檢驗(yàn)有機(jī)熱載體爐應(yīng)注意的問題和處理建議

檢驗(yàn)有機(jī)熱載體爐應(yīng)注意的問題和處理建議

許永平

(河南省鍋爐壓力容器 安全檢測研究院 ， 河南 鄭州450000)

摘要：從事故教訓(xùn)、工作經(jīng)驗(yàn)和執(zhí)行技術(shù)規(guī)范的體會(huì)中認(rèn)為，造成有機(jī)熱載體液相爐受熱面管破裂事故的直接原因是由于管壁超溫、超壓，最主要是超溫。事先發(fā)現(xiàn)是否存在超溫、超壓因素，并消除這些因素，是保證檢驗(yàn)工作質(zhì)量，防止事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：檢驗(yàn) ； 熱載體爐 ； 問題 ； 處理

中圖分類號：TQ050.7

收稿日期：2015-05-16

作者簡介：許永平(1955-)，男，高級工程師，從事承壓類特種設(shè)備檢測與研究工作，電話：13937138505。

近幾年隨著有機(jī)熱載體(以下簡稱介質(zhì))液相爐(以下均指液相爐)的大量應(yīng)用，有機(jī)熱載體爐事故有上升的趨勢，這些事故特征大都是運(yùn)行中受熱面管破裂，形成“火上澆油”，極易發(fā)生重大火災(zāi)，燒毀鍋爐房造成人員傷亡。筆者參加了省內(nèi)發(fā)生的幾起有機(jī)熱載體爐事故原因的技術(shù)分析工作。從事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和多年的檢驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn)，到執(zhí)行國家安全技術(shù)規(guī)范的體會(huì)，認(rèn)為，造成受熱面管破裂的直接原因是由于管壁超溫、超壓和管壁有缺陷，最主要是超溫。事先發(fā)現(xiàn)有機(jī)熱載體爐是否存在超溫、超壓和管壁有缺陷因素，并消除這些因素，是保證檢驗(yàn)工作質(zhì)量，防止事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。鑒于有機(jī)熱載體爐介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的特殊性，在檢驗(yàn)和使用管理有機(jī)熱載體爐時(shí)應(yīng)注意處理好以下問題。

1液相爐是否裝安全閥

《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《有機(jī)規(guī)》)第十六條中規(guī)定無論是采用注入式或抽吸式強(qiáng)制循環(huán)的液相爐，液相爐本體上可不裝安全閥。

《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第11.3.1.2條規(guī)定：“液相鍋爐應(yīng)當(dāng)在鍋爐進(jìn)口和出口切斷閥之間裝設(shè)安全閥。當(dāng)液相鍋爐與膨脹罐相通，并且二者之間的聯(lián)通管線上沒有閥門時(shí)，鍋爐本體上可以不

裝設(shè)安全閥。閉式膨脹罐上應(yīng)當(dāng)裝設(shè)安全閥?！睂?shí)際上我國的有機(jī)熱載體液相鍋爐大都在鍋爐與膨脹罐相通二者之間的聯(lián)通管線上裝設(shè)有閥門，且該管的入口連接往往裝在循環(huán)泵介質(zhì)入口處，其原因詳見以下分析。

液相爐是否要裝安全閥問題國內(nèi)外一些規(guī)范的規(guī)定不完全一樣，國內(nèi)也有爭議。對這一條的理解也有不一致的，如：有人理解為注入式的有機(jī)熱載體爐結(jié)構(gòu)大都是管子加集箱，本體上不好布置安全閥，但鍋爐出口的管道上應(yīng)裝安全閥等。

圖1　膨脹器與大氣連通的設(shè)備示意圖

圖2　設(shè)備安全連接法1

圖3　設(shè)備安全連接法2

圖4　膨脹器與大氣連通且加熱爐可關(guān)閉的設(shè)備示意圖

注：圖1~4中：1.加熱爐；2.用熱器；3.循環(huán)泵；4.膨脹器；5.儲(chǔ)存器；6.加料、卸料泵；7.膨脹管；8.溢流管；9.通至戶外；10.安全閥；11.快速排放裝置；12.排放管；13.截止裝置；14.安全膨脹管；15.膨脹器液位。

