液相有機熱載體鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中的安全使用分析

賴華杭

摘要：液相有機熱載體鍋爐在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如何合理、高效的使用有機熱載體鍋爐，直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟效益。筆者通過對液相有機熱載體鍋爐的工作特性，就如何發(fā)揮好液相有機熱載體鍋爐在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的安全使用進行分析。

關(guān)鍵詞：液相有機熱載體鍋爐 ?安全使用 ?工業(yè)生產(chǎn)

液相有機熱載體鍋爐是一種以熱傳導(dǎo)液為加熱介質(zhì)的、常在高溫環(huán)境中運行的新型特種鍋爐。有機熱載體的溫度一般超過300℃，在低壓高溫的條件下可保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，并且可均勻受熱，溫控精確，膨脹系數(shù)低，具有低壓高溫的工作特性。近年來，在科技的推動下，工業(yè)生產(chǎn)突飛猛進，液相有機熱載體爐在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。就目前來看，該鍋爐設(shè)備在龍巖市的保有量也呈快速上升的趨勢。它雖然是低壓力運行，但由于爐內(nèi)溫度高，熱傳導(dǎo)液易滲漏，在高溫環(huán)境下易燃易爆，不僅傷人性命，還會造成經(jīng)濟損失。因此，為了杜絕人員傷亡事故發(fā)生，運行管理部門一定要嚴格遵照運行規(guī)程對液相有機熱載體爐加強管理。

1 液相有機熱載體鍋爐的運行管理

1.1 運行前的準備

有機熱載體在運行之前，首先要對整個工作系統(tǒng)進行一次全面的檢查。檢查設(shè)備、電器儀表及整個工藝管道安裝是否完善，系統(tǒng)管線是否進行了氣密性試驗，是否用干燥空氣進行了徹底的吹掃干凈。

1.2 液相有機熱載體鍋爐的調(diào)試工作

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冷態(tài)調(diào)試是有機熱載體按要求注入系統(tǒng)后在常溫下進行的，冷態(tài)調(diào)試的循環(huán)時間一般不少于4h。調(diào)試的過程中，應(yīng)打開高位槽放空閥，經(jīng)常開啟管道放空閥，不斷排出空氣，直到循環(huán)泵出口壓力表及系統(tǒng)壓力表平穩(wěn)顯示，并檢查系統(tǒng)有無泄漏和阻塞現(xiàn)象。并進行低液位、低壓差、低流量報警、溫度控制等試驗。調(diào)試過程中應(yīng)清洗過濾器1-2次。

熱態(tài)調(diào)試是從點火開始直到有機熱載體溫度升到所需工藝溫度的過程。此過程反映了整個系統(tǒng)的運行情況。

1.2.1 烘爐

烘爐時循環(huán)泵應(yīng)保持運轉(zhuǎn)，油溫控制在100℃以內(nèi)，并緩慢升溫，盡量做到升溫均勻，防止升溫速度過快使?fàn)t墻開裂、變形，并應(yīng)時刻注意爐墻有無開裂、塌落等現(xiàn)象。烘爐時間與爐墻結(jié)構(gòu)、干濕程度有關(guān)。若爐墻潮濕，氣候寒冷，特別是在雨季，烘爐時間還應(yīng)適當(dāng)延長。此外，烘爐時間還與爐型大小有關(guān)，至少不低于烘爐曲線圖的要求。

1.2.2 脫水排氣過程

烘爐后，鍋爐持續(xù)升溫，升溫速率大概為每小時10℃。當(dāng)爐溫升高到80～100℃時開始脫水，熱載體和管線中的水分逐漸蒸發(fā)，從熱載體中逐漸分離開來，通過高位槽和低位槽的排空口排出。與此同時，高位槽和低位槽內(nèi)的油也持續(xù)升溫，運行壓力失穩(wěn)。當(dāng)溫度升高到100～120℃時，是脫去系統(tǒng)內(nèi)殘存水份和有機熱載體所含微量水份階段，工作壓力的波動幅度增大，同時高位膨脹槽放空管處排氣量加大，循環(huán)泵偶爾吸空。在此運行階段，水分大量蒸發(fā)，有機熱載體中低揮發(fā)物逐漸氣化。通常6～8h完成脫水，最長也不超過12h。

