檢驗有機(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)驗和執(zhí)行技術(shù)規(guī)范的體會中認(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，是保證檢驗工作質(zhì)量，防止事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：檢驗 ； 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)驗教訓(xùn)和多年的檢驗工作經(jīng)驗，到執(zhí)行國家安全技術(shù)規(guī)范的體會，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，在檢驗和使用管理有機(jī)熱載體爐時應(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，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。”實際上我國的有機(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：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，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)流動停滯。這時爐膛里還有余溫(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，同時當(dāng)安全閥起跳時可以引起介質(zhì)流動，對防止受熱面超溫有一定的冷卻作用。

在安裝安全閥的時，應(yīng)將安全閥的介質(zhì)出口管路接入低位油槽(儲存器)或高位油槽(膨脹器)中并將入口浸沒在液面以下。這是因為當(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

《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”。液壓試驗是發(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，水壓試驗后想把水分排凈實際上非常困難。從目前實際的液壓試驗及檢驗的情況看，有機(jī)熱載體爐安裝或重大修理后和檢驗周期中的液壓試驗，宜采用有機(jī)熱載體作為試壓介質(zhì)進(jìn)行液壓試驗。

直接用循環(huán)泵或補油泵做試壓泵，有可能循環(huán)泵或補油泵做試壓泵的試驗壓力(揚程)達(dá)不到有機(jī)熱載體爐名牌標(biāo)定的1.5倍工作壓力，這時以泵在試驗中的有機(jī)熱載體爐(揚程即試驗中所能達(dá)到的最高試驗壓力)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自動控制和自動保護(hù)裝置的檢驗

《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，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、超壓和低壓報警裝置；③火焰加熱鍋爐應(yīng)當(dāng)裝設(shè)出口煙氣超溫報警裝置；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)置動作報警裝置。

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)在以下情況時能夠切斷加熱裝置，并且發(fā)出報警：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；②氣相鍋爐出口壓力超過設(shè)定限制值時；③液相鍋爐出口溫度超過設(shè)定限制值時；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；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；⑥火焰加熱鍋爐出口煙溫超過設(shè)定限制值時；⑦電加熱元件金屬表面溫度超過設(shè)定限制值時；⑧膨脹罐的快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動作時；⑨系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)導(dǎo)致安全閥動作的超壓報警時；⑩運行系統(tǒng)主裝置聯(lián)鎖停運時。

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)在以下情況時能夠切斷加熱裝置和循環(huán)泵，并且發(fā)出報警：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)定限制值二者同時發(fā)生時；②膨脹罐的低液位報警和快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動作報警二者同時發(fā)生時；③全系統(tǒng)緊急停運時。

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)一個自動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》檢查自動控制和自動保護(hù)裝置是否齊全，保證檢驗時這些裝置動作靈敏、準(zhǔn)確、可靠。由于循環(huán)泵停止運轉(zhuǎn)而處理又不及時，已發(fā)生多起爆管事故，所以應(yīng)重點檢查循環(huán)泵停止運轉(zhuǎn)時的自動保護(hù)裝置。也應(yīng)重點檢查易漏缺的自動控制和自動保護(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、超壓和低壓報警裝置等。

4循環(huán)泵及閥門檢驗

兩臺循環(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。這是因為運行時便于解列檢修循環(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。在檢驗時應(yīng)充分注意到這一點。

5膨脹器、膨脹管和停泵故障冷卻管路檢驗

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)補充有機(jī)熱載體；液相爐啟動升溫過程中排除液相爐和系統(tǒng)中的氣體；突然停電時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，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，并引到操作地點以便監(jiān)控。

《有機(jī)規(guī)》第二十一條規(guī)定，“膨脹管需要轉(zhuǎn)彎時，其彎曲角度不宜小于120°”。若彎曲角度不夠，將會影響介質(zhì)中的氣體順利的逸出，影響運行安全。這也是檢驗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，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，實現(xiàn)停泵時對機(jī)熱載體爐受熱面的臨時冷卻。個別有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)就沒有安裝該管路，檢驗時應(yīng)特別注意此事。

6設(shè)計結(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)這種爐型有兩個缺點：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)部檢驗或檢修時應(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、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，應(yīng)更換熱載體或?qū)彷d體進(jìn)行再生。”有機(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。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，檢驗時按照按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，在系統(tǒng)運行中發(fā)生泄漏的時候，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，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，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。