我們認(rèn)為，液相有機(jī)熱載體爐本體或著熱載體出口管道上(截止閥靠爐一側(cè))應(yīng)裝安全閥，原因有以下幾點(diǎn)：①我國的注入式有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)的用熱設(shè)備一般都裝有用于調(diào)整的閥門(圖4顯示的系統(tǒng))，運(yùn)行中這些閥門的關(guān)閉或關(guān)小都是不可避免的操作，這必然會(huì)因起熱載體爐壓力的升高，流速降低，造成受熱面管超壓超溫。而膨脹管往往都裝在循環(huán)泵的入口處即低壓段，循環(huán)泵出口段形成的憋壓不可能通過膨脹管及膨脹器進(jìn)行泄壓；因循環(huán)泵出口一般都裝有止回閥，就是循環(huán)泵停止，鍋爐本體介質(zhì)不可能后退通過膨脹管及膨脹器進(jìn)行泄壓。②如果膨脹管裝在有機(jī)熱載體爐的介質(zhì)出口代替安全閥(圖1顯示的系統(tǒng))，從安全泄壓上沒什么問題，但膨脹管處于介質(zhì)出口溫度的最高點(diǎn)，高溫?zé)崃拷?jīng)膨脹管迅速傳遞到膨脹器，因膨脹器通大氣，極易使介質(zhì)氧化變質(zhì)。③按規(guī)定有機(jī)熱載體爐出口應(yīng)裝有熱載體壓力超壓保護(hù)，而這種保護(hù)只有停泵才能降壓。停泵的結(jié)果使循環(huán)流動(dòng)停滯。這時(shí)爐膛里還有余溫(對于燃媒爐膛還有余火)，帶來易超溫的負(fù)面影響。而且超壓保護(hù)的可靠性也比不上安全閥。有熱載體壓力超壓保護(hù)不能替代安全閥的作用；④介質(zhì)出口裝有安全閥后，它與超壓保護(hù)一道起著雙重保護(hù)的作用，同時(shí)當(dāng)安全閥起跳時(shí)可以引起介質(zhì)流動(dòng)，對防止受熱面超溫有一定的冷卻作用。

在安裝安全閥的時(shí)，應(yīng)將安全閥的介質(zhì)出口管路接入低位油槽(儲(chǔ)存器)或高位油槽(膨脹器)中并將入口浸沒在液面以下。這是因?yàn)楫?dāng)烷烴型介質(zhì)嚴(yán)重超溫(一般≥280 ℃)或有機(jī)熱載體品質(zhì)劣化時(shí)遇到空氣有自燃的可能。若將安全閥的介質(zhì)出口管路接入高位油槽(膨脹器)，安全閥的介質(zhì)出口管路中會(huì)存有介質(zhì)，對安全閥形成倒灌靜壓，影響安全閥的起跳。因此不宜將安全閥的介質(zhì)出口管路接入高位油槽(膨脹器)。

2液壓試驗(yàn)

《有機(jī)規(guī)》第三十三條規(guī)定“有機(jī)熱載體爐安裝或重大修理后，在投入運(yùn)行前應(yīng)由使用單位和安裝或修理單位進(jìn)行1.5倍工作壓力的液壓試驗(yàn)”。液壓試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)受熱面和本體是否存在滲漏等事故隱患的重要檢驗(yàn)手段，一定要按規(guī)定做，仔細(xì)檢查。

大家知道有機(jī)熱載體不能含水，如果做水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)后想把水分排凈實(shí)際上非常困難。從目前實(shí)際的液壓試驗(yàn)及檢驗(yàn)的情況看，有機(jī)熱載體爐安裝或重大修理后和檢驗(yàn)周期中的液壓試驗(yàn)，宜采用有機(jī)熱載體作為試壓介質(zhì)進(jìn)行液壓試驗(yàn)。

