàn)電極間電壓減小的現(xiàn)象，并同時(shí)在電極周圍產(chǎn)生昏暗輝光。
電暈放電電壓降比輝光放電大(kV數(shù)量級(jí))，但放電電流較小(μA數(shù)量級(jí))，往往發(fā)生在電極間電場分布不勻均的條件下，這是因?yàn)殡姌O曲率半徑很小時(shí)，電場的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場很高的電極附近，放電劇烈，聲音較大，放電局部能量較高(高于廢氣的點(diǎn)火能)，但分布不均勻。
該樹脂有限公司的低溫等離子體廢氣處理設(shè)備是在設(shè)備調(diào)試過程中出現(xiàn)的爆炸事故，可推測事故的經(jīng)過有兩種可能：
一是低溫等離子體廢氣處理設(shè)備在調(diào)試過程中設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)突然引入了超過爆炸下限有機(jī)物廢氣或含粉塵廢氣，且電暈放電的能量達(dá)到此廢氣的*小點(diǎn)火能，未能對(duì)入口廢氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)快速有效監(jiān)測，設(shè)備瞬間起火爆炸；
二是低溫等離子體設(shè)備在調(diào)試過程中，時(shí)而通電運(yùn)行，時(shí)而斷電調(diào)試，但每次通電運(yùn)行前并未用空氣或惰性氣體對(duì)設(shè)備內(nèi)存留的有機(jī)廢氣或高粉塵廢氣進(jìn)行置換，電暈放電的能量達(dá)到滯留在低溫等離子體廢氣處理設(shè)備內(nèi)的有機(jī)廢氣或含粉塵廢氣的*小點(diǎn)火能，從而導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。
事故間接原因分析
從事故調(diào)查結(jié)論可以看出，低溫等離子體廢氣處理設(shè)備未采取濃度高高聯(lián)鎖，當(dāng)入口廢氣濃度達(dá)到爆炸下限時(shí)，設(shè)備尚可啟動(dòng)運(yùn)行。從事故現(xiàn)場照片可以看出，低溫等離子體廢氣處理設(shè)備為常壓設(shè)備，在爆炸后頂蓋完全掀起，側(cè)門全部頂開，設(shè)備本體不能承受內(nèi)部有機(jī)氣體或粉塵爆炸的超壓，發(fā)生爆炸時(shí)設(shè)備本體嚴(yán)重破壞，傷及旁邊正在調(diào)試的工作人員，導(dǎo)致2人當(dāng)場死亡、2人受傷。
事故案例二：
2018年3月，某化工廠在生產(chǎn)石油樹脂產(chǎn)品的結(jié)片造粒時(shí)未閃蒸出的高沸點(diǎn)溶劑和樹脂中的低分子聚合物被風(fēng)機(jī)抽入VOCs廢氣處理設(shè)施后發(fā)生著火爆炸，事故未造成人員傷亡，設(shè)備損壞嚴(yán)重。
事故直接原因分析
該化工廠是一家以生產(chǎn)石油化工深加工產(chǎn)品為主業(yè)的企業(yè)，主要從事改性石油樹脂、分散劑、餾分稀釋劑等產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售，高沸點(diǎn)溶劑組分主要有甲基苯乙烯和芳烴。其VOCs廢氣處理設(shè)施采用的低溫等離子體設(shè)備，屬于介質(zhì)阻擋放電，又稱無聲放電，其原理是在氣壓為104～106Pa、介質(zhì)包裹的正負(fù)電極之間施加頻率從50Hz至數(shù)MHz數(shù)量級(jí)的高壓電，氣體被擊穿，在介質(zhì)之間形成微通道放電，即通過放電間隙的電流由大量快脈沖電流細(xì)絲組成，在空間和時(shí)間上均為隨機(jī)分布。
介質(zhì)阻擋放電原理圖
該化工廠的低溫等離子體廢氣處理設(shè)備是在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的爆炸事故，可推測事故的經(jīng)過有兩種可能:
一是介質(zhì)阻擋放電設(shè)備容易在高壓電接入端產(chǎn)生沿面放電和爬電，局部過熱而起火，進(jìn)而將反應(yīng)器內(nèi)高濃度廢氣引爆；
二是苯乙烯、苯、甲苯、二甲苯等高沸點(diǎn)芳烴類化合物在低溫等離子體的作用下發(fā)生脫氫反應(yīng)形成焦油，容易粘附在電極外層的阻擋介質(zhì)上，積累到一定程度，會(huì)改變電極阻擋介質(zhì)之間的介電常數(shù)，放電將反復(fù)發(fā)生在介電常數(shù)較小的地方，從而造成局部過熱引起焦油燃燒，進(jìn)而將反應(yīng)器內(nèi)高濃度廢氣引爆。
事故間接原因分析
廢氣進(jìn)入低溫等離子體反應(yīng)器前雖設(shè)有靜電除油設(shè)備，去除效率難以保證，進(jìn)入低溫等離子體設(shè)備前并沒有實(shí)現(xiàn)有效預(yù)處理；
低溫等離子體反應(yīng)器入口雖設(shè)有光電離式(PID)總烴在線分析儀，但廢氣成分中有樹脂的低聚物和高沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)氣，粘性較大，容易導(dǎo)致分析儀探頭堵死，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣濃度實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測定。
建議和措施
1、在高壓電傳輸方面，要防止爬電和沿面放電。
2、在低溫等離子體裝置運(yùn)行操作方面，如若處理的廢氣含苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等高沸點(diǎn)VOCs時(shí)，需要定期清洗粘附在電極上的焦油，清洗周期依據(jù)處理廢氣的濃度而定，一般不超過6個(gè)月。
3、在線監(jiān)測含膠粒、粉塵的VOCs氣體濃度時(shí)必須對(duì)廢氣進(jìn)行過濾，并定期更換濾芯、反吹管路、校準(zhǔn)監(jiān)測探頭。
4、在低溫等離子體設(shè)備聯(lián)鎖方面，應(yīng)設(shè)置入口總烴濃度高低報(bào)警和高高聯(lián)鎖等措施。
5、在低溫等離子體裝置運(yùn)行操作方面，放電之前必須對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的氣體用空氣或惰性氣體置換足夠時(shí)間，待反應(yīng)器內(nèi)氣體濃度低于爆炸下限的25%時(shí)方可啟動(dòng)。
6、在運(yùn)行過程中必須對(duì)入口廢氣總烴濃度或粉塵濃度進(jìn)行在線監(jiān)測，當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的氣體濃度達(dá)到爆炸下限的25%時(shí)必須進(jìn)行配風(fēng)稀釋。
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