垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池防火防爆风险管控

垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池防火防爆风险管控

孙艳红1

1.中电国际新能源海南有限公司安全质量环保监察部, 海南省海口市 571924；

【摘要】: 以垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池防火防爆事故风险为研究对象，基于事故树分析法，结合特种消防、工程建设和安全技术管理措施，进行了系统化的隐患排查和风险辨识。同时针对垃圾焚烧发电厂整个流程中渗滤液收集池可能导致火灾及爆炸的各类因素提出了较全面的工程和安全技术管理措施。这些措施可为相关垃圾焚烧发电厂制定经济、有效的渗滤液收集池防火防爆控制方案提供参考，有助于防止垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池火灾及爆炸事故的发生。

【关键词】:垃圾焚烧; 渗滤液; 风险辨识; 事故树分析

Fire and Explosion risk control of Leachate Collection Tank in Waste Incineration Power Plant

SUN Yanhong1

1. China Power International New Energy Hainan Co., Ltd, Department of Safety, Quality and Environmental Supervision, Haikou, 571924,China;

2. Shanghai Power Equipment Research Institute Co., Ltd, Valve Technology Center, Shanghai, 00240, China)

Abstract: This paper took the risk of fire and explosion accidents in the leachate collection tank of the waste incineration power plant as the research object. Based on the fault tree analysis method, combined with special fire protection, engineering and safety technology management measures, a systematic hidden danger investigation and risk identification were carried out. At the same time, a series of engineering and safety technical management measures were proposed for the factors that may lead to fire and explosion in the leachate collection tank in the whole process of the waste incineration power plant. They could provide an important and useful reference for the relevant waste incineration power plant to formulate an economical and effective fire and explosion control scheme for the leachate collection pool. Meanwhile, these measures could help prevent the occurrence of fire and explosion accidents in the leachate collection pool of the waste incineration power plant.
Key words: waste incineration; leachate; risk identification; fault tree analysis

1 引言

垃圾焚烧发电是有效大量减少固废数量、助力环境保护和碳减排的一种方式。与传统的卫生填埋相比，垃圾焚烧一方面减少了填埋降解过程中产生的CH4和CO2，另一方面通过对垃圾的资源化使用，充分利用其焚烧热能并避免热污染。就一个地区而言，如果垃圾焚烧代替了填埋，可以说生活垃圾处理助力了碳减排。2020年6月10日，生态环境部副部长赵英民在《第二次全国污染源普查公报》发布会上提到，“十二五”和“十三五”期间（2011年-2020年），我国垃圾焚烧厂的数量增加了303%，焚烧处理量增加了577%。截至2020年6月1日，我国在运行的垃圾焚烧厂总计455座。10年间，城市生活垃圾中焚烧处理占比由18.8%上升至51.2%，一线城市的焚烧处理比例更高。垃圾焚烧行业已进入“运营为王”的时代，更高效的焚烧和余热利用技术、更优化的烟气净化处理工艺、更低的能耗和物耗以及新技术的应用对于实现碳减排有着积极作用，也是各大环保企业研究的重点

[1]。为此，垃圾焚烧发电以其“无害化、减量化、资源化”等优势，已成为目前我国垃圾处理的最优方式[2-3]，我国垃圾焚烧电厂建设大力推进，越来越多的城市生活垃圾作为可再生能源被有效利用。

在垃圾焚烧发电整个流程中形成的渗滤液对环境有较大危害，可能会因处置不当造成严重后果，甚至引发生产事故[4]。2020年3月17日，南昌市某生活垃圾焚烧发电建设项目的渗滤液处理站就发生一起沼气爆炸事故，导致现场作业人员1人死亡，3人轻伤。由此可见，做好垃圾焚烧发电厂渗滤液的风险管控对于垃圾焚烧发电厂安全运行非常重要。

结合特种消防、管理控制措施及事故树最小割集法，对垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池火灾及爆炸事故的发生进行了系统的隐患排查和风险分析，以期找出较经济、有效的事故控制方案和措施，以供有关垃圾焚烧发电厂参考。

2 材料与方法

2.1渗滤液及其收集池产生的可燃易爆气体

渗滤液是垃圾堆放在垃圾焚烧发电厂垃圾库内经过一定时间因堆实、发酵等物理、生物及化学作用产生的液体，其在厌氧条件下产生的可燃气体是沼气，主要成分是CH4，其他包括CO、NH3、H2S。理论上讲，四种气体在空气中爆炸下限各不相同，混合气体的爆炸下限有专门的公式可进行计算，但在实际工作中，由于CO、NH3、H2S的浓度很低，通常是以控制CH4浓度在爆炸下限的10%-20%以下为准（CH4爆炸界限5%-15%）[5]。