直接用循環(huán)泵或補(bǔ)油泵做試壓泵，有可能循環(huán)泵或補(bǔ)油泵做試壓泵的試驗(yàn)壓力(揚(yáng)程)達(dá)不到有機(jī)熱載體爐名牌標(biāo)定的1.5倍工作壓力，這時(shí)以泵在試驗(yàn)中的有機(jī)熱載體爐(揚(yáng)程即試驗(yàn)中所能達(dá)到的最高試驗(yàn)壓力)除以1.5倍后所得到的壓力值，作為有機(jī)熱載體爐的最高工作壓力。這種方法簡單易行，完全可以滿足安全性能要求，一般情況也可以滿足使用性能要求。

3自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)裝置的檢驗(yàn)

《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第11.3.6條規(guī)定，鍋爐及系統(tǒng)內(nèi)氣相有機(jī)熱載體總注入量大于1 m3及液相有機(jī)熱載體總注入量大于5 m3時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照以下要求裝設(shè)安全保護(hù)裝置。

3.1爐膛滅火系統(tǒng)

火焰加熱鍋爐的爐膛應(yīng)當(dāng)配備惰性氣體滅火系統(tǒng)。

3.2系統(tǒng)報(bào)警裝置

①自然循環(huán)氣相鍋爐出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)超壓報(bào)警裝置；②液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)有機(jī)熱載體的低流量、超溫、超壓和低壓報(bào)警裝置；③火焰加熱鍋爐應(yīng)當(dāng)裝設(shè)出口煙氣超溫報(bào)警裝置；④閃蒸罐、冷凝液罐和膨脹罐應(yīng)當(dāng)裝設(shè)高液位和低液位報(bào)警裝置，閃蒸罐、冷凝液罐和閉式膨脹罐還應(yīng)當(dāng)裝設(shè)超壓報(bào)警裝置；⑤膨脹罐的快速排放閥和膨脹管的快速切斷閥應(yīng)當(dāng)設(shè)置動(dòng)作報(bào)警裝置。

3.3加熱裝置聯(lián)鎖保護(hù)

系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)鎖保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)在以下情況時(shí)能夠切斷加熱裝置，并且發(fā)出報(bào)警：①氣相系統(tǒng)內(nèi)的蒸發(fā)容器、冷凝液罐和液相系統(tǒng)內(nèi)膨脹罐的液位下降到設(shè)定限制位置時(shí)；②氣相鍋爐出口壓力超過設(shè)定限制值時(shí)；③液相鍋爐出口溫度超過設(shè)定限制值時(shí)；④并聯(lián)爐管數(shù)大于或者等于5根的液相鍋爐，任一根爐管出口有機(jī)熱載體溫度超過設(shè)定限制值時(shí)；⑤液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐有機(jī)熱載體流量低于設(shè)定限制值時(shí)；⑥火焰加熱鍋爐出口煙溫超過設(shè)定限制值時(shí)；⑦電加熱元件金屬表面溫度超過設(shè)定限制值時(shí)；⑧膨脹罐的快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動(dòng)作時(shí)；⑨系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)導(dǎo)致安全閥動(dòng)作的超壓報(bào)警時(shí)；⑩運(yùn)行系統(tǒng)主裝置聯(lián)鎖停運(yùn)時(shí)。

3.4系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)

有機(jī)熱載體系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)在以下情況時(shí)能夠切斷加熱裝置和循環(huán)泵，并且發(fā)出報(bào)警：①鍋爐出口有機(jī)熱載體溫度超過設(shè)定限制值和煙溫超過設(shè)定限制值二者同時(shí)發(fā)生時(shí)；②膨脹罐的低液位報(bào)警和快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動(dòng)作報(bào)警二者同時(shí)發(fā)生時(shí)；③全系統(tǒng)緊急停運(yùn)時(shí)。