1.2.3 升溫階段

脫水排氣后，鍋爐持續(xù)升溫，大概每小時升高30℃。在這一過程中，運行人員要時刻關(guān)注是否有殘余水分蒸發(fā)，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)壓力過高時，須適當(dāng)降低爐溫。當(dāng)爐溫升高到210～230℃時停止升溫，使熱載體中輕組分自然脫離。輕組分能夠降低閃點，在有滲漏的情況下有爆燃的危險。這種物質(zhì)通常以氣相存在于導(dǎo)熱油中，會造成阻氣，使循環(huán)油泵泵壓失穩(wěn)，流量中斷或急劇下降。一般情況下，有機熱載體的質(zhì)量、牌號與輕組分脫離的效果息息相關(guān)。當(dāng)放空管中氣體排出，循環(huán)油泵泵壓恢復(fù)平穩(wěn)，鍋爐就能繼續(xù)升溫，一般每小時溫度可提高10℃，將溫度升至額定工作溫度。從210℃直至熱載體運行溫度是在脫氣結(jié)束后進行，溫度持續(xù)升溫，每小時可達到40℃。在這種情況下，運行人員必須對各測量、控制儀表的工作狀態(tài)進行檢查，重點查看鍋爐、供熱系統(tǒng)、各配套輔機設(shè)備是否正常運行，是否符合生產(chǎn)要求。

2 運行期間對有機熱載體的合理取樣與檢測

有機熱載體長期在高溫環(huán)境下，會發(fā)生分子內(nèi)碳鏈的斷裂，導(dǎo)致化合物發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體、低分子化合物及自由基。自由基又能與其他分子發(fā)生聚合而產(chǎn)生高聚合物，使熱載體逐步發(fā)生劣化，形成焦質(zhì)附著在加熱爐管壁上，從而降低其傳熱效率，帶來安全隱患。因此，在運行期間必須對有機熱載體進行定期檢測，并選擇能反映出有機熱載體實際特性的動態(tài)過程處取樣。取樣檢測時間根據(jù)所使用的熱載體的種類和使用溫度來決定。

3 液相有機熱載體鍋爐常見安全問題分析

3.1 不同類型的有機熱載體混用

把不同牌號的有機熱載體混用的現(xiàn)象也常有發(fā)生。因為不同牌號的有機熱載體有不同的化學(xué)物理特性，各生產(chǎn)單位在對基礎(chǔ)油進行加工成有機熱載體產(chǎn)品時往往需要加入一些添加劑，比如抗氧劑等，不同牌號有機熱載體混用會使其產(chǎn)生化學(xué)物理變化，影響傳熱效果，浪費能源，更為嚴重的是有可能產(chǎn)生導(dǎo)熱油事故安全隱患。

3.2 空氣和水份進入系統(tǒng)的安全隱患

在換油、注油和維修過程中帶入了水和空氣。隨著鍋爐不斷升溫，被帶入的空氣逐漸膨脹，水分緩慢蒸發(fā)，體積逐漸膨脹，甚至超過了油本身遇熱膨脹（相對壓力為零時，水蒸發(fā)體積膨脹約1654倍，空氣在升溫270℃的情況下約5倍）系數(shù)。如果不及時排掉這些水和空氣，就會在一定程度上提高鍋爐運行壓力，使?fàn)t內(nèi)壓力失穩(wěn)，并且會導(dǎo)致膨脹槽不斷升溫，油進入膨脹槽和低位槽，引發(fā)災(zāi)難性后果。

3.3 突然停電、循環(huán)泵無法工作的隱患

當(dāng)發(fā)生突然停電時，對于液相有機熱載體鍋爐雖然可以用高位膨脹槽中溫度低于70℃的有機熱載體對爐管內(nèi)的高溫有機熱載體進行置換，目的是保護爐管和有機熱載體。

但是，因爐膛蓄熱量大，在短時間內(nèi)熱量無法迅速降低。爐墻的高溫輻射，一方面會使置換排進低位槽的有機熱載體溫度高于70℃，甚至超過100℃，這樣，在低位槽中的有機熱載體就會造成高溫氧化變質(zhì)。另一方面高位槽的有機熱載體會出現(xiàn)供油不足，加上爐膛余溫居高不下的情況，很容易造成爐管內(nèi)的導(dǎo)熱油因超溫而變質(zhì)和爐管變形損壞。

3.4 管道法蘭或閥門間的泄漏隱患

導(dǎo)熱油一般會在管道法蘭或閥門連接部位泄漏。前文已提及，鍋爐是高溫低壓運行，導(dǎo)熱油在高溫條件下滲漏后易燃易爆，若不及時處理就會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。鍋爐設(shè)備從停用至運行過程中逐漸升溫，溫度變化較大，法蘭或閥門間極易松動，出現(xiàn)油滲漏的情況。因此，要求運行人員必須提前檢查法蘭緊固件，及時處理松動的固件，防止鍋爐運行時油泄漏，甚至噴射。