2.2事故树分析法

事故树分析法（FTA，Fault Tree Analysis）是安全工程常用的重要分析方法之一，其特性为从事故的顶上事件开始，逐步往下，层层分析，直到找出事故的基本原因[6]，是既能定性又能定量的逻辑演绎评价方法。该方法从结果到原因描绘事故发生的有向逻辑树,在逻辑树中相关原因事件之间用逻辑门连接,构成逻辑树图,为判明事故发生的途径及损害间关系提供一种最形象、最简洁的表达方式。

3 结果与讨论

3.1垃圾焚烧发电厂对火灾及爆炸事故分析存在的不足

针对发生的每个事故案例，垃圾焚烧发电行业内各单位通常会按上级要求进行事故案例学习，但是否针对案例做深入剖析，举一反三，真正从其他单位的案例中汲取教训、获得经验，则还值得探讨。

在普遍情况下，虽然各垃圾焚烧电厂均采取了控制爆炸发生的技术措施，但有的措施不够完善，缺乏系统性分析和有针对性的全面整改。为了彻底杜绝此类事故的发生，应该采取科学的方法进行全方位系统分析，并采取完善可靠的预防措施。

3.2事故树分析法的应用

结合事故树分析法，通常把气体发生爆炸作为顶事件T，基本事件作为X1-X10，根据各种基本事件和中间事件的先后逻辑关系画出事故树分析图[7]。图1是垃圾焚烧电厂渗滤液收集池检修期间爆炸事故树分析法模型。

图1 垃圾焚烧电厂渗滤液收集池检修期间爆炸事故树分析法模型

Fig.1 Fault Tree analysis model of explosion accident during maintenance of leachate collection tank in waste incineration power plant

用布尔代数法进行计算：

T=A1*A2=B1*B2*(X7+B3+X10)

=X1*(C1+C2)*(X7+X8+X9+X10)

=X1*(X2*X3*+X4*D1)*(X7+X8+X9+X10)

=X1*[X2*X3*+X4*(X5+X6)]*(X7+X8+X9+X10)

=(X1*X2*X3+X1*X4*X5+X1*X4*X6)*(X7+X8+X9+X10)         （1）

由式（1）可看出，达到爆炸极限有3个无法简化的割集，与产生点火源的4个割集相处可形成12个割集（图1中加粗红线表示的是其中一个割集）。这表示在当前分析事件中，总计有12种可导致气体爆炸T发生的可能性。

  在本案例中由于各被检查电厂对涉及渗滤液中沼气燃烧、爆炸、中毒等危险区域有相应的防火、防爆、防静电和电气通讯设备的防爆等级要求，在此不做深入讨论，而仅就避免渗滤池中沼气到达爆炸极限A1进行简化分析。

由于垃圾电站的生产性质，很难长期停运。在渗滤液收集池不需要人员进入，未进行置换和通气时，会有渗滤液持续发酵产生沼气，该事件X1与X2-X6的三种组合将会产生可燃气体到达爆炸极限的事件A1，该事件将与点火源产生事件A2的与逻辑导致爆炸事故产生。

3.3工程及安全技术管理措施

根据图1垃圾焚烧电厂渗滤液收集池检修期间爆炸事故树分析法模型，结合特种消防及安全技术管理措施，对垃圾焚烧电厂渗滤液收集池防火防爆风险提出如下工程及技术管理措施：

1）风机无电源事件C1，可通过风机与保安电源连接，并在末端配电柜设置自动切换装置来防止其发生。气体探测器损坏事件X5和气体探测器断电事件X6可通过可燃气体报警控制器来实现，因为根据GB16808-2008《可燃气体报警控制器》[8]

，探测器的报警、故障和正常巡检信号均在报警控制器上有相应的显示，报警和故障有相应的声光信号，能确保事件D1不会发生，而且报警控制器本身使用的是消防电源，能保证持续监控。此外，考虑到可燃气体报警控制器一般是就近设置，其报警信号传输到消防控制室图形显示装置或集中火灾报警控制器（其显示应与火灾报警信息有所区别），特别需要注意的是，可燃气体报警控制器应与风机联动，风机的控制模块应将其运行状态反馈到控制器，实现闭环。