3.5液相系統(tǒng)的流量控制閥

液相有機(jī)熱載體系統(tǒng)的供應(yīng)母管和回流母管之間，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)一個(gè)自動(dòng)流量控制閥或者壓差釋放閥。

應(yīng)依據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》檢查自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)裝置是否齊全，保證檢驗(yàn)時(shí)這些裝置動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、可靠。由于循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)而處理又不及時(shí)，已發(fā)生多起爆管事故，所以應(yīng)重點(diǎn)檢查循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的自動(dòng)保護(hù)裝置。也應(yīng)重點(diǎn)檢查易漏缺的自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)裝置，如：液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)有機(jī)熱載體的低流量、超溫、超壓和低壓報(bào)警裝置等。

4循環(huán)泵及閥門檢驗(yàn)

兩臺(tái)循環(huán)泵上的介質(zhì)進(jìn)出口均應(yīng)裝截至閥，出口宜裝止回閥。這是因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)便于解列檢修循環(huán)泵，止回閥的主回流要作用是防止備用泵上的閥門忘關(guān)而行成短路，使大量的介質(zhì)從備用泵短路回流，受熱面中介質(zhì)流速大幅下降引起超溫。在檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)充分注意到這一點(diǎn)。

5膨脹器、膨脹管和停泵故障冷卻管路檢驗(yàn)

膨脹器是強(qiáng)制循環(huán)的液相爐及系統(tǒng)中的重要安全裝置。膨脹器有多種作用；儲(chǔ)存液相爐及系統(tǒng)中的有機(jī)熱載體受熱膨脹量；向系統(tǒng)補(bǔ)充有機(jī)熱載體；液相爐啟動(dòng)升溫過程中排除液相爐和系統(tǒng)中的氣體；突然停電時(shí)可以利用膨脹器中的冷介質(zhì)置換液相爐中的熱介質(zhì)。

液相爐的膨脹器一般是通大氣的容器，當(dāng)其中的介質(zhì)溫度超過70 ℃時(shí)，介質(zhì)極易氧化變質(zhì)。因膨脹器一般裝在10 m以上高度，建議在膨脹器上裝一遠(yuǎn)傳溫度計(jì)，并引到操作地點(diǎn)以便監(jiān)控。

《有機(jī)規(guī)》第二十一條規(guī)定，“膨脹管需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，其彎曲角度不宜小于120°”。若彎曲角度不夠，將會(huì)影響介質(zhì)中的氣體順利的逸出，影響運(yùn)行安全。這也是檢驗(yàn)中常遇到的問題或缺陷。發(fā)現(xiàn)膨脹管彎頭明顯彎曲角度不夠時(shí)，應(yīng)要求其整改。

故障冷卻管路是由有機(jī)熱載體爐介質(zhì)出口引到低位油槽的管路，打開該管路上的閥門，可利用高位油槽存儲(chǔ)的介質(zhì)和重力壓頭，將有機(jī)熱載體爐內(nèi)的介質(zhì)通過故障冷卻管路頂入到低位油槽中，實(shí)現(xiàn)停泵時(shí)對機(jī)熱載體爐受熱面的臨時(shí)冷卻。個(gè)別有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)就沒有安裝該管路，檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意此事。

6設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)欠佳，易導(dǎo)致部分受熱面超溫

有些盤管式液相有機(jī)熱載體爐的介質(zhì)出口集箱布置在爐膛的中上部，從事故中發(fā)現(xiàn)這種爐型有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是出口集箱下部受火，集箱受火部位易發(fā)生過熱變形。二是兩路對流管在出口集箱內(nèi)以口對口的形式相對匯集，行成了對沖阻力，當(dāng)一路管子阻力增加或流量減少，在對沖阻力的作用下，造成阻力分配失衡，使該管流速形成惡性循環(huán)式的下降，導(dǎo)致管壁過熱。內(nèi)部檢驗(yàn)或檢修時(shí)應(yīng)特別注意這些部位。

