锂离子电池负极材料生产中蓄热燃烧装置（RTO）常见安全问题及应对措施

王童

贝特瑞（江苏）新能源材料有限公司，江苏常州 213000

摘要：锂离子动力电池人造石墨造粒反应产生的废气，经二级喷淋后进入RTO焚烧炉焚烧达标排放，企业在使用RTO焚烧炉焚烧过程中，经常因设计缺陷、RTO装置操作、维护不到位、预处理措施不到位、应急管理措施不完善等情况，引发火灾爆炸事故。下面本文就对造粒反应产生的废气经蓄热燃烧装置（RTO）处理过程的研究，识别出废气处理过程中存在的安全问题展开讨论，并提出具体的应对措施，希望对锂离子动力电池人造石墨生产企业安全使用RTO提供一定的帮助。

关键词：动力电池；废气；RTO；安全问题；应对措施

中图分类号：TE626.87

文献标识码：A

0 引言

RTO蓄热焚烧炉是一种高效有机废气治理设备，利用高温设备将废气中有机物进行氧化，分解出水和二氧化碳，达到净化有机废气的效果和目的，并将废气分解时所释放出的热量进行回收，从而达到既环保又节能的目的。RTO蓄热焚烧炉被广泛应用于石油、化工、橡胶、油漆、涂装、家具、印制铁罐、印刷等行业。但每家企业基本情况不同、生产工艺也不尽相同，目前在锂离子动力电池负极材料造粒生产过程使用的RTO，常常因设计缺陷、RTO装置操作、维护不到位、预处理措施不到位、应急管理措施不完善等情况，引起火灾爆炸事故，要深入分析问题产生的根源，采取应对措施，保障RTO安全运行、不发生安全事故。

1 造粒废气处理装置RTO处理流程

二次造粒产生的废气中主要污染物为沥青烟、H₂O、颗粒物、SO₂、NOx以及烃类废气均经反应釜、车间内反应釜喷淋罐、烟管及相连管道在风机的抽力下引入二次造粒废气处理系统RTO，二次造粒废气处理系统RTO整体采用二级喷淋+阻火箱+RTO焚烧炉，RTO焚烧炉采用天然气，经废气处理系统处理后的二次造粒尾气最终通过排气筒达标排放。

2 造粒废气处理装置RTO工作机理

RTO焚烧炉主要由陶瓷蓄热床、燃烧室和燃烧器及电气控制系统等组成。将进气区蓄热陶瓷预热至 800∘C800∘C 以上，通入有机废气，有机废气在燃烧室被预热至其自燃温度以上，在燃烧室内发生氧化反应，生成CO₂和H₂O，再经过出气区陶瓷蓄热床由自动切换阀排出。高温废气通过出气区蓄热床时，热量积蓄在蓄热体内，在下个周期预热新进的有机废气，从而可以节省燃料在升温阶段的消耗，运行成本随之得到降低。

3 部分企业RTO事故分析

（1）江苏某化工企业RTO净化系统在2015年3月初和2015年3月末连续发生两次爆炸事故。事故未造成人员伤亡，但现场RTO装置损毁严重。直接原因：因为现场有机物沸点较低，而真空泵出口尾气排放温度过高，导致系统中产生的废气排放浓度过高，而环氧丙烷、环氧乙烷的化学性质活泼，同时RTO补风系统的空气稀释量不足，产生的高浓度废气没有及时有效得到稀释，最终导致接入焚烧炉中的废气达到相应爆炸极限，从而造成爆炸事故的发生。

（2）山东某企业RTO装置在2019年5月因废气浓度突然升高导致爆炸事故，事故没有造成人员伤亡，RTO炉体本身未损坏，但引风机及进炉管道全部爆裂损坏。事故发生的直接原因是废气浓度突然升高。

（3）安徽某制药厂RTO装置在2019年6月因废气中甲醇浓度突然升高造成爆炸事故，前后共出现2次爆炸声，间隔时间较短，其中一处爆炸位于RTO炉及相邻风机，另一处爆炸位于RTO前端废气收集管道。分析认为事故发生的主要原因有：

1）该装置未安装在线废气浓度检测仪，导致高浓度废气直接进入RTO炉体从而发生爆炸；

2）RTO炉装置未安装阻火器；

3）废气输送管道及风机均为非导电材质。

4 造粒废气处理装置RTO常见安全问题

4.1 设计缺陷

① 项目主体装置设计时，企业提供的基础数据不全，导致预处理方式存在设计缺陷。企业有机废气的成份比较多元化、气量不稳定、实际工况与RTO设计状况相差较大。

② RTO安全设施设计有缺陷。仪表报警、连锁设置不完善，未能随时监控、控制RTO进口有机物的浓度，当废气排放浓度波动较大时，连锁设置不足，不能及时采取稀释应对措施，高浓度废气直接进入RTO炉体。