2）在渗滤液池等处设置有探测甲烷气体的可燃气体探测器，自动报警装置设置在24小时不间断有人值班的中控室。渗滤液池在线气体监测及自动报警系统均应采用不停电电源装置，以保证供电的可靠性。

3）垃圾库、渗滤液系统主要处理单元的易泄漏位置除设置有毒有害、易燃易爆气体浓度检测仪与报警装置外，还应同时悬挂警示标识，其中调节池及厌氧系统应安装CH4、H2S等检测仪表及报警装置，污泥脱水间应安装H2S检测仪表及报警装置。

4）垃圾库、渗滤液系统的易燃易爆、有毒有害气体报警器等强检器具，应按照其法定检验周期交由具备相应资质的计量监督部门进行校验/检定，确认校验/检定后方可使用。投入使用前，还应在这些器具上用标签载明器具名称、编号、校验/检定日期及有效期等。在线气体监测系统进行监测的同时，必须定期通过便携式气体检测仪进行检测，并保留检测记录以便核对在线监测系统的准确性。

5）各区域入口处应设置醒目的工艺系统流程图、消防疏散指示图及安全警示标志标识，包括“当心中毒”、“禁止烟火”、“注意通风”、“必须戴防毒面具”、“未经许可禁止入内”、“消防安全重点部位”等。

6）400V配电室消防系统所用电源抽屉开关设醒目设备标识，防止运行误操作导致渗滤液池通风机失去电源。

7）全厂停电专项预案及渗滤液池防爆现场处置方案及安全管理规定具备操作指导性，应在全厂停电处置方案里明确渗滤液池送/排风机工作电源失电后运行人员如何确保联投备用电源的应急处置。

8）按国家能源局《垃圾焚烧发电厂安全生产评价导则》（DL/T 2430-2021），地下渗滤液收集池按15次/h计算风量，风机电机采用防爆型。

9）垃圾池侧上方开孔，用于安装防爆轴流风机，风机前加装防火排烟阀，风机后加装百叶。如果发生火灾，要待火灾确认熄灭后，再开启阀门和风机排烟。日常焚烧炉正常运行时，风机关闭，百叶同时也关闭，防止垃圾池内臭气外逸。

10）垃圾池侧上方安装除臭风管，进风口装电动蝶阀，日常焚烧炉正常运行时，阀门关闭。当全厂检修或需要人工处理垃圾池等事故状态时，阀门开启，同时开启风机，垃圾池内臭气经活性炭除臭装置后达到排放标准后外排。

11）各路通风系统，凡有防爆、防腐要求的设备，均应采用特殊的耐腐蚀材料和配用防爆型电机。并按照防火规范的要求在通风系统上设置防火阀，有送排风系统的要求联锁启动。

12）渗滤液池进门处要求设置人脸识别门禁系统，并与工作票系统关联，只有办理工作票许可后方可进入渗滤液池。

13）垃圾焚烧发电厂应建立健全垃圾库、渗滤液系统运行维护和安全管理制度，包括运行检修规程、安全生产岗位责任制、渗滤液处理系统运行记录、主要设备运行及检修台账等。

14）严格执行工作票制度，加强渗滤液系统设备的运行、维护管理，严格执行电力安全工作规程（热力和机械部分）和电力安全工作规程（发电厂和变电站部分）。

15）完善应急预案，明确应急组织机构及其职责、权利和义务。应根据渗滤液系统实际特点编制专项应急预案和现场处置方案，包括：触电、中毒、沼气泄漏、H2S等有毒有害气体泄漏、防火防爆、事故等应急措施。此外，应至少每半年开展一次应急演练。

4 结论

针对垃圾焚烧发电厂渗滤液收集池防火防爆事故风险，建立了垃圾焚烧电厂渗滤液收集池检修期间爆炸事故树分析法模型，就避免渗滤池气体到达爆炸极限A1进行简化分析，指出了发生爆炸事故的可能方式。同时开展了系统化的隐患排查和风险辨识，就整个流程中可能导致火灾及爆炸的因素提出15条工程和安全技术管理措施，供相关垃圾焚烧发电厂在制定渗滤液防火防爆风险事故控制方案时参考。

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Combustible gas alarm control units[S].Beijing:China Standards Press,1997.

第一作者：孙艳红（1977.09-），女，工程师，主要从事电力企业安全质量环保方面的管理工作，e-mail: 2943879018@qq.com，联系电话：0898-36966844，18889465617。