7有機(jī)熱載體不合格導(dǎo)致受熱面積碳超溫

按GB24747《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》規(guī)定，“對使用中的有機(jī)熱載體每年應(yīng)對其殘?zhí)肌⑺嶂?、黏度、閃點(diǎn)、水分、5%低沸物的溜出溫度等進(jìn)行分析。當(dāng)分析不合格時(shí)，應(yīng)更換熱載體或?qū)彷d體進(jìn)行再生?！庇袡C(jī)熱載體品質(zhì)不合格導(dǎo)致受熱面積碳超溫，這早已是不爭的事實(shí)。目前市場上仍有不少的劣質(zhì)導(dǎo)熱油(有機(jī)熱載體)流通，在這方面又缺少法律法規(guī)的監(jiān)管，作為檢驗(yàn)人員只能督促有機(jī)熱載體爐使用單位建立和執(zhí)行有關(guān)制度，檢驗(yàn)時(shí)按照按GB24747《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》的規(guī)定檢查使用單位的有機(jī)熱載體檢測報(bào)告是否符合要求；使用單位管理人員也應(yīng)按相關(guān)要求對有機(jī)熱載體品質(zhì)加強(qiáng)使用管理。

8有機(jī)熱載體爐使用中嚴(yán)禁介質(zhì)超溫

《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，“有機(jī)熱載體的最高工作溫度不應(yīng)當(dāng)高于其自燃點(diǎn)溫度，并且至少低于其最高允許使用溫度10 ℃，燃煤鍋爐或者爐膛輻射受熱面平均熱流密度大于0.05 MW/m2的

鍋爐，有機(jī)熱載體的最高工作溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谄渥罡咴试S使用溫度20 ℃?！?/p>

有機(jī)熱載體的最高工作溫度與其自燃點(diǎn)之間的溫差與系統(tǒng)的操作安全性直接相關(guān)。如果有機(jī)熱載體的工作溫度高于其自燃點(diǎn)，在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生泄漏的時(shí)候，泄漏出來的有機(jī)熱載體容易發(fā)生自燃并可能引發(fā)火災(zāi)。反之，則能降低有機(jī)熱載體泄漏后引發(fā)火災(zāi)的可能性。

有機(jī)熱載體的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，其工作溫度每上升10 ℃，由于熱裂解原因造成的有機(jī)熱載體變質(zhì)率會(huì)在其原有變質(zhì)率的基拙上增加1倍。為此，對于已確定熱穩(wěn)定性的有機(jī)熱載體，當(dāng)其在不同熱流密度的傳熱條件下工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所承受最大熱流密度的情況，對有機(jī)熱載體的最高工作溫度預(yù)留不等量的溫度安全裕量，以確保其在長期高溫工作條件下的安全性。根據(jù)良好的工程經(jīng)驗(yàn)，在輻射受熱面平均熱流密度低于0. 05 MW/m2的情況下，將有機(jī)熱載體的溫度安全裕量確定在10 ℃以上是相對安全的，而且是合理和經(jīng)濟(jì)的。對于燃煤鍋爐及爐膛輻射受熱面平均熱流密度大于0.05 MW/m2的情況，由于燃料的燃燒特點(diǎn)及鍋爐結(jié)構(gòu)布置的限制，使得爐膛輻射受熱面的熱偏差較大，造成鍋爐內(nèi)有機(jī)熱載體溫度分布不均勻，因而此類鍋爐的有機(jī)熱載體的溫度安全裕量應(yīng)當(dāng)增加至20 ℃以上。

所以，有機(jī)熱載體爐使用中，必須控制其介質(zhì)出口最高工作溫度低于其介質(zhì)最高允許使用溫度20 ℃。

上述八個(gè)方面的問題是筆者認(rèn)為與引發(fā)事故有關(guān)的且容易忽略或提請注意的問題。檢驗(yàn)中除關(guān)注這些問題外，還要全面執(zhí)行有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范。文章有誤之處敬請讀者批評指正。