3.5 自動控制系統(tǒng)失效隱患

當(dāng)前，液相有機熱載體鍋爐一般采用高位膨脹槽液位示控及聯(lián)鎖裝置、超（差）壓報警及聯(lián)鎖裝置、超溫報警及聯(lián)鎖裝置、循環(huán)泵停運聯(lián)鎖裝置實施自動控制。以油、氣為燃燒材料的鍋爐系統(tǒng)，必須配設(shè)點火程序控制裝置（熱功率≥2.8MW時）和爐膛熄火保護裝置，提高鍋爐的安全系數(shù)。但是不得不承認，有些使用單位缺乏安全意識，為了節(jié)省鍋爐運行成本，即使鍋爐配設(shè)了保護裝置，實際運行時基本失效，形同虛設(shè)。其中，膨脹槽液位示控及聯(lián)鎖裝置、循環(huán)泵停運聯(lián)鎖裝置失效的情況較為多見。當(dāng)膨脹槽液位示控及聯(lián)鎖裝置失效時，油一旦滲漏，就會使膨脹槽液位下降。液位比系統(tǒng)設(shè)定值低時，系統(tǒng)自動預(yù)警，若司爐人員未察覺，一旦液位預(yù)警失效，外部空氣會隨著液位的降低而被帶進系統(tǒng)，對系統(tǒng)的安全運行狀態(tài)產(chǎn)生威脅，嚴重時會引發(fā)火災(zāi)。

4 安全、高效使用液相有機熱載體爐的措施

液相有機熱載體爐在運行中的危險不在于發(fā)生爆炸，而在于有機熱載體滲漏引發(fā)火災(zāi)。近幾年，液相有機熱載體爐在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，安全事故也比較多見。針對液相有機熱載體爐在生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)的爆管事故，結(jié)合以往的事故教訓(xùn)，筆者提出一些液相有機熱載體爐在工業(yè)生產(chǎn)中安全使用的具體措施。

①特種設(shè)備使用單位必須加強安全知識的學(xué)習(xí)，提高安全責(zé)任意識，提高管理水平，學(xué)習(xí)國家有關(guān)特種設(shè)備的法規(guī)和技術(shù)規(guī)程。這樣一來，運行人員在選擇導(dǎo)熱油時，就會根據(jù)設(shè)備的技術(shù)特點和工藝流程來選擇溫度和性價比較高的材料，而不只看價格和使用溫度。

②控制有機熱載體的流速。鍋爐中導(dǎo)熱油流速越慢，邊界層就越厚，該處的介質(zhì)溫度就會與主流體之間形成溫度差，繼而造成管壁因溫度過高使導(dǎo)熱油快速變質(zhì)。

③控制有機熱載體的使用溫度。要避免導(dǎo)熱油迅速劣化，除了控制其流速，還要按運行要求嚴格控制其溫度。當(dāng)設(shè)備突然斷電，或突發(fā)故障緊急制停時，立即將冷油置換閥門打開，用高位膨脹槽中的低溫有機熱載體換掉爐內(nèi)盤管中高溫有機熱載體至低位槽內(nèi)，并且適當(dāng)降低爐內(nèi)溫度。

④加裝取樣口并定期取樣檢驗導(dǎo)熱油的油質(zhì)，若油質(zhì)有變化，就深入分析油質(zhì)變化的成因。參照運行規(guī)程，定期監(jiān)控粘度、閃點、殘?zhí)?、酸值等技術(shù)指標。選擇有代表性的導(dǎo)熱油取樣送檢。不建議從低位槽、高位膨脹槽、液面計等處取樣送檢，因為這些部位的油與實際循環(huán)系統(tǒng)中油存在差別，檢驗結(jié)果不準確，不能準確的反映系統(tǒng)中導(dǎo)熱油的品質(zhì)情況。定期適當(dāng)補充同一廠家生產(chǎn)的同一牌號的導(dǎo)熱油，使其殘?zhí)炕痉€(wěn)定。加入系統(tǒng)中的熱載體油必須預(yù)先充分脫水。

⑤增設(shè)手動補油泵或發(fā)動機帶動的備用油泵。當(dāng)突然停電或注油泵發(fā)生故障時，可以通過手動補油泵或發(fā)動機帶動的備用油泵把低位槽中的有機熱載體注入高位膨脹槽，滿足有機熱載體液相爐的冷卻置換需要。

⑥嚴格對液相有機熱載體鍋爐的在用定期檢驗。定期檢查各個監(jiān)測儀表，及自動控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖裝置，使其靈敏、準確、可靠;對整個系統(tǒng)的安全運行進行符合性的驗證;確保液相有機熱載體鍋爐在設(shè)定好的自動控制系統(tǒng)下安全運行。

在此，建議使用單位應(yīng)嚴格按鍋爐安全操作規(guī)程加強運行管理，制定一套符合現(xiàn)場運行條件的設(shè)備操作規(guī)程，明確鍋爐設(shè)備啟停、運行注意事項，并就運行階段可能存在的故障點進行全方位的技術(shù)交底，所有現(xiàn)場運行人員一律持證上崗，盡可能在保證安全的前提下提高鍋爐設(shè)備運行的經(jīng)濟效益。

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