系统未设计应急旁路，当RTO系统出现故障或者前端入口浓度超过爆炸下限时，系统不会自动切换至应急旁路保证系统的安全性，高浓度废气直接进入RTO炉体从而引发火灾、爆炸事故。

4.2 预处理措施不到位

造粒废气中含有一定量的焦油、粉尘，易对后端处理设施造成粘附堵塞影响。若前端预处理效果不好，会造成管道、处理设施堵塞时，引发火灾、爆炸事故。

4.3 RTO装置操作、维保不到位

RTO设备使用前未进行有效的安全风险评估、RTO设备设施操作人员违章操作，不遵守安全操作规程，RTO设备设施未定期检查、维保缺失等问题均会导致安全事故的发生。

4.4 应急管理措施不完善

未制定RTO装置应急预案，未定期开展各类应急预案的培训教育和应急演练，现场未配备相应的应急救援器材。

5 造粒废气处理装置RTO安全问题应对措施

5.1 RTO的安全设计要点

（1）设计资质

RTO装置设计单位应具备相应行业专业甲级设计资质或环境工程（大气污染防治工程）专项乙级以上设计资质。

（2）RTO装置的安全设施设计

RTO装置的安全设施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用，新建项目安全验收时，必须将RTO装置纳入项目的安全验收范围内。针对现场已经使用的RTO装置，企业应该及时开展安全风险评估，对识别出的安全风险制定相应的安全管控措施。

（3）做好连锁，提升自动化

RTO炉系统应设置PLC或DCS控制系统，对风机、阀门、燃烧器、炉膛和废气管道等设备设施的关键参数进行实时监控和联锁。

5.2 严格控制有机废气进口浓度

RTO本身就是一个点火源，由于有机物的爆炸下限与气体温度呈负相关趋势，并且诸多化工企业有机废气的排放过程具有突发性，进入RTO炉的有机物浓度应低于其爆炸极限下限的 25%25% 。对于含有混合有机物的废气，其控制浓度P应低于最易爆组分或混合气体爆炸极限下限最低值的 25%25% ，保证相对稳定安全的运行。

5.3 安装LEL在线检测仪

在RTO炉系统进口管道上，应设置LEL在线检测仪，宜冗余设置。LEL在线检测仪与进入RTO炉系统的废气切断阀、新风阀、紧急排放阀联动，对废气进行安全处理，确保进入RTO炉的废气浓度平稳且低于爆炸下限的 25%25% 。

5.4 设置氧浓度检测装置

含控氧组分的超高浓度废气管道宜设置氧浓度检测装置。

5.5 RTO炉系统火焰监测、温度压力控制、过热保护设施设置

（1）RTO炉系统应设置安全可靠的火焰监测系统、温度控制系统、压力控制系统等。

（2）RTO炉系统应设置过热保护设施。燃烧室温度检测至少应设置3支热电偶（双支），并宜设置三级温度报警点：

当炉内温度升高，超过一级报警点报警提示，高温旁通阀打开，排放多余的热量；

达到二级报警点设定值时，新风阀打开；

当RTO炉温度超过三级报警点设定值时，关闭RTO炉系统进口废气阀，全开紧急排放阀和新风阀，使RTO炉设备完全通过新鲜风降温。

5.6 仪表风系统及UPS备用电源设置安全要求

（1）RTO炉系统应设置断电断气（仪表风）后，总管旁通阀开启，炉体进气阀、排气阀关闭，防止烟囱效应引起蓄热层下部温度上升。

（2）RTO系统突然断气断电时，RTO各类参数无法实时反馈，RTO系统阀门无法有效动作，会造成火灾、爆炸事故的发生，因此，RTO系统应设置缓冲罐或压缩空气储气罐、低压保护及联锁报警、UPS备用电源。

5.7 燃料供给系统安全要求

燃烧器燃料宜优先选择天然气、柴油等，燃料供给系统应装设压力检测装置，具备高低压保护、泄漏报警和紧急切断功能。

5.8 阻火器设置

在RTO入口加装阻火器，阻火器应设置压差检测装置。

5.9 可燃或有毒气体检测报警仪设置

RTO炉系统可能泄露释放可燃或有毒气体的区域，应设置可燃或有毒气体检测报警仪。可燃或有毒气体检测报警仪的选型、安装应符合GB/T50493的相关规定。

5.10 防爆泄压设置

RTO炉系统前端管道应安装阻火器或防火阀。RTO炉系统前端管道应设置泄爆片，炉膛内应设置泄爆门。泄爆位置应能保证管道气体释放至安全地点，避开人员活动的区域和其它工艺设施。

6 造粒废气预处理

造粒废气中含一定未知量焦油、粉尘，易对后端处理设施造成粘附堵塞影响。为防止焦油、粉尘进入RTO设施，在前端增设两级水洗塔进行预处理，水洗塔后配置阻火箱，阻火箱前后管道上设置温度、压力监测，当阻火箱发生堵塞达到设定压力值时，压差传感器自动报警，作业人员可通过打开维修门对阻火箱中阻火阀进行更换。

7 RTO设施运行、维护

7.1 RTO装置使用前的安全风险控制

① RTO装置使用前要进行安全风险评估。对生产过程中产生的废气组分、含量、爆炸极限等因素进行检测、确认，同时与RTO设计时的废气组分、含量等信息进行对比、分析，并作出安全风险评估，根据现场实际运行情况制定并落实相应的安全管控措施。

② 企业应制定RTO装置安全开停车方案。RTO装置使用前要制定有效的安全开停车方案，确保RTO装置的吹扫、清洗、气密试验等各个环节均按照制定的标准、要求执行。在生产废气进入RTO装置时，指定专人随时监测废气流量、温度、压力等参数变化情况，确认各项操作、运行流程准确无误。

7.2 RTO装置运行过程中的安全风险控制

（1）编制RTO安全操作规程和运行管理制度，并对员工正常操作及异常情况应急处理流程培训，并建立台账记录；

（2）建立维护检测记录，对接地线、跨接线、RTO的公用工程等进行定期检查、维护；

（3）统筹生产投料安排，生产过程中错峰投料，避免现场多个反应釜同时投料，导致废气集中排放，尽量保持废气浓度、气量相对稳定；

（4）定期对各传感器（如温度、压力、液位、可燃气体检测仪等）进行校验，确保温度、压力等RTO现场各类传感器有效工作，只有这样才能确保RTO的运行处于程序控制状态；

（5）每日指定专人对装置的防火、防爆、防泄漏进行巡查，企业根据运行实际情况，编制RTO装置巡查表，将RTO现场重点防火、防爆、防泄漏的区域和点位进行明确，同时要明确具体的巡查要求，每班专人巡查并建立巡查记录；

（6）每月开展一次RTO装置的岗位检查和专业性检查，检查小组至少要有企业的安全管理部门、设备运维部门、生产部门等部门人员参加，对检查发现的隐患及时进行整改，形成闭环，并建立专门的检查台账；

（7）生产过程中如果涉及有物料成分、比例等变化时，进而会导致相连工艺生产过程中产生的废气成分及浓度发生变化，此时需要针对新导入的物料开展安全风险评估，对评估出的安全风险制定相应的管控措施；

（8）RTO装置或周边涉及动火作业、有限空间作业等特殊作业的，应严格按照GB30871要求进行作业管理，严格落实特殊作业管理制度、作业现场必须要由企业安全管理部门专职安全管理人员进行签字确认；

（9）阻火箱前后压力差达到预警值时，作业人员及时对阻火箱中阻火丝网进行更换。

8 RTO设施应急管理

（1）企业要建立RTO装置现场应急管理程序，成立RTO应急小组，明确RTO应急小组组长、各应急小组组员职责，确保RTO发生异常情况时，应急处置人员能在规定时间内到达各自岗位，按照应急程序进行处置。

（2）现场配备防化服、隔热服、正压式空气呼吸器、防毒面具、防爆应急照明灯、手持式可燃有毒气体检测仪等应急救援设备设施，同时安排人员定期点检，对应急救援设备设施有缺失的及时补充、有损坏的及时进行维修、更换，确保RTO装置现场出现异常情况时现场配备的应急救援设备设施随时可用。

（3）编制RTO设备停电、停气、火灾等应急预案，定期组织应急小组成员开展RTO停电、停气、火灾等应急预案的培训和演练，每次演练结束后及时对演练效果进行评估，针对演练中发现的不足不断进行完善。

9 加强对作业人员的培训

RTO焚烧炉在运行时一定程度上具有非常大的危险性，所以RTO操作必须指定专人，并对操作人员进行RTO焚烧炉安全操作规程培训、异常处理流程培训，专业操作人员在进行操作时随时关注RTO焚烧炉在燃烧时的状态、RTO装置的各项运行参数，如果出现异常及时汇报、及时应急处置，以免产生更大安全事故。

10 结语

综上所述，在充分考虑自身企业具体情况，对造粒废气处理装置RTO开展危害因素识别，从工艺、设备、管理等方面，设置多重安全保护措施，落实好员工安全培训教育，按照安全操作规程操作，同时做好应急响应，可充分保障RTO废气焚烧处理系统的安全运行。

参考文献

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[2] 罗绍华，田勇，唐子龙，等. 热解碳结构对LiFePO₄/C复合电极性能的影响[J]. 稀有金属材料与工程，2009（2）：13-15.

作者简介：王童（1987—），男，汉族，江苏句容人，本科学历，中级职称，从事EHS经理，负责企业安全环保职业健